JPH1012741A - Mosfetの構造及びその製造方法 - Google Patents

Mosfetの構造及びその製造方法

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JPH1012741A JP9051146A JP5114697A JPH1012741A JP H1012741 A JPH1012741 A JP H1012741A JP 9051146 A JP9051146 A JP 9051146A JP 5114697 A JP5114697 A JP 5114697A JP H1012741 A JPH1012741 A JP H1012741A
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パンチスルーによる影響を防止してチャネル
の長さをできるだけ短くする。 【解決手段】 ソース領域チャネル領域の間及びチャネ
ル領域とドレイン領域との間の一部を絶縁体で塞ぐよう
にした。 【効果】 絶縁体で塞がれているのでパンチスルーによ
る影響を防止することができる。したがって、チャネル
長さを減少させることができ、且つ、ドレイン領域の電
界の減少によりデバイスの信頼性が改善される。そして
エピタキシャル工程時シード領域の増加により工程が容
易になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明はMOSFETに関す
るもので、特にMOSFETの構造及び製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般にMOSデバイスの微細化、高集積
化は過去の数十年間、約1年ごとに、1チップ上のデバ
イス数が2倍になるほどである。このような傾向によっ
て高密度と高速の超高集積デバイスを得るためにはデバ
イスの大きさを小さくし、かつ寄生容量を少くする必要
性がある。しかし、従来のバルクCMOS構造はデバイ
スの大きさと寄生容量を減少させることに次のような問
題点がある。第1に、ラッチ・アップ耐性の損失無しに
はP-チャネルとN-チャネルトランジスタの隔離領域幅
を減少させることができない。第2に、ソフトエラー問
題を誘導するアルファ粒子は最小単一電荷量を制限する
ことによりデバイスの大きさと電圧供給を制限する。第
3に、ソース/ドレイン領域と基板との間の寄生容量に
よりデバイスの大きを減少させるのに制限がある。
【0003】一方、SOI構造はデバイスの大きさと寄
生抵抗を減少させるのに非常に効果がある。その理由は
理想的な隔離構造と低い寄生抵抗を与えるからである。
そこで、CMOS構造に部分的にSOI構造を組み合わ
せてCMOS構造にSOI構造のような効果を与えた。
しかし部分的にSOI構造を組み合わせたCMOS構造
は次世代超高集積デバイスに非常に効果的であったが、
チャネルの長さの減少の限界、長い工程時間等多くの問
題が生じた。
【0004】以下、添付図面を参照して従来のMOSF
ETの構造及びその製造方法を説明する。図1は従来の
MOSFETの構造を示す構造断面図である。図1に図
示されたように、基板1上に形成されるゲート電極7
と、基板1のゲート電極7の両側に形成されるソース領
域とドレイン領域8と、ソース領域とドレイン領域8を
囲むように形成される垂直な側壁を有する酸化膜3と、
ソース領域とドレイン領域8を含むように酸化膜3の下
部に形成されるウェル領域2とから構成される。
【0005】図2は従来のMOSFETの製造工程を示
す工程断面図である。図2(a)に図示されたように、
半導体基板1にフィールド領域と活性領域を分けてN-
ウェルとP-ウェルとを形成するために活性領域にホウ
素BとリンPイオンを注入してウェル領域2を形成す
る。
【0006】図2(b)に図示されたように、熱酸化工
程で基板1の全面に酸化膜3を形成する。
【0007】図2(c)に示すように、エッチング工程
で酸化膜3を選択的に除去してウェル領域2が露出され
るようにコンタクト孔4を形成する。このとき、コンタ
クト孔4は上部にリセス領域5を有するように形成され
る。リセス領域5は、デバイスサイズと、シード (see
d)領域と、ソースとドレインの接合深さとを決定す
る。そしてエピタキシャルシリコン層の深さの領域の不
純物濃度を調節するためにコンタクト孔4が形成された
