JP2000082814A - MIS transistor and method of manufacturing the same - Google Patents
MIS transistor and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 S/D拡散層抵抗の低減とゲート寄生容量の
低減を動じ実現する。
【解決手段】 MIS型トランジスタは、半導体基板1
に形成されたソース・ドレイン領域(S/D拡散層)2
の上面が半導体基板1におけるチャネル形成面7よりも
ゲート電極6側に位置すると共に、ソース・ドレイン領
域2の上面がチャネル形成面7の上部側に設けられたゲ
ート絶縁膜5とゲート電極6の境界面よりもチャネル形
成面7側に位置している。このトランジスタは、半導体
基板1の表面に選択的に溝4を形成し、この溝4内に堆
積させたポリシリコン10をマスクにしてソースドレイ
ン領域2となる不純物拡散層2a,2bを形成して高誘
電体膜よりなるゲート絶縁膜5とゲート電極6とを積層
形成しても良いし、先にポリシリコン10を選択的に形
成してこれをマスクにして不純物拡散層2a,2bを嵩
上げ形成してからゲート絶縁膜およびゲート電極を積層
形成しても良い。
(57) [Problem] To reduce the resistance of an S / D diffusion layer and reduce the gate parasitic capacitance. An MIS transistor includes a semiconductor substrate (1).
Source / drain region (S / D diffusion layer) 2 formed in
Is located closer to the gate electrode 6 than the channel formation surface 7 of the semiconductor substrate 1, and the upper surface of the source / drain region 2 is located between the gate insulating film 5 and the gate electrode 6 provided above the channel formation surface 7. It is located closer to the channel forming surface 7 than the boundary surface. In this transistor, a trench 4 is selectively formed on the surface of a semiconductor substrate 1, and impurity diffusion layers 2a and 2b serving as source / drain regions 2 are formed using polysilicon 10 deposited in the trench 4 as a mask. A gate insulating film 5 made of a high dielectric film and a gate electrode 6 may be laminated, or the polysilicon 10 may be selectively formed first and the impurity diffusion layers 2a and 2b may be raised by using this as a mask. After that, the gate insulating film and the gate electrode may be stacked.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はMIS型トランジス
タおよびその製造方法に係り、特に駆動電流量が大きく
寄生容量が小さいMIS型トランジスタおよびその製造
方法に関する。The present invention relates to a MIS transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a MIS transistor having a large driving current and a small parasitic capacitance, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】金属・絶縁膜・半導体(Metal Insulato
r Semiconductor)−MIS−構造のトランジスタにつ
いての微細化の要請が強くなるのに伴って、現在MIS
型構造のトランジスタの微細化が着々と進展している。
このMISトランジスタの微細化は、大きく捉えるとゲ
ート長に比例させてソース・ドレイン領域を形成するス
ケーリング則と呼ばれる手法を用いて行なわれており、
具体的には、ゲート長を小さくした場合にこのゲート長
が小さくなるのに応じてソースおよびドレインとなる不
純物拡散領域、いわゆる拡散層の接合の深さを浅くする
ことにより行なわれている。2. Description of the Related Art Metal / insulating film / semiconductor (Metal Insulato)
With the increasing demand for miniaturization of transistors having a MIS-structure, the current MIS
The miniaturization of the transistor having the die structure is steadily progressing.
The miniaturization of the MIS transistor is performed by using a technique called scaling law that forms the source / drain region in proportion to the gate length when considered broadly.
Specifically, when the gate length is reduced, the depth of the junction of an impurity diffusion region serving as a source and a drain, that is, a diffusion layer, is reduced in accordance with the reduction of the gate length.
【0003】しかしながら、ゲート長が0.2μmを下
回るような微細なトランジスタにおいては、拡散の深さ
(Xj)が浅くなり過ぎてしまい、ゲートにおける抵抗
が増大してトランジスタ全体の寄生抵抗が増加し実質的
な駆動電流が減少してしまうという問題があった。そこ
で、この寄生抵抗を低減させるためには、導入されるソ
ースおよびドレインを金属シリサイド化(シリサイデー
ション)する際に接合の深さを浅くすることも場合によ
り考えられるが、接合の深さを浅くすることに腐心する
余り、接合が拡散層内に留まらずに基板側へ突き抜けて
しまって、接合リークを引き起こすという問題があっ
た。However, in a fine transistor having a gate length of less than 0.2 μm, the diffusion depth (Xj) becomes too shallow, the resistance at the gate increases, and the parasitic resistance of the entire transistor increases. There is a problem that a substantial driving current is reduced. Therefore, in order to reduce the parasitic resistance, it may be conceivable to reduce the depth of the junction when the source and drain to be introduced are made into metal silicide (silicidation). There is a problem that the junction is not retained in the diffusion layer but penetrates to the substrate side, which causes a junction leak, because it is hard to make the surface shallow.
【0004】上記接合が浅い場合に、抵抗が増大したり
あるいはシリサイデーションが困難となるという問題
は、エレベーティッドソースドレイン,コンケーブトラ
ンジスタ,リセストチャネルトランジスタなどと呼ばれ
る技術により解決が図られており、これらはトランジス
タにおけるチャネル面よりもソースおよびドレインの表
面を高く形成する構造を備えている(例えばS.M.Sze Ph
ysics of SemiconductorDevices second edition, 198
1, pp490)。図14はこのようなコンケーブMOS構造
を有するMIS型トランジスタを示しており、半導体基
板1と、ソースドレイン領域2と、その間に位置するチ
ャネル形成面7と、チャネル形成面7の上部に設けられ
たSiO2膜51と、このSiO2膜51を介してチャ
ネル形成面7に対向して設けられたゲート電極6と、を
備えている。[0004] The problem that the resistance increases or silicidation becomes difficult when the junction is shallow has been solved by techniques called elevated source drain, concave transistor, and reset channel transistor. Have a structure in which the source and drain surfaces are formed higher than the channel surface of the transistor (eg, SMSze Ph
ysics of Semiconductor Devices second edition, 198
1, pp490). FIG. 14 shows an MIS transistor having such a concave MOS structure, which is provided on a semiconductor substrate 1, a source / drain region 2, a channel forming surface 7 located therebetween, and an upper portion of the channel forming surface 7. The device includes an SiO 2 film 51 and a gate electrode 6 provided to face the channel forming surface 7 with the SiO 2 film 51 interposed therebetween.
【0005】図14において、ソースドレイン領域2
は、チャネル形成面7よりも半導体基板1内に属する第
1の不純物拡散領域2aと、チャネル形成面7よりも外
側(図においては上側)に積層された第2の不純物拡散
領域2bとを含んでおり、このような第2の不純物拡散
領域2bがSiO2膜5を介してゲート電極6を取り囲
む構造は、ソースドレイン領域2に溝が形成されている
構成とも考えられるし、第2の不純物拡散領域2bが嵩
上げ(エレベート)された構成とも考えることができ
る。In FIG. 14, a source / drain region 2
Includes a first impurity diffusion region 2a belonging to the semiconductor substrate 1 more than the channel formation surface 7 and a second impurity diffusion region 2b stacked outside (upper in the figure) than the channel formation surface 7 The structure in which the second impurity diffusion region 2b surrounds the gate electrode 6 with the SiO 2 film 5 interposed therebetween is considered to be a configuration in which a groove is formed in the source / drain region 2. It can also be considered that the diffusion region 2b is raised (elevated).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図14
に示した構造を有する従来のMIS型トランジスタにお
いては、ゲート電極6がSiO2(絶縁)膜51を介し
てソースドレイン拡散層2に囲まれる構造となってお
り、このためゲートドレイン間容量およびソースドレイ
ン間容量が増大することにより、トランジスタの動作速
度が大幅に悪化してしまうという問題があった。However, FIG.
In the conventional MIS transistor having the structure shown in FIG. 1, the gate electrode 6 is surrounded by the source / drain diffusion layer 2 via the SiO 2 (insulating) film 51, so that the gate-drain capacitance and the source There is a problem that the operation speed of the transistor is significantly deteriorated due to an increase in the drain-to-drain capacitance.
【0007】上述したように、従来のMIS型トランジ
スタにおいては、ソースドレインの拡散層抵抗の低減と
ゲート寄生容量の低減とを同時に解決することができな
いという問題があった。As described above, the conventional MIS transistor has a problem that the reduction of the source / drain diffusion layer resistance and the reduction of the gate parasitic capacitance cannot be simultaneously solved.
【0008】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、ソースドレインの拡散層抵抗の低減とゲ
ート寄生容量の低減とを同時に実現することのできるM
IS型トランジスタおよびその製造方法を提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an M transistor capable of simultaneously reducing the source / drain diffusion layer resistance and the gate parasitic capacitance.
An object of the present invention is to provide an IS transistor and a method for manufacturing the same.
【0009】[0009]
【課題を解決する手段】上記目的を達成するため、本発
明の第1の基本構成に係るMIS型トランジスタは、半
導体基板と、この基板上に形成されたソース・ドレイン
領域と、このソース・ドレイン領域間のチャネル領域の
上方に設けられたゲート電極と、を備えるものにおい
て、半導体基板に形成されたソース・ドレインの上面が
前記半導体基板におけるチャネル形成面よりもゲート電
極側に位置すると共に、前記ソース・ドレインの上面が
前記チャネル形成面上に設けられたゲート絶縁膜と前記
ゲート電極との境界面よりも前記チャネル形成面側に位
置し、かつ前記ゲート絶縁膜の誘電率が酸化シリコンの
誘電率よりも高くなるように形成されていることを特徴
としている。To achieve the above object, a MIS transistor according to a first basic structure of the present invention comprises a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a source / drain region formed on the semiconductor substrate. A gate electrode provided above the channel region between the regions, wherein the upper surfaces of the source and drain formed on the semiconductor substrate are located closer to the gate electrode than the channel formation surface of the semiconductor substrate, and The upper surfaces of the source and the drain are located closer to the channel forming surface than a boundary surface between the gate insulating film provided on the channel forming surface and the gate electrode, and the dielectric constant of the gate insulating film is a dielectric constant of silicon oxide. It is characterized in that it is formed to be higher than the ratio.
【0010】また、上記第1の基本構成に係るMIS型
トランジスタにおいて、前記半導体基板の上面に溝を形
成してこの溝の底面を前記チャネル形成面とすると共
に、該溝の開口部に保護膜を介して前記ゲート絶縁膜を
形成してその上部にゲート電極を位置せしめ、前記チャ
ネル形成面の両側に前記ソース・ドレインが位置するよ
うにして、前記ソース・ドレイン領域の上面,前記チャ
ネル形成面および前記境界面がそれぞれ所定の位置関係
となるように構成しても良い。In the MIS transistor according to the first basic structure, a groove is formed on an upper surface of the semiconductor substrate, a bottom surface of the groove is used as the channel forming surface, and a protective film is formed on an opening of the groove. The gate insulating film is formed through the gate insulating film, and a gate electrode is positioned on the gate insulating film. The source / drain is positioned on both sides of the channel forming surface, and the upper surface of the source / drain region, the channel forming surface And the boundary surface may have a predetermined positional relationship.
【0011】また、上記第1の基本構成に係るMIS型
トランジスタにおいて、前記半導体基板におけるチャネ
ル形成面を挟む箇所を積層したソース・ドレインの上面
が前記チャネル形成面よりもゲート電極側に位置すると
共に、前記チャネル形成面上に保護膜を介して形成され
たゲート絶縁膜と前記ゲート電極との前記境界面よりも
前記ソース・ドレインの上面が前記チャネル形成面側に
位置するようにしても良い。Further, in the MIS transistor according to the first basic configuration, the upper surface of the source / drain in which a portion of the semiconductor substrate sandwiching the channel forming surface is located closer to the gate electrode than the channel forming surface. The upper surface of the source / drain may be located closer to the channel forming surface than the boundary between the gate insulating film formed on the channel forming surface via a protective film and the gate electrode.
【0012】また、上記第1の基本構成に係るMIS型
トランジスタにおいて、前記チャネル形成面を挟んで設
けられた前記ソース・ドレイン領域の上面が、前記チャ
ネル形成面よりも嵩上げされてゲート電極側に位置する
と共に、前記ソース・ドレイン領域の上面は、嵩上げさ
れて前記ゲート電極側に位置するレベルの実質的な平坦
面と、この平坦面のレベルから前記チャネル形成面のレ
ベルまで傾斜する傾斜面と、を備えるようにしても良
い。Further, in the MIS transistor according to the first basic configuration, the upper surface of the source / drain region provided with the channel forming surface interposed therebetween is raised above the channel forming surface to be closer to the gate electrode. And the upper surface of the source / drain region is raised, and has a substantially flat surface at a level positioned on the side of the gate electrode, and an inclined surface inclined from the level of the flat surface to the level of the channel forming surface. May be provided.
【0013】また、上記構成において、前記チャネル形
成面の上側に設けられたゲート絶縁膜により囲まれるゲ
ート電極の形状が、段部を介して下側が先細りとなった
断面T字の形状となっていても良い。Further, in the above structure, the shape of the gate electrode surrounded by the gate insulating film provided above the channel forming surface has a T-shaped cross section in which the lower side is tapered through the step. May be.
【0014】また、上記第1の基本構成に係るMIS型
トランジスタにおいて、前記チャネル形成面の上側に設
けられたゲート絶縁膜により囲まれるゲート電極の形状
が、段部を介して下側が先細りとなった断面T字の形状
となっていても良い。In the MIS transistor according to the first basic configuration, the shape of a gate electrode surrounded by a gate insulating film provided above the channel forming surface is tapered on the lower side via a step portion. It may have a T-shaped cross section.
【0015】また、上記構成において、前記ゲート絶縁
膜は、金属酸化膜により構成されていても良い。Further, in the above structure, the gate insulating film may be formed of a metal oxide film.
【0016】また、上記構成において、前記ゲート絶縁
膜は、チタン酸化膜、アルミニウム酸化膜、タンタル酸
化膜のうちの少なくとも1つより構成されていても良
い。In the above structure, the gate insulating film may be made of at least one of a titanium oxide film, an aluminum oxide film, and a tantalum oxide film.
【0017】また、上記構成において、前記ゲート酸化
膜の誘電率は、アルミニウム酸化膜の誘電率よりも高く
設定しても良い。In the above structure, the dielectric constant of the gate oxide film may be set higher than the dielectric constant of the aluminum oxide film.
