JP2002329871A - Vertical short-channel insulated gate electrostatic induction transistor, and its manufacturing method thereof - Google Patents

Vertical short-channel insulated gate electrostatic induction transistor, and its manufacturing method thereof

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JP2002329871A
JP2002329871A JP2001133136A JP2001133136A JP2002329871A JP 2002329871 A JP2002329871 A JP 2002329871A JP 2001133136 A JP2001133136 A JP 2001133136A JP 2001133136 A JP2001133136 A JP 2001133136A JP 2002329871 A JP2002329871 A JP 2002329871A
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channel
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induction transistor
static induction
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Toru Kurabayashi
徹 倉林
Toru Oizumi
透 大泉
Kyozo Kanemoto
恭三 金本
Junichi Nishizawa
潤一 西澤
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Mitsubishi Electric Corp
Semiconductor Research Foundation
Telecommunications Advancement Organization
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Mitsubishi Electric Corp
Semiconductor Research Foundation
Telecommunications Advancement Organization
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical short-channel insulated gate electrostatic induction transistor and the manufacturing method thereof wherein the length of its short channel falls in the range of 1000 Å to 100 Å and it has a very high- speed uniform operational characteristic. SOLUTION: The vertical short-channel insulated gate electrostatic induction transistor has a drain layer 3 comprising an epitaxial single-crystal layer and formed on a principal surface 2 of a substrate 1, a channel layer 4 comprising an epitaxial single-crystal layer having a thickness not larger than 1000 Åand formed on the drain layer, a source layer 5 comprising an epitaxial single- crystal layer and formed on the channel layer, and insulation gates 6, 7 formed on the sidewalls of the drain, channel, and source layers. Further, the channel layer 4 is grown by using a molecular-layer epitaxial method. The gate oxide film of the transistor is formed by a low-temperature CVD using active oxygen. The insulation gate of the transistor is formed by an anisotropic etching.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高速な動作速度を有
する縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタ及
びその製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a vertical short-channel insulated gate static induction transistor having a high operation speed and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、駆動能力が高く、高速な動作
速度が要求される高周波増幅器や集積回路に絶縁ゲート
静電誘導トランジスタが用いられてきた。絶縁ゲート静
電誘導トランジスタは、本発明者らの一人である西澤潤
一により提案されたものであり、例えば特公昭58−5
6270号および特公平3−792号公報等に掲載され
ている。絶縁ゲート静電誘導トランジスタと絶縁ゲート
トランジスタ(例えばMOSトランジスタ)とは、ソー
ス、チャネル及びドレインを有し、ゲート電圧で電流を
制御するという点では同等であるが、動作原理が異な
る。すなわち、絶縁ゲート静電誘導トランジスタは、ゲ
ート電圧によって電位障壁を形成し、ソースからドレイ
ンに走行するキャリアー数を制御するものであるが、絶
縁ゲートトランジスタはゲート電圧によってゲート絶縁
膜界面の半導体表面キャリアー密度を変化させ、ソース
からドレインに走行するキャリアー数を制御するもので
ある。
2. Description of the Related Art Conventionally, insulated gate static induction transistors have been used in high frequency amplifiers and integrated circuits that require high driving capability and high operating speed. The insulated gate static induction transistor is proposed by Junichi Nishizawa, one of the present inventors, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 58-5.
No. 6270 and Japanese Patent Publication No. 3-792. The insulated gate static induction transistor and the insulated gate transistor (for example, a MOS transistor) are equivalent in that they have a source, a channel, and a drain and control a current by a gate voltage, but have different operation principles. That is, the insulated gate static induction transistor forms a potential barrier by the gate voltage and controls the number of carriers traveling from the source to the drain, whereas the insulated gate transistor controls the semiconductor surface carrier at the gate insulating film interface by the gate voltage. It changes the density and controls the number of carriers traveling from the source to the drain.

