JPH0626245B2 - 相補型絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

相補型絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタおよびその製造方法

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JPH0626245B2
JPH0626245B2 JP61006848A JP684886A JPH0626245B2 JP H0626245 B2 JPH0626245 B2 JP H0626245B2 JP 61006848 A JP61006848 A JP 61006848A JP 684886 A JP684886 A JP 684886A JP H0626245 B2 JPH0626245 B2 JP H0626245B2
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type impurity
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溝を用いて形成する相補型絶縁ゲート電界効
果トランジスタおよびその製造方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下CMOS
と略す)は、低消費電力,雑音余裕度が大きいという長
所を有するため現在その使用分野が急速に広がってい
る。しかしながらCMOSは第3図に示すように深いウ
ェル領域52を有するため広い分離領域53が必要であ
りこれがCMOSの微細化を難しくし、高集積化する際
の大きな問題点となっている。
従来、CMOSの高集積化を達成するために様々な方法
が試みられている。たとえば、国際固体素子会議(Inte
rnational Electron Devices Meeting)1982年、2
37〜240ページにディープ・トレンチ・アイソレー
テッド・シーモス・デバイセス(DEEP TRENCH ISOLATED
CMOS DEVICES)と題して発表された論文においては、
第4図に示した如く深いウェル領域を分離するために溝
を設けこの溝を二酸化ケイ素膜63,65および多結晶
シリコン64で埋めて分離領域を形成し、分離領域幅の
微細化をはかったものが示されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このように溝を設けて微細化を行なった
CMOSをさらに微細にするには、シリコン基板上に形
成されたゲート電極の微細化をしなくてはならない。し
かしゲート電極を微細化していった場合には、チャンネ
ル長が短くなりショートチャンネル効果が顕著に現われ
るという問題点がある。
本発明の目的は、このような従来の問題点を除去せしめ
て高集積化に適した微細なCMOSおよびその製造方法
を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の第1の発明の相補型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタは、第一導電型半導体基板に設けた第1溝の溝底
ほぼ中央部に設けた第2の溝に埋め込まれた絶縁膜によ
り形成された分離領域と、前記第1,第2溝により分離
された前記第一導電型半導体基板の一方に該第一導電型
半導体基板との接合の深さが該第2溝の深さよりも浅く
なるように形成された第1の第二導電型不純物層と、前
記第1溝内の第一導電型半導体基板側壁およびその対向
した側壁に形成されたゲート絶縁膜と、前記第一導電型
半導体基板および前記第1の第二導電型不純物層とは該
ゲート絶縁膜を介して接するように前記第1溝側壁に沿
って形成されたゲート電極と、前記第2溝によって分離
された前記第1溝底部の前記第一導電型半導体基板側に
形成された第2の第二導電型不純物層およびもう一方の
第1の第二導電型不純物層側に形成された第1の第一導
電型不純物層と、前記第1,第2溝によって分離された
第一導電型半導体基板表面に前記ゲート絶縁膜に端部が
接するように形成された第3の第二導電型不純物層と、
第1,第2溝によって分離された前記第1の第二導電型
不純物層の表面に前記ゲート絶縁膜に端部が接するよう
に形成された第2の第一導電型不純物層と、前記ゲート
電極表面を被うように形成された絶縁膜と、該絶縁膜を
介して前記ゲート電極と接しかつ前記第1溝底部に形成
された第2の第二導電型不純物層および第1の第一導電
型不純物層とは前記第1溝底部において接触しさらに前
記第1溝を埋めるように形成された電極とを含んで構成
される。
また、本発明の第2の発明の相補型絶縁ゲート電界効果
トランジスタの製造方法は、第一導電型半導体基板上に
第1の溝を設け、該第1の溝の側壁を絶縁膜で被う工程
と、該溝を第一導電型半導体で埋める工程と、該第一導
電型半導体中に前記絶縁膜よりも浅くなるように第二導
電型不純物層を形成する工程と、前記絶縁膜をはさんで
いる前記第一導電型半導体基板および前記第一導電型半
導体上に前記絶縁膜および前記第二導電型不純物層より
も浅くしかも前記絶縁膜に接する第2,第3の溝を各々
形成する工程と、前記第一導電型半導体基板の表面およ
び前記第2の溝底部に各々第二導電型不純物層を形成す