【0018】さらに、本発明の第2の基本構成に係るM
IS型トランジスタは、半導体基板と、この基板上に形
成されたソース・ドレイン領域と、このソース・ドレイ
ン領域間のチャネル領域の上方に設けられたゲート電極
と、を備えるものにおいて、前記チャネル形成面を挟ん
で設けられた前記ソース・ドレイン領域の上面が、前記
チャネル形成面よりも嵩上げされてゲート電極側に位置
し、かつ、前記ソース・ドレイン領域の上面は、嵩上げ
されて前記ゲート電極側に位置するレベルの実質的な平
坦面と、この平坦面のレベルから前記チャネル形成面の
レベルまで傾斜する傾斜面と、を備えると共に、前記チ
ャネル形成面の上側に設けられたゲート絶縁膜により囲
まれるゲート電極の形状が、段部を介して下側が先細り
となった断面T字の形状となっていることを特徴として
いる。Further, M according to the second basic configuration of the present invention
An IS type transistor comprising: a semiconductor substrate; a source / drain region formed on the substrate; and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain region. The upper surface of the source / drain region provided on both sides thereof is positioned higher on the gate electrode side than the channel forming surface, and the upper surface of the source / drain region is raised on the gate electrode side. A substantially flat surface at a level located therefrom, and an inclined surface inclined from the level of the flat surface to the level of the channel forming surface, and is surrounded by a gate insulating film provided above the channel forming surface. It is characterized in that the shape of the gate electrode has a T-shaped cross section with the lower side tapering through the step.
【0019】また、本発明の第3の基本構成に係るMI
S型トランジスタの製造方法は、半導体基板と、この基
板上に形成されたソース・ドレイン領域と、このソース
・ドレイン領域間のチャネル領域の上方に設けられたゲ
ート電極と、を備えるMIS型トランジスタの製造方法
であって、前記半導体基板上に酸化膜を選択的形成する
工程と、選択的に形成された酸化膜をマスクにしてエッ
チングを行ない溝を形成する工程と、前記溝内に多結晶
半導体層を積層してから前記酸化膜と多結晶半導体膜の
上面を研磨した後、前記酸化膜を除去する工程と、前記
多結晶半導体膜をマスクにして前記半導体基板の表面に
不純物を拡散させて前記溝の底部側を含む溝状の不純物
拡散領域を形成する工程と、前記溝状の不純物拡散領域
の溝部分に高誘電体膜よりなるゲート絶縁膜をその上面
が前記不純物拡散領域の前記溝部分以外の部分の上面よ
りも前記半導体基板から離れる側に位置させて形成する
工程と、前記ゲート絶縁膜の上面にゲート電極を形成す
る工程と、を備えることを特徴としている。Further, the MI according to the third basic configuration of the present invention.
A method of manufacturing an S-type transistor includes a method of manufacturing an MIS transistor including a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain region. A method of selectively forming an oxide film on the semiconductor substrate, a step of performing etching by using the selectively formed oxide film as a mask, and a step of forming a polycrystalline semiconductor in the groove. After laminating the layers and polishing the upper surfaces of the oxide film and the polycrystalline semiconductor film, removing the oxide film, and diffusing impurities to the surface of the semiconductor substrate using the polycrystalline semiconductor film as a mask Forming a groove-shaped impurity diffusion region including a bottom side of the groove; and forming a gate insulating film made of a high dielectric film in a groove portion of the groove-shaped impurity diffusion region. A step from the upper surface of the portion other than the groove portion of the band formed by positioned on a side away from the semiconductor substrate, is characterized in that it comprises a step of forming a gate electrode on the upper surface of the gate insulating film.
【0020】さらに、本発明の第4の基本構成に係るM
IS型トランジスタの製造方法は、半導体基板と、この
基板上に形成されたソース・ドレイン領域と、このソー
ス・ドレイン領域間のチャネル領域の上方に設けられた
ゲート電極と、を備えるMIS型トランジスタを製造す
る方法であって、前記半導体基板上に多結晶半導体層を
選択的に形成する工程と、選択的に形成された前記多結
晶半導体層をマスクにして前記半導体基板の表面に不純
物を拡散させてマスクされた半導体基板表面に形成され
ることになるチャネル形成面よりも嵩上げされた不純物
拡散領域を含む不純物拡散領域を形成する工程と、前記
嵩上げされた不純物拡散領域の表面側に酸化膜を形成
し、前記多結晶半導体層をストッパとして前記酸化膜表
面を研磨した後、前記多結晶半導体層を除去する工程
と、前記嵩上げされた不純物拡散層および前記酸化膜に
囲まれた領域に高誘電体膜よりなるゲート絶縁膜をその
上面が前記不純物拡散領域と前記酸化膜との境界面より
も前記基板から離れる高さまで形成する工程と、前記ゲ
ート絶縁膜の上面にゲート電極を形成する工程と、を備
えることを特徴としている。Further, according to a fourth basic configuration of the present invention, M
A method of manufacturing an IS type transistor includes an MIS transistor including a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain region. A method of manufacturing, comprising: selectively forming a polycrystalline semiconductor layer on the semiconductor substrate; and diffusing impurities into a surface of the semiconductor substrate using the selectively formed polycrystalline semiconductor layer as a mask. Forming an impurity diffusion region including an impurity diffusion region raised above the channel forming surface to be formed on the masked semiconductor substrate surface; and forming an oxide film on the surface side of the raised impurity diffusion region. Forming and polishing the oxide film surface using the polycrystalline semiconductor layer as a stopper, and then removing the polycrystalline semiconductor layer; and Forming a gate insulating film made of a high dielectric film in a region surrounded by the pure diffusion layer and the oxide film to a height such that an upper surface thereof is farther from the substrate than a boundary surface between the impurity diffusion region and the oxide film; And forming a gate electrode on the upper surface of the gate insulating film.
【0021】また、本発明の第5の基本構成に係るMI
S型トランジスタの製造方法は、半導体基板と、この基
板上に形成されたソース・ドレイン領域と、このソース
・ドレイン領域間のチャネル領域の上方に設けられたゲ
ート電極と、を備えるMIS型トランジスタを製造する
方法であって、選択的に形成された半導体層に囲まれた
前記チャネル形成面上にダミーゲート絶縁膜と、第2の
半導体層を含むダミーゲート電極を少なくともリソグラ
フィを含む手法により形成する工程と、前記半導体基板
上のチャネル形成面となる領域を挟んでソース・ドレイ
ン領域となる半導体層を、この半導体層上面と前記チャ
ネル形成面との間が傾斜面となるようにしつつ、選択的
に堆積させると工程と、前記第2の半導体層をマスクに
して前記半導体基板の表面に不純物を拡散させて不純物
拡散領域を形成する工程と、前記不純物拡散領域に挟ま
れた上記チャネル形成面となる部分の上に形成されたダ
ミーゲート電極をエッチングにより除去する工程と、露
出された上記チャネル形成面上に高誘電体膜よりなる絶
縁膜を全面に堆積せて中心側に溝状の空間を有する断面
形状でゲート絶縁膜を形成する工程と、中心側に溝状の
空間を有する断面形状で全面に形成された前記ゲート絶
縁膜の上面にゲート電極を堆積させて、断面T字形状と
なったゲート電極を形成する工程と、を備えることを特
徴とする。Further, the MI according to the fifth basic configuration of the present invention.
A method for manufacturing an S-type transistor includes an MIS transistor including a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain region. A method of manufacturing, wherein a dummy gate insulating film and a dummy gate electrode including a second semiconductor layer are formed by a method including at least lithography on the channel forming surface surrounded by a selectively formed semiconductor layer. And selectively forming a semiconductor layer serving as a source / drain region on the semiconductor substrate with a region serving as a channel formation surface interposed therebetween such that an inclined surface is formed between an upper surface of the semiconductor layer and the channel formation surface. And forming an impurity diffusion region by diffusing impurities into the surface of the semiconductor substrate using the second semiconductor layer as a mask. A step of removing a dummy gate electrode formed on a portion to be the channel forming surface sandwiched between the impurity diffusion regions by etching; and forming a high dielectric film on the exposed channel forming surface. Depositing an insulating film over the entire surface to form a gate insulating film in a cross-sectional shape having a groove-shaped space on the center side; Forming a gate electrode having a T-shaped cross section by depositing a gate electrode on the upper surface of the substrate.
【0022】以上のように、本発明に係るMIS型トラ
ンジスタにおいては、高誘電体膜を用いたゲート絶縁膜
と溝あるいはソースドレインエレベート構造を用いゲー
ト絶縁膜の実膜厚を平均誘電率で割ることによって求め
られるキャパシタ換算膜厚と等しいキャパシタ換算膜厚
を有するゲート電極とソースドレイン間絶縁膜の実膜厚
より大きい量だけ前記半導体基板表面より高い位置にゲ
ート電極の下面が設ける事によりソースドレインの拡散
層抵抗の低減とゲート寄生容量の低減とを同時に実現す
ることが可能となる。As described above, in the MIS transistor according to the present invention, the actual thickness of the gate insulating film using the high dielectric film and the actual thickness of the gate insulating film using the trench or the source / drain elevated structure are expressed by the average dielectric constant. By providing the lower surface of the gate electrode at a position higher than the semiconductor substrate surface by an amount larger than the actual film thickness of the gate electrode and the source-drain insulating film having a capacitor equivalent film thickness equal to the capacitor equivalent film thickness obtained by dividing, It is possible to simultaneously reduce the drain diffusion layer resistance and the gate parasitic capacitance.
【0023】また、本発明に係るMIS型トランジスタ
は、MOS型トランジスタにおいてゲート絶縁膜たる第
1の絶縁膜材利用の平均誘電率が前記溝の上面とゲート
材料間を絶縁する第2の絶縁膜の平均誘電率より高くな
るように構成しても良い。Further, in the MIS transistor according to the present invention, in the MOS transistor, the average dielectric constant of the first insulating film material used as the gate insulating film is a second insulating film for insulating the upper surface of the trench from the gate material. May be configured to be higher than the average dielectric constant.
【0024】さらに、このうようなMOS型トランジス
タにおいて前記ゲート絶縁膜たる第1の絶縁膜は、Si
O2 膜よりも高い誘電率を持つ絶縁膜とそれを保護す
るバッファ絶縁膜の積層構造により構成するようにして
も良い。Further, in such a MOS transistor, the first insulating film serving as the gate insulating film is formed of Si
It may be constituted by a laminated structure of an insulating film having a higher dielectric constant than the O2 film and a buffer insulating film for protecting the insulating film.
【0025】また、上記MIS型トランジスタにおいて
ゲート絶縁膜の実膜厚を平均誘電率で割ることによって
求められるキャパシタ換算膜厚と等しいキャパシタ換算
膜厚を有する第2の絶縁膜の実膜厚より大きい量だけ前
記半導体基板表面より高い位置にゲート電極の下面が位
置するように構成しても良い。以上のように、本発明に
よれば、ソースドレインの拡散層抵抗の低減とゲート寄
生容量の低減とを同時に実現することができる。In the MIS transistor, the actual thickness of the gate insulating film is larger than the actual thickness of the second insulating film having a capacitor equivalent thickness which is equal to the capacitor equivalent thickness obtained by dividing the actual film thickness by the average dielectric constant. The lower surface of the gate electrode may be located at a position higher than the surface of the semiconductor substrate by an amount. As described above, according to the present invention, it is possible to simultaneously reduce the source / drain diffusion layer resistance and the gate parasitic capacitance.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明に係るMIS型トランジスタおよびその製造方法の
好適な実施形態について詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a MIS transistor according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0027】図1は、本発明の第1実施形態に係るMI
S型トランジスタの概略構成を示す断面図である。な
お、図においては表示を明瞭にするため断面を表すハッ
チングを省略する。また、図14と同一符号を付した構
成要素は、従来のMIS型トランジスタと同一または相
当する構成要素を示している。FIG. 1 shows an MI according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an S-type transistor. In the drawings, hatching representing a cross section is omitted for clarity of display. Components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 14 indicate the same or corresponding components as those of the conventional MIS transistor.
【0028】図1において、符号1は半導体基板であ
り、この半導体基板1の表面側にはチャネル領域7を介
してソース・ドレインとして用いられる不純物領域2が
設けられている。この不純物領域2は、トランジスタと
して動作する際に一方がドレイン電極、他方がソース電
極として用いられるものであり、両者の間のチャネル形
成面7に掛けての部分には凹部または溝部4が形成され
ている。溝部4内には保護膜3を介して高誘電体ゲート
絶縁膜5が設けられており、高誘電体ゲート絶縁膜5の
上部側にはゲート電極6が設けられている。ソース・ド
レインとして用いられる不純物領域2とゲート電極6と
の間は絶縁膜13により絶縁されている。高誘電体ゲー
ト絶縁膜5は図14に示された従来のMIS型トランジ
スタにおけるSiO2膜5の比誘電率3.9より高い誘
電率を有している。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate, and an impurity region 2 used as a source / drain is provided on a front surface side of the semiconductor substrate 1 via a channel region 7. When operating as a transistor, one of the impurity regions 2 is used as a drain electrode and the other is used as a source electrode, and a recess or a groove 4 is formed in a portion over the channel forming surface 7 between the two. ing. A high dielectric gate insulating film 5 is provided in the trench 4 via the protective film 3, and a gate electrode 6 is provided on the upper side of the high dielectric gate insulating film 5. The insulating region 13 is insulated between the impurity region 2 used as a source and a drain and the gate electrode 6. The high dielectric gate insulating film 5 has a dielectric constant higher than the relative dielectric constant 3.9 of the SiO 2 film 5 in the conventional MIS transistor shown in FIG.
【0029】上記構成において重要なことは、第2の不
純物拡散領域2bと絶縁膜13との間のソース・ドレイ
ン上面のレベルLa が、前記チャネル形成面7のレベル
Lbよりは半導体基板1より離れて位置すると共にゲー
ト電極6の下面のレベルLcよりは半導体基板1の近く
に位置している点である。What is important in the above structure is that the level La on the upper surface of the source / drain between the second impurity diffusion region 2b and the insulating film 13 is more distant from the semiconductor substrate 1 than the level Lb on the channel forming surface 7. And is located closer to the semiconductor substrate 1 than the level Lc on the lower surface of the gate electrode 6.
【0030】前記不純物領域2は、図14に示した従来
のMIS型トランジスタと同様に、チャネル形成面7よ
りも半導体基板1内に属する第1の不純物拡散領域2a
と、チャネル形成面7よりも外側(図においては上側)
に積層された第2の不純物拡散領域2bとを含んでい
る。また、前記保護膜3はゲート絶縁膜5を保護するた
めに例えばSiNやオキシナイトライド膜等により形成
されており、チャネル形成面7とゲート絶縁膜5との間
に位置する第1の保護膜3aと、第2の不純物拡散領域
2bとの間に位置する第2の保護膜3bとを含んでい
る。As in the case of the conventional MIS type transistor shown in FIG. 14, the impurity region 2 is a first impurity diffusion region 2a which belongs to the semiconductor substrate 1 rather than the channel forming surface 7.
Outside the channel forming surface 7 (upper side in the figure)
And a second impurity diffusion region 2b laminated on the second impurity diffusion region. The protective film 3 is formed of, for example, a SiN or oxynitride film for protecting the gate insulating film 5, and a first protective film located between the channel forming surface 7 and the gate insulating film 5. 3a and a second protective film 3b located between the second impurity diffusion region 2b.