【0003】絶縁ゲート静電誘導トランジスタはドレイ
ン電界の効果がソースまで及ぶように設計されており、
半導体・絶縁膜界面のみならず基板中をも電流が流れる
ために、不飽和型電流電圧特性を有し、電流駆動能力が
大きく、かつ高速である等の優れた特徴を有している。
しかしながら、データ処理速度の向上要求は際限が無
く、絶縁ゲート静電誘導トランジスタにおいてもさらな
る高速化が求められている。絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタ及び絶縁ゲートトランジスタを高速化するには、
チャネル長を短くすることが有効であり、現在、絶縁ゲ
ートトランジスタにおいては、1000Å以下のチャネ
ル長を有する短チャネル絶縁ゲートトランジスタの実用
化が進みつつあり、また、数100Å台のチャネル長を
有する絶縁ゲートトランジスタの開発も盛んである。
[0003] Insulated gate static induction transistors are designed so that the effect of the drain electric field extends to the source.
Since a current flows not only at the semiconductor-insulating film interface but also in the substrate, it has excellent characteristics such as unsaturated current-voltage characteristics, large current driving capability, and high speed.
However, there is no limit to the improvement in the data processing speed, and there is a demand for a further increase in the speed of the insulated gate electrostatic induction transistor. To speed up the insulated gate static induction transistor and the insulated gate transistor,
It is effective to shorten the channel length. Currently, in the insulated gate transistor, a short channel insulated gate transistor having a channel length of 1000 ° or less is being put into practical use. The development of gate transistors is also active.

【0004】しかしながら、短チャネル絶縁ゲートトラ
ンジスタは、チャネルを短くするに従って、ソースの空
乏層とドレインの空乏層が接近又は接続してしまい、ゲ
ート電圧によって電流を制御できなくなるという動作原
理上の制約がある。また、フォトリソグラフィを使用し
て短チャネルを形成する絶縁ゲートトランジスタの製造
方法では、フォトリソグラフィに使用する光波長によっ
て製造できるチャネル長が決まるので、1000Å以下
のチャネル長を実現するために必然的により短波長の光
源、すなわちX線を必要とする。X線は集光したり、光
路を曲げたりすることが難しく、従ってX線露光装置は
大がかりで高コストであり、また、作業者の放射線被曝
に対する安全対策が必要不可欠なものとなっている。
However, the short-channel insulated gate transistor has a limitation on the operation principle that the depletion layer of the source and the depletion layer of the drain approach or connect as the channel is shortened, and the current cannot be controlled by the gate voltage. is there. Further, in a method of manufacturing an insulated gate transistor in which a short channel is formed by using photolithography, a channel length that can be manufactured is determined by an optical wavelength used in photolithography. Requires a short wavelength light source, ie, X-rays. It is difficult to focus or bend the optical path of X-rays. Therefore, X-ray exposure apparatuses are large and expensive, and safety measures against radiation exposure of workers are indispensable.

【0005】このように、絶縁ゲートトランジスタの短
チャネル化は、行き詰まり状況にある。また、全く新規
な動作原理に基づく電子デバイス、例えば単電子トラン
ジスタと言ったデバイスも提案されているが、研究の域
を出ない。このような中で、絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタは、ゲート電圧によって電位障壁を形成し、ソー
スからドレインに走行するキャリアー数を制御するとい
う動作原理により、ソースの空乏層とドレインの空乏層
が接続してしまい電流を制御できないと言った現象が生
じず、短チャネル化に対して何ら制約を生じない。ま
た、本発明者の一人である西澤潤一らの発明による分子
層エピタキシャル成長法(例えばUSP5,294,2
86を参照)を用いれば、チャネル長を一分子層単位の
精度で制御して成長でき、従ってX線露光装置を必要と
せずに所望の短チャンネル長を実現できる。このよう
に、絶縁ゲート静電誘導トランジスタは、次世代の超高
速電子デバイスとして、一躍脚光を浴びている。
As described above, shortening the channel of the insulated gate transistor is at a dead end. An electronic device based on a completely new principle of operation, for example, a device such as a single-electron transistor has also been proposed, but it has not been studied. Under these circumstances, the insulated gate static induction transistor forms a potential barrier by the gate voltage and controls the number of carriers traveling from the source to the drain, so that the source depletion layer and the drain depletion layer are connected. Therefore, the phenomenon that the current cannot be controlled does not occur, and there is no restriction on shortening the channel. Also, a molecular layer epitaxial growth method according to the invention of one of the present inventors, Junichi Nishizawa et al.
86), the channel length can be controlled and controlled with a precision of one molecular layer unit, so that a desired short channel length can be realized without requiring an X-ray exposure apparatus. As described above, the insulated gate static induction transistor is in the limelight as a next-generation ultra-high-speed electronic device.

