JPH0821720B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH0821720B2 JPH0821720B2 JP2138238A JP13823890A JPH0821720B2 JP H0821720 B2 JPH0821720 B2 JP H0821720B2 JP 2138238 A JP2138238 A JP 2138238A JP 13823890 A JP13823890 A JP 13823890A JP H0821720 B2 JPH0821720 B2 JP H0821720B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高速、低消費電力の半導体装置の製造方法
に関し、特に、半導体基板より切り込んだU型溝の側壁
面の任意の箇所に任意の大きさの拡散領域を形成し、コ
ンタクトホールを開孔する工程に係る加工技術に関する
ものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device of high speed and low power consumption, and particularly to an arbitrary portion of a sidewall surface of a U-shaped groove cut from a semiconductor substrate. The present invention relates to a processing technique related to a process of forming a diffusion region having a size of 1 to form a contact hole.
[従来の技術] 最近の半導体装置の開発は目覚ましいものがあり、高
速、低消費電力、高効率、高集積密度化を目標として、
次々に新しい構想、構造のトランジスタ、サイリスタ、
IC、メモリ等が提案されている。厚み方向の寸法制御の
方が平面方向に比して容易な点や、64Mビットダイナミ
ックRAMのように超高密度化の要求に対して立体構造に
せざるを得ない点から、基板表面に対して垂直方向の面
に対する加工技術が必要な種々の半導体装置が提案され
ている。特に静電誘導トランジスタ(以下SITと称す)
などの静電誘導型半導体装置は、半導体基板表面より、
垂直に切り込まれた側壁部にゲートを形成することによ
り、その基本的にすぐれた特性が、さらに高周波高速動
作に適したものとなることが知られている。第2図は切
り込みゲート型SITの断面図の一例で、n+Si基板1はド
レイン、n-層2はチャンネル、p+領域3はゲート、n+領
域4はソースで、酸化膜5の上にゲート電極6が形成さ
れた構造となっており、ソース・ゲート間容量、ゲート
・ドレイン間容量を小さくし、かつ変換コンダクタンス
gmを大きくすることが出来るので、マイクロ波からサブ
ミリ波帯での高効率動作に適したものである。7はソー
ス電極である。[Prior Art] Recent developments in semiconductor devices are remarkable, and aiming at high speed, low power consumption, high efficiency, and high integration density,
One after another, new concept, structure of transistor, thyristor,
ICs, memories, etc. have been proposed. Since the dimension control in the thickness direction is easier than in the planar direction and the three-dimensional structure cannot be avoided in order to meet the demand for ultra-high density such as 64 Mbit dynamic RAM, Various semiconductor devices have been proposed that require processing techniques for vertical surfaces. Especially electrostatic induction transistor (hereinafter referred to as SIT)
Static induction type semiconductor devices such as
It is known that by forming a gate on a vertically cut side wall part, its basically excellent characteristics become suitable for high frequency and high speed operation. FIG. 2 is an example of a sectional view of a notched gate type SIT. The n + Si substrate 1 is a drain, the n − layer 2 is a channel, the p + region 3 is a gate, the n + region 4 is a source, and it is on the oxide film 5. It has a structure in which the gate electrode 6 is formed to reduce the source-gate capacitance and the gate-drain capacitance, and to improve the conversion conductance.
Since g m can be increased, it is suitable for high-efficiency operation in the microwave to submillimeter wave band. Reference numeral 7 is a source electrode.
しかしながら、半導体表面より切り込みを有する半導
体装置において、その切り込み部の側壁面への拡散窓開
け、コンタクトホール開孔等の加工は従来の平面加工技
術の基本となるホトリソグラフ技術ではほとんど不可能
であった。However, in a semiconductor device having a notch from the semiconductor surface, it is almost impossible to form a diffusion window, a contact hole, or the like on the side wall surface of the notch by the photolithographic technique which is the basis of the conventional flattening technique. It was
[発明が解決しようとする課題] 前述した切り込み部(U型溝)を有する半導体装置の
切り込み部側壁面への拡散窓、コンタクト窓を形成する
技術として、すでに特公昭62-32632号公報、および特公
平01-031309号公報等に示された技術が提案されてい
る。第3図(a)乃至(j)は前記特公昭62-32632号公
報に示されているNチャンネルSITの製造工程である。[Problems to be Solved by the Invention] As a technique for forming a diffusion window and a contact window on the side wall surface of the cut portion of the semiconductor device having the cut portion (U-shaped groove) described above, Japanese Patent Publication No. Sho 62-32632 and The technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 01-031309 is proposed. FIGS. 3 (a) to 3 (j) show the manufacturing process of the N-channel SIT disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-32632.
