(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＳトランジスタの製造方法において、
基板を提供する工程と、
前記基板上にパッド誘電層を形成する工程と、
前記酸化物パッド上にエッチ停止層を形成する工程と、
基板の酸化物パッド及びエッチ停止層に浅いトレンチ分離部分を形成する工程と、
前記基板の作動領域を前記浅いトレンチ分離部分の間に配置する工程と、
前記作動領域内で前記基板の側壁を露出させる孔を前記浅いトレンチ分離部分に形成する工程と、
前記孔が存在する作動領域内で前記基板の前記側壁をドーピングする工程と、
前記孔内に導電性材料を形成し、該導電性材料がソース及びドレーン領域であるようにする工程と、
エッチ停止層を除去して、前記導電性材料の側壁を露出する工程と、
前記導電性材料の露出した側壁を酸化する工程と、
パッド誘電層の頂部及び導電性材料の酸化した部分の側壁上にスペーサを形成する工程と、
パッド酸化物を基板から除去するが、スペーサの下方から除去しないようにする工程と、
前記スペーサの間の前記作動領域内で前記基板上にゲート誘電層を形成する工程と、
前記ゲート誘電層上にゲート電極を形成する工程とを備える、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２】
請求項１の製造方法において、前記パッド誘電層、前記エッチ停止層を通じて、前記基板にトレンチを形成し、該トレンチに誘電材料を充填して、前記浅いトレンチ分離部分を形成することにより、浅いトレンチ分離部分が形成される、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項３】
請求項２の製造方法において、浅いトレンチ分離部分が酸化ケイ素からなる、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項４】
請求項１の製造方法において、浅いトレンチ分離部分が、
Ａ）頂部の直径が約０．１乃至０．３μｍ；
Ｂ）深さが約０．２乃至０．４μｍ；
Ｃ）浅い分離トレンチの側壁と浅い分離トレンチの底部との間の角度が、約７５゜乃至８８゜の範囲の寸法を有する、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項５】
請求項１の製造方法において、２つの浅いトレンチ分離部分が存在する、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項５の製造方法において、２つの浅いトレンチ分離部分の間の距離が約０．１乃至０．３μｍの範囲にある、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項１の製造方法において、パッド誘電層が酸化ケイ素である、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項８】
請求項１の製造方法において、パッド誘電層が約１００オングストローム（Å）乃至２００オングストローム（Å）の範囲の厚さを有する、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項９】
請求項８の製造方法において、パッド誘電層の厚さが１５０オングストローム（Å）である、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
請求項１の製造方法において、エッチング停止層が窒化ケイ素である、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１１】
請求項１の製造方法において、エッチング停止層が約１０００乃至２０００オングストローム（Å）の厚さを有する、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１の製造方法において、エッチング停止層の厚さが１５００オングストローム（Å）である、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１３】
請求項１の製造方法において、エッチング停止層上にフォトレジストを配置して、酸化物にのみ影響するエッチング剤を使用することにより、浅いトレンチ分離部分の側壁の開口部をパターン化し、フォトレジストを構造体から剥離して、清浄にする、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１４】
請求項１の製造方法において、パターン化した開口部が深さ約０．０２乃至０．０９８μｍ及び直径約０．０５乃至０．２μｍの寸法を有する、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１５】
請求項１の製造方法において、導電性材料がドープされる、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５の製造方法において、導電性材料が、形成される前又は形成された後に、マスキング注入ステップを使用してドープされる、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１７】
請求項１の製造方法において、導電性材料がポリシリコンである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１８】
請求項１の製造方法において、導電性材料が、パターン化した開口部で、トランジスタの中間構造体の上方に堆積され、中間構造体の頂部から約５００オングストローム（Å）乃至１５００オングストローム（Å）の厚さである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項１９】
請求項１８の製造方法において、導電性材料が約１０００オングストローム（Å）の厚さである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２０】
請求項１８の製造方法において、導電性材料がパターン化した開口部にのみ存在するように化学機械的に研磨される、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２１】
請求項１の製造方法において、導電性材料の酸化した部分が酸化加熱炉内でポリシリコン酸化物により形成される、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２２】