【0006】ところで、従来の絶縁ゲート静電誘導トラ
ンジスタは、図5に示す構造を有する。図5は、従来の
絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造方法及びその構
造を示す図であり、製造工程は次の通りである。まず、
図5(a)に示すように、半導体基板51上にチャネル
となるエピタキシャル成長層52を成長し、異方性エッ
チングにより突起部52を形成する。図5(b)に示す
ように、フィールド酸化膜53でマスクして素子形成領
域にゲート酸化膜54を形成する。つづいて、図5
(c)に示すように、ゲート電極となる多結晶半導体5
5を堆積し、異方性エッチングにより、突起部52の側
壁にゲート電極55を形成し、ゲート電極55をマスク
としてイオン注入し、ドレイン56、ソース57を形成
する。そして、図5(d)に示すように、パッシベーシ
ョン膜58を堆積し、パッシベーション膜58に電極用
窓開けを行い、ドレイン電極56’、ソース電57’を
形成し、最後に不純物活性化熱処理を行う。
Incidentally, a conventional insulated gate static induction transistor has a structure shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing a method of manufacturing a conventional insulated gate static induction transistor and its structure. The manufacturing steps are as follows. First,
As shown in FIG. 5A, an epitaxial growth layer 52 serving as a channel is grown on a semiconductor substrate 51, and a projection 52 is formed by anisotropic etching. As shown in FIG. 5B, a gate oxide film 54 is formed in the element formation region by masking with the field oxide film 53. Next, FIG.
As shown in (c), a polycrystalline semiconductor 5 serving as a gate electrode
Then, a gate electrode 55 is formed on the side wall of the protrusion 52 by anisotropic etching, and ions are implanted using the gate electrode 55 as a mask to form a drain 56 and a source 57. Then, as shown in FIG. 5D, a passivation film 58 is deposited, an electrode window is opened in the passivation film 58, a drain electrode 56 'and a source electrode 57' are formed, and finally, an impurity activation heat treatment is performed. Do.

【0007】上記構成の絶縁ゲート静電誘導トランジス
タにおいては、イオン注入した不純物の活性化のための
高温工程、及びゲート酸化膜形成のための高温工程が必
要不可欠であり、これらの高温工程によって不純物が再
分布し、特に、ドレイン56の不純物がチャネル52中
に拡散して、チャネル長が短くなる。チャネルが不純物
の拡散長と同程度の短チャネル長になると、この不純物
拡散によってチャネル長がばらついてしまい、従って、
動作特性がトランジスタ毎に変動するといった課題があ
る。
In the insulated gate static induction transistor having the above-described structure, a high-temperature process for activating the ion-implanted impurities and a high-temperature process for forming the gate oxide film are indispensable. Are redistributed, and in particular, the impurity of the drain 56 diffuses into the channel 52, and the channel length is shortened. If the channel has a short channel length comparable to the diffusion length of the impurity, the channel length varies due to the impurity diffusion, and therefore,
There is a problem that operating characteristics vary from transistor to transistor.