(1)第3図(a)に示すようにドレインとなるn+Si基
板(不純物密度1018/cm3)1の上にエピタキシャル成長
によりn-層(不純物密度1013〜1014/cm3)2の動作層を
厚さ10μm程度成長し、続いて熱酸化等により酸化膜5
を約1μm形成する。次にホトリソグラフ技術によりOM
R83等のレジスト膜8を切り込み予定領域以外の部分に
選択的に形成する。(1) As shown in FIG. 3 (a), an n - layer (impurity density of 10 13 to 10 14 / cm 3 ) was formed by epitaxial growth on an n + Si substrate (impurity density of 10 18 / cm 3 ) 1 to be a drain. The second operating layer is grown to a thickness of about 10 μm, and then the oxide film 5 is formed by thermal oxidation or the like.
Of about 1 μm. Next, using photolithographic technology, OM
A resist film 8 of R83 or the like is selectively formed in a portion other than the region to be cut.
(2)第3図(b)に示すようにレジスト8をマスクと
して酸化膜5を除去してn-層2を約3μmの深さまで切
り込む。この場合、切り込まれる部分の側面がn-層2の
表面に対してほぼ垂直になることが望ましく、さらに底
面が平らに近いのが望まれるが、その方法としては側面
が垂直になるアルカルエッチングや底面も平らになるプ
ラズマエッチ、スパッタエッチ等があげられる。例えば
プラズマエッチで行なうにはn+基板1の結晶面を(11
1)面に選びマスクの方向を<110>方向に合わせて、ま
ず酸化膜5をC3F8のガス0.1Torrでプラズマエッチし続
いてガスをPCl3ガス0.05〜0.1Torrに変えてn-層2をプ
ラズマエッチすればn-層2の表面に対して垂直な側面
(壁面)と平らな底面を有する形に切り込むことができ
る。続いてO2ガスプラズマによりレジスト8を除去す
る。(2) As shown in FIG. 3 (b), the oxide film 5 is removed using the resist 8 as a mask, and the n − layer 2 is cut to a depth of about 3 μm. In this case, it is desirable that the side surface of the cut portion be substantially perpendicular to the surface of the n − layer 2, and further that the bottom surface be close to a flat surface. Examples include plasma etching and sputter etching that flatten the bottom surface. For example, to perform plasma etching, the crystal plane of the n + substrate 1 should be (11
1) Select the surface and align the direction of the mask with the <110> direction. First, plasma etch the oxide film 5 with a C 3 F 8 gas of 0.1 Torr and then change the gas to a PCl 3 gas of 0.05 to 0.1 Torr and n −. If the layer 2 is plasma-etched, it can be cut into a shape having a side surface (wall surface) perpendicular to the surface of the n − layer 2 and a flat bottom surface. Then, the resist 8 is removed by O 2 gas plasma.
(3)第3図(c)に示すように熱酸化等によって切り
込まれた部分に酸化膜5を5000Å程度形成する。この時
1で形成されたn-層2の表面の酸化膜5は1.1μm程度
に増加する。(3) As shown in FIG. 3 (c), an oxide film 5 is formed in a portion cut by thermal oxidation or the like to about 5000 Å. At this time, the oxide film 5 on the surface of the n − layer 2 formed in 1 increases to about 1.1 μm.
(4)第3図(d)に示すように指向性プラズマエッ
チ、スパッタエッチ等により切り込まれた底面の酸化膜
5をエッチする。この場合指向性により側面(壁面)の
酸化膜5は残り、n-層2の表面の酸化膜5は6000Å程度
に減少する。続いて切り込まれた底面のn-層2を約1.5
μm程度プラズマエッチする。例えば、プラズマエッチ
で行なうには酸化膜5はC3F80.1Torrでエッチしn-層2
はPCl30.05〜0.1Torrでエッチすることにより形成でき
る。(4) As shown in FIG. 3D, the bottom oxide film 5 is etched by directional plasma etching, sputter etching or the like. In this case, the oxide film 5 on the side surface (wall surface) remains due to the directivity, and the oxide film 5 on the surface of the n − layer 2 is reduced to about 6000Å. Then, cut the bottom n - layer 2 by about 1.5
Plasma etch about μm. For example, for plasma etching, the oxide film 5 is etched with C 3 F 8 0.1 Torr and n − layer 2 is used.
Can be formed by etching with PCl 3 0.05 to 0.1 Torr.
(5)第3図(e)に示すようにCVD等によりSi3N4膜9
を1000Å程度形成する。(5) As shown in FIG. 3 (e), a Si 3 N 4 film 9 is formed by CVD or the like.
To form about 1000Å.
(6)第3図(f)に示すように指向性プラズマエッ
チ、スパッタエッチング等のよって切り込まれた底面の
Si3N4膜9とn-層2の表面のSi3N4膜9をエッチする。Si
3N4膜9は切り込まれた側面(壁面)のみに残ることに
なる。例えば、プラズマエッチで行なうにはC3F80.02〜
0.05Torrでエッチすることにより形成できる。(6) As shown in FIG. 3 (f), the bottom surface cut by directional plasma etching, sputter etching, etc.