る工程と、前記第一導電型半導体の表面および前記第3
の溝底部に各々第一導電型不純物層を形成する工程と、
前記絶縁膜を前記第2,第3の溝の深さまでエッチング
し第2,第3の溝を含んだ第4の溝を形成する工程と、
該第4の溝側壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、この
ゲート絶縁膜に接ししかも第2、第3の溝底部とは絶縁膜
を介して接するゲート電極を形成する工程と、該ゲート
電極表面を絶縁膜物質で被う工程と、前記第2,第3の
溝底部を通して該溝底部に形成された前記第一,第二導
電型不純物層と接続しかつ前記第4の溝を埋めるように
導電性物質を形成する工程とを含んで構成される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例の模式的断面図を示したもの
であり、第2図(a)〜(k)は本発明の一実施例の製
造方法を説明するために工程順に示した模式的断面図で
ある。
第1図において、CMOSのnチャンネル,pチャンネ
ルのゲート絶縁膜2,3およびゲート電極4,5は各々
溝側壁に沿って形成され、ウェル領域10は溝中に埋め
込まれた絶縁膜11によって分離されている。nチャン
ネル,pチャンネルのドレイン,ソースは各々p型シリ
コン基板1表面および溝底のn拡散層6,8,p
散層7,9により形成されている。CMOSの出力電極
は溝底でn拡散層6およびp拡散層9に接続しかつ
溝を埋めるように形成された導電性物質により形成され
ている。
次に、第2図(a)〜(k)により一実施例の製造方法
を説明する。
まず、第2図(a)に示すように、p型シリコン単結晶
基板21上に熱酸化法により二酸化ケイ素膜22を形成
し、次に溝形成領域以外をレジスト23で被覆する。
次に、第2図(b)に示すように、前記レジスト23を
マスクとして反応性イオンエッチング(RIE)技術を
用いて二酸化ケイ素膜22およびシリコン基板21をエ
ッチング除去して溝を形成し、次にCVD法により厚い
二酸化ケイ素膜24を全面に堆積する。
次に、第2図(c)に示すように、RIE技術を用いて
二酸化ケイ素膜24をエッチングして溝側壁にのみ二酸
化ケイ素膜24′を残した後、選択エピタキシャル成長
技術によりシリコン基板表面にのみシリコン基板21と
同一導電型の単結晶シリコン層(エピタキシャル層)2
5を成長させて溝を埋め、さらに熱酸化法によりエピタ
キシャル層25表面を二酸化ケイ素膜26で被覆する。
次に、第2図(d)に示すように、エピタキシャル層2
5以外の領域をレジスト27を被い、次にイオン注入法
によりn型不純物をレジスト27をマスクにしてエピタ
キシャル層25表面に打ち込みn型不純物層28を形成
する。
次に、第2図(e)に示すように、レジスト27を除去
し、次に高温熱処理を行なって不純物層28のn型不純
物をエピタキシャル層25内に押し込んでnウェル領域
29を形成した後、二酸化ケイ素膜24′形成領域およ
びその周辺領域以外をレジスト30で被い、しかる後R
IE技術を用いて二酸化ケイ素膜26およびシリコン基
板21エピタキシャル層25をエッチングして溝A3
1,B32を形成する。なお、溝A31,B32はnウ
ェル領域29よりも浅く形成する。
次に、第2図(f)に示すように、レジスト30を除去
した後熱酸化法により溝A31,B32内の内壁に薄い
二酸化ケイ素膜33を形成し、さらにエピタキシャル層
25および溝B32表面をレジスト34で被い、次にイ
オン注入法によりシリコン基板21表面および溝A31
底部に各々n型不純物を打ち込み、n拡散層35,3
6を形成する。
次に、第2図(g)に示すように、レジスト34を除去
した後、シリコン基板表面21および溝A31表面をレ
ジスト37で被い、次にイオン注入法によりエピタキシ
ャル層25表面および溝B32底部に各々p型不純物を
打ち込み、p拡散層38,39を形成する。
次に、第2図(h)に示すように、レジスト40を全面
に塗布した後、絶縁性塗布物41を全面に塗布し、次に
二酸化ケィ素膜24′領域およびその周辺領域を除いて
レジスト42を塗布する。
次に、第2図(i)に示すように、レジスト42をマス
クにRIE技術を用いて絶縁性塗布物41をエッチング
し、次に、絶縁性塗布物41をマスクにRIE技術を用
いてレジスト40を二酸化ケイ素膜24′の表面までエ
ッチングし、しかる後二酸化ケイ素膜24′をRIE技
術を用いて溝A31,B32の底部までエッチングす
る。
次に、第2図(j)に示すように、レジスト40および
二酸化ケイ素膜33を各々除去し、次に、熱酸化法によ
り溝A31,B32の内壁にゲート酸化膜43を形成し
た後、CVD法により低抵抗多結晶シリコンを全面に堆
積し、その後RIE技術を用いて多結晶シリコンをエッ
チングして前記溝A31,B32の側壁にのみ該多結晶
シリコンを残してゲート電極44とし、しかる後熱酸化
法により該ゲート電極44を酸化しその表面に二酸化ケ
イ素膜45を形成する。
次に、第2図(k)に示すように、RIE技術を用いて
溝A31,B32の底部の二酸化ケイ素膜をエッチング
除去した後、導電性物質46を堆積して溝A31,B3
2を埋める。導電性物質46としてはタングステン,モ
リブデン,チタン等があり、またその堆積方法としては