【0008】また、突起部52の高さはチャネルの長さ
に影響するが、異方性エッチングの精度が1000Å以
下のチャネル長には対応し得ず、このため、精度良く、
また再現性良く一定チャネル長の絶縁ゲート静電誘導ト
ランジスタを製造することができないといった課題があ
る。
Although the height of the projection 52 affects the length of the channel, the height of the anisotropic etching cannot correspond to the channel length of 1000 ° or less.
Another problem is that an insulated gate static induction transistor having a constant channel length cannot be manufactured with good reproducibility.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記課題に鑑み本発明
は、1000Åから100Åに到る短いチャネル長を有
する、動作特性が均一な超高速の縦型短チャネル絶縁ゲ
ート静電誘導トランジスタを提供し、また、その製造方
法を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention provides an ultra-high-speed vertical short-channel insulated gate static induction transistor having a short channel length from 1000 ° to 100 ° and uniform operating characteristics. It is another object of the present invention to provide a manufacturing method thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタは、基板の主表面上にエピタキシャル単結晶層か
らなるドレイン層と、このドレイン層上に1000Å以
下の厚さのエピタキシャル単結晶層からなるチャネル層
と、このチャネル上にエピタキシャル単結晶層からなる
ソース層とを有し、上記ドレイン層、チャネル層及びソ
ース層の側壁上に絶縁ゲートを有することを特徴とす
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to the present invention comprises a drain layer comprising an epitaxial single crystal layer on a main surface of a substrate; A channel layer formed of an epitaxial single crystal layer having a thickness of 1000 ° or less on the layer, and a source layer formed of an epitaxial single crystal layer on the channel; insulating layers are formed on sidewalls of the drain layer, the channel layer, and the source layer. It has a gate.

【0011】この構成によれば、チャネル層が厚みの精
度の高いエピタキシャル単結晶層から構成されているか
ら、チャネル長の精度が高く、従って動作特性が、トラ
ンジスタ間でばらつくことがなくなり、均一になる。ま
た、チャネル層が1000Å以下の厚みであるから、ソ
ースとドレイン間のキャリアー走行時間が短く、従って
超高速の動作速度を有する。
According to this structure, since the channel layer is composed of an epitaxial single crystal layer having a high precision in thickness, the precision of the channel length is high, so that the operating characteristics do not vary between transistors, and are uniform. Become. Further, since the channel layer has a thickness of 1000 ° or less, the carrier transit time between the source and the drain is short, and therefore, the operation speed is very high.

【0012】また、基板はSi単結晶であり、主表面は
(100)方位面であり、チャネル層はp型Siエピタ
キシャル単結晶であり、ソース層及びドレイン層はn型
Siエピタキシャル単結晶であり、絶縁ゲートはSiO
2 とSi多結晶からなることを特徴とする。また、基板
はSi単結晶であり、主表面は(100)方位面であ
り、チャネル層はn型Siエピタキシャル単結晶であ
り、ソース層及びドレイン層はp型Siエピタキシャル
単結晶であり、絶縁ゲートはSiO2 とSi多結晶から
なることを特徴とする。この構成によれば、最も広く普
及しているSi半導体技術で縦型短チャネル絶縁ゲート
静電誘導トランジスタを製造することができる。
The substrate is a single crystal of Si, the main surface is a (100) -oriented plane, the channel layer is a p-type Si epitaxial single crystal, and the source and drain layers are an n-type Si epitaxial single crystal. , The insulating gate is SiO
2 and Si polycrystal. Further, the substrate is a Si single crystal, the main surface is a (100) oriented plane, the channel layer is an n-type Si epitaxial single crystal, the source layer and the drain layer are a p-type Si epitaxial single crystal, Is characterized by comprising SiO 2 and Si polycrystal. According to this configuration, a vertical short-channel insulated gate static induction transistor can be manufactured using the most widespread Si semiconductor technology.