The Si 3 N 4 film 9 and the Si 3 N 4 film 9 on the surface of the n − layer 2 are etched. Si
The 3 N 4 film 9 remains only on the cut side surface (wall surface). For example, C 3 F 8 0.02 ~
It can be formed by etching at 0.05 Torr.
(7)第3図(g)に示すように熱酸化等により、切り
込まれた底面に酸化膜59を5000Å程度形成する。この
時、Si3N4膜9がある切り込まれた側面(壁面)には酸
化膜59は形成されない。n-層2の表面の酸化膜5は約80
00Åに増加する。(7) As shown in FIG. 3 (g), an oxide film 59 is formed on the cut bottom surface by thermal oxidation or the like to have a thickness of about 5000Å. At this time, the oxide film 59 is not formed on the side surface (wall surface) where the Si 3 N 4 film 9 is cut. The oxide film 5 on the surface of the n - layer 2 is about 80
Increase to 00Å.
(8)第3図(h)に示すようにn-層2の表面にホトリ
ソグラフ技術によりソースとなる領域上部の酸化膜5を
除去して、拡散等によりn+領域10(不純物密度〜1021/c
m3を0.5μm程度の深さに形成する。この場合Si3N4がマ
スク性の高いAsを不純物源として使用する。(8) As shown in FIG. 3 (h), the oxide film 5 above the source region is removed on the surface of the n − layer 2 by photolithography, and the n + region 10 (impurity density ~ 10 21 / c
m 3 is formed to a depth of about 0.5 μm. In this case, Si 3 N 4 uses As having a high masking property as an impurity source.
(9)第3図(i)に示すように無指向性プラズマエッ
チ、熱リン酸エッチ等によって切り込まれた側面(壁
面)にSi3N4膜9をエッチすれば酸化膜5の開孔部が1.0
μm程度できることになりこの開孔部に拡散等によりp+
領域11のゲートを側面(端面)より0.5μmの深さに形
成する。このゲートの不純物密度は、n+領域10の不純物
密度より低く1020〜1019/cm3程度におさえる。したがっ
て、n+領域10はマスクをする必要がなくp+領域11が形成
されても影響は少ない。(9) As shown in FIG. 3 (i), if the Si 3 N 4 film 9 is etched on the side surface (wall surface) cut by non-directional plasma etching, hot phosphoric acid etching, etc., the oxide film 5 is opened. Division 1.0
It is possible to make about μm, and p +
The gate of the region 11 is formed to a depth of 0.5 μm from the side surface (end surface). The impurity density of this gate is lower than the impurity density of the n + region 10 and is about 10 20 to 10 19 / cm 3 . Therefore, the n + region 10 does not need to be masked, and the formation of the p + region 11 has little influence.
(10)第3図(j)に示すようにAl等の金属膜を蒸着等
によって約1.5μm厚程度形成しホトリソグラフ技術に
よってゲート電極12とソース電極13に形成する。通常蒸
着は、指向性があるためにn-層2の表面と切り込まれた
底面にのみ蒸着され、側面(壁面)には散乱した分のみ
が付着するので、ホトリソグラフ技術を必要とせずに全
面エッチ等の方法で簡単にゲート電極12、ソース電極13
を分離することもできる。なお下面にも、金属膜を蒸着
しドレイン電極14とする。(10) As shown in FIG. 3 (j), a metal film of Al or the like is formed to a thickness of about 1.5 μm by vapor deposition or the like, and is formed on the gate electrode 12 and the source electrode 13 by the photolithographic technique. Since normal vapor deposition has directivity, it is vapor-deposited only on the surface of the n − layer 2 and the cut bottom surface, and only the scattered portion adheres to the side surface (wall surface), so photolithographic technology is not required. Gate electrode 12 and source electrode 13 can be easily
Can also be separated. A metal film is vapor-deposited on the lower surface to form the drain electrode 14.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、第3図に示した方法によれば、ゲート
拡散窓としての開孔部の基板表面に垂直方向の幅が1.0
μm程度以上の比較的大きな場合には、第3図でのよう
にp+領域11を側壁面に拡散等により形成することは容易
であるが、ゲート拡散窓としての開孔部の幅が1.0μm
以下の微細寸法になると、p+領域11が十分に形成されな
いという不良、あるいは部分的にしか形成されないとい
う問題点が生じ、この結果、ゲートの効きが悪く、変換
コンダクタンスgmが低下し、またゲートに高電圧を印加
しないと動作しなくなるという欠点があった。第4図は
側壁面でのゲート拡散窓幅0.7μmの場合のSITのドレイ
ン電流Id−ドレイン電圧Vd特性であるが、ゲート電圧を
3V以上印加しないとゲートが効かず、SITとして有効に
動作しないことがわかった。したがって、第3図に示さ
れる製造方法によれば、電源電圧1.5Vで動作する省電力
(低消費電力)、高効率の接合型SITや、遮断周波数10G
Hz以上の高周波用接合型SITにおいて要求される1.0μm
以下の微細寸法の拡散窓開け、コンタクトホール開孔が
極めて困難である欠点があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, according to the method shown in FIG. 3, the width of the opening portion as the gate diffusion window in the direction perpendicular to the substrate surface is 1.0.
