JPH0738445B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPH0738445B2
JPH0738445B2 JP62049115A JP4911587A JPH0738445B2 JP H0738445 B2 JPH0738445 B2 JP H0738445B2 JP 62049115 A JP62049115 A JP 62049115A JP 4911587 A JP4911587 A JP 4911587A JP H0738445 B2 JPH0738445 B2 JP H0738445B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/63Vertical IGFETs

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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〕 本発明な半導体集積回路装置の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路装置の集積度を高めるための立体構造デ
バイス(3次元デバイス)としては、Si基板の上に絶縁
膜を成膜し、その上にまたSi層を成膜するSOI技術があ
る。また、CMOSトランジスタのラッチアップ耐性を高め
るために、高濃度不純物を有するSi基板の上にエピタキ
シャルSi層を成膜し、この膜の中に能動素子を形成する
技術がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来技術のうち、SOI技術では、絶縁膜上に良
質で均一なSi単結晶が未だ形成できていない。特に、結
晶面方位が一定していないことは集積回路装置の特性ば
らつきをもたらす原因となっている。
また、高濃度不純物を有する基板上のエピタキシャル層
を用いる方法は、CMOSトランジスタのウェル構造が同じ
寸法ならばラッチアップ耐性を1桁上げる効果がある
が、ウェル分離に多くの面積を必要とするため、高密度
のCMOS集積回路装置を実現できないという問題点があ
る。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、高集積化された半
導体集積回路装置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〕
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、第1導電型
シリコン基板上に設けられたシリコン酸化膜中に溝を形
成する工程と、選択エピタキシャル法により前記溝中に
第2導電型シリコン層を形成すると同時にこのシリコン
層の下部に第1の第1導電型層を形成する工程と、イオ
ン注入法により前記シリコン層の上部に第2の第1導電
型層を形成し第1及び第2の第1導電型層間をバックゲ
ート領域とする工程と、異方性エッチング法により前記
シリコン酸化膜をエッチングし前記シリコン層の両側面
に溝を形成する工程と、前記シリコン層の一方の側面に
ゲート酸化膜を形成したのち、前記第1及び第2の第1
導電型層間の前記ゲート酸化膜上に多結晶シリコンから
なるゲート電極を自己整合的に形成する工程と、前記シ
リコン層の他の側面に前記第1の第1導電型層と前記バ
ックゲート領域とに接続するバックゲート電極を自己整
合的に形成する工程とを含んで構成される。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図(a),(b)及び(d)〜(k)は本発明の第
1の実施例を説明するための工程順に示した半導体チッ
プの断面図、第1図(c)及び(l)は第1図(b)及
び(k)の平面図である。
まず第1図(a)に示すように、比抵抗が0.02ΩcmのN+
型Si基板1の表面に高圧酸化により厚さ2.0μmのSiO2
膜2を形成し、更に厚さ1.0μmのポリシリコン層3,厚
さ0.2μmのSiO2膜4及び厚さ1.0μmの窒化シリコン
(SiN)膜5を順次形成する。次でSiN膜5,SiO2膜4及び
ポリシリコン膜3を同一のマスクを用いてエッチングし
溝を形成する。
次に第1図(b)に示すように、ポリシリコン膜3の側
面を酸化したのち、全面に厚さ1.0μmのSiN膜6を形成
し次で第1図(c)に示すフォトレジストをマスクとし
てSiN膜を垂直エッチングして溝9Aを形成しSiO2膜2の
表面を露出すると共にサイドウォール8を形成する。
続いて第1図(d)に示す様に、同じフォトレジスト7
をマスクとしSiO2膜2を垂直エッチングして溝9Bを形成
する。
次に第1図(e)に示すように、露出したSiN膜5を除
去したのち、フォトレジスト7を除去する。次で溝9Bの