【0031】以上の構成において、本発明の第1実施形
態に係るMIS型トランジスタは、図14の従来のMI
S型トランジスタと同様に、電流が流れるチャネルが形
成されているチャネル形成面7よりソース・ドレインと
して用いられる不純物拡散領域2が第2の不純物拡散領
域2bの厚さ分だけ半導体基板1の逆側に形成されてい
る。このため、チャネル形成面7より下側の第1の不純
物拡散領域2aだけにソース・ドレイン領域が形成され
る場合と比較して、拡散層抵抗を低くすることができ、
また、ニッケル(Ni),チタン(Ti)等とのシリサ
イドを形成する際にも接合面までシリサイド化が進むこ
とにより生じる接合リークの発生を避けることができ
る。In the above configuration, the MIS transistor according to the first embodiment of the present invention is the same as the conventional MIS transistor shown in FIG.
Similar to the S-type transistor, the impurity diffusion region 2 used as a source / drain is located on the opposite side of the semiconductor substrate 1 by the thickness of the second impurity diffusion region 2b from the channel forming surface 7 where the channel through which current flows is formed. Is formed. Therefore, compared with the case where the source / drain region is formed only in the first impurity diffusion region 2a below the channel formation surface 7, the resistance of the diffusion layer can be reduced,
Also, when forming silicide with nickel (Ni), titanium (Ti), or the like, it is possible to avoid the occurrence of junction leakage caused by the progress of silicidation to the junction surface.
【0032】また、ゲート電極6の下面8をソース・ド
レインとして用いられる不純物拡散領域2の上面よりも
高い位置、すなわち半導体基板1側より離れる側に設け
ることにより、性能の低下を引き起こすゲート電極とソ
ース・ドレインとの容量を図14に示す従来型コンケー
ブMOSよりも大幅に低減することができる。Further, by providing the lower surface 8 of the gate electrode 6 at a position higher than the upper surface of the impurity diffusion region 2 used as the source / drain, that is, on the side farther from the semiconductor substrate 1, the performance of the gate electrode is reduced. The capacitance between the source and the drain can be greatly reduced as compared with the conventional concave MOS shown in FIG.
【0033】さらに、ゲート電極6とソースドレイン電
極2bとの距離を従来例よりも離すことができ、電界を
小さく保つことができる。したがって、これらの間のリ
ーク電流を減少させ、絶縁破壊を防ぐことができる。こ
の特徴は以下に説明する全ての実施形態に当てはまるこ
とである。Further, the distance between the gate electrode 6 and the source / drain electrode 2b can be made larger than in the conventional example, and the electric field can be kept small. Therefore, leakage current between them can be reduced, and dielectric breakdown can be prevented. This feature applies to all embodiments described below.
【0034】また、図示説明を省略したが、チャネル形
成面とソース・ドレイン領域の上面と同一平面とした従
来のMIS型トランジスタにおいて、ゲート電極とチャ
ネル形成面との間のゲート絶縁膜をSiO2膜により形
成したものとすると、ゲート電極6の下面8をこのSi
O2膜の厚さより面7から高く設けると共に、ゲート電
極とソース・ドレインを絶縁する絶縁膜13をSiO2
膜とすることにより、平面型の従来MOSトランジスタ
よりも寄生容量を低減することができる。Although not shown, the gate insulating film between the gate electrode and the channel forming surface is made of SiO 2 in a conventional MIS transistor in which the channel forming surface and the upper surfaces of the source / drain regions are flush with each other. If the lower surface 8 of the gate electrode 6 is formed of this Si
O increases with providing the surface 7 than the thickness of 2 film, an insulating film 13 for insulating the gate electrode and the source and drain SiO 2
By using a film, the parasitic capacitance can be reduced as compared with a conventional planar MOS transistor.
【0035】例えば、従来技術ではゲート長が0.1ミ
クロンの場合、ゲート酸化膜の厚さは3nm程度にスケ
ーリングされるが、本発明を比誘電率が約25のTa2
O5と1nmのSiN(比誘電率7.5)の保護膜でデ
バイス設計すると、トランジスタの表面電荷量Qsを等
しくするために、SiO2の換算膜厚3nmを保つとし
て、第1の保護膜3aのSiN実膜厚は1nmとなり、
SiO2換算膜厚は「1nm×3.9/7.5=0.5
2」nmとなり、高誘電体ゲート絶縁膜5(Ta2O
5)のSiO2 換算膜厚は「3nm−0.52nm=
2.48nm」となり、実膜厚は「2.48nm×25
/3.9=15.9nm」となる。For example, in the prior art, when the gate length is 0.1 μm, the thickness of the gate oxide film is scaled to about 3 nm.
Designing devices with a protective film O5 and 1nm of SiN (dielectric constant 7.5), in order to equalize the surface charge amount Qs of the transistor, and the keeping equivalent thickness 3nm of SiO 2, the first protective layer 3a Has an actual SiN film thickness of 1 nm,
The equivalent SiO 2 film thickness is “1 nm × 3.9 / 7.5 = 0.5
2 "nm, and the high dielectric gate insulating film 5 (Ta2O
The SiO2 equivalent film thickness of 5) is “3 nm−0.52 nm =
2.48 nm ”, and the actual film thickness is“ 2.48 nm × 25 ”.
/3.9=15.9 nm ".
【0036】すなわちソース・ドレインとなる不純物拡
散領域2の溝の深さを「15.9nm(ゲート絶縁膜5
の分)+1nm(保護膜3aの分)=16.9nm」と
すればゲート電極6の下面8がソース・ドレイン表面と
同じ高さとなり、13.9nmとすれば従来のスケーリ
ングトレンド上の3nm酸化膜を用いたMOSトランジ
スタと同程度の寄生容量となる。ここで、従来のスケー
リングによれば、トランジスタの拡散層の深さは0.1
ミクロントランジスタであっても40nm程度であり、
これより13.9nm即ち35%拡散層を厚くして寄生
抵抗を下げることができる。That is, the depth of the groove of the impurity diffusion region 2 serving as the source / drain is set to 15.9 nm (the gate insulating film 5).
+1 nm (for the protective film 3 a) = 16.9 nm ”, the lower surface 8 of the gate electrode 6 has the same height as the source / drain surfaces, and 13.9 nm for 3 nm oxidation on the conventional scaling trend. The parasitic capacitance is almost the same as that of a MOS transistor using a film. Here, according to the conventional scaling, the depth of the diffusion layer of the transistor is 0.1
Even a micron transistor is about 40 nm,
Thus, the parasitic resistance can be reduced by increasing the thickness of the diffusion layer to 13.9 nm, that is, 35%.
【0037】ここで、SiO2の比誘電率をε、SiO
2膜の膜厚をTSiO2、高誘電体ゲート絶縁膜5の比
誘電率をε5、実膜厚をT5、保護膜3の比誘電率をε
3、実膜厚をT3とすると、TSiO2厚さのSiO2
膜と同等の平行平板容量を与える膜厚は、下式 TSiO2/εSiO2 = T3/ε2 + T5/
ε5 を満たせば良い。保護膜に1nm厚さのSiN膜を用
い、SiO2,SiNの比誘電率に3.9,7.5をそ
れぞれ用いると、T5=ε5(TSiO2/3.9−1
/7.5)(nm)となり従来スケーリングトレンド上
の厚さTSiO2とし、それと同等の寄生容量となる溝
の赤さはゲート−ソースドレイン間の絶縁膜材料をSi
O2または同等の誘電率を持つものとすると、 Dconcave =ε5(TSiO2/3.9−1/7.5)
−TSiO2 により与えられる。これよりも溝が浅ければより寄生容
量が小さくなる。Here, the relative dielectric constant of SiO 2 is ε,
The thickness of the two films is TSiO 2 , the relative dielectric constant of the high dielectric gate insulating film 5 is ε 5 , the actual thickness is T 5 , and the relative dielectric constant of the protective film 3 is ε.
3, when the actual thickness and T 3, SiO 2 of TSIO 2 thickness
The film thickness giving a parallel plate capacity equivalent to the film is given by the following equation: TSiO 2 / εSiO 2 = T 3 / ε 2 + T 5 /
It may satisfy the ε 5. When a 1-nm-thick SiN film is used for the protective film and the relative dielectric constants of SiO 2 and SiN are 3.9 and 7.5, respectively, T5 = ε 5 (TSiO 2 /3.9-1
/7.5) (nm), which is the thickness TSiO 2 on the conventional scaling trend, and the redness of the trench, which is equivalent to the parasitic capacitance, is that the material of the insulating film between the gate, source and drain is Si.
Assuming O 2 or equivalent dielectric constant, Dconcave = ε 5 (TSiO 2 /3.9-1/7.5)
It is given by -TSiO 2. The shallower the trench, the smaller the parasitic capacitance.
【0038】比誘電率約80でありかつ熱的に安定でそ
の点からは保護膜の必要がないチタン酸化膜TiO2膜
を用いた場合は、保護膜分を取り除いた同様の計算で、 Dconcave =ε5×TSiO2/3.9−TSiO2 となり、溝深さを58.5nmとすれば、従来の3nm
酸化膜を用いたMOSトランジスタと同程度の寄生容量
となり、かつ、58.5nm即ち従来の40nm深さの
拡散層を用いた場合と比較し150%拡散層を厚くして
寄生抵抗を低減させることができる。In the case of using a titanium oxide film TiO2 film having a relative dielectric constant of about 80 and being thermally stable and requiring no protective film from that point, a similar calculation after removing the protective film portion yields Dconcave = If ε 5 × TSiO 2 /3.9-TSiO 2 and the groove depth is 58.5 nm, the conventional 3 nm
Parasitic capacitance comparable to that of a MOS transistor using an oxide film, and reducing the parasitic resistance by making the diffusion layer 150% thicker than in the case of using a diffusion layer having a depth of 58.5 nm, that is, the conventional 40 nm. Can be.
【0039】次に、図2(a)ないし図2(e)を用い
て本発明の第1実施形態に係るMIS型トランジスタの
製造方法について説明する。まず、図2(a)に示すよ
うに、半導体基板としてのシリコン基板1上にSiO2
膜9を堆積してリソグラフィによりエッチングする。次
に、SiO2膜9をマスクとして反応性イオンエッチン
グ(RIE−Reactive Ion Etching−)により溝4を形
成する(図2(b))。Next, a method of manufacturing the MIS transistor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e). First, as shown in FIG. 2A, SiO 2 is formed on a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate.
The film 9 is deposited and etched by lithography. Next, the groove 4 is formed by reactive ion etching (RIE-Reactive Ion Etching-) using the SiO 2 film 9 as a mask (FIG. 2B).
【0040】次に、図2(c)に示すように、SiO2
膜9およびシリコン基板1の溝4の表面に薄い犠牲酸化
膜11を積層した後、ポリシリコン10を堆積して、化
学的機械的研磨法(−CMP−Chemical Mecanical Pol
ishing)あるいはエッチバック技術等を用いてSiO2
膜9の上面まで平坦化する。このとき、薄い犠牲酸化膜
11を積層しておくのは、ポリシリコン10とシリコン
基板1とを分離するためである。Next, as shown in FIG. 2 (c), SiO 2
After laminating a thin sacrificial oxide film 11 on the surface of the film 9 and the groove 4 of the silicon substrate 1, a polysilicon 10 is deposited, and a chemical mechanical polishing method (−CMP-Chemical Mechanical Pol) is performed.
ishing) or SiO 2 using an etch-back technique or the like.
Flatten to the upper surface of the film 9. At this time, the thin sacrificial oxide film 11 is stacked to separate the polysilicon 10 and the silicon substrate 1.
【0041】次に、図2(d)に示すように、前記シリ
コン酸化(SiO2)膜9を除去した後、ポリシリコン
10をマスクにしてイオン注入技術あるいは固相拡散技
術等を用いてソースドレイン領域2を形成する。次に、
ポリシリコン10、犠牲酸化膜11を例えば化学的ドラ
イエッチング(CDE−Chemical Dry Etching−)等に
より除去する。その後、図2(e)に示すように保護膜
としてのSiN膜3を堆積あるいは熱窒化により形成す
る。次にスパッタ技術等により高誘電体膜5を形成しさ
らにゲート電極6を堆積する。最後に、シリコン(S
i)酸化膜12を形成して図1に示すMIS型トランジ
スタと同一構造の半導体装置が製造されることになる。Next, as shown in FIG. 2D, after the silicon oxide (SiO 2 ) film 9 is removed, the source is formed by ion implantation or solid phase diffusion using the polysilicon 10 as a mask. The drain region 2 is formed. next,
The polysilicon 10 and the sacrificial oxide film 11 are removed by, for example, chemical dry etching (CDE-Chemical Dry Etching-). Thereafter, as shown in FIG. 2E, a SiN film 3 as a protective film is formed by deposition or thermal nitridation. Next, a high dielectric film 5 is formed by a sputtering technique or the like, and a gate electrode 6 is deposited. Finally, silicon (S
i) By forming the oxide film 12, a semiconductor device having the same structure as the MIS transistor shown in FIG. 1 is manufactured.
【0042】次に、図3(a)ないし図3(e)を用い
て本発明の第2実施形態に係るMIS型トランジスタの
製造方法および構成を説明する。まず、図3(a)ない
し図3(e)に従いMIS型トランジスタの製造方法に
ついて説明する。図3(a)に示す半導体基板1上にダ
ミーポリシリコン10を犠牲酸化膜11を介して形成し
てパターニングし、さらに酸化してダミーポリシリコン
10を酸化膜で包んだ後、図3(b)に示すように、ソ
ースドレイン領域2をイオン注入等により形成する。Next, a method and structure for manufacturing a MIS transistor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (e). First, a method for manufacturing a MIS transistor will be described with reference to FIGS. After a dummy polysilicon 10 is formed on the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 3A via a sacrificial oxide film 11 and patterned, and further oxidized to wrap the dummy polysilicon 10 with an oxide film, FIG. As shown in (), the source / drain region 2 is formed by ion implantation or the like.
【0043】次に、選択エピタキシャル成長技術により
シリコンをかさ上げ(elevate )した後、さらに追加の
イオン注入によりかさ上げ部分に再度不純物を注入して
拡散させる。第1実施形態に係るMIS型トランジスタ
の製造方法は、溝4をまず形成しその溝に対して上方か
ら不純物を注入拡散していたのでソースドレイン領域2
の深さの制御が難しかったが、この第2実施形態に係る
MIS型トランジスタの製造方法においては、チャネル
形成面7よりも下側になるソースドレイン領域2の深さ
がチャネル形成面7からの不純物の注入の度合で決まる
ので制御がしやすいという効果がある。Next, after the silicon is elevated by the selective epitaxial growth technique, an impurity is again implanted and diffused into the raised portion by additional ion implantation. In the method of manufacturing the MIS transistor according to the first embodiment, the trench 4 is formed first, and the impurity is implanted and diffused from above into the trench.
However, in the method of manufacturing the MIS transistor according to the second embodiment, the depth of the source / drain region 2 below the channel formation surface 7 is smaller than the depth of the channel formation surface 7. Since it is determined by the degree of impurity implantation, there is an effect that control is easy.