CVD,スパッタ蒸着およびバイアススパッタ法があ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、nチャンネル,pチャンネルの両ゲー
ト電極を一つの溝中に形成しているため、ゲート電極を
シリコン基板表面に形成していた従来のCMOS構造に
比べ表面積を著しく小さくすることが可能となる。さら
にnチャンネル,pチャンネルの両チャンネル長は溝
A,Bの深さにより決まる。このため微細CMOSにお
いても十分な溝の深さを確保することにより、ショート
チャンネル効果の心配がないという利点がある。
以上述べたように本発明によれば、高集積化に適した微
細なCMOSおよびその製造方法を容易に得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の模式的断面図、第2図
(a)〜(k)は本発明の一実施例の製造方法を説明す
るために工程順に示した模式的断面図、第3図は従来の
CMOSの一例の模式的断面図、第4図は従来のCMO
Sにおける溝型分離構造の模式的断面図である。 1,21,51,61……p型シリコン基板、2,3,
43……ゲート絶縁膜、4,5,44,54,55……
ゲート電極、6,8,35,36,57……n拡散
層、7,9,38,39,56……p拡散層、10,
29,52,62……nウェル領域、11……絶縁物、
12,46……導電性物質、22,24,24′,2
6,33,45,63,65……二酸化ケィ素膜、2
3,27,30,34,40,42……レジスト、25
……エピタキシャル層、28……不純物層、31,32
……溝、41……絶縁性塗布物、53……分離領域、6
4……多結晶シリコン。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一導電型半導体基板に設けた第1溝の溝
    底ほぼ中央部に設けた第2の溝に埋め込まれた絶縁膜に
    より形成された分離領域と、前記第1、第2溝により分離
    された前記第一導電型半導体基板の一方に該第一導電型
    半導体基板との接合の深さが前記第2溝の深さよりも浅
    くなるように形成された第1の第二導電型不純物層と、
    前記第1溝内の第一導電型半導体基板側壁およびその対
    向した側壁に形成されたゲート絶縁膜と、前記第一導電
    型半導体基板および前記第1の第二導電型不純物層とは
    前記第1溝側壁において前記ゲート絶縁膜を介して接し
    かつ前記第1溝底部において絶縁膜を介して接するよう
    に前記第1溝側壁に沿って形成されたゲート電極と、前
    記第2溝によって分離された前記第1溝底部の前記第一導
    電型半導体基板側に形成された第2の第二導電型不純物
    層およびもう一方の第1の第二導電型不純物層側に形成
    された第1の第一導電型不純物層と、前記第1、第2溝に
    よって分離された第一導電型半導体基板表面に前記ゲー
    ト絶縁膜に端部が接するように形成された第3の第二導
    電型不純物層と、第1、第2溝によって分離された前記第
    1の第二導電型不純物層の表面に前記ゲート絶縁膜に端
    部が接するように形成された第2の第一導電型不純物層
    と、前記ゲート電極表面を被うように形成された絶縁膜
    と、該絶縁膜を介して前記ゲート電極と接しかつ前記第
    1溝底部に形成された第2の第二導電型不純物層および第
    1の第一導電型不純物層とは前記第1溝底部の一部におい
    て接触しさらに前記第1溝を埋めるように形成された電
    極とを含むことを特徴とする相補型絶縁ゲート電界効果
    トランジスタ。
  2. 【請求項2】第一導電型半導体基板上に第1の溝を設
    け、該第1の溝の側壁を絶縁膜で被う工程と、該溝を第
    一導電型半導体で埋める工程と、該第一導電型半導体中
    に前記絶縁膜よりも浅くなるように第二導電型不純物層
    を形成する工程と、前記絶縁膜をはさんでいる前記第一
    導電型半導体基板および前記第一導電型半導体上に前記
    絶縁膜および前記第二導電型不純物層よりも浅くしかも
    前記絶縁膜に接する第2、第3の溝を各々形成する工程
    と、前記第一導電型半導体基板の表面および前記第2の
    溝底部に各々第二導電型不純物層を形成する工程と、前
    記第一導電型半導体の表面および前記第3の溝底部に各
    々第一導電型不純物層を形成する工程と、前記絶縁膜を
    前記第2、第3の溝の深さまでエッチングし第2、第3の溝
    を含んだ第4の溝を形成する工程と、該第4の溝側壁にゲ
    ート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜に接し
    しかも第2、第3の溝底部とは絶縁膜を介して接するゲー
    トを形成する工程と、該ゲート電極表面を絶縁膜物質で
    被う工程と、前記第2、第3の溝底部を通して該溝底部に
    形成された前記第一、第二導電型不純物層と接続しかつ
    前記第4の溝を埋めるように導電性物質を形成する工程
    とを含むことを特徴とする相補型絶縁ゲート電界効果ト
    ランジスタの製造方法。
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