【0013】上記課題を解決するために、本発明の製造
方法は、特定の面方位を有する半導体基板の主表面上に
ドレイン層をエピタキシャル成長し、このドレイン層上
にチャネル層を分子層毎にエピタキシャル成長し、この
チャネル層上にソース層をエピタキシャル成長し、この
ソース層上にパッシベーション膜を堆積し、このパッシ
ベーション膜を窓開けして上記主表面に垂直に、かつ、
上記半導体基板に至る深さのU字型溝を形成し、このU
字型溝にゲート酸化膜層を堆積し、このゲート酸化膜層
上にゲート電極層を堆積し、このゲート酸化膜層とゲー
ト電極層を上記U字型溝の側壁に残してゲート酸化膜と
ゲート電極とからなる絶縁ゲートを形成することを特徴
とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a manufacturing method according to the present invention comprises epitaxially growing a drain layer on a main surface of a semiconductor substrate having a specific plane orientation, and epitaxially growing a channel layer for each molecular layer on the drain layer. Then, a source layer is epitaxially grown on the channel layer, a passivation film is deposited on the source layer, and the passivation film is opened in a window to be perpendicular to the main surface, and
A U-shaped groove having a depth reaching the semiconductor substrate is formed.
Depositing a gate oxide layer in the U-shaped groove, depositing a gate electrode layer on the gate oxide film layer, leaving the gate oxide layer and the gate electrode layer on the side walls of the U-shaped groove and forming a gate oxide film; An insulating gate including a gate electrode is formed.

【0014】この構成によれば、X線フォトリソグラフ
ィを使用せずに1000Å以下のゲート長を有する縦型
絶縁ゲート静電誘導トランジスタを精度よく製造するこ
とができる。
According to this structure, a vertical insulated gate static induction transistor having a gate length of 1000 ° or less can be manufactured accurately without using X-ray photolithography.

【0015】また、チャネル層を分子層毎にエピタキシ
ャル成長する工程は、真空容器に配置した半導体基板表
面を半導体元素の化合物ガス及びドーパント元素の化合
物ガスに交互に所定の時間晒し所定の時間排気し、一分
子層ごとに成長を制御してエピタキシャル成長すること
を特徴とする。この構成によれば、半導体元素の化合物
ガス及びドーパント元素の化合物ガスに交互に所定の時
間晒し所定の時間排気する工程からなるサイクル数を制
御して一分子層精度で形成できるから、1000Åから
100Åに至る長さのチャンネルを容易にかつ精度よく
形成することができる。また、単結晶膜が成長するので
不純物活性化等の高温熱処理を必要としない。
In the step of epitaxially growing the channel layer for each molecular layer, the surface of the semiconductor substrate disposed in the vacuum vessel is alternately exposed to a compound gas of a semiconductor element and a compound gas of a dopant element for a predetermined time and evacuated for a predetermined time, It is characterized in that epitaxial growth is performed by controlling growth for each monolayer. According to this configuration, the number of cycles of the step of alternately exposing to the compound gas of the semiconductor element and the compound gas of the dopant element for a predetermined time and evacuating for a predetermined time can be controlled to form a single-molecule layer at a precision of 1000 ° to 100 °. Can be easily and accurately formed. Further, since a single crystal film is grown, high-temperature heat treatment such as activation of impurities is not required.

【0016】また、U字型溝を形成する工程は、主表面
に垂直な方向にエッチング速度が大きい異方性プラズマ
エッチングであることを特徴とする。この構成によれ
ば、垂直に溝を形成することができ、絶縁ゲートをチャ
ネル層に垂直に配置できる。
Further, the step of forming the U-shaped groove is anisotropic plasma etching having a high etching rate in a direction perpendicular to the main surface. According to this configuration, the groove can be formed vertically, and the insulating gate can be arranged vertically in the channel layer.