請求項１の製造方法において、導電性材料の酸化した部分が約１８０オングストローム（Å）乃至２２０オングストローム（Å）の厚さである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２３】
請求項１の製造方法において、スペーサが約９００オングストローム（Å）乃至１１００オングストローム（Å）の厚さである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２４】
請求項１の製造方法において、スペーサが酸化物又は窒化物にて出来ている、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２５】
請求項１の製造方法において、ゲート誘電層の形成が堆積によって行われる、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２６】
請求項１の製造方法において、ゲート誘電層が高Ｋ値の酸化物材料である、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２７】
請求項２６の製造方法において、高Ｋ値の酸化物材料が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムの１つである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２８】
請求項１の製造方法において、ゲート電極が、ゲート電極材料を堆積させて、該ゲート電極材料を化学機械的に研磨することにより形成される、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【請求項２９】
請求項１の製造方法において、ゲート電極がポリシリコンである、ＭＯＳトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、半導体デバイス及び改良されたＭＯＳトランジスタ並びにＭＯＳトランジスタの製造方法に関する。より具体的には、本発明は、置換ゲート技術によりトレンチの側壁上に凹状のソースドレーンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＯＳトランジスタは当該技術分野にて周知であるが、問題点を示すＭＯＳトランジスタの幾つかの構造体がある。高接合容量はトランジスタの速度及び性能を劣化させる。この高接合容量は、トランジスタの浅いトレンチの分離部の頂部に位置するソースドレーンによって減少させることができる。接合部の大きな漏洩は、寸法上の問題を生ずるため、トランジスタは理想的なものよりも大きく形成しなければならない。この接合部の大きな漏洩は、基板の頂部に軽くドープしたドレーンのみが存在するときに、減少させることができる。最後に、作動領域のスケーリングは、トランジスタの全体の包装密度及び垂直な作用接点に影響を与え、トランジスタの包装がより優れた小型のものとなる。
【０００３】
例えば、米国特許第５，７９５，８１１号（キム（Ｋｉｍ）ら）には、浅いトレンチ分離（トレンチ分離）方法が開示されているが、浅いトレンチ分離部分の頂部に位置するソースドレーンは開示されていない。米国特許第５，３８０，６７１号（ルア（Ｌｕｒ）ら）には、浅いトレンチ分離部の付近に接点を埋め込む方法が記載されている。米国特許第５，６４３，８２２号（フルカワ（Ｆｕｒｕｋａｗａ）ら）には、浅いトレンチ分離部のシリコントレンチの側壁内にイオンを注入することが教示されている。米国特許第５，８７９，９９８号（クリヴォカピック（Ｋｒｉｖｏｋａｐｉｃ））には、置換ゲート法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、改良されたＭＯＳトランジスタ及び改良されたＭＯＳトランジスタの製造方法を提供するものである。本発明の別の目的は、置換ゲート技術によりトレンチ側壁上に凹状のソースドレーンを有するＭＯＳトランジスタを提供することである。ＭＯＳトランジスタは、当該技術分野にて周知であり、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ又はＰ−ＭＯＳトランジスタの何れかとすることができることが当該技術分野にて周知である。この出願において、我々は、Ｎ−ＭＯＳトランジスタを示すが、当該技術分野で周知であるように、これらの説明をＰ−ＭＯＳトランジスタに容易に適用することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ＭＯＳトランジスタの製造方法は、最初に、基板を提供し、該基板上に酸化物パッドを形成することにより行われる。次に、酸化物パッド上にエッチング停止層を形成し、且つ基板の酸化物パッド及びエッチング停止層内に浅いトレンチ分離部（トレンチ分離部）を形成する。基板の作動領域は、浅いトレンチ溝（トレンチ分離部分）の間に配置する。作動領域内の基板の側壁を露出させる次の孔を浅いトレンチ分離部（トレンチ分離部）に形成する。孔が存在する作動領域内で基板の側壁をドープする。次に、孔内に導電性材料を形成し、その導電性材料はソース領域及びドレーン領域となる。
【０００６】
次に、エッチング停止層を除去して、導電性材料の側壁を露出させ、導電性材料の露出した側壁を酸化させる。酸化物パッドの頂部に及び導電性材料の酸化した部分の側壁上にスペーサを形成する。酸化物パッド層を、構造体から除去するが、スペーサの下方からは除去しない。スペーサ間の作動領域内にて基板上にゲート誘電層を形成し、該誘電層上にゲート電極を形成する。
【０００７】
【実施の形態の説明】
次に、図１をより具体的に参照すると、基本構造体１０は、標準的な浅いトレンチ分離法（トレンチ分離法）により形成された標準的なＭＯＳ構造体である。このトレンチ分離方法は、パッド誘電層、エッチ停止層を通じて、基板にトレンチを形成することからなる。誘電材料を形成されたトレンチ内に充填し、このことは、トレンチ分離部分を形成することになる。最後に、トレンチ内を充填する誘電材料を、後で化学機械的に研磨する。基本構造体１０は、基板１２を有しており、該基板１２の上にパッド誘電層１４がある。該パッド誘電層１４は酸化ケイ素からなることが好ましい。パッド誘電層１４は、約１００オングストローム（Å）乃至２００オングストローム（Å）の厚さであるが、好ましくは１５０オングストローム（Å）の厚さである。パッド誘電層１４にエッチング停止層１６を形成する。エッチング停止層１６は窒化ケイ素であることが好ましい。このエッチング停止層１６は約１０００オングストローム（Å）乃至２０００オングストローム（Å）の厚さであるが、好ましくは１５００オングストローム（Å）の厚さである。基板、エッチ停止層及びパッド誘電層はその内部に配置された浅いトレンチ分離部分（トレンチ分離部分）１８を有する。このトレンチ分離部分は、通常、酸化ケイ素で出来ている。トレンチ分離部分１８は、トレンチ分離部分（Shallow Trench Isolation:ＳＴＩ）間の基板領域である、作動領域１３を画定する。