基板1にホウ素BとリンPイオンを注入する。
【0008】図2(d)に図示されたように、リセス領
域5を有するコンタクト孔4からドーピングされていな
いエピタキシャルシリコン層6を選択的に成長させる。
【0009】図2(e)に図示されたように、錬磨工程
でエピタキシャルシリコン層6を選択的に除去して酸化
膜3を露出させる。そしてトランジスタ特性を決定する
ために酸化膜3の間に残っているエピタキシャルシリコ
ン層6にホウ素BとリンPイオンを注入する。
【0010】図2(f)に図示されたように、酸化膜3
で囲まれたエピタキシャルシリコン層6上にゲート電極
7を形成し、イオン注入工程でゲート電極7の両側にソ
ース領域とドレイン領域8を形成する。
【0011】しかし、このような従来MOSFETの構
造及び製造方法においては次のような問題点があった。
第1に、ソースとドレインの間のパンチスルーによる影
響のためチャネルの長さを減少させるには限界がある。
第2に、エピタキシャルシリコン層の成長に長時間必要
である。第3に、エピタキシャルの長い工程時間のため
に、N-ウェル領域とP-ウェル領域との距離を調節しが
たい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたもので、パンチスルーに
よる影響を防止してチャネルの長さをできるだけ短くす
ることである。本発明の他の目的はデバイスの信頼性を
向上させ、工程を容易にすることである。
【0013】
【課題を解決するための手段】このような目的を達する
ための本発明によるMOSFETの構造は、表面部にア
クティブ領域を有する基板と、アクティブ領域内に一間
隙を置いて形成され、アクティブ領域をソース領域、ド
レイン領域、及びソース領域とドレイン領域との間に位
置されたチャネル領域に分割する2つの絶縁体と、その
2つの絶縁体にまたがって位置されるように前記アクテ
ィブ領域の表面上に形成されたゲート電極とを有する。
【0014】本発明によるMOSFETの製造方法は、
半導体基板上に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を順次に形成
するステップと、一定の幅で第2絶縁膜の全部分と第1
絶縁膜の表面から一定の深さまでとを除去してリセスを
形成すれるように第1絶縁膜と第2絶縁膜とをパターニ
ングするステップと、リセスの側面に第1側壁スペーサ
ーを形成するステップと、第1側壁スペーサーの側面に
第2側壁スペーサーを形成するステップと、残存する第
2絶縁膜及び第2側壁スペーサーをエッチングマスクと
してエッチングを行い、前記第1側壁スペーサー及びそ
れらの下方に位置された第1絶縁膜を除去して前記基板
の表面を選択的に露出させて第2側壁スペーサーの下方
に第1絶縁膜パターンを残すステップと、露出された基
板の表面を通して不純物イオンを注入して拡散させて基
板表面内にウェルを形成するステップと、残存する第2
絶縁膜及び第2側壁スペーサーを除去してウェルをシー
ドとして残された第1絶縁膜の表面までエピタキシャル
成長層を形成するステップと、残られた第1絶縁膜パタ
ーンに跨ってエピタキシャル成長層の表面上にゲート電
極を形成するステップと、ゲート電極をマスクに不純物
イオンをエピタキシャル成長層内に注入してソース領域
とドレイン領域を形成するステップとから成る。
【0015】
【発明の実施の形態】前記のような本発明のMOSFE
Tの構造及び製造方法を実施形態を表す添付図面を参照
してより詳細に説明する。図3は本発明第1実施形態に
よるMOSFET構造を示す構造断面図である。基板1
1の表面部にはアクティブ領域を有する。このアクティ
ブ領域内に一間隙をおいて第1及び第2の絶縁体15、
16を形成し、アクティブ領域を複数の領域に分割す
る。一つはソース領域12で、他はドレイン領域13
で、両者の間をチャネル領域14とする。アクティブ領
域の表面上に2つの絶縁体15、16にまたがってゲー
ト電極17が形成されている。このとき、第1絶縁体1
5と第2絶縁体16はアクティブ領域の底面上に形成さ
れる。その上面はアクティブ領域の表面より下方に位置
する。
【0016】図4は本発明の第1実施形態によるMOS
FETの製造工程を示す工程断面図である。図4(a)
に図示されたように、半導体基板20上に第1絶縁膜2