In the case of a relatively large value of about μm or more, it is easy to form the p + region 11 on the side wall surface by diffusion or the like as shown in FIG. 3, but the width of the opening as the gate diffusion window is 1.0. μm
With the following fine dimensions, there is a problem that the p + region 11 is not sufficiently formed, or a problem that the p + region 11 is only partially formed. As a result, the gate effect is poor, the conversion conductance g m is lowered, and It has a drawback that it does not operate unless a high voltage is applied to the gate. Figure 4 shows the drain current Id-drain voltage Vd characteristics of the SIT when the gate diffusion window width on the side wall is 0.7 μm.
It was found that the gate does not work unless 3 V or more is applied, and it does not work effectively as a SIT. Therefore, according to the manufacturing method shown in FIG. 3, a power-saving (low power consumption), high-efficiency junction type SIT that operates at a power supply voltage of 1.5 V and a cut-off frequency of 10 G
1.0 μm required for high-frequency junction type SIT of Hz or higher
There is a drawback that it is extremely difficult to open a diffusion window having the following fine dimensions and a contact hole.
ゲート拡散窓幅が1.0μm以下になると窓開けが困難
になるのは、第3図(d)における2回目のプラズマエ
ッチングの断面形状が第5図(a)に示すように底部と
側壁部の境界部が丸みを帯びているため、選択酸化した
時、第5図(b)に示すように、いわゆる平面型のロコ
ス(LOCOS:Local Oxidation of Silic on)工程に
おけるバーズビーク部分が大きくなり、必要以上に酸化
膜59がSi3N49の下部に入り込むため、開口部が小さく
なる問題点に起因していることがわかった。When the gate diffusion window width is 1.0 μm or less, it is difficult to open the window because the cross-sectional shape of the second plasma etching in FIG. 3 (d) shows the bottom and side walls as shown in FIG. 5 (a). Since the boundary is rounded, the bird's beak portion in the so-called planar type LOCOS (LOCOS: Local Oxidation of Silicon) process becomes large when selective oxidation is performed, and it becomes larger than necessary. It was found that the oxide film 59 penetrates into the lower part of the Si 3 N 4 9, which causes the problem that the opening becomes small.
さらに接合型SITの高周波化にはゲート・ドレイン間
容量を低減することが重要で、このためには酸化膜59は
なるべく厚い方が良い。酸化膜59を厚くするためには第
3図(d)におけるプラズマエッチングはなるべく深
く、出来れば基板まで達することが望ましい。しかしな
がら、垂直な側壁を形成するために指向性の高いプラズ
マエッチングはエッチングガスの圧力が低いほど良い
が、圧力が低くなるとスパッタ作用が強くなり、酸化膜
とSiとのエッチングの選択比が小さくなるため、指向性
が高い条件で深いSiエッチングをすると、酸化膜5が無
くなってしまう欠点があった。Further, it is important to reduce the capacitance between the gate and the drain in order to increase the frequency of the junction type SIT, and for this purpose, it is preferable that the oxide film 59 is as thick as possible. In order to thicken the oxide film 59, it is desirable that the plasma etching in FIG. 3 (d) be as deep as possible, and if possible reach the substrate. However, plasma etching with high directivity for forming vertical side walls is better as the pressure of the etching gas is lower, but when the pressure is lower, the sputtering action becomes stronger and the etching selectivity between the oxide film and Si becomes smaller. Therefore, when deep Si etching is performed under the condition that the directivity is high, the oxide film 5 is lost.
本発明の目的は、前述した従来の基板表面に垂直な方
向の加工技術の欠点に鑑みてなされたもので、U型溝等
の切り込み部分の側壁面に、1.0μm以下の寸法を有す
る微小な拡散領域を確実に、歩留り良く形成する低消費
電力、高効率、高周波で動作する半導体装置の製造方法
を提供することにある。The object of the present invention has been made in view of the above-described drawbacks of the conventional processing technique in the direction perpendicular to the substrate surface, and the side wall surface of the cut portion such as the U-shaped groove has a size of 1.0 μm or less. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which operates with high efficiency and high frequency, with low power consumption for surely forming a diffusion region with high yield.
本発明の別の目的は、プラズマエッチングの指向性が
比較的悪くても、U型溝等の切り込み部分の側壁部に確
実に拡散窓やコンタクトホールを開孔する新規な方法を
提供することにある。Another object of the present invention is to provide a novel method for surely forming a diffusion window or a contact hole in a side wall portion of a cut portion such as a U-shaped groove even if the directivity of plasma etching is relatively poor. is there.