【0017】また、ゲート酸化膜層を堆積する工程は、
半導体元素の化合物ガスと活性酸素ガスを、半導体基板
表面上で反応させて堆積する低温CVDであることを特
徴とする。この構成によれば、チャネル層、ソース層及
びドレイン層の不純物が再分布しないので設計仕様通り
のチャネル長を形成することができる。
The step of depositing the gate oxide film layer comprises:
It is characterized by low-temperature CVD in which a compound gas of a semiconductor element and an active oxygen gas are reacted and deposited on the surface of a semiconductor substrate. According to this configuration, since the impurities in the channel layer, the source layer, and the drain layer do not redistribute, the channel length can be formed as designed.

【0018】また、ゲート電極層を堆積する工程は、半
導体元素の化合物ガスを半導体基板表面上で分解して半
導体多結晶を堆積する低温CVD法を使用し、U字型溝
の側壁にも堆積することを特徴とする。この構成によれ
ば、U字型溝の側壁にも十分な厚みのゲート電極層を堆
積することができる。
The step of depositing the gate electrode layer uses a low-temperature CVD method in which a compound gas of a semiconductor element is decomposed on the surface of the semiconductor substrate to deposit a semiconductor polycrystal, and is also deposited on the side wall of the U-shaped groove. It is characterized by doing. According to this configuration, a gate electrode layer having a sufficient thickness can be deposited also on the side wall of the U-shaped groove.

【0019】また、ゲート酸化膜層とゲート電極層をU
字型溝の側壁に残す工程は、主表面に垂直な方向にエッ
チング速度が大きい異方性プラズマエッチング法を使用
し、ゲート電極層の厚みの違いを利用してU字型溝側壁
に残すことを特徴とする。この構成によれば、U字型溝
の側壁部に堆積したゲート電極の主表面に垂直な方向の
厚みが厚いから、エッチング時間を制御することにより
側壁部のみにゲート電極及びゲート酸化膜を残すことが
できる。
Further, the gate oxide film layer and the gate electrode layer
In the step of leaving on the side wall of the U-shaped groove, use an anisotropic plasma etching method in which the etching rate is large in the direction perpendicular to the main surface, and leave on the side wall of the U-shaped groove by utilizing the difference in the thickness of the gate electrode layer. It is characterized by. According to this configuration, since the thickness of the gate electrode deposited on the side wall of the U-shaped groove in the direction perpendicular to the main surface is large, the gate electrode and the gate oxide film are left only on the side wall by controlling the etching time. be able to.

【0020】また、半導体元素の化合物ガスは、Si2
6 (ジシラン)であることを特徴とする。また、ドー
パント元素の化合物ガスは、n型ドーパントの場合にP
3 (フォスフィン)、p型ドーパントの場合にB2
6 (ジボラン)であることを特徴とする。この構成によ
れば、p型、n型及びi型のチャネルを形成することが
できる。
The compound gas of the semiconductor element is Si 2
H 6 (disilane). The compound gas of the dopant element is P when the n-type dopant is used.
H 3 (phosphine), B 2 H for p-type dopant
6 (diborane). According to this configuration, p-type, n-type, and i-type channels can be formed.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図1から図4に基づき、本
発明の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタ
及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。な
お、実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明す
る。図1は、本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘
導トランジスタの構成を示す図であり、本発明の縦型短
チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの断面図であ
る。図1において、本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート
静電誘導トランジスタは、半導体基板1と、半導体基板
1の主表面2上にエピタキシャル単結晶層であるドレイ
ン層3と、ドレイン層3上に1000Å以下の特定の厚
みを有するエピタキシャル単結晶層であるチャネル層4
と、チャネル層4上にエピタキシャル単結晶層であるソ
ース層5を有し、ドレイン層3とチャネル層4とソース
層5の側壁にはゲート酸化膜6及びゲート電極7を有
し、ドレイン層3の一端に及びソース層5の直上にそれ
ぞれドレイン電極3’、ソース電極5’を有し、これら
の電極を絶縁して保持する絶縁保護膜8を有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a vertical short-channel insulated gate static induction transistor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. Note that substantially the same members will be described with the same reference numerals. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vertical short-channel insulated gate static induction transistor of the present invention, and is a cross-sectional view of a vertical short-channel insulated gate static induction transistor of the present invention. Referring to FIG. 1, a vertical short channel insulated gate static induction transistor according to the present invention includes a semiconductor substrate 1, a drain layer 3 which is an epitaxial single crystal layer on a main surface 2 of the semiconductor substrate 1, and a 1000Å Channel layer 4 which is an epitaxial single crystal layer having the following specific thickness
A source layer 5 which is an epitaxial single crystal layer on the channel layer 4, and a gate oxide film 6 and a gate electrode 7 on the side walls of the drain layer 3, the channel layer 4 and the source layer 5. Has a drain electrode 3 ′ and a source electrode 5 ′ directly above the source layer 5, respectively, and has an insulating protective film 8 that insulates and holds these electrodes.