【0044】次に、まず、ポリシリコン10を残したま
まソースドレイン領域2の上にシリコン(Si)酸化膜
12を堆積させて、ポリシリコン10をストッパとして
CMP技術によりシリコン酸化膜12をポリシリコン1
0の上面まで平坦化する。ここで、図3(c)に示すよ
うにポリシリコン10および犠牲酸化膜11をCDE等
で剥離し、シリコン酸化膜12およびソースドレイン領
域の側面からチャネル形成面7の上面にかけて窒化シリ
コン(SiN)保護膜3を堆積させる。Next, first, a silicon (Si) oxide film 12 is deposited on the source / drain region 2 with the polysilicon 10 left, and the silicon oxide film 12 is formed by the CMP technique using the polysilicon 10 as a stopper. 1
It is flattened to the upper surface of 0. Here, as shown in FIG. 3C, the polysilicon 10 and the sacrificial oxide film 11 are peeled off by CDE or the like, and silicon nitride (SiN) is formed from the side surfaces of the silicon oxide film 12 and the source / drain region to the upper surface of the channel forming surface 7. A protective film 3 is deposited.
【0045】次に、図3(d)に示すように高誘電体ゲ
ート絶縁膜5をスパッタ、CVD等によりソースドレイ
ン領域2の上面よりも高い位置まで堆積する。このよう
な工程を採用する際に、仮に高誘電体ゲート絶縁膜5の
膜厚が溝の深さより浅い場合にはゲート電極とソースド
レインの間の絶縁を保護膜3で保たねばならず、本実施
形態のように高誘電体ゲート絶縁膜5を溝4より高く設
けた場合と比較して、保護膜3の厚さを厚くしなければ
ならなくなる。Next, as shown in FIG. 3D, a high dielectric gate insulating film 5 is deposited to a position higher than the upper surface of the source / drain region 2 by sputtering, CVD or the like. When adopting such a process, if the thickness of the high dielectric gate insulating film 5 is smaller than the depth of the groove, the insulation between the gate electrode and the source / drain must be maintained by the protective film 3. As compared with the case where the high dielectric gate insulating film 5 is provided higher than the groove 4 as in the present embodiment, the thickness of the protective film 3 must be increased.
【0046】次に、図3(e)に示すように、高誘電ゲ
ート絶縁膜5の上部にゲート電極6をスパッタ、CVD
等によりシリコン酸化膜12と略々同一の高さまで堆積
させる。また、上記のように、仮に高誘電体ゲート絶縁
膜五の膜厚が溝の深さよりも浅い場合には、ゲート電極
6とソースドレイン領域2の上面との距離が保護膜3を
介して離隔するだけで最も近接することになり、この部
分の耐圧がクリティカルとなるので、このような状態に
おいてはその電気的特性から Dconcave =ε5(TSiO2/3.9−1/7.5)
−TSiO2 を満たすようにしていた。したがって、トランジスタの
耐圧を向上させるには溝部分をより浅くすることが望ま
しい。あるいは溝上部での保護膜3の厚さを下部より厚
くすることも耐圧の向上にとって望ましい。そのために
は、図3(d)に示す工程においてCDE等を行なうこ
とにより、高誘電体ゲート絶縁膜5とソースドレイン領
域2との間を僅かにエッチングして埋め戻すこと等で実
現する。Next, as shown in FIG. 3E, a gate electrode 6 is formed on the high dielectric gate insulating film 5 by sputtering and CVD.
The silicon oxide film 12 is deposited to substantially the same height as that of the silicon oxide film 12 by the method described above. Further, as described above, if the thickness of the high dielectric gate insulating film 5 is smaller than the depth of the groove, the distance between the gate electrode 6 and the upper surface of the source / drain region 2 is separated by the protective film 3. In such a state, Dconcave = ε 5 (TSiO 2 /3.9-1/7.5).
−TSiO 2 was satisfied. Therefore, it is desirable to make the groove portion shallower in order to improve the breakdown voltage of the transistor. Alternatively, it is also desirable to increase the thickness of the protective film 3 in the upper part of the groove than in the lower part in order to improve the breakdown voltage. For this purpose, CDE or the like is performed in the step shown in FIG. 3D so that the space between the high-dielectric gate insulating film 5 and the source / drain region 2 is slightly etched and filled back.
【0047】以上のような第2実施形態に係るMIS型
トランジスタの製造方法によれば、SiO2膜をマスク
にして溝4を形成してからソースドレイン領域2を形成
する第1実施形態に係る製造方法とは異なる工程を経
て、略々同一の構成のトランジスタを得ることができ
る。ただし、基板1の上面に溝4を形成するものと考え
るか、基板1にソースドレイン領域2を形成してチャネ
ル形成面7のレベルからこのソースドレイン領域2をさ
らに嵩上げするものと考えるかの違いがあるのみであ
る。According to the method of manufacturing the MIS transistor according to the second embodiment as described above, the source / drain region 2 is formed after forming the trench 4 using the SiO 2 film as a mask. Through a step different from the manufacturing method, a transistor having substantially the same configuration can be obtained. However, whether the groove 4 is to be formed on the upper surface of the substrate 1 or the source / drain region 2 is to be further raised from the level of the channel forming surface 7 by forming the source / drain region 2 in the substrate 1 There is only.
【0048】上記第1および第2実施形態に係るMIS
型トランジスタにおいては、何れも高誘電体ゲート絶縁
膜5とソースドレイン領域2との間に保護膜3を形成し
ていたが、高誘電体ゲート絶縁膜5の材料あるいはプロ
セスの低温化等を調整することにより、保護膜3が必要
でない場合もある。このように、保護膜3を設けないよ
うにした場合の第3実施形態に係るMIS型トランジス
タが図4に示されている。図4においては、半導体基板
としてのシリコン基板1のチャネル形成面7と高誘電体
ゲート絶縁膜5との間に保護膜(図1における保護膜3
a)が設けられておらず、ゲート絶縁膜5の側壁と第2
の不純物拡散領域2bとの間のみに保護膜3bが設けら
れている構成となっている。The MIS according to the first and second embodiments
In each of the type transistors, the protective film 3 is formed between the high dielectric gate insulating film 5 and the source / drain region 2, but the material of the high dielectric gate insulating film 5 or the lowering of the process is adjusted. By doing so, the protective film 3 may not be necessary. FIG. 4 shows an MIS transistor according to the third embodiment in which the protective film 3 is not provided. In FIG. 4, a protective film (the protective film 3 in FIG. 1) is provided between the channel forming surface 7 of the silicon substrate 1 as a semiconductor substrate and the high dielectric gate insulating film 5.
a) is not provided, and the side wall of the gate insulating film 5 and the second
Is provided only between the impurity diffusion region 2b and the protective film 3b.
【0049】次に、図5(a)ないし図5(e)を用い
て本発明の第4の実施形態に係るMIS型トランジスタ
の製造方法について説明する。図5(a)ないし図5
(c)までの工程については、基本的には第1あるいは
第2実施形態に係るMISトランジスタの製造方法と略
同様に形成するものとする。次に、図5(b)に示す犠
牲酸化膜11とポリシリコンを10をCDE等により剥
離して、シリコン酸化膜12およびソースドレイン領域
2の側面からチャネル形成面7の上面にかけて窒化シリ
コン(SiN)保護膜3を堆積させ、高誘電体ゲート絶
縁膜5をCVDまたはスパッタ等により堆積させる。Next, a method of manufacturing the MIS transistor according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (e). 5 (a) to 5
The steps up to (c) are basically formed in substantially the same manner as the method of manufacturing the MIS transistor according to the first or second embodiment. Next, the sacrificial oxide film 11 and the polysilicon 10 shown in FIG. 5B are separated by CDE or the like, and silicon nitride (SiN) is formed from the side surfaces of the silicon oxide film 12 and the source / drain region 2 to the upper surface of the channel formation surface 7. 3) A protective film 3 is deposited, and a high dielectric gate insulating film 5 is deposited by CVD or sputtering.
【0050】次に、図5(c)に示すように、CVDま
たはスパッタ等により堆積させた高誘電体ゲート絶縁膜
5をCMP技術を用いて酸化膜12の上面まで平坦化す
る。この第3実施形態に係るMIS型トランジスタの製
造方法においては、高誘電体ゲート絶縁膜5の膜厚をシ
リコン酸化膜12の厚さと溝4の深さにより決定してい
るのでゲート絶縁膜5の膜厚が制御し易いという優れた
効果を奏する。Next, as shown in FIG. 5C, the high dielectric gate insulating film 5 deposited by CVD or sputtering or the like is flattened to the upper surface of the oxide film 12 by using the CMP technique. In the method of manufacturing the MIS transistor according to the third embodiment, the thickness of the high dielectric gate insulating film 5 is determined by the thickness of the silicon oxide film 12 and the depth of the groove 4, so that the gate insulating film 5 An excellent effect that the film thickness can be easily controlled is exhibited.
【0051】ただし、この第4実施形態に係るMIS型
トランジスタの製造方法の場合にはゲート電極6はリソ
グラフィを再度行なうことにより形成されているので、
溝4にゲート電極6をセルフアラインさせることは難し
い。このため、図5(e)に示すように、溝4の開口面
積よりも大きく形成されることになる。したがって、ゲ
ート電極6の寄生容量が幾分増加することになるが、シ
リコン酸化膜12の膜厚が充分に厚く、また、シリコン
酸化膜12の誘電率も小さいため、大きな影響を受ける
ことはない。However, in the case of the method of manufacturing the MIS transistor according to the fourth embodiment, since the gate electrode 6 is formed by performing lithography again,
It is difficult to make the gate electrode 6 self-aligned with the groove 4. For this reason, as shown in FIG. 5E, the groove 4 is formed to be larger than the opening area. Therefore, the parasitic capacitance of the gate electrode 6 is slightly increased. However, since the thickness of the silicon oxide film 12 is sufficiently large and the dielectric constant of the silicon oxide film 12 is small, there is no significant influence. .
【0052】図6には、図5(a)ないし図5(e)に
示された製造方法により製造された第4実施形態に係る
MIS型トランジスタの断面が示されている。図6にお
いて、MIS型トランジスタは、半導体基板としてのシ
リコン基板1と、チャネル形成面7よりも基板1側に位
置する第1の不純物拡散領域2aとチャネル形成面7よ
りもゲート電極6側に位置する第2の不純物拡散領域2
bを含むソースドレイン領域2と、シリコン酸化膜12
と、シリコン酸化膜12および第2の不純物拡散領域2
bに形成された溝4の内壁に設けられた保護膜3と、こ
の保護膜3を介して溝4内に形成された高誘電体ゲート
絶縁膜5と、このゲート絶縁膜5上に保護膜3により囲
繞される範囲よりも広い面積となるように形成されたゲ
ート電極6と、を備えている。FIG. 6 shows a cross section of the MIS transistor according to the fourth embodiment manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 5A to 5E. 6, the MIS transistor includes a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate, a first impurity diffusion region 2a located closer to the substrate 1 than the channel forming surface 7, and a gate electrode 6 closer to the channel forming surface 7. Second impurity diffusion region 2
b containing source / drain region 2 and silicon oxide film 12
And silicon oxide film 12 and second impurity diffusion region 2
b, a protective film 3 provided on the inner wall of the groove 4 formed in the groove b, a high dielectric gate insulating film 5 formed in the groove 4 through the protective film 3, and a protective film on the gate insulating film 5. And a gate electrode 6 formed to have an area larger than a range surrounded by the gate electrode 3.
【0053】なお、上述した第1ないし第3実施形態に
係るMIS型トランジスタは、ゲート電極6の幅が溝4
内に位置するゲート絶縁膜5と同一の幅となるように構
成するものと説明し、また、第4実施形態に係るMIS
型トランジスタはセルフアラインさせることの困難さか
らゲート絶縁膜5よりもゲート電極6の方が広範囲とな
るように形成されているものと説明したが、本発明はこ
れに限定されず、図7に示す第5実施形態のように、例
えばLDD(Lightly Doped Drain )構造におけるゲー
ト電極6に側壁を設けるタイプのトランジスタについて
も適用できることは勿論である。In the MIS transistors according to the first to third embodiments described above, the width of the gate electrode
And the MIS according to the fourth embodiment.
Although the type transistor is described as being formed so that the gate electrode 6 is wider than the gate insulating film 5 due to the difficulty of self-alignment, the present invention is not limited to this, and FIG. As in the fifth embodiment shown, it is needless to say that the present invention can be applied to a transistor in which a side wall is provided on a gate electrode 6 in an LDD (Lightly Doped Drain) structure, for example.
【0054】第5実施形態に係るMIS型トランジスタ
を示す図7において、符号1は半導体基板としてのシリ
コン基板、7はチャネル形成面、2は第1の不純物拡散
領域2aと第2の不純物拡散領域2bを含むソースドレ
イン領域、3は保護膜、5は高誘電体ゲート絶縁膜、6
はゲート電極、8はゲート電極6の周囲に設けられた二
酸化シリコン(SiO2)の側壁である。In FIG. 7 showing the MIS transistor according to the fifth embodiment, reference numeral 1 denotes a silicon substrate as a semiconductor substrate, 7 denotes a channel formation surface, 2 denotes a first impurity diffusion region 2a and a second impurity diffusion region. Source / drain region including 2b, 3 a protective film, 5 a high dielectric gate insulating film, 6
Is a gate electrode, and 8 is a side wall of silicon dioxide (SiO 2 ) provided around the gate electrode 6.
【0055】図8(a)ないし図8(e)は第5実施形
態に係るMIS型トランジスタの製造方法を示す工程図
である。図8(a),図8(b)に示すように、半導体
基板1上にゲート絶縁膜となるSiN膜3aと、例えば
Ta2O5からなる高誘電体膜5と、ゲート電極となる
TiNとポリシリコン6とを順次堆積し、図8(c)に
示すようにエッチングによりポリシリコン6からゲート
電極となる部分を形成する。次に、図8(d)に示すよ
うに、CVD等によりゲート電極6の周囲にSiO2の
側壁8を形成し、ゲート電極6および側壁8をマスクと
してCDE等によりゲート絶縁膜5を形成する。FIGS. 8A to 8E are process diagrams showing a method for manufacturing a MIS transistor according to the fifth embodiment. As shown in FIGS. 8A and 8B, a SiN film 3a serving as a gate insulating film, a high dielectric film 5 made of, for example, Ta 2 O 5 , and a TiN film serving as a gate electrode are formed on the semiconductor substrate 1. And polysilicon 6 are sequentially deposited, and a portion to be a gate electrode is formed from the polysilicon 6 by etching as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 8D, a sidewall 8 of SiO 2 is formed around the gate electrode 6 by CVD or the like, and a gate insulating film 5 is formed by CDE or the like using the gate electrode 6 and the sidewall 8 as a mask. .