さらに本発明の別の目的は、プラズマエッチングにお
ける指向性と、選択比(Si:酸化膜)との互いにトレー
ドオフにある関係に制限されないで、深く、かつ垂直側
壁を有する良好なエッチング断面形状の半導体装置の製
造方法を提供することにある。さらに本発明の別の目的
は、ゲート電極の下の酸化膜を厚くすることにより、高
周波動作可能な半導体装置の製造方法を提供することに
ある。Still another object of the present invention is not limited to the directivity in plasma etching and the relationship in which the selection ratio (Si: oxide film) is in a trade-off relationship with each other. It is to provide a method for manufacturing a semiconductor device. Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of high frequency operation by thickening an oxide film under a gate electrode.
[課題を解決するための手段および作用] この目的の達成を図るため、本発明による方法では、第
1の切り込みでU型溝を形成し、このU型溝を全面酸化
し、その後U型溝側壁の酸化膜を残し、底部の酸化膜の
みを除去する工程と、続いて第2の切り込みで拡散窓寸
法相当の深ささらに切り込む工程と、第2の切り込みで
形成された溝部側壁に300〜1000Å程度の薄い酸化膜を
形成する工程と、第2の切り込みで形成された溝部に連
続して第3の切り込みを行う工程と、前記第1乃至第3
の切り込みで形成される溝部の側壁面に窒化膜のような
非酸化性被膜を形成し、溝部底面を選択酸化する工程
と、前記非酸化性マスクを除去することにより、側壁面
の所定の場所のみを露出させる工程とから少なく共成る
ことを特徴としている。[Means and Actions for Solving the Problem] In order to achieve this object, in the method according to the present invention, a U-shaped groove is formed by the first cut, the U-shaped groove is entirely oxidized, and then the U-shaped groove is formed. A step of leaving only the oxide film on the bottom while leaving the oxide film on the side wall, a step of further cutting by a second notch to a depth corresponding to the dimension of the diffusion window, and a step of cutting the side wall of the groove formed by the second notch 300 to Forming a thin oxide film having a thickness of about 1000 Å, making a third cut continuously to the groove formed by the second cut, and the first to third
The step of forming a non-oxidizing film such as a nitride film on the side wall surface of the groove portion formed by the notch and selectively oxidizing the bottom surface of the groove portion, and removing the non-oxidizing mask, a predetermined place on the side wall surface is formed. It is characterized in that it is less involved with the step of exposing only one.
[実施例] 以下、本発明の第一実施例の切り込みゲート型SITの
製造方法について図面を参照しつつ説明する。[Embodiment] Hereinafter, a method of manufacturing a cut gate type SIT according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)第1図(a)に示すようにドレインとなるn+Si基
板(不純物密度1018/cm3)1の上にエピタキシャル成長
によりn-層(不純物密度1013〜1014/cm3)2の動作層を
厚さ5μm程度成長し、続いて熱酸化等により酸化膜5
を約1μm形成する。次にホトリソグラフ技術によりOM
R83等のレジスト膜8を切り込み領域以外の部分に選択
的に形成する。(1) As shown in FIG. 1 (a), an n - layer (impurity density 10 13 to 10 14 / cm 3 ) is formed by epitaxial growth on an n + Si substrate (impurity density 10 18 / cm 3 ) 1 which will be a drain. No. 2 operating layer is grown to a thickness of about 5 μm, and then an oxide film 5 is formed by thermal oxidation or the like.
Of about 1 μm. Next, using photolithographic technology, OM
A resist film 8 such as R83 is selectively formed in a portion other than the cut area.
(2)第1図(b)に示すようにレジスト8をマスクと
して酸化膜5を除去してn-層2を約0.7μmの深さまで
切り込む(第1の切り込み工程)。この場合、切り込ま
れる部分の側面がn-層2の表面に対してほぼ垂直になる
ことが望ましく、さらに底面が平らに近いのが望まれる
が、その方法としては側面が垂直になるアルカリエッチ
ングや底面も平らになるプラズマエッチ、スパッタエッ
チ等があげられる。例えばプラズマエッチで行なうには
n+基板1の結晶面を(111)面に選びマスクの方向を<1
10>方向に合わせて、まず酸化膜5をC3F8のガスを圧力
0.1Torrでプラズマエッチし続いてガスをPCl3ガスに変
えて圧力0.05〜0.1Torrでn-層2をプラズマエッチすれ
ばn-層2の表面に対して垂直な側面(壁面)と平らな底
面を有する形に切り込むことができる。続いてO2ガスプ
ラズマによりレジスト8を除去する。(2) As shown in FIG. 1 (b), the oxide film 5 is removed using the resist 8 as a mask to cut the n − layer 2 to a depth of about 0.7 μm (first cutting step). In this case, it is desirable that the side surface of the cut portion be substantially perpendicular to the surface of the n − layer 2 and that the bottom surface be close to a flat surface. Examples include plasma etching and sputter etching that flatten the bottom surface. For example, to use plasma etching
n + Select the crystal plane of substrate 1 as the (111) plane and set the mask direction to <1
10> direction, first press the oxide film 5 with C 3 F 8 gas.