【0022】また、例えば、半導体基板1はSi単結晶
であり、主表面2は(100)面、またはこの面と等価
な面であり、チャネル層4はp型Siエピタキシャル単
結晶層であり、ドレイン層3とソース層5はn型Siエ
ピタキシャル単結晶層であり、ゲート酸化膜6及びゲー
ト電極7はそれぞれSiO2 及びSi多結晶である。ま
た、チャネル層4はn型Siエピタキシャル単結晶層で
あり、ドレイン層3とソース層5はp型Siエピタキシ
ャル単結晶層であってもよい。
Further, for example, the semiconductor substrate 1 is a Si single crystal, the main surface 2 is a (100) plane or a plane equivalent thereto, the channel layer 4 is a p-type Si epitaxial single crystal layer, The drain layer 3 and the source layer 5 are n-type Si epitaxial single crystal layers, and the gate oxide film 6 and the gate electrode 7 are made of SiO 2 and Si polycrystal, respectively. Further, the channel layer 4 may be an n-type Si epitaxial single crystal layer, and the drain layer 3 and the source layer 5 may be a p-type Si epitaxial single crystal layer.

【0023】上記構成による本発明の縦型短チャネル絶
縁ゲート静電誘導トランジスタは、チャネル長が極めて
短いので、チャネル層4を走行するキャリアの走行時間
を極めて短くすることができる。また、チャネル長がエ
ピタキシャル単結晶層の厚みで決まるのでチャネル長の
精度が極めて高い。
Since the vertical short-channel insulated gate static induction transistor of the present invention having the above-described structure has a very short channel length, the traveling time of carriers traveling in the channel layer 4 can be extremely short. Further, since the channel length is determined by the thickness of the epitaxial single crystal layer, the accuracy of the channel length is extremely high.

【0024】次に、本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート
静電誘導トランジスタの製造方法を実施例1を用いて説
明する。図2は、本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート静
電誘導トランジスタの製造方法を示す図である。図2
(a)に示すように、Si(100)面方位のSi基板
1の主表面2上にドレイン層3をエピタキシャル成長す
る。ドレイン層3はSi基板1に不純物熱拡散、もしく
はイオン注入により不純物を導入して形成しても良い。
次に、ドレイン層3上にチャネル層4をエピタキシャル
成長する。1000Åから100Åのチャネル長を正確
に実現するため、チャネル層4のエピタキシャル成長は
分子層エピタキシャル成長法を用いる。
Next, a method of manufacturing a vertical short channel insulated gate static induction transistor according to the present invention will be described with reference to a first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a method of manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to the present invention. FIG.
As shown in (a), a drain layer 3 is epitaxially grown on a main surface 2 of a Si substrate 1 having a Si (100) plane orientation. The drain layer 3 may be formed by introducing impurities into the Si substrate 1 by thermal diffusion of impurities or ion implantation.
Next, a channel layer 4 is epitaxially grown on the drain layer 3. In order to accurately realize a channel length of 1000 ° to 100 °, the epitaxial growth of the channel layer 4 uses a molecular layer epitaxial growth method.