【0056】最後に、図8(e)に示すように、ポリシ
リコンのゲート電極6および側壁8とゲート絶縁膜5と
の積層構造をマスクに用いてエッチングした後、側壁絶
縁膜3bを形成して、ソースドレインをせり上げして不
純物拡散領域2bを形成した後、イオン注入および固相
拡散等によりソースドレイン領域2を形成する。このソ
ースドレイン領域2は、第1ないし第4実施形態と同様
に、チャネル形成面7よりも基板1の内部側に位置する
ように形成された第1の不純物拡散領域2aと、チャネ
ル形成面7よりもゲート電極6側に近く、かつ、その上
面がゲート電極6の下面よりも低い位置である第2の不
純物拡散領域2bと、よりなるという本願発明の要旨を
備えている。Finally, as shown in FIG. 8 (e), the gate electrode 6 and the stacked structure of the side wall 8 and the gate insulating film 5 made of polysilicon are etched using a mask, and then the side wall insulating film 3b is formed. Then, after raising the source / drain to form the impurity diffusion region 2b, the source / drain region 2 is formed by ion implantation, solid phase diffusion, or the like. As in the first to fourth embodiments, the source / drain region 2 includes a first impurity diffusion region 2 a formed so as to be located on the inner side of the substrate 1 with respect to the channel formation surface 7, and a channel formation surface 7. The present invention has a gist of a second impurity diffusion region 2b which is closer to the gate electrode 6 side and whose upper surface is lower than the lower surface of the gate electrode 6.
【0057】図8(a)ないし図8(e)に示す工程に
より形成された第5実施形態に係るMIS型トランジス
タは図7に示すような構成を有しており、高誘電体ゲー
ト絶縁膜5の周囲、少なくとも下面側と側壁側は保護膜
3により囲まれており、ゲート絶縁膜5の下側と基板1
のチャネル形成面7との間は第1の保護膜3aとなり、
第2の不純物拡散領域2bとゲート絶縁膜5との間は第
2の保護膜3bとなっている。The MIS transistor according to the fifth embodiment formed by the steps shown in FIGS. 8A to 8E has a structure as shown in FIG. 7 and has a high dielectric gate insulating film. 5, at least the lower surface side and the side wall side are surrounded by the protective film 3, and the lower side of the gate insulating film 5 and the substrate 1
A first protective film 3a between the surface and the channel forming surface 7;
A second protective film 3b is provided between the second impurity diffusion region 2b and the gate insulating film 5.
【0058】なお、本発明は上述した第1ないし第5実
施形態に限定されず、図9に示される構成を備える第6
実施形態に係るトランジスタにも敷衍することができ
る。図9においては、p+半導体基板1と、チャネル形
成面7と、ソース領域2Aと、ドレイン領域2Bと、高
誘電体ゲート絶縁膜5と、ゲート電極6とを備えている
点では上記幾つかの実施形態、特に第5実施形態のMI
S型トランジスタと略々同一の構成である。The present invention is not limited to the above-described first to fifth embodiments, but includes a sixth embodiment having the configuration shown in FIG.
The present invention can be extended to the transistor according to the embodiment. In FIG. 9, some of the above are provided with the p + semiconductor substrate 1, the channel forming surface 7, the source region 2 </ b> A, the drain region 2 </ b> B, the high dielectric gate insulating film 5, and the gate electrode 6. Embodiment, particularly MI of the fifth embodiment
The configuration is substantially the same as that of the S-type transistor.
【0059】図9に示される第6実施形態に係るトラン
ジスタでは、それぞれの電極領域に低抵抗コンタクト1
5を介してそれぞれの端子、すなわちゲート端子16,
ソース端子17およびドレイン端子18が設けられてい
る。また、チャネル形成面7とゲート絶縁膜5との間に
は保護膜3aが設けられ、さらにゲート電極6低抵抗コ
ンタクト15およびゲート端子16の全体を囲む側壁8
との間にも保護膜3bが設けられている。In the transistor according to the sixth embodiment shown in FIG. 9, a low-resistance contact 1 is provided in each electrode region.
5 through the respective terminals, ie gate terminals 16,
A source terminal 17 and a drain terminal 18 are provided. Further, a protective film 3 a is provided between the channel forming surface 7 and the gate insulating film 5, and a side wall 8 surrounding the entire gate electrode 6 low-resistance contact 15 and gate terminal 16.
Is also provided with a protective film 3b.
【0060】上記ゲート絶縁膜5は、0xが1.5nm
以下に相当するように構成されており、低抵抗コンタク
ト15は、「Rcontact <10−8Ωcm2」の抵抗値
を有し、チャネル形成面7は「Rp 〜15nm,dRp
〜7nm」の極浅チャネル(retrograde channel)であ
る。また、ソース領域2Aおよびドレイン領域2Bは
「Xj <10nm,R<16Ωμm」の低抵抗で極薄に
嵩上げされた(elevated)第2の不純物拡散領域2bと
なるように形成されている。The gate insulating film 5 has 0x of 1.5 nm.
The low resistance contact 15 has a resistance value of “Rcontact <10 −8 Ωcm 2 ”, and the channel forming surface 7 has a resistance value of “Rpp15 nm, dRp”.
〜7 nm ”is a very shallow channel (retrograde channel). Further, the source region 2A and the drain region 2B are formed so as to be the second impurity diffusion regions 2b having a low resistance of “Xj <10 nm and R <16Ωμm” and being extremely elevated.
【0061】このような構成を有する第6実施形態に係
るトランジスタにおいても、ソースドレイン領域の上面
がチャネル形成面よりもゲート電極側に位置し、かつ、
ゲート電極の底面よりも基板側に位置するという本願発
明の要旨を充足しており、本願発明に係るMIS型トラ
ンジスタの好適な実施形態の1つとなっているものであ
る。Also in the transistor according to the sixth embodiment having such a structure, the upper surface of the source / drain region is located closer to the gate electrode than the channel formation surface, and
This satisfies the gist of the present invention that it is located on the substrate side with respect to the bottom surface of the gate electrode, and is one of preferred embodiments of the MIS transistor according to the present invention.
【0062】次に、図10ないし図13(e)を用いて
本発明の第7実施形態に係る半導体装置について説明す
る。まず、図10に本発明の第7実施形態に係る半導体
装置の断面構造を示す。Next, a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 13E. First, FIG. 10 shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【0063】図10において、例えば、p型Siからな
る半導体層105の上部に、例えば、TiO2やアルミ
ナ、あるいは、タンタル酸化膜、チタン酸バリウム、チ
タン酸ジルコニウム鉛からなるゲート絶縁膜113を介
して、例えば、poly Si,amorphousSi,TiNや
W、Pt,RuO2,IrO2からなるゲート電極11
4が形成されている。ここで、ゲート絶縁膜 113の
半導体層105に接する部分での厚さをt(nm)、比
誘電率をεとすると、t<1.3εとなる関係を満たし
ている。In FIG. 10, a gate insulating film 113 made of, for example, TiO 2 or alumina, or a tantalum oxide film, barium titanate, or lead zirconium titanate is formed on a semiconductor layer 105 made of, for example, p-type Si. For example, a gate electrode 11 made of, for example, polySi, amorphousSi, TiN, W, Pt, RuO 2 , IrO 2
4 are formed. Here, assuming that the thickness of the portion of the gate insulating film 113 in contact with the semiconductor layer 105 is t (nm) and the relative permittivity is ε, the relationship of t <1.3ε is satisfied.
【0064】また、ゲート電極の両側の105の領域内
には、例えば、P,SbまたはAsをイオン注入または
固相拡散して成長させると共に、前記半導体層105の
導電性とは逆の導電性を有するソース拡散層およびドレ
イン拡散層110が形成されてn型MISFETを形成
している。さらに、ソースおよびドレイン拡散層110
の上部には、例えば、P,SbまたはAsを添加した、
Si,SiGe,SiGeCからなる半導体領域104
が形成されている。この半導体領域104はゲート絶縁
膜113と半導体層105との界面よりも積み上げ方向
上方に形成され、いわゆる嵩上げされた(elevated)ソ
ースドレイン構造となっている。In the region 105 on both sides of the gate electrode, for example, P, Sb, or As is grown by ion implantation or solid phase diffusion, and the conductivity of the semiconductor layer 105 is opposite to that of the semiconductor layer 105. Are formed to form an n-type MISFET. Further, the source and drain diffusion layers 110
On the top of which, for example, P, Sb or As is added,
Semiconductor region 104 made of Si, SiGe, SiGeC
Are formed. The semiconductor region 104 is formed above the interface between the gate insulating film 113 and the semiconductor layer 105 in the stacking direction, and has a so-called elevated source / drain structure.
【0065】さらに、ゲート絶縁膜113のゲート電極
114が形成されていない側の側壁には、例えば、シリ
コン窒化膜からなる絶縁膜109が形成されている。ま
た、絶縁膜109と導電領域104との間には、例えば
シリコン酸化膜からなる絶縁膜108が形成されてい
る。さらに、領域104の上面で、絶縁膜108および
113が形成されていない上面には、例えばコバルトシ
リサイド、ニッケルシリサイド、またはチタンシリサイ
ドからなる導電体層115が形成されている。この第7
実施形態において特徴的な構成は、導電領域104の上
面の高さが、ゲート電極114の底部の高さよりも低く
形成されていることにある。このようにすることによ
り、ゲート電極114と導電領域104との間の容量を
小さく保ちつつ、ソースドレイン領域を嵩上げされた
(elevated)構造にすることができ、導電領域104の
接合深さを浅くし、短チャネル効果が小さく低抵抗なソ
ースドレインを実現することができる。Further, an insulating film 109 made of, for example, a silicon nitride film is formed on a side wall of the gate insulating film 113 where the gate electrode 114 is not formed. Further, between the insulating film 109 and the conductive region 104, an insulating film 108 made of, for example, a silicon oxide film is formed. Further, a conductive layer 115 made of, for example, cobalt silicide, nickel silicide, or titanium silicide is formed on the upper surface of the region 104 where the insulating films 108 and 113 are not formed. This seventh
A characteristic configuration of the embodiment is that the height of the upper surface of the conductive region 104 is lower than the height of the bottom of the gate electrode 114. By doing so, the source / drain region can have an elevated structure while keeping the capacitance between the gate electrode 114 and the conductive region 104 small, and the junction depth of the conductive region 104 can be reduced. However, a low-resistance source / drain with a short channel effect can be realized.
【0066】さらに、導電層115の上面には、例え
ば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜111および絶縁膜
112が積層して形成されている。ゲート絶縁膜113
の上面高さは、この絶縁膜112の上面高さよりも低く
形成されることが、ゲート絶縁膜113のエッチングが
困難な場合でもコンタクト116を良好な形状で形成す
るためには望ましい。さらに、ゲート電極114、ゲー
ト絶縁膜113、絶縁膜112の上部には、例えばシリ
コン酸化膜やシリコン窒化膜からなる絶縁膜118が形
成されている。また、ゲート電極114の上部および電
極115の上部には、例えばAlやPやBをドープした
多結晶シリコン、WSi,TiSi,W,AlSi,A
lSiCu,Cu,TiNからなるコンタクト電極11
6が形成されている。Further, an insulating film 111 and an insulating film 112 made of, for example, a silicon oxide film are formed on the upper surface of the conductive layer 115 by lamination. Gate insulating film 113
Is preferably formed lower than the upper surface height of the insulating film 112 in order to form the contact 116 in a good shape even when the gate insulating film 113 is difficult to etch. Further, an insulating film 118 made of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the gate electrode 114, the gate insulating film 113, and the insulating film 112. In addition, for example, polycrystalline silicon doped with Al, P or B, WSi, TiSi, W, AlSi, A
Contact electrode 11 made of lSiCu, Cu, TiN
6 are formed.
【0067】さらに、コンタクト電極116の上部に
は、AlやPやBをドープした多結晶シリコン、WS
i,TiSi,AlSi,AlSiCu,Cu,Wから
なる金属を堆積し、上部の配線層117が形成されてい
る。図10においてはゲート電極に対するコンタクト電
極116および配線層117を、ソースドレイン電極に
対するコンタクト電極116および配線層117と共に
同一断面に示したが、これらは、同一断面にある必要は
なく、図11(a)および図11(b)に示すように、
それぞれ別の平面で切断した異なる高さの断面に形成す
るようにしても良い。Further, polycrystalline silicon doped with Al, P or B, WS
A metal consisting of i, TiSi, AlSi, AlSiCu, Cu, and W is deposited to form an upper wiring layer 117. In FIG. 10, the contact electrode 116 and the wiring layer 117 for the gate electrode are shown in the same cross section together with the contact electrode 116 and the wiring layer 117 for the source / drain electrode. However, these need not be in the same cross section. ) And FIG. 11B,
The sections may be formed at different heights cut on different planes.
【0068】次に、図12(a)ないし図13(e)を
用いて、この第7実施形態に係る半導体装置の製造工程
について説明する。まず、例えば、ボロン濃度1015
cm −3のp型領域を形成した半導体層105を準備す
る。次いで、このp型半導体層105にボロンを10
12〜1015cm−2程度イオン注入してウェル拡散
し、この半導体層105の濃度を最適化してもよい。イ
オン注入のエネルギーは、例えば100eVから100
0eVと間とする。これらWell領域の濃度は10 15c
m−3〜1019cm−3とすればよい。ついで、図に
は示していないが、例えば、LOCOS分離やトレンチ
分離からなる素子分離領域を形成する。Next, FIG. 12 (a) to FIG. 13 (e)
The manufacturing process of the semiconductor device according to the seventh embodiment
Will be described. First, for example, a boron concentration of 10Fifteen
cm -3The semiconductor layer 105 on which the p-type region is formed
You. Next, 10 p-type boron is added to the p-type semiconductor layer 105.
12-10Fifteencm-2Ion implantation and well diffusion
Then, the concentration of the semiconductor layer 105 may be optimized. I
The energy of the ON implantation is, for example, 100 eV to 100
It is between 0 eV. The concentration of these well regions is 10 Fifteenc
m-3-1019cm-3And it is sufficient. Then, in the figure
Are not shown, for example, LOCOS isolation or trench
An isolation region formed by isolation is formed.
【0069】次いで、p型半導体層105にボロンやイ
ンジウムをイオン注入してウェル拡散し、半導体層10
5の濃度を最適化してもよい。次に、半導体層105の
表面を例えば、3〜50nm酸化または窒化してダミー
ゲート絶縁膜102を形成し、ダミーゲート電極101
となる多結晶シリコン膜を例えば、10〜200nm全
面に堆積する。さらに、絶縁膜106となるシリコン酸
化膜を、例えば、2〜200nm全面堆積または多結晶
シリコン膜の酸化によって形成した後、リソグラフィー
と反応性イオンエッチングにより絶縁膜106およびダ
ミーゲート電極101となる多結晶シリコン膜を絶縁膜
102上まで達するように加工して、ダミーゲート電極
101を形成する。次に、絶縁膜103となるシリコン
酸化膜を、例えば2〜50nmの厚さで全面に堆積させ
た後、異方性エッチングにより加工して、ダミーゲート
電極101の切り立った側壁上に側壁絶縁膜103を残
す。この後、この絶縁膜103をマスクとして、絶縁膜
102をエッチングし、半導体層105を露出させる。
この側壁絶縁膜103とリソグラフィの直前に堆積した
絶縁膜106がダミーゲート電極101を取り囲む形と
なり、ソースドレイン層に選択的に半導体を成長するこ
とが容易になる。Next, boron or indium is ion-implanted into the p-type semiconductor layer 105 to perform well diffusion, and the semiconductor layer 10 is formed.