Plasma etching is performed at 0.1 Torr, then the gas is changed to PCl 3 gas, and the plasma is applied to the n − layer 2 at a pressure of 0.05 to 0.1 Torr, the side surface (wall surface) perpendicular to the surface of the n − layer 2 and the flat bottom surface. Can be cut into a shape having. Then, the resist 8 is removed by O 2 gas plasma.
(3)第1図(c)に示すように熱酸化等によって切り
込まれた部分に酸化膜5を5000Å程度形成する。この時
1で形成されたn-層2の表面の酸化膜5は1.1μm程度
に増加する。(3) As shown in FIG. 1 (c), an oxide film 5 is formed in a portion cut by thermal oxidation or the like to a thickness of about 5000Å. At this time, the oxide film 5 on the surface of the n − layer 2 formed in 1 increases to about 1.1 μm.
(4)第1図(d)に示すように指向性プラズマエッ
チ、スパッタエッチ等により切り込まれた底面の酸化膜
5をエッチする。この場合指向性により側面(壁面)の
酸化膜5は残り、n-層2の表面の酸化膜5は6000Å程度
に減少する。(4) As shown in FIG. 1 (d), the oxide film 5 on the bottom surface cut by directional plasma etching, sputter etching or the like is etched. In this case, the oxide film 5 on the side surface (wall surface) remains due to the directivity, and the oxide film 5 on the surface of the n − layer 2 is reduced to about 6000Å.
続いて切り込まれた底面のn-層2をさらに0.5μm程
度プラズマエッチする〔第2の切り込み)。この第2の
切り込みにおいては、エッチングの指向性に対する要求
は緩和されているので、第1図(d)に示すように比較
的等方的なエッチングで良い。したがって、PCl3ガスの
圧力は0.1〜0.2Torrの高圧側の値で良く、この時の選択
比(Si/SiO2)は極めて高いので第2の切り込みにおい
ては酸化膜5はほとんど薄くならない。Then, the n − layer 2 on the bottom surface that has been cut is further plasma-etched by about 0.5 μm (second cutting). In this second cut, since the requirement for the directivity of etching is relaxed, relatively isotropic etching is sufficient as shown in FIG. 1 (d). Therefore, the pressure of the PCl 3 gas may be a value on the high pressure side of 0.1 to 0.2 Torr, and the selection ratio (Si / SiO 2 ) at this time is extremely high, so that the oxide film 5 is hardly thinned in the second cut.
(5)第1図(e)に示すように熱酸化等により全面に
300〜1000Åの薄い酸化膜52を形成し、指向性プラズマ
エッチにより切り込み部側壁面のみにこの薄い酸化膜52
を残す。(5) As shown in FIG. 1 (e), the entire surface is subjected to thermal oxidation or the like.
A thin oxide film 52 of 300 to 1000Å is formed, and this thin oxide film 52 is formed only on the side wall surface of the cut portion by directional plasma etching.
Leave.
(6)第1図(f)に示すように第3の切り込みにより
さらに0.5μm切り込み深さを追加する。SITの高周波化
のためには、第3の切り込みを基板に達するまで約5μ
m行うことが望ましい。この場合第1図h(f)に示す
ように、多少エッチングの指向性が悪く、等方的エッチ
ングでも良いので、この分、酸化膜に対する選択比が高
くなり、深いエッチングが可能になる。PCl3のプラズマ
エッチングでは指向性を犠牲にして高圧側でエッチング
すれば選択比30〜50は容易に実現できる。側壁のLOCOS
におけるバーズビークを考えるならば、第3の切り込み
のプラズマエッチングを2段階にして最初高圧の0.1〜
0.2Torrでエッチングし、ほぼ目的の深さに達したら0.0
3〜0.05Torrのエッチングに切り換えれば切り込み部の
底面と側壁面とは垂直に近い断面形状となる。前述した
ように第3の切り込みが0.5μm程度以下の場合は最初
からガス圧0.03〜0.05Torrでエッチングしても良い。(6) As shown in FIG. 1 (f), a 0.5 μm incision depth is added by the third incision. In order to increase the frequency of SIT, the third notch is about 5μ until it reaches the substrate.
m is desirable. In this case, as shown in FIG. 1 h (f), the directivity of etching is somewhat poor, and isotropic etching may be used. Therefore, the selection ratio with respect to the oxide film is increased, and deep etching can be performed. In plasma etching of PCl 3 , if the directivity is sacrificed and etching is performed on the high pressure side, a selection ratio of 30 to 50 can be easily realized. LOCOS on the side wall
Considering the bird's beak in, the plasma etching of the third cut is made into two stages and the high pressure of 0.1 ~
Etching at 0.2 Torr, 0.0 when reaching the target depth
If the etching is switched to 3 to 0.05 Torr, the bottom surface of the cut portion and the side wall surface have a nearly vertical cross-sectional shape. As described above, when the third notch is about 0.5 μm or less, the gas pressure may be 0.03 to 0.05 Torr from the beginning.