1及び第2絶縁膜22を順次に形成する。そして所定の
幅で第2絶縁膜22を選択的に除去する。さらに第1絶
縁膜21の表面部も同じ幅で一定の深さだけ除去してリ
セスを形成する。この第1絶縁膜21を除去した深さに
よりチャネルの深さが決定される。
【0017】図4(b)に図示されたように、基板20
全面に多結晶シリコンを堆積してエッチバック工程で多
結晶シリコンを選択的に除去してリセスの側面に第1側
壁スペーサー23を形成する。そして、第1側壁スペー
サー23を含んだ基板11全面に第3絶縁膜を堆積して
エッチバック工程で第3絶縁膜を選択的に除去して第1
側壁スペーサー23の側面に第2側壁スペーサー24を
形成する。このとき、第2側壁スペーサー24は第2絶
縁膜22と同一物質で形成する。
【0018】図4(c)に図示されたように、残存する
第2絶縁膜22と第2側壁スペーサー24をエッチング
マスクとしてエッチングを行う。そして第1絶縁膜21
の表面が露出されている部分及び第1側壁スペーサー2
3とそれらの下方に位置された第1絶縁膜21を除去し
て基板20の表面を選択的に露出させる。第2絶縁膜2
2の下側の第1絶縁膜21及び第2側壁スペーサー24
の下方の第1絶縁膜21をパターンとして残す。そして
露出された基板20の表面を介して不純物イオンを注入
して拡散させて基板20表面部にウェル25を形成す
る。
【0019】図4(d)に図示されたように、残存する
第2絶縁膜22及び第2側壁スペーサー24を除去して
ウェル25をシードとして残された第1絶縁膜21の表
面までエピタキシャル成長層26を形成する。そしてエ
ッチバック工程でエピタキシャル成長層26を平坦化さ
せ、エピタキシャル成長層26に不純物イオンを注入し
てエピタキシャル26の不純物濃度を調節する。エピタ
キシャル成長層26のトランジスタ特性を決定するため
にエピタキシャル成長層26に不純物イオンをさらに注
入する。
【0020】図4(e)に図示されたように、エピタキ
シャル成長層26の表面上にエピタキシャル成長層内2
6に残された第1絶縁膜21パターンにまたがるように
ゲート電極27を形成する。そのゲート電極27をマス
クに不純物イオンをエピタキシャル成長層26内に注入
してソース領域28とドレイン領域29を形成する。
【0021】図5は本発明の第2実施形態によるMOS
FETの構造断面図である。図5に図示されたように、
基板11の表面部にアクティブ領域を有する。アクティ
ブ領域内に一間隙を置いて形成された複数の柱状体15
aによってアクティブ領域をソース領域12と、ドレイ
ン領域13と、チャネル領域14とに分割する。チャネ
ル領域14はソース領域とドレイン領域の間になるよう
にする。この柱状体15aは第1幅と第1高さを有して
アクティブ領域の底面上に形成されている。ソース領域
12の底面上には第1高さより低い第2高さを有し、柱
状体15aの一側面と連結されて延びる延長体15bが
形成されている。上記した柱状体15aおよび延長体1
5bはともに第1絶縁体15の一部となるものである。
さらに、アクティブ領域の底面上には、第1幅と第1高
さを有する柱状体16aが柱状体15aから一定距離は
なして設けられ、ドレイン領域13の底面上には第2高
さを有して柱状体16aの一側面と連結される延長体1
6bが形成されている。これらの柱状体16aと延長体
16bとは第2絶縁体16の一部を形成している。そし
てアクティブ領域の上には2つの絶縁体の間にまたがる
ようにゲート電極17が形成されている。柱状体15
a、16aの上面はアクティブ領域の表面の下方に位置
される。
【0022】図6は本発明の第2実施形態によるMOS
FETの製造工程を示す工程断面図である。図6(a)
に図示されたように、半導体基板20上に第1絶縁膜2
1及び第2絶縁膜22を順次に形成する。そして一定の
幅で第2絶縁膜22から第1絶縁体21の表面から一定
の深さまで除去してリセスを形成する。この第1絶縁膜
21の除去される深さによってチャネルの深さが決定さ
れる。
【0023】図6(b)に図示されたように、基板20
の全面に多結晶シリコンを堆積して、エッチバック工程
で多結晶シリコンを選択的に除去してリセスの両側面に
第1側壁スペーサー23を形成する。そして第1側壁ス
ペーサー23を含んだ基板20全面に第3絶縁膜を堆積
してエッチバック工程で第3絶縁膜を選択的に除去して