5 may be optimized. Next, the surface of the semiconductor layer 105 is oxidized or nitrided, for example, by 3 to 50 nm to form a dummy gate insulating film 102, and the dummy gate electrode 101 is formed.
Is deposited on the entire surface of, for example, 10 to 200 nm. Further, after a silicon oxide film serving as the insulating film 106 is formed, for example, by depositing the entire surface to a thickness of 2 to 200 nm or oxidizing the polycrystalline silicon film, the polycrystalline film serving as the insulating film 106 and the dummy gate electrode 101 is formed by lithography and reactive ion etching. The dummy gate electrode 101 is formed by processing the silicon film so as to reach the insulating film 102. Next, a silicon oxide film serving as the insulating film 103 is deposited on the entire surface to a thickness of, for example, 2 to 50 nm, and then processed by anisotropic etching to form a sidewall insulating film on the steep sidewalls of the dummy gate electrode 101. Leave 103. Thereafter, using the insulating film 103 as a mask, the insulating film 102 is etched to expose the semiconductor layer 105.
The side wall insulating film 103 and the insulating film 106 deposited immediately before lithography surround the dummy gate electrode 101, and it becomes easy to selectively grow a semiconductor on the source / drain layer.
【0070】次いで、図12(a)のように例えば、S
iやSiGe混晶、SiGeC混晶を選択エピタキシャ
ル成長法または選択堆積法を用いることによって、例え
ば、厚さ5〜100nmの厚さに半導体層104を形成
する。このとき、ドーピングも同時に行ない、半導体層
104はドナー不純物添加を1016〜1021cm
−3の濃度でAs,Sb,またはPを添加するのが低抵
抗の浅い接合を形成するのに望ましい。半導体層104
は、例えば、AsH3やPH3を、AsまたはPを半導
体層104の表面に吸着させ、その後例えば、SiやS
iGe混晶、SiGeC混晶を選択エピタキシャル成長
により形成してもよい。Next, for example, as shown in FIG.
Select i, SiGe mixed crystal, SiGeC mixed crystal
By using a selective growth method or a selective deposition method,
For example, the semiconductor layer 104 is formed to a thickness of 5 to 100 nm.
I do. At this time, doping is also performed at the same time, and the semiconductor layer
Reference numeral 104 denotes a donor impurity addition of 1016-1021cm
-3Adding As, Sb, or P at a low concentration
Desirable for forming shallow junctions. Semiconductor layer 104
Is, for example, AsH3And PH3, And As or P
It is adsorbed on the surface of the body layer 104 and then, for example, Si or S
Selective epitaxial growth of iGe mixed crystal and SiGeC mixed crystal
May be formed.
【0071】また、特に、半導体基板を{100}面と
し、ゲート加工を<100>方位に平行にパターニング
することによって、図12(a)のようにゲート側壁部
で{311}面が形成され、ゲート側壁から上に向かう
に従って離れる構造を形成することができるため、ゲー
トとソースとの間容量、および、ゲートとドレインとの
間容量をより小さく保つことができる。Further, in particular, the {311} plane is formed on the side wall of the gate as shown in FIG. 12A by patterning the semiconductor substrate on the {100} plane and the gate processing in parallel with the <100> direction. Since the structure can be formed so as to move away from the gate side wall upward, the capacitance between the gate and the source and the capacitance between the gate and the drain can be kept smaller.
【0072】次に、例えば、700-1100℃で、
0.01〜60min、例えばArまたはN2雰囲気で
加熱することによって、図12(b)のように不純物添
加n型領域110をp型半導体層105内に拡散する工
程を加える。拡散時間は、典型的には、n型領域110
がダミーゲート層101の下まで形成されるようにし、
後に形成されるゲート電極114の下にまで達するよう
に形成されることが電流駆動能力を大きくするのに望ま
しい。Next, for example, at 700-1100 ° C.
A step of diffusing the impurity-added n-type region 110 into the p-type semiconductor layer 105 as shown in FIG. 12B by heating for 0.01 to 60 minutes, for example, in an Ar or N2 atmosphere is added. The diffusion time is typically less than n-type region 110
Is formed to below the dummy gate layer 101,
It is desirable to form the electrode so as to reach below the gate electrode 114 to be formed later in order to increase the current driving capability.
【0073】半導体層104およびn型領域110を形
成する工程は、例えば、まず、AsやP,SBを加速電
圧1〜100eV、1013〜1016cm−2イオン
注入してn型領域110を形成し、その後に半導体層1
04を選択エピタキシャル成長をする工程と代替しても
よい。また、不純物を意図的に添加しない半導体層10
4を形成した後に、AsやP,Sbを加速電圧1〜30
0eV、1013〜1016cm−2イオン注入してn
型領域110を形成する工程と代替してもよい。In the step of forming the semiconductor layer 104 and the n-type region 110, for example, first, As, P, and SB ions are implanted at an acceleration voltage of 1 to 100 eV and 10 13 to 10 16 cm −2 to form the n-type region 110. And then the semiconductor layer 1
04 may be replaced with a step of performing selective epitaxial growth. Further, the semiconductor layer 10 to which no impurity is intentionally added.
4 is formed, As, P, and Sb are accelerated to an accelerating voltage of 1 to 30.
0 eV, 10 13 to 10 16 cm −2 ions are implanted and n
The step of forming the mold region 110 may be replaced.
【0074】さらに、例えば、シリコン酸化膜を2〜1
00nm全面堆積し、絶縁膜108を形成する。次い
で、例えば、シリコン窒化膜を10〜300nm全面堆
積し、異方性エッチングによって切り立った側壁絶縁膜
108の側壁に絶縁膜109を形成することにより、図
12(b)に示す形状を得ることができる。ここで、絶
縁膜108は、絶縁膜109の応力緩和とエッチング選
択性およびダメージ緩和のためのバッファ層であり、絶
縁膜109の応力、半導体層104に対する絶縁膜10
9のエッチング選択性について特に問題が無ければ、絶
縁膜108は設けなくても構わない。Further, for example, a silicon oxide film is
An insulating film 108 is formed by depositing the entire surface to a thickness of 00 nm. Next, for example, a silicon nitride film is deposited on the entire surface to a thickness of 10 to 300 nm, and an insulating film 109 is formed on the side wall of the side wall insulating film 108 which is formed by anisotropic etching, thereby obtaining the shape shown in FIG. it can. Here, the insulating film 108 is a buffer layer for relaxing the stress of the insulating film 109, etching selectivity, and reducing the damage.
If there is no particular problem in the etching selectivity of No. 9, the insulating film 108 may not be provided.
【0075】また、絶縁膜108と側壁絶縁膜103の
厚さの和は、絶縁膜102の厚さよりも薄くなるように
することにより、絶縁膜102を剥離する際に、絶縁膜
109が露出してゲート絶縁膜113の幅を規定するこ
とになり望ましい。また、絶縁膜109の間隔は、ゲー
ト絶縁膜113の半導体層105に接した部分での厚さ
の2倍以上にする。さらに、絶縁膜109をマスクとし
て、エッチングにより半導体層104上の絶縁膜108
を取り去った後、シリサイドまたは金属をソースドレイ
ン領域となる半導体層104上に選択的に形成し、ソー
ス又はドレイン電極115を形成する。これには、例え
ば、Ni,CoかTiを0.01〜0.03μm全面堆
積し、600度以上の熱工程を経ることによって選択的
にソースドレイン領域となる半導体層104上にNiS
i,CoSiまたはTiSiを形成し、残った金属を、
例えば、硫酸過酸化水素水の溶液によりエッチングして
取り除く。Further, by making the sum of the thicknesses of the insulating film 108 and the side wall insulating film 103 smaller than the thickness of the insulating film 102, the insulating film 109 is exposed when the insulating film 102 is peeled off. Thus, the width of the gate insulating film 113 is preferably determined. The interval between the insulating films 109 is set to be twice or more the thickness of a portion of the gate insulating film 113 in contact with the semiconductor layer 105. Further, the insulating film 109 on the semiconductor layer 104 is etched by using the insulating film 109 as a mask.
Then, silicide or metal is selectively formed on the semiconductor layer 104 to be a source / drain region, and a source or drain electrode 115 is formed. To this end, for example, Ni, Co or Ti is deposited on the entire surface in a thickness of 0.01 to 0.03 μm, and NiS is selectively deposited on the semiconductor layer 104 serving as a source / drain region through a heat process of 600 ° C. or more.
i, CoSi or TiSi to form the remaining metal,
For example, it is removed by etching with a sulfuric acid / hydrogen peroxide solution.
【0076】さらに、例えば、シリコン酸化膜を5〜1
00nm全面堆積し、層間絶縁膜111を形成する。次
いで、例えば、シリコン酸化膜、PSG,BPSG,ま
たは、BSGを50〜1000nm全面堆積し、例え
ば、Chemical Mechanical Polishingによって平坦化
し、層間絶縁膜112を形成する。この後、リソグラフ
ィと異方性エッチングによって、ダミーゲート電極10
1の上部をパターニングして、図12(c)に示すよう
に、層間絶縁膜112、層間絶縁膜111、およびバッ
ファ絶縁膜108、絶縁膜106、側壁絶縁膜103の
一部をエッチングし、ダミーゲート電極101が一部露
出するようにする。Further, for example, a silicon oxide film is
A total thickness of 00 nm is deposited to form an interlayer insulating film 111. Next, for example, a silicon oxide film, PSG, BPSG, or BSG is deposited over the entire surface to a thickness of 50 to 1000 nm, flattened by, for example, Chemical Mechanical Polishing, and an interlayer insulating film 112 is formed. Thereafter, the dummy gate electrode 10 is formed by lithography and anisotropic etching.
12C, the interlayer insulating film 112, the interlayer insulating film 111, the buffer insulating film 108, the insulating film 106, and a part of the side wall insulating film 103 are etched as shown in FIG. The gate electrode 101 is partially exposed.
【0077】このとき、膜112,111,108,1
06および103をシリコン酸化膜で形成し、絶縁膜1
09をシリコン窒化膜で形成しておくことにより、絶縁
膜109を残したままで、膜112,111,108,
106および103を選択的にエッチングすることがで
きる。図示説明は省略するが、このエッチングの後、パ
ターニングに用いたレジストは、膜102をエッチング
する前には、例えば灰化や硫酸過酸化水素水溶液で取り
除いておくことが、ゲート絶縁膜113をメタルや有機
物汚染させないようにするのに望ましい。At this time, the films 112, 111, 108, 1
06 and 103 are formed of a silicon oxide film, and the insulating film 1 is formed.
09 is formed of a silicon nitride film, so that the films 112, 111, 108,
106 and 103 can be selectively etched. Although illustration is omitted, after this etching, the resist used for patterning may be removed by, for example, ashing or an aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide before etching the film 102. And organic contamination.
【0078】次いで、例えば、HBrを含んだガスによ
る反応性エッチングによって、ダミーゲート電極101
をすべて取り除く。このとき、膜112,111,10
8,106および103は選択性を保つことによって残
される。さらに、例えば、希フッ酸や弗化アンモニウム
水溶液、またはHF蒸気によって、シリコン酸化膜から
成るダミーゲート絶縁膜102をすべて取り除く。この
際、シリコン酸化膜からなる膜108および膜103も
エッチングされ取り除かれ、シリコン窒化膜からなる側
壁絶縁膜109が取り残され、その間隔によってゲート
長を規定することができる。この膜102を取り除く工
程では、半導体層105にダメージを与えないように、
イオンエッチングではなくウェットエッチングで行うの
が望ましい。Next, the dummy gate electrode 101 is subjected to, for example, reactive etching using a gas containing HBr.
Get rid of all. At this time, the films 112, 111, 10
8, 106 and 103 are left by preserving selectivity. Further, the dummy gate insulating film 102 made of a silicon oxide film is entirely removed by, for example, dilute hydrofluoric acid, an aqueous solution of ammonium fluoride, or HF vapor. At this time, the film 108 and the film 103 made of the silicon oxide film are also etched and removed, leaving the side wall insulating film 109 made of the silicon nitride film, and the gate length can be defined by the interval. In the step of removing the film 102, the semiconductor layer 105 is not damaged so that the semiconductor layer 105 is not damaged.
It is desirable to perform wet etching instead of ion etching.
【0079】次いで、例えばTiO2やAl2O3(ア
ルミナ)、あるいは、タンタル酸化膜、チタン酸ストロ
ンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛
からなるゲート絶縁膜113を、10〜200nmの厚
さ全面堆積する。さらに、例えば、poly Si,amorpho
us Si,TiNW、Pt,RuO2またはIrO2か
らなるゲート電極114を10〜200nmの厚さ全面
堆積し、図13(d)の形状を得る。この際、層間絶縁
膜111と112は、膜102と同様にシリコン酸化膜
によって形成されており、膜102のエッチングの際に
さらに後退し、膜109より上部ではエッチング開口が
大きくなる。よって、この部分のゲート電極114の幅
も底部分よりも広くなり、いわゆるT-shape形状のゲー
トとなる。この形状は、ゲート電極の抵抗を下げ、か
つ、ゲート電極とソースドレイン電極との容量を小さく
保つのに望ましい。このときの開口幅は、層間絶縁膜1
11の縁が側壁絶縁膜109上で留まるようにするの
が、良好なT-shape形状を形成するのに望ましい。ま
た、ゲート絶縁膜113の均一性が良くない場合には、
図13(d)に示すように、積み上げ方向上側に行くに
従い一部狭くなる形状が得られる。この状態でゲート電
極114を堆積すると、図13(d)に示すように、ゲ
ート電極下部に切り欠き部(ボイド―void―)が形成さ
れる。Next, a gate insulating film 113 made of, for example, TiO 2 or Al 2 O 3 (alumina), a tantalum oxide film, strontium titanate, barium titanate, or lead zirconium titanate is formed on the entire surface to a thickness of 10 to 200 nm. accumulate. Further, for example, poly Si, amorpho
us Si, TiNW, Pt, a gate electrode 114 made of RuO 2 or IrO 2 and a thickness blanket deposition of 10 to 200 nm, to obtain the shape of FIG. 13 (d). At this time, the interlayer insulating films 111 and 112 are formed of a silicon oxide film as in the case of the film 102, and recede further when the film 102 is etched, and the etching opening becomes larger above the film 109. Therefore, the width of the gate electrode 114 in this portion is also wider than that of the bottom portion, and the gate has a so-called T-shape shape. This shape is desirable for reducing the resistance of the gate electrode and keeping the capacitance between the gate electrode and the source / drain electrode small. At this time, the opening width is determined by the interlayer insulating film 1.