部分に選択的に、比抵抗数Ω・cmのP型エピタキシャル
層10を形成する。この時同時にP型エピタキシャル層10
の底面部には、N+型Si基板1からのオートドーピングに
よりN+型層10Aが形成される。
次に第1図(f)に示すように、ヒ素をイオン注入して
P型エピタキシャル層10の表面に深さ0.5μm程度のN+
型層10Bを形成する。次でポリシリコン層3をマスクと
してSiO2膜2を垂直エッチングし、P型エピタキシャル
層10の側面に溝11を形成したのち未除去のSiN膜5を全
て除去する。
次に第1図(g)に示すように、P型エピタキシャル層
10の側面に将来ゲート絶縁膜となる厚さ300ÅのSiO2膜1
2を酸化により形成したのち、全面にフォトレジスト7A
を塗布する。続いて垂直エッチングにより溝11以外のフ
ォトレジスト7Aとポリシリコン層3表面に形成されたSi
O2膜4Aを除去する。
次に第1図(h)に示すように、側面のSiO2膜4Aとポリ
シリコン膜3をエッチングしたのち、溝11中のフォトレ
ジスト7Aを除去する。次で全面にN+型ポリシリコン層13
を形成する。
次に第1図(i)に示すように、N+型ポリシリコン層13
を垂直エッチングし、溝11中のみにN+型ポリシリコン13
A,13Bを残したのち、その表面を酸化する。
次に第1図(j)に示すように、フォトリソグラフィ工
程を経て、図の左側のポリシリコン層13Aとエピタキシ
ャル層10の側面のSiO2膜12を除去する。次で、溝の中程
の深さまでWSi2層14を埋め、アニールしてシリサイド化
反応させる。
次に第1図(k)に示すように、溝の上面側面を酸化
し、更に溝の残りをCVD法によるSiO2膜15で埋める。本
図に於いて、N+型Si基板1から拡散した底部のN+型層10
AはMOSFETのソースをなし、P型エピタキシャル層10は
バックゲート,N+型層10Bはドレイン,SiO2層12はゲート
絶縁膜,WSi2層14はバックゲート電極をなし、全体でN
チャンネルMOSFETが構成される。
あとは、通常の方法で、各ドレイン,ソース,ゲートに
金属配線を接続することにより第1の実施例の半導体集
積回路装置が完成する。
MOSFET動作においては、ゲート電極とバックゲート領域
(チャンネル領域ともいう)間の電位差VGがあるしきい
値電圧VTを越えた時にバックゲート領域の表面にチャン
ネルが形成され、ソースからドレインにキャリアが流れ
る。シリコン基板に不純物を導入してソース・ドレイン
を形成した場合は、バックゲート領域はシリコン基板か
ら構成される為、シリコン基板を電源に接続することに
よりバックゲート領域の電位は安定したものとなる。
しかし本発明のように、シリコン酸化膜の溝中にMOSFET
を形成した場合、バックゲート領域の電位を固定しない
とゲート電極にある電位を与えてもVGが一定にならない
為、MOSFETの動作は不安定になる。この為実施例におい
ては、バックゲート電極を設けてバックゲート領域に電
位を与えられるように構成している。尚、バックゲート
領域は一般にソースと同電位で用いられる。
この第1の実施例では、第1図(l)に示すように、ソ
ース,バックゲート・ドレインを収容する選択的に形成
されたP型エピタキシャル層10に対して、N+型ポリシリ
コン層13Bのゲート電極と、WSi2層14のバックゲート電
極とが自己整合的に同じ幅Wyを以って配置される。又垂
直方向の幅についてみると、ゲート電極とバックゲート
電極の幅WXはSin膜からなるサイドウォール8の厚みで
規定されている。
このように平面上の配置・寸法が自己整合的に決められ
るため、フォトリソグラフィ工程に於ける位置合わせず
れを考慮したマージンを設計に取りいれる必要がないの
で、素子の高密度化に威力を発揮する。
第2図(b),(d),(e)は本発明の第2の実施例
を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図、第2図(a)及び(c)は第2図(b)及び(d)
の平面図であり、本発明をCMOSFETに適用した場合を示
している。
まず第2図(a),(b)に示すように、P+型Si基板10
1の所望の領域に深さ2.0μmのN+型ドープ層102を形成
した後、第1の実施例の場合と同様にSiO2膜103,ポリシ
リコン層104,SiO2膜105,SiN膜106を成膜し、パターン形
成した後、SiN膜107を成膜してフォトレジスト108をマ
スクとしてSiN膜7を垂直エッチングしてサイドウォー
ル109を形成し、しかる後SiO2膜103を垂直エッチングし
溝110を穿つ。
次に第2図(c),(d)に示すように、サイドウォー
ル109を除去してから、フォトレジスト108を除去した
後、フォトリソグラフィ工程を経て溝110の間のSiN膜10