第1側壁スペーサー23の側面に第2側壁スペーサー2
4を形成する。この第2側壁スペーサー24は第2絶縁
膜22と同一物質で形成する。
【0024】図6(c)に図示されたように、第2絶縁
膜22及び第1、第2側壁スペーサー23、24をエッ
チングマスクとして第1絶縁膜21を一定の深さまでさ
らに除去する。この第1絶縁膜21の2度目の除去の深
さは1度目の第1絶縁膜の除去の深さと同一である。
【0025】図6(d)に図示されたように、残存する
第2絶縁膜22及び第2側壁スペーサー24をエッチン
グマスクとしてエッチングを行う。このエッチングで第
1側壁スペーサー23及び第1絶縁膜21を除去して第
1側壁スペーサー23の下方にの第1絶縁膜21の一部
分を残す。そして露出された基板20の表面から不純物
イオンを注入して拡散させて、基板20表面内にウェル
25を形成する。このとき2種類のイオンを注入し、ホ
ウ素イオンが注入された領域をP−ウェル領域に、リン
Pイオンが注入された領域をN−ウェル領域とする。
【0026】図6(e)に図示されたように、残存する
第2絶縁膜22及び第2側壁スペーサー24を除去して
ウェル25をシードとして残された第1絶縁膜21の表
面までエピタキシャル成長層26を形成する。そしてエ
ッチバック工程でエピタキシャル成長層26を平坦化さ
せ、エピタキシャル成長層26に不純物イオンを注入し
てエピタキシャル成長層26の不純物濃度を調節する。
さらに、エピタキシャル成長層26のトランジスタ特性
を決定するために、エピタキシャル成長層26に3度目
の不純物イオンを注入する。
【0027】図6(f)に図示されたように、エピタキ
シャル成長層26の表面上にゲート電極27を形成す
る。そのゲート電極は残った第1絶縁膜21パターンに
またがって形成する。そしてゲート電極27をマスクに
不純物イオンをエピタキシャル成長層26内に4度目の
注入をしてソース領域28とドレイン領域29を形成す
る。
【0028】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明のMOS
FETの構造及び製造方法においては次のような効果が
ある。第1に、ソース領域とドレイン領域との間を絶縁
体で一部塞ぐことによりパンチスルーによる影響を防止
することができ、チャネルの長さをでより減少させるこ
とができる。第2に、ドレイン領域の電界の減少により
信頼性が改善される。第3に、エピタキシャル工程時シ
ード領域の増加により工程が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のMOSFETの構造を示す構造断面図
である。
【図2】 従来のMOSFETの製造工程を示す工程断
面図である。
【図3】 本発明の第1実施形態によるMOSFETの
構造を示す構造断面図である。
【図4】 本発明の第1実施形態によるMOSFETの
製造工程を示す工程断面図である。
【図5】 本発明の第2実施形態によるMOSFETの
構造を示す構造断面図である。
【図6】 本発明の第2実施形態によるMOSFETの
製造工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
11 基板、 12 ソース領域、 13 ドレ
イン領域、 14チャネル領域、 15 第1絶縁
体、 16 第2絶縁体、 17 ゲート電極、
20 基板、 21 第1絶縁膜、 22 第2
絶縁膜、23 第1側壁スペーサー、 24 第2
側壁スペーサー、 25 ウェル、 26 エピタ
キシャル成長層、 27 ゲート電極、 28 ソ
ース領域、 29 ドレイン領域。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面部にアクティブ領域を有する基板
    と、 アクティブ領域内部に間隙を置いて形成され、アクティ
    ブ領域をソース領域、ドレイン領域、及びソース領域と
    ドレイン領域との間に位置されたチャネル領域に分割す
    る2つの絶縁体と、 前記2つの絶縁体にまたがって位置されるように前記ア
    クティブ領域の表面上に形成されたゲート電極と、から
    構成されることを特徴とするMOSFET。
  2. 【請求項2】 2つの絶縁体は同一の形状にアクティブ
    領域の底面上に形成されることを特徴とする請求項1記