(7)第1図(g)に示すようにCVD等によりSi3N4膜9
を1000〜1300Å程度形成する。(7) As shown in FIG. 1 (g), a Si 3 N 4 film 9 is formed by CVD or the like.
To form 1000 to 1300Å.
(8)第1図(h)に示すように、指向性プラズマエッ
チ、スパッタエッチ等により側壁面のみのSi3N4膜9を
残し、他はエッチング除去する。次いで、このSi3N4膜
9をマスクとして切り込み部底面に3000〜4000Åの熱酸
化膜59を選択酸化法にて形成する。第1図(f)で5μ
m程度深く切り込み部を形成した時は、熱酸化の前に、
SiO2もしくはSiOの指向性電子ビーム蒸着等により酸化
物を前もって4〜4.5μm堆積しておく。通常蒸着法に
より凹部に酸化物を堆積すると酸化物は凹部に台形に堆
積され、凹部側壁と台形の酸化物との間にはすきまが生
じるのでこれを熱酸化で埋めれば良い。(8) As shown in FIG. 1 (h), the Si 3 N 4 film 9 is left only on the side wall surface by directional plasma etching, sputter etching, etc., and the others are removed by etching. Next, using the Si 3 N 4 film 9 as a mask, a thermal oxide film 59 of 3000 to 4000 Å is formed on the bottom surface of the cut portion by a selective oxidation method. 5μ in Fig. 1 (f)
When forming a notch deeply about m, before thermal oxidation,
An oxide is previously deposited to a thickness of 4 to 4.5 μm by directional electron beam evaporation of SiO 2 or SiO. Usually, when an oxide is deposited in the recess by the vapor deposition method, the oxide is trapezoidally deposited in the recess, and a gap is formed between the sidewall of the recess and the trapezoidal oxide, and this may be filled with thermal oxidation.
(9)第1図(i)に示すように、n-層2の凸部の中央
部付近の表面に、ホトリソグラフ技術により、ソースと
なるn+領域10を0.3〜0.5μm程度の深さに形成する。75
As+イオン注入を用いれば不純物密度1021cm-3程度のソ
ース領域は容易に形成される。イオン注入後、熱酸化等
により、ソース拡散窓部上部にも3000〜3500Åの酸化膜
を形成する。この結果切り込み部底面の酸化膜59は5000
〜6000Åの厚さになる。(9) As shown in FIG. 1 (i), a source n + region 10 having a depth of about 0.3 to 0.5 μm is formed on the surface of the convex portion of the n − layer 2 near the center by a photolithographic technique. To form. 75
If As + ion implantation is used, a source region with an impurity density of about 10 21 cm -3 can be easily formed. After the ion implantation, a 3000-3500Å oxide film is formed on the upper part of the source diffusion window by thermal oxidation. As a result, the oxide film 59 on the bottom of the notch is 5000
It will be ~ 6000Å thick.
(10)第1図(j)に示すように無指向性プラズマエッ
チ、熱リン酸エッチ等により、側壁部のSi3N4膜9を除
去すれば、ゲート拡散窓が0.4〜0.5μmの幅で開孔され
る。この開孔部に不純物密度5×1018〜1020cm-3程度、
側壁面よりの深さ0.5μm程度にボロンを拡散する。拡
散後、開孔部表面にBSGが形成される場合にはエッチン
グ除去し、ゲートコンタクトホールを開孔する。次にホ
トリソグラフにより、ソース拡散領域10の上部の酸化膜
を除去し、ソースコンタクトホールを開孔、通常のメタ
ライゼーション技術により、ゲート電極12、ソース電極
13、ドレイン電極14を形成する。(10) As shown in FIG. 1 (j), if the Si 3 N 4 film 9 on the side wall is removed by non-directional plasma etching, hot phosphoric acid etching, etc., the gate diffusion window has a width of 0.4 to 0.5 μm. It is opened by. Impurity density of 5 × 10 18 to 10 20 cm -3 in this hole,
Boron is diffused to a depth of about 0.5 μm from the side wall surface. After the diffusion, if BSG is formed on the surface of the opening, it is removed by etching to open the gate contact hole. Next, the oxide film above the source diffusion region 10 is removed by photolithography, the source contact hole is opened, and the gate electrode 12 and the source electrode are formed by the usual metallization technique.
13 and the drain electrode 14 are formed.