【０００８】
トレンチ分離部分１８の寸法は、頂部１１にて直径０．１乃至０．３μｍ及び深さ１５が０．２乃至０．４μｍである。浅い分離トレンチの側壁と浅い分離トレンチの底部との間の角度１７は７５゜乃至８８゜である。このため、分離トレンチの底部における直径は、頂部の直径及び深さに依存する。作動領域１３は２つの浅い分離トレンチ１８の間の距離であり、約０．１乃至０．３μｍである。図２において、次に、酸化物にのみ影響するエッチングを使用してトレンチ分離部をパターン化するため基板構造体上にフォトレジスト１９を配置する。
【０００９】
図３に図示するように、エッチマスクとしてフォトレジスト１９を使用して、トレンチ分離部分１８をエッチングする。このエッチングは、作動領域（すなわち、トレンチ分離部分１８間の基板）の少なくとも一部分を取り巻く孔、すなわちパターン２１を形成する。トレンチ分離部分１８のパターン２１は深さ２５が約０．０２乃至０．０９８μｍであり、直径２３が約０．０５乃至０．２μｍである。
【００１０】
図３に図示するように、基板にイオンを注入し、Ｎ領域２０が形成されるようにする。ドープした領域２０は、完成したトランジスタにおける軽くドープしたソース及びドレーン領域（ＬＤＤ）である。
【００１１】
図４に図示するように、次に図３の構造体からフォトレジスト１９を剥離し、清浄にして除去する。次に、構造体上に導電性材料２２を形成する。この導電性材料２２は、好ましくはドープしたもので、ドープしたポリシリコン、エピタキシャルシリコン又はポリシリコンとすることができる。このドープした導電性材料２２は、通常、堆積させ且つドープしたポリシリコンであり、構造体の頂部からの厚さが約５００オングストローム（Å）乃至１５００オングストローム（Å）、好ましくは１０００オングストローム（Å）である。図４の参照番号２３を参照。
【００１２】
図５に図示するように、次に、ドープした導電性材料２２を化学機械的に研磨してドープした導電性の塊(conductive mass)２４（例えば、ソース領域及びドレーン領域）を形成する。
【００１３】
図６には、好ましくは選択的高温リン酸ストリップエッチング法によりエッチブロック１６を除去する方法が図示されている。図７において、ポリシリコン酸化(polysilicon oxidation)は、通常、酸化加熱炉内で行われてポリ酸化物２６を形成する。このポリ酸化物の厚さは１８０オングストローム（Å）乃至２２０オングストローム（Å）の範囲にある。次に、スペーサ２８を約９００オングストローム（Å）乃至１１００オングストローム（Å）の厚さに形成する。これらスペーサは、通常、酸化物及び窒化物であり、窒化物であることが好ましい。スペーサは、通常、ブランケット堆積及び等方性エッチバックにて形成される。
【００１４】
図８に図示するように、次に、スペーサ２８の下方を除いて、パッド誘電層１４を構造体から除去して清浄にする。図９には、次に好ましくは堆積によってゲート誘電（例えば酸化物）層３０を形成する状態が図示されている。このゲート誘電層３０は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのような、高Ｋ値（高誘電率）の酸化物材料であることが好ましい。
【００１５】
図１０には、次に、通常、堆積によりゲート電極材料３２を形成し、次に、化学機械的に研磨する状態が図示されている。このゲート電極材料３２は、金属、シリサイド金属(metal silicide)又はポリシリコンとすることができ、ポリシリコンであることが好ましい。ドープした導電性材料２２は、代替的に、構造体に付与したときに導電性材料であり、図１０に示すような構造体となった後、ドープしてもよい。この導電性材料２２のドーピングは、マスキング注入ステップを使用して行うことができる。
【００１６】
その好ましい実施の形態に関して本発明を特に図示し且つ説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに形態及び細部の点で色々な変更が具体化可能であることが当該技術分野の当業者に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準的な浅いトレンチ隔離方法の後のＭＯＳトランジスタの断面図である。
【図２】本発明の方法の別のステップの断面図である。
【図３】本発明の方法の１つのステップの断面図である。
【図４】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図５】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図６】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図７】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図８】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図９】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図１０】本発明の方法の更なるステップの断面図である。
【図１１】本発明の平面図である。
【符号の説明】
１０  基本構造体                    １１  頂部
１２  基板                          １３  作用可能領域
１４  パッド誘電層                  １５  深さ
１６  エッチ停止層／エッチブロック  １７  角度
１８  トレンチ分離部分          １９  フォトレジスト
２０  Ｎ領域／ドープした領域        ２１  パターン
２２  導電性材料                    ２４  ドープした導電性の塊
２６  ポリ酸化物                    ２８  スペーサ
３０  ゲート誘電層                  ３２  ゲート電極材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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