    載のMOSFET。
  3. 【請求項3】 前記2つの絶縁体の上面はアクティブ領
    域の表面の下方に位置することを特徴とする請求項2記
    載のMOSFET。
  4. 【請求項4】 2つの絶縁体の一方は、第1幅と第1高
    さを有してアクティブ領域の底面上に形成された柱状体
    とソース領域の底面上に第1高さより低い第2高さを有
    して形成されて柱状体の一側面と連結される延長体とか
    らなり、他方の絶縁体は第1幅と第1高さを有してアク
    ティブ領域の底面上に形成された柱状体とドレイン領域
    の底面上に第2高さを有して形成されて柱状体の一側面
    と連結される延長体とからなるむことを特徴とする請求
    項1記載のMOSFET。
  5. 【請求項5】 前記柱状体の上面はアクティブ領域の表
    面の下方に位置することを特徴とする請求項4記載のM
    OSFET。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に第1絶縁膜及び第2絶縁
    膜を順次に形成するステップと、 一定の幅で第2絶縁膜の全部分と第1絶縁膜の表面から
    一定の深さまだけ除去してリセスが形成されるように第
    1絶縁膜と第2絶縁膜とをパターニングするステップ
    と、 前記リセスの側面に第1側壁スペーサーを形成するステ
    ップと、 前記第1側壁スペーサーの側面に第2側壁スペーサーを
    形成するステップと、 残存する第2絶縁膜及び第2側壁スペーサーをエッチン
    グマスクとしてエッチングを行い、前記第1側壁スペー
    サー及びそれらの下方に位置された第1絶縁膜を除去し
    て前記基板の表面を選択的に露出させて第2側壁スペー
    サーの下方に第1絶縁膜パターンを残すステップと、 前記露出された基板の表面を介して不純物イオンを注入
    して拡散させて基板表面内にウェルを形成するステップ
    と、 前記残存する第2絶縁膜及び第2側壁スペーサーを除去
    して前記ウェルをシードとして残された第1絶縁膜の表
    面までエピタキシャル成長層を形成するステップと、 残された第1絶縁膜パターンにまたがって前記エピタキ
    シャル成長層の表面上にゲート電極を形成するステップ
    と、 前記ゲート電極をマスクとして不純物イオンをエピタキ
    シャル成長層内に注入してソース領域とドレイン領域と
    を形成するステップと、を具備することを特徴とするM
    OSFETの製造方法。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に第1絶縁膜及び第2絶縁
    膜を順次に形成するステップと、 一定の幅で第2絶縁膜の全部分と第1絶縁膜の表面から
    一定の深さまでを除去してリセスを形成するように第1
    絶縁膜と第2絶縁膜とをパターニングするステップと、 前記リセスの側面に第1側壁スペーサーを形成するステ
    ップと、 前記第1側壁スペーサーの側面に第2側壁スペーサーを
    形成するステップと、 前記第2絶縁膜及び第1、第2側壁スペーサーをエッチ
    ングマスクとして前記第1絶縁膜を一定の深さまで除去
    するステップと、 残存する第2絶縁膜及び第2側壁スペーサーをエッチン
    グマスクとして前記第1側壁スペーサー及び第1絶縁膜
    を除去して前記第1側壁スペーサーの下方に位置された
    第1絶縁膜の一部分を残すステップと、 前記露出された基板の表面を通して不純物イオンを注入
    して拡散させて基板表面内にウェルを形成するステップ
    と、 前記残存する第2絶縁膜及び第2側壁スペーサーを除去
    して前記ウェルをシードとして残された第1絶縁膜の表
    面までエピタキシャル成長層を形成するステップと、 残された第1絶縁膜パターンにまたがって前記エピタキ
    シャル成長層の表面上にゲート電極を形成するステップ
    と、 前記ゲート電極をマスクとして不純物イオンをエピタキ
    シャル成長層内に注入してソース領域とドレイン領域と
    を形成するステップと、を具備することを特徴とするM
    OSFETの製造方法。
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