7を除去し、しかる後ノンドープのエピタキシャル層11
1,112を選択成長し、111にはリンを、112にはボロン
を、高エネルギーインオン注入によりドープしてそれぞ
れ数Ω・cmのN型,P型となし、しかる後エピタキシャル
層111には高濃度ボロンを、またエピタキシャル層112に
は高濃度ヒ素をドープし、更に第1の実施例と同様に、
SiN膜で覆われていない部分のSiO2膜103を垂直エッチン
グして溝を形成し、未除去のSiN膜106,107を除去した
後、ゲート絶縁膜113を形成し、ポリシリコン層104を除
去した後、溝をN+型ポリシリコン114で埋め、表面を酸
化する。
次に第2図(e)に示すように、第1の実施例と同様に
両サイドN型ポリシリコン層114を、フォトリソグラフ
ィ工程を経て除去し、WSi2により埋めてバックゲートの
電極115を形成する。第2図(e)に於いてN型ポリシ
リコン114は共通のゲート電極をなし、左側がPチャン
ネルMOSFET,右側がNチャンネルMOSFETをなし、全体でC
MOSFETを構成している。
このようにして形成された第2の実施例においても、第
1の実施例と同様に、ゲート電極及びバックゲート電極
115は自己整合的に決められるため、素子の高密度化が
可能となる。特にエピタキシャル層ペアの間に共通のゲ
ート電極を形成することにより、CMOSFETの面積を更に
低減できる効果がある。また、CMOSFETをSi基板のN+
およびP+型領域にまたがって形成することにより、低濃
度のウェル領域を必要としないため、ラッチアップ耐性
が格段に強化されるが、そのためCMOS分離領域の面積が
低減され、以って高密度CMOS集積回路を実現できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、エピタキシャル層に、下
から順次ソース領域,バックゲート領域及びドレイン領
域を形成し、エピタキシャル層の一方の側面にゲート絶
縁膜を介して自己整合的なゲート電極をそしてエピタキ
シャル層の他方の側面にバックゲート領域及びソース領
域に接続するバックゲート電極を形成することによりMO
SFETの所要面積を大きく低減でき、集積回路装置を高密
度化にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)及び(d)〜(k)は本発明の第
1の実施例を説明するための工程順に示した半導体チッ
プの断面図、第1図(c)及び(l)は第1図(b)及
び(k)の平面図、第2図(b),(d),(e)は本
発明の第2の実施例を説明するための工程順に示した半
導体チップの断面図、第2図(a)及び(c)は第2図
(b)及び(d)の平面図である。 1……N+型Si基板、2……SiO2膜、3……ポリシリコン
層、4……SiO2膜、5,6……SiN膜、7……フォトレジス
ト、8……サイドウォール、9A,9B……溝、10……エピ
タキシャル層、10A,10B……N+型層、11……溝、12……S
iO2膜、13……N+型ポリシリコン層、14……WSi2層、15
……SiO2膜、101……P+型Si基板、102……N+型ドープ
層、103……SiO2膜、104……ポリシリコン層、105……S
iO2膜、106,107……SiN膜、108……フォトレジスト、10
9……サイドウォール、110……溝、111,112……エピタ
キシャル層、113……ゲート絶縁膜、114……N+型ポリシ
リコン、115……バックゲート電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型シリコン基板上に設けられたシ
    リコン酸化膜中に溝を形成する工程と、選択エピタキシ
    ャル法により前記溝中に第2導電型シリコン層を形成す
    ると同時に該シリコン層の下部に第1の第1導電型層を
    形成する工程と、イオン注入法により前記シリコン層の
    上部に第2の第1導電型層を形成し、第1及び第2の第
    1導電型層間をバックゲート領域とする工程と、異方性
    エッチング法により前記シリコン酸化膜をエッチングし
    前記シリコン層の両側面に溝を形成する工程と、前記シ
    リコン層の一方の側面にゲート酸化膜を形成したのち、
    前記第1及び第2の第1導電型層間の前記ゲート酸化膜
    上に多結晶シリコンからなるゲート電極を自己整合的に
    形成する工程と、前記シリコン層の他の側面に前記第1
    の第1導電型層と前記バックゲート領域とに接続するバ
    ックゲート電極を自己整合的に形成する工程とを含むこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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