It is desirable that the edge of 11 remains on the side wall insulating film 109 in order to form a good T-shape shape. If the uniformity of the gate insulating film 113 is not good,
As shown in FIG. 13D, a shape is obtained in which a portion becomes narrower as it goes upward in the stacking direction. When the gate electrode 114 is deposited in this state, a notch (void-void-) is formed below the gate electrode as shown in FIG.
【0080】次いで、例えば、Chemical Mechanical Po
lishing法により、ゲート電極114を全面平坦化しつ
つ膜113が露出するまでエッチングする。さらに、膜
113を層間絶縁膜112が露出するまで全面エッチン
グすることにより、図13(e)の形状を得る。膜11
3が、後のコンタクト形成工程で容易に異方性エッチン
グすることが可能であれば、膜113を取り除く工程は
省略できる。Next, for example, Chemical Mechanical Po
The etching is performed by the lishing method until the film 113 is exposed while the entire surface of the gate electrode 114 is planarized. Further, the film 113 is entirely etched until the interlayer insulating film 112 is exposed, thereby obtaining the shape shown in FIG. Membrane 11
3, if the anisotropic etching can be easily performed in the subsequent contact formation step, the step of removing the film 113 can be omitted.
【0081】これ以降は図示説明を省略するが、例え
ば、シリコン酸化膜はBSG,PSG,BPSGからな
る層間絶縁膜118を、例えば、20〜1000nm堆
積した後、リソグラフィーと反応性イオンエッチングに
より配線コンタクト116を形成する。コンタクト11
6の深さは、ゲート電極114またはソースドレイン導
電体電極115に達するまでとし、コンタクト116に
は、例えばAlやPやBをドープした多結晶シリコン、
WSi,TiSi,W,AlSi,AlSiCu,C
u,TiNを堆積または選択成長して埋め込み形成すれ
ばよい。さらに、AlやPやBをドープした多結晶シリ
コン、WSi,TiSi,AlSi,AlSiCu,C
u,Wからなる金属を厚さ20〜500nm堆積し、上
部の配線層117を形成して完成する。Hereinafter, although illustration is omitted, for example, a silicon oxide film is formed by depositing an interlayer insulating film 118 made of BSG, PSG, and BPSG to a thickness of, for example, 20 to 1000 nm, and then performing wiring contact by lithography and reactive ion etching. Form 116. Contact 11
The depth of 6 is set to reach the gate electrode 114 or the source / drain conductor electrode 115, and the contact 116 is made of, for example, polycrystalline silicon doped with Al, P or B,
WSi, TiSi, W, AlSi, AlSiCu, C
What is necessary is just to deposit or selectively grow u and TiN to bury them. Furthermore, polycrystalline silicon doped with Al, P or B, WSi, TiSi, AlSi, AlSiCu, C
A metal made of u and W is deposited to a thickness of 20 to 500 nm, and an upper wiring layer 117 is formed to complete the process.
【0082】本第7実施形態に係るMIS型トランジス
タの製造方法を用いれば、ゲート絶縁膜113を形成す
る前にソースドレイン電極の不純物を活性化しシリサイ
ド形成しているので、高温熱工程および水素アニールな
どゲート絶縁膜113の特性を悪化させるプロセスをゲ
ート絶縁膜形成後に行なう必要はない。したがって、信
頼性の高いプロセスが実現できる。According to the method of manufacturing the MIS transistor according to the seventh embodiment, the impurities in the source / drain electrodes are activated and silicide is formed before the gate insulating film 113 is formed. It is not necessary to perform such a process that deteriorates the characteristics of the gate insulating film 113 after forming the gate insulating film. Therefore, a highly reliable process can be realized.
【0083】さらに、ゲート電極の半導体領域105に
対向する幅を、(ダミーゲート101の幅)+(絶縁膜
103の厚さ)*2+(絶縁膜108の厚さ)*2−
(ゲート絶縁膜113の側壁の厚さ)*2となり、ダミ
ーゲート101の幅よりも小さくすることができる。し
たがって、リソグラフィよりも小さいゲート長を絶縁膜
103および絶縁膜108の幅を調整することにより実
現することができる。Further, the width of the gate electrode facing the semiconductor region 105 is (the width of the dummy gate 101) + (the thickness of the insulating film 103) * 2 + (the thickness of the insulating film 108) * 2-
(The thickness of the side wall of the gate insulating film 113) * 2, which can be smaller than the width of the dummy gate 101. Therefore, a gate length smaller than that of lithography can be realized by adjusting the widths of the insulating films 103 and 108.
【0084】この構造ではゲート電極114と、ソース
ドレイン領域110およびチャネル領域との位置関係を
示した単体MISFET平面図を図11(a)および図
11(b)に示す。両図において、符号119は、例え
ば、LOCOS分離やトレンチ分離から成る素子分離膜
を示している。また、コンタクト116の位置を丸を用
いて示しており、ゲート、ソース、およびドレインにそ
れぞれ1つのコンタクトが形成されている場合を想定し
ている。また半導体領域は、2つのソースドレイン電極
110および、その間の一点鎖線により挟まれ、これと
ゲート電極114の実線とにより囲まれた長方形の領域
となっており、ゲート電極114の下に形成された部分
の境界を一点鎖線で示している。In this structure, FIGS. 11A and 11B are plan views of a single MISFET showing the positional relationship between the gate electrode 114, the source / drain region 110 and the channel region. In both figures, reference numeral 119 denotes, for example, an element isolation film formed by LOCOS isolation or trench isolation. Further, the position of the contact 116 is indicated by using a circle, and it is assumed that one contact is formed for each of the gate, the source, and the drain. The semiconductor region is a rectangular region sandwiched between two source / drain electrodes 110 and a dashed line therebetween and surrounded by the solid line of the gate electrode 114 and formed below the gate electrode 114. The boundaries of the parts are indicated by dashed lines.
【0085】図11(a)では、点線で示すゲート電極
114の下部幅が素子分離119で囲まれた半導体領域
上で一定になるようにしている。このようにすることに
より、ゲート電極のリソグラフィが上下方向に合わせず
れても、常に一定のゲート長を得ることができ、トラン
ジスタ特性を合わせて記憶エラーに対しても抵抗をもた
せることができる。図11(b)は、ゲート電極パター
ンの変形例で、素子分離119と半導体領域との境界で
のゲート長(=a)は半導体領域内部のゲート長(=
b)よりも長くなっている。堆積膜によって形成されて
いるゲート絶縁膜113では、溝の開口幅が広いほど溝
の底面に堆積する膜厚が大きくなっている。したがっ
て、図11(b)の構造をとることによって、素子分離
119と半導体領域との境界でのゲート絶縁膜を平面部
よりも大きくすることができ、この部分での耐圧やリー
ク電流特性を向上させることができる。ここで、トレン
チ分離を素子分離膜119に用いた場合、例えば、ダミ
ーゲート電極102をエッチングする工程によって素子
分離膜119がエッチングされ、半導体領域よりも下に
素子分離膜119が形成されると、半導体領域が素子分
離膜119側に凸になり、ゲート電界が集中するため、
しきい値の低下が問題となる。しかし、図11(b)の
構造をとることによって解決することができる。In FIG. 11A, the lower width of the gate electrode 114 shown by a dotted line is made constant over the semiconductor region surrounded by the element isolation 119. In this manner, even if the lithography of the gate electrode is misaligned in the vertical direction, a constant gate length can always be obtained, and the transistor characteristics can be matched to provide a resistance against a storage error. FIG. 11B shows a modification of the gate electrode pattern. The gate length (= a) at the boundary between the element isolation 119 and the semiconductor region is the gate length (==) inside the semiconductor region.
It is longer than b). In the gate insulating film 113 formed by a deposited film, the larger the opening width of the groove, the larger the film thickness deposited on the bottom of the groove. Therefore, by adopting the structure of FIG. 11B, the gate insulating film at the boundary between the element isolation 119 and the semiconductor region can be made larger than the plane portion, and the withstand voltage and leak current characteristics at this portion are improved. Can be done. Here, when trench isolation is used for the element isolation film 119, for example, if the element isolation film 119 is etched by the step of etching the dummy gate electrode 102 and the element isolation film 119 is formed below the semiconductor region, Since the semiconductor region becomes convex toward the element isolation film 119 and the gate electric field is concentrated,
The problem is that the threshold value decreases. However, this can be solved by adopting the structure shown in FIG.
【0086】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。上述した実施形態において、絶縁
膜12,111,112,113,102,103,1
06,108,118,109の形成方法としては、熱
酸化による酸化膜形成法、30keV程度の低加速エネ
ルギーで酸素を注入した酸化膜を形成してもよいし、絶
縁膜を堆積する方法や、シリコン窒化膜を堆積する方法
の何れかにより形成してもよいし、これらを組み合わせ
て形成してもよい。また、素子分離膜や絶縁膜形成法自
身は、シリコンをシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に変
換するこれら以外の方法、例えば酸素イオンを堆積した
シリコンに注入する方法や、堆積したシリコンを酸化す
る方法を用いてもかまわない。もちろん、この絶縁膜に
シリコン窒化膜その他タンタル酸化膜、チタン酸ストロ
ンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛
などの強誘電体膜、常誘電体膜の単層膜またはそれらの
複合膜を用いることもできる。The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment described above, the insulating films 12, 111, 112, 113, 102, 103, 1
As a method of forming the oxide films 06, 108, 118, and 109, an oxide film may be formed by thermal oxidation, an oxide film in which oxygen is implanted at a low acceleration energy of about 30 keV, a method of depositing an insulating film, The silicon nitride film may be formed by any of the methods for depositing, or may be formed by combining these. In addition, the element isolation film or the insulating film forming method itself is a method other than these methods for converting silicon into a silicon oxide film or a silicon nitride film, such as a method of implanting oxygen ions into deposited silicon or a method of oxidizing deposited silicon. May be used. Of course, a silicon nitride film or other tantalum oxide film, a ferroelectric film such as strontium titanate, barium titanate, or lead zirconium titanate, a monolayer film of a paraelectric film, or a composite film thereof may be used as the insulating film. it can.
【0087】上記の実施形態においては、半導体層7,
105としてp型Si基板を用いたが、本発明はこれに
限定されず、その代わりにn型Si基板やSOI基板、
GaAs基板、InP基板を用いても良い。また、n型
MISFETではなくp型MISFETに適用してもよ
く、その場合、上述の実施形態のn型をp型、p型をn
型と読み替え、さらに、ドーピング不純物種のAs、
P、SbをIn、B、のいずれかと読み替え、イオン注
入の場合はにはAs、P、SbをIn、B、BF 2のい
ずれかと読み替えればよい。In the above embodiment, the semiconductor layers 7,
Although a p-type Si substrate was used as 105, the present invention
It is not limited, and instead, an n-type Si substrate or SOI substrate,
A GaAs substrate or an InP substrate may be used. Also, n-type
It may be applied to p-type MISFET instead of MISFET
In this case, the n-type in the above embodiment is p-type,
Read as a type, and as a doping impurity species As,
Replace P and Sb with In or B
In case of In, As, P, Sb are In, B, BF 2No
It should be read as the difference.
【0088】ゲート電極6,10,114は、単結晶シ
リコン、多結晶シリコン、ポーラスシリコン、アモルフ
ァスシリコン、SiGe混晶、SiGeC混晶、GaA
s、W、Ta、Ti、Hf、Co、Pt、Pdの金属、
合金、あるいはそのシリサイド、TaN、TiN、導電
性ナイトライドを用いることもできる。また、これらの
積層構造にしてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、様々に変形して実施することができる。ま
た、ダミーゲート10は、SiGe,またはSiGeC
により形成するのが好ましく、これにより、ダミーゲー
ト10の除去工程の間のソース・ドレイン領域2に対す
るエッチングの選択性が高まる。以上の第7実施形態に
係るMIS型トランジスタおよびその製造方法によれば
ソースドレイン領域となる半導体層の上面からチャネル
形成面に掛けて傾斜面を形成しているので、ゲート電極
下端からの距離を確保することができ、ゲートとソース
との間の容量、およびゲートとドレインとの間の容量を
より小さく保つことができるという特有の効果を奏す
る。The gate electrodes 6, 10, and 114 are made of single crystal silicon, polycrystal silicon, porous silicon, amorphous silicon, a mixed crystal of SiGe, a mixed crystal of SiGeC, and GaAs.
s, W, Ta, Ti, Hf, Co, Pt, Pd,
An alloy, or silicide thereof, TaN, TiN, or a conductive nitride can also be used. Further, these may have a laminated structure. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. The dummy gate 10 is made of SiGe or SiGeC
Preferably, the etching selectivity with respect to the source / drain region 2 during the step of removing the dummy gate 10 is increased. According to the MIS transistor and the method of manufacturing the same according to the seventh embodiment, since the inclined surface is formed from the upper surface of the semiconductor layer serving as the source / drain region to the channel forming surface, the distance from the lower end of the gate electrode is reduced. As a result, the capacitance between the gate and the source and the capacitance between the gate and the drain can be kept smaller.
【0089】また、ゲート電極の形状をT字状とするこ
とにより、ゲート電極の抵抗を下げることができ、か
つ、ゲート電極とソース・ドレイン電極との容量を小さ
く保つことができるという特有の効果を奏する。Further, by forming the gate electrode in a T-shape, the resistance of the gate electrode can be reduced, and the capacitance between the gate electrode and the source / drain electrodes can be kept small. To play.
【0090】以上詳細に説明したように、本発明に係る
MIS型トランジスタおよびその製造方法によれば、ソ
ースドレインを構成する不純物拡散層の抵抗を低減させ
ることができると同時に、ゲートの寄生容量を低減させ
ることができ、トランジスタの動作速度を大幅に向上さ
せることができる。As described in detail above, according to the MIS transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, the resistance of the impurity diffusion layer forming the source / drain can be reduced, and the parasitic capacitance of the gate can be reduced. The operation speed of the transistor can be significantly improved.
【図1】本発明の第1実施形態に係るMIS型トランジ
スタの構成を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a MIS transistor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1実施形態に係るMIS型トランジスタの製
造方法における各工程(a)ないし(e)を示す断面
図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing each step (a) to (e) in the method for manufacturing the MIS transistor according to the first embodiment.
【図3】本発明の第2実施形態に係るMIS型トランジ
スタの製造方法の各工程(a)ないし(e)を示す断面
図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing each step (a) to (e) of a method for manufacturing a MIS transistor according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施形態に係るMIS型トランジ
スタの構成を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a MIS transistor according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4実施形態に係るMIS型トランジ
スタの製造方法における各工程(a)ないし(e)を示
す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing steps (a) to (e) in a method for manufacturing a MIS transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第4実施形態に係るMIS型トランジ
スタの構成を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a MIS transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第5実施形態に係るMIS型トランジ
スタの構成を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a MIS transistor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第5実施形態に係るMIS型トランジ
スタの製造方法における各工程(a)ないし(e)を示
す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing steps (a) to (e) in a method for manufacturing a MIS transistor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第6実施形態に係るMIS型トランジ
スタの構成を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a MIS transistor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第7実施形態に係る半導体装置の構
成を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図11】図10に示す半導体装置のそれぞれ異なる断
面(a)および(b)の平面構成を示す平面図。FIGS. 11A and 11B are plan views showing plan configurations of different cross sections (a) and (b) of the semiconductor device shown in FIG. 10;
【図12】第7実施形態の半導体装置の製造工程(a)
および(b)を示す断面図。FIG. 12A is a manufacturing step (a) of the semiconductor device according to the seventh embodiment;
Sectional drawing which shows and (b).