[発明の効果] 本発明によれば、半導体基板の切り込まれた部分の側
壁面の任意の位置に、任意の導電型の領域を選択的に設
けることが出来る。又、本発明によれば、側壁部の選択
酸化において、マスクとしてのSi3N4膜の下への酸化膜
の喰い込みであるいわゆるバーズビークが極めて小さく
なるので、微小寸法の拡散窓開けが、制御性良く、かつ
再現性良く実現出来る。さらに本発明によれば、合計3
回の切り込み工程でU型溝を形成しているので、それぞ
れの切り込み工程におけるプラズマエッチングの指向性
が悪くても、結果としては垂直に近い側壁が得られる。
すなわち、プラズマエッチングの指向性と選択比(Si対
SiO2)とはトレードオフ関係にあることが知られている
が、指向性を犠牲にして選択比を高くすることが可能
で、この分深いエッチングが可能になる。さらに本発明
によればプラズマエッチング装置に対する性能上の要求
が緩和されるので、装置は簡単なもので良く、結果とし
て安価にかつ歩留り良く半導体装置が製造される。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to selectively provide a region of an arbitrary conductivity type at an arbitrary position on the side wall surface of the cut portion of the semiconductor substrate. Further, according to the present invention, in the selective oxidation of the side wall portion, so-called bird's beak, which is the biting of the oxide film under the Si 3 N 4 film as a mask, becomes extremely small, so that a diffusion window opening of a minute dimension can be achieved. It can be realized with good controllability and reproducibility. Further according to the invention, a total of 3
Since the U-shaped groove is formed in the number of cutting steps, even if the directivity of the plasma etching in each cutting step is poor, a sidewall close to vertical can be obtained as a result.
That is, the plasma etching directivity and selectivity (Si vs.
It is known to have a trade-off relationship with SiO 2 ), but it is possible to increase the selection ratio at the expense of directivity, and this enables deep etching. Further, according to the present invention, the performance requirements for the plasma etching apparatus are relaxed, so that the apparatus can be simple, and as a result, a semiconductor device can be manufactured at low cost and with high yield.
第1図は本発明の一実施例に係る切り込みゲート型SIT
の製造方法を説明するための断面図、第2図は従来の切
り込みゲート型SITを示す断面図、第3図は従来のNチ
ャンネルSITの製造方法を説明するための断面図、第4
図は従来のSITのドレイン電流Id−Vd特性の一例を示す
特性図、第5図は第3図の一部を拡大して示す断面図で
ある。 1……n+Si基板、2……n-層、5……酸化膜、59……熱
酸化膜、8……レジスト膜、9……Si3N4膜、10……n+
領域、52……酸化膜。FIG. 1 is a cut gate type SIT according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the same, FIG. 2 is a cross-sectional view for showing a conventional cut gate type SIT, FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing an N-channel SIT, and FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of the drain current Id-Vd characteristic of the conventional SIT, and FIG. 5 is a sectional view showing an enlarged part of FIG. 1 …… n + Si substrate, 2 …… n - layer, 5 …… oxide film, 59 …… thermal oxide film, 8 …… resist film, 9 …… Si 3 N 4 film, 10 …… n +
Area, 52 ... oxide film.
Claims (2)
の溝を掘り、この第1の溝の側壁部に第1の酸化膜を形
成する第1の工程と、 第2の切り込みによって前記第1の溝の底部に連続し
て、さらに第2の溝を掘り、この第2の溝の側壁部に第
2の酸化膜を形成する第2の工程と、 第3の切り込みによって、前記第2の溝の底部に連続し
て、さらに第3の溝を掘る第3の工程と、 前記第1乃至第3の溝の側壁部に選択的に非酸化性被膜
を形成し、この非酸化性被膜をマスクとして、前記第3
の溝部底部に前記第1および第2の酸化膜よりも厚い第
3の酸化膜を形成する第4の工程と、 前記非酸化性被膜を除去することにより前記第2の溝の
側壁部近傍の半導体基板を露出し、拡散用窓とし、この
拡散用窓を介してゲート制御領域を構成する不純物を前
記半導体基板に拡散する第5の工程と から少なく共成ることを特徴とする半導体装置の製造方
法。1. A semiconductor substrate is first formed by a first cut.
The first step of digging the first groove and forming the first oxide film on the side wall of the first groove, and the second notch continuing to the bottom of the first groove and further the second groove. By a second step of forming a second oxide film on the side wall of the second groove, and a third notch to form a third groove continuously with the bottom of the second groove. A third step of digging, and a non-oxidizing film is selectively formed on the side walls of the first to third grooves, and the non-oxidizing film is used as a mask to form the third film.
A fourth step of forming a third oxide film that is thicker than the first and second oxide films on the bottom of the groove, and removing the non-oxidizing film near the sidewall of the second groove. A semiconductor device, characterized in that the semiconductor substrate is exposed to serve as a diffusion window, and a fifth step of diffusing the impurities constituting the gate control region into the semiconductor substrate through the diffusion window is performed at least. Method.
マエッチングを用い、該プラズマエッチングを2段階に
て行ない、最初高圧でエッチングし、次に低圧で指向性
良くエッチングすることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。2. The cutting in the third step uses plasma etching, wherein the plasma etching is performed in two steps, first etching at high pressure and then at low pressure with good directivity. 1. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| JPH0433377A JPH0433377A (en) | 1992-02-04 |
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1990
- 1990-05-30 JP JP2138238A patent/JPH0821720B2/en not_active Expired - Fee Related
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