【図13】図12の続きの製造工程(d)および(e)
を示す断面図。FIG. 13 is a manufacturing step (d) and (e) subsequent to FIG. 12;
FIG.
【図14】従来のMIS型トランジスタの構成を示す断
面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional MIS transistor.
1 半導体基板 2 ソース・ドレイン領域 2A ソース領域 2B ドレイン領域 2a 第1の不純物拡散層 2b 第2の不純物拡散領域 4 溝 5 高誘電体ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 7 チャネル形成面 9 シリコン酸化膜 10 ポリシリコン 101 ダミーゲート電極 102 ダミーゲート絶縁膜 104 半導体領域 111 絶縁膜 112 絶縁膜 113 ゲート絶縁膜 114 ゲート電極 115 導電体層 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 source / drain region 2A source region 2B drain region 2a first impurity diffusion layer 2b second impurity diffusion region 4 groove 5 high dielectric gate insulating film 6 gate electrode 7 channel forming surface 9 silicon oxide film 10 poly Silicon 101 dummy gate electrode 102 dummy gate insulating film 104 semiconductor region 111 insulating film 112 insulating film 113 gate insulating film 114 gate electrode 115 conductor layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野 口 充 宏 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 高 島 大三郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 西 山 彰 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Mitsuhiro Noguchi 8 Shinsugitacho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Daisaburo Takashima 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Address: Toshiba Yokohama Works (72) Inventor Akira Nishiyama 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Yokohama Works
Claims (13)
ース・ドレイン領域と、このソース・ドレイン領域間の
チャネル領域の上方に設けられたゲート電極と、を備え
るMIS型トランジスタにおいて、 前記半導体基板に形成された前記ソース・ドレイン領域
の上面が前記半導体基板におけるチャネル形成面よりも
ゲート電極側に位置すると共に、前記ソース・ドレイン
領域の上面が前記チャネル形成面上に設けられたゲート
絶縁膜と前記ゲート電極との境界面よりも前記チャネル
形成面側に位置し、かつ前記ゲート絶縁膜の誘電率が酸
化シリコンの誘電率よりも高くなるように形成されてい
ることを特徴とするMIS型トランジスタ。1. An MIS transistor comprising: a semiconductor substrate; a source / drain region formed on the substrate; and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain region. A gate insulating film in which an upper surface of the source / drain region formed on the substrate is located closer to a gate electrode than a channel forming surface of the semiconductor substrate, and an upper surface of the source / drain region is provided on the channel forming surface; A gate insulating film, which is located closer to the channel forming surface than a boundary surface between the gate insulating film and the gate electrode, and wherein the dielectric constant of the gate insulating film is higher than the dielectric constant of silicon oxide. Transistor.
溝の底面を前記チャネル形成面とすると共に、該溝の開
口部に保護膜を介して前記ゲート絶縁膜を形成してその
上部にゲート電極を位置せしめ、前記チャネル形成面の
両側に前記ソース・ドレインが位置するようにして、前
記ソース・ドレイン領域の上面,前記チャネル形成面お
よび前記境界面がそれぞれ所定の位置関係となるように
構成したことを特徴とする請求項1に記載のMIS型ト
ランジスタ。2. A groove is formed in an upper surface of the semiconductor substrate, and a bottom surface of the groove is used as the channel forming surface. The gate insulating film is formed in an opening of the groove with a protective film interposed therebetween. And the source / drain is positioned on both sides of the channel forming surface so that the upper surface of the source / drain region, the channel forming surface, and the boundary surface have a predetermined positional relationship. 2. The MIS transistor according to claim 1, wherein the MIS transistor is configured as follows.
挟む箇所を積層したソース・ドレインの上面が前記チャ
ネル形成面よりもゲート電極側に位置すると共に、前記
チャネル形成面上に保護膜を介して形成されたゲート絶
縁膜と前記ゲート電極との前記境界面よりも前記ソース
・ドレインの上面が前記チャネル形成面側に位置するこ
とを特徴とする請求項1に記載のMIS型トランジス
タ。3. An upper surface of a source / drain in which a portion of the semiconductor substrate sandwiching a channel forming surface is located closer to the gate electrode than the channel forming surface, and formed on the channel forming surface via a protective film. 2. The MIS transistor according to claim 1, wherein an upper surface of the source / drain is located closer to the channel formation surface than the boundary surface between the formed gate insulating film and the gate electrode. 3.
記ソース・ドレイン領域の上面が、前記チャネル形成面
よりも嵩上げされてゲート電極側に位置すると共に、前
記ソース・ドレイン領域の上面は、嵩上げされて前記ゲ
ート電極側に位置するレベルの実質的な平坦面と、この
平坦面のレベルから前記チャネル形成面のレベルまで傾
斜する傾斜面と、を備えていることを特徴とする請求項
1に記載のMIS型トランジスタ。4. An upper surface of the source / drain region provided with the channel forming surface interposed therebetween is positioned higher than the channel forming surface on the gate electrode side, and an upper surface of the source / drain region is 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a substantially flat surface raised at a level located on the side of the gate electrode, and an inclined surface inclined from the level of the flat surface to the level of the channel forming surface. 3. The MIS transistor according to claim 1.
ート絶縁膜により囲まれるゲート電極の形状が、段部を
介して下側が先細りとなった断面T字の形状となってい
ることを特徴とする請求項4に記載のMIS型トランジ
スタ。5. A gate electrode surrounded by a gate insulating film provided on an upper side of the channel forming surface, wherein the shape of the gate electrode has a T-shaped cross section in which the lower side is tapered through a step. The MIS transistor according to claim 4, wherein
ート絶縁膜により囲まれるゲート電極の形状が、段部を
介して下側が先細りとなった断面T字の形状となってい
ることを特徴とする請求項1に記載のMIS型トランジ
スタ。6. A gate electrode surrounded by a gate insulating film provided on an upper side of the channel forming surface has a T-shaped cross section in which the lower side is tapered through a step. The MIS transistor according to claim 1, wherein
とを特徴とする請求項1ないし請求項6の何れかに記載
のMIS型トランジスタ。7. The MIS transistor according to claim 1, wherein said gate insulating film includes a metal oxide film.
ミニウム酸化膜、タンタル酸化膜のうちの少なくとも1
つを含むことを特徴とする請求項7に記載のMIS型ト
ランジスタ。8. The gate insulating film comprises at least one of a titanium oxide film, an aluminum oxide film, and a tantalum oxide film.
The MIS transistor according to claim 7, comprising:
ム酸化膜の誘電率よりも高いことを特徴とする請求項8
に記載のMIS型トランジスタ。9. The gate oxide film according to claim 8, wherein a dielectric constant of said gate oxide film is higher than a dielectric constant of said aluminum oxide film.
3. The MIS transistor according to claim 1.
ソース・ドレイン領域と、このソース・ドレイン領域間
のチャネル領域の上方に設けられたゲート電極と、を備
えるMIS型トランジスタにおいて、 前記チャネル形成面を挟んで設けられた前記ソース・ド
レイン領域の上面が、前記チャネル形成面よりも嵩上げ
されてゲート電極側に位置し、かつ、前記ソース・ドレ
イン領域の上面は、嵩上げされて前記ゲート電極側に位
置するレベルの実質的な平坦面と、この平坦面のレベル
から前記チャネル形成面のレベルまで傾斜する傾斜面
と、を備えると共に、 前記チャネル形成面の上側に設けられたゲート絶縁膜に
より囲まれるゲート電極の形状が、段部を介して下側が
先細りとなった断面T字の形状となっていることを特徴
とするMIS型トランジスタ。10. An MIS transistor comprising: a semiconductor substrate; a source / drain region formed on the substrate; and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain region. The upper surface of the source / drain region provided with the formation surface interposed therebetween is positioned higher than the channel formation surface on the gate electrode side, and the upper surface of the source / drain region is raised higher than the gate electrode. A substantially flat surface at a level located on the side, and an inclined surface inclined from the level of the flat surface to the level of the channel forming surface, and a gate insulating film provided above the channel forming surface. MIS, characterized in that the shape of the enclosed gate electrode has a T-shaped cross section with the lower side tapering through the step portion. Transistor.
ソース・ドレイン領域と、このソース・ドレイン領域間
のチャネル領域の上方に設けられたゲート電極と、を備
えるMIS型トランジスタの製造方法であって、 前記半導体基板上に酸化膜を選択的形成する工程と、 選択的に形成された酸化膜をマスクにしてエッチングを
行ない溝を形成する工程と、 前記溝内に多結晶半導体層を積層してから前記酸化膜と
多結晶半導体膜の上面を研磨した後、前記酸化膜を除去
する工程と、 前記多結晶半導体膜をマスクにして前記半導体基板の表
面に不純物を拡散させて前記溝の底部側を含む溝状の不
純物拡散領域を形成する工程と、 前記溝状の不純物拡散領域の溝部分に高誘電体膜よりな
るゲート絶縁膜をその上面が前記不純物拡散領域の前記
溝部分以外の部分の上面よりも前記半導体基板から離れ
る側に位置させて形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上面にゲート電極を形成する工程
と、 を備えることを特徴とするMIS型トランジスタの製造
方法。11. A method of manufacturing a MIS transistor comprising a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain regions. A step of selectively forming an oxide film on the semiconductor substrate; a step of forming a groove by performing etching using the selectively formed oxide film as a mask; and laminating a polycrystalline semiconductor layer in the groove. Removing the oxide film after polishing the upper surfaces of the oxide film and the polycrystalline semiconductor film, and diffusing impurities into the surface of the semiconductor substrate using the polycrystalline semiconductor film as a mask to form the trench. Forming a groove-shaped impurity diffusion region including a bottom side; and forming a gate insulating film made of a high-dielectric film in a groove portion of the groove-shaped impurity diffusion region. A step of forming a gate electrode on the upper surface of the gate insulating film; and forming a gate electrode on a side farther from the semiconductor substrate than an upper surface of the other portion. Method.
ソース・ドレイン領域と、このソース・ドレイン領域間
のチャネル領域の上方に設けられたゲート電極と、を備
えるMIS型トランジスタを製造する方法であって、 前記半導体基板上に多結晶半導体層を選択的に形成する
工程と、 選択的に形成された前記多結晶半導体層をマスクにして
前記半導体基板の表面に不純物を拡散させてマスクされ
た半導体基板表面に形成されることになるチャネル形成
面よりも嵩上げされた不純物拡散領域を含む不純物拡散
領域を形成する工程と、 前記嵩上げされた不純物拡散領域の表面側に酸化膜を形
成し、前記多結晶半導体層をストッパとして前記酸化膜
表面を研磨した後、前記多結晶半導体層を除去する工程
と、 前記嵩上げされた不純物拡散層および前記酸化膜に囲ま
れた領域に高誘電体膜よりなるゲート絶縁膜をその上面
が前記不純物拡散領域と前記酸化膜との境界面よりも前
記基板から離れる高さまで形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上面にゲート電極を形成する工程
と、 を備えることを特徴とするMIS型トランジスタの製造
方法。12. A method of manufacturing an MIS transistor including a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain regions. A step of selectively forming a polycrystalline semiconductor layer on the semiconductor substrate; and masking the surface of the semiconductor substrate by diffusing impurities using the selectively formed polycrystalline semiconductor layer as a mask. Forming an impurity diffusion region including an impurity diffusion region raised above the channel formation surface to be formed on the surface of the semiconductor substrate, forming an oxide film on the surface side of the raised impurity diffusion region, Polishing the oxide film surface using the polycrystalline semiconductor layer as a stopper, and then removing the polycrystalline semiconductor layer; and Forming a gate insulating film made of a high dielectric film in a region surrounded by the oxide film to a height at which the upper surface is further away from the substrate than a boundary surface between the impurity diffusion region and the oxide film; Forming a gate electrode on the upper surface of the insulating film.
ソース・ドレイン領域と、このソース・ドレイン領域間
のチャネル領域の上方に設けられたゲート電極と、を備
えるMIS型トランジスタを製造する方法であって、 選択的に形成された半導体層に囲まれた前記チャネル形
成面上にダミーゲート絶縁膜と、第2の半導体層を含む
ダミーゲート電極を少なくともリソグラフィを含む手法
により形成する工程と、 前記半導体基板上のチャネル形成面となる領域を挟んで
ソース・ドレイン領域となる半導体層を、この半導体層
上面と前記チャネル形成面との間が傾斜面となるように
しつつ、選択的に堆積させると工程と、 前記第2の半導体層をマスクにして前記半導体基板の表
面に不純物を拡散させて不純物拡散領域を形成する工程
と、 前記不純物拡散領域に挟まれた上記チャネル形成面とな
る部分の上に形成されたダミーゲート電極をエッチング
により除去する工程と、 露出された上記チャネル形成面上に高誘電体膜よりなる
絶縁膜を全面に堆積せて中心側に溝状の空間を有する断
面形状でゲート絶縁膜を形成する工程と、 中心側に溝状の空間を有する断面形状で全面に形成され
た前記ゲート絶縁膜の上面にゲート電極を堆積させて、
断面T字形状となったゲート電極を形成する工程と、 を備えることを特徴とするMIS型トランジスタの製造
方法。13. A method of manufacturing an MIS transistor including a semiconductor substrate, a source / drain region formed on the substrate, and a gate electrode provided above a channel region between the source / drain regions. Forming a dummy gate insulating film and a dummy gate electrode including a second semiconductor layer on at least the channel forming surface surrounded by the selectively formed semiconductor layer by a method including at least lithography; A semiconductor layer serving as a source / drain region is selectively deposited on the semiconductor substrate, with a region between the semiconductor layer and the channel forming surface being inclined with a region serving as a channel forming surface interposed therebetween. Forming an impurity diffusion region by diffusing an impurity into the surface of the semiconductor substrate using the second semiconductor layer as a mask; A step of etching and removing a dummy gate electrode formed on a portion to be the channel forming surface sandwiched between the impurity diffusion regions; and a step of forming an insulating film made of a high dielectric film on the exposed channel forming surface. Forming a gate insulating film in a cross-sectional shape having a groove-shaped space on the center side, and forming a gate on the upper surface of the gate insulating film formed on the entire surface in a cross-sectional shape having a groove-shaped space on the center side. Deposit the electrodes,
Forming a gate electrode having a T-shaped cross section.
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KR100665796B1 (en) | 2005-07-08 | 2007-01-09 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Morse element having a shallow junction depth and method of manufacturing the same |
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