【0025】分子層エピタキシャル成長は、ドレイン層
3を形成したSi基板1を真空容器内に配置し、例え
ば、n型不純物濃度n=3×1019cm-3のチャネル層
4を形成する場合には、結晶成長温度510℃で、真空
容器内にSi2 6 ガスを導入することによって上記基
板を圧力4×10-2PaのSi2 6 雰囲気に30秒間
晒し、Si2 6 を2秒間排気し、真空容器内にPH3
ガスを導入することによって圧力5×10-6PaのPH
3 雰囲気に10秒間晒し、PH3 を2秒間排気する。上
記工程を1サイクルとしてサイクルを繰り返すことによ
って、所望の膜厚を有するn型不純物濃度n=3×10
19cm-3のSi単結晶からなるチャネル層4を成長す
る。
In the molecular layer epitaxial growth, when the Si substrate 1 on which the drain layer 3 is formed is placed in a vacuum vessel, for example, when the channel layer 4 having an n-type impurity concentration n = 3 × 10 19 cm −3 is formed. , crystal growth temperature 510 ° C., exposed for 30 sec the substrate in Si 2 H 6 atmosphere at a pressure 4 × 10 -2 Pa by introducing Si 2 H 6 gas into the vacuum chamber, the Si 2 H 6 2 seconds Exhaust, PH 3 in vacuum chamber
PH of 5 × 10 -6 Pa by introducing gas
3 Expose to atmosphere for 10 seconds and evacuate PH 3 for 2 seconds. By repeating the above process as one cycle, an n-type impurity concentration n = 3 × 10
A channel layer 4 made of 19 cm -3 Si single crystal is grown.

【0026】また、上記の1サイクルによる成長膜厚
は、シリコン(001)面または等価な面で1.15Å
であり、この膜厚は1原子層の85%の厚みに相当す
る。1サイクルごとに1.15Å厚のシリコン単結晶層
を成長することができる。すなわち、100Åのチャン
ネル長を形成する場合には、上記サイクルを約85回繰
り返す。
The thickness of the film grown in one cycle is 1.15 ° on the silicon (001) plane or an equivalent plane.
This film thickness corresponds to a thickness of 85% of one atomic layer. A 1.15 ° thick silicon single crystal layer can be grown for each cycle. That is, when a channel length of 100 ° is formed, the above cycle is repeated about 85 times.

【0027】また、例えば、p型不純物濃度p=1×1
20cm-3のチャネル層4を形成する場合には、結晶成
長温度510℃で、真空容器内にSi2 6 ガスを導入
することによって上記基板を圧力4×10-2PaのSi
2 6 雰囲気に30秒間晒し、Si2 6 を2秒間排気
し、真空容器内にB2 6 ガスを導入することによって
圧力5×10-5PaのB2 6 雰囲気に10秒間晒し、
2 6 を2秒間排気する。上記工程を1サイクルとし
てサイクルを繰り返すことによって所望の膜厚を有する
p型不純物濃度p=1×1020cm-3のSi単結晶から
なるチャネル層4を成長する。
Further, for example, a p-type impurity concentration p = 1 × 1
In the case of forming the channel layer 4 of 0 20 cm -3 , at a crystal growth temperature of 510 ° C., a Si 2 H 6 gas is introduced into a vacuum vessel so that the substrate is pressed at a pressure of 4 × 10 −2 Pa.
Exposure to a 2 H 6 atmosphere for 30 seconds, evacuation of Si 2 H 6 for 2 seconds, and introduction of a B 2 H 6 gas into a vacuum vessel, exposure to a B 2 H 6 atmosphere at a pressure of 5 × 10 −5 Pa for 10 seconds. ,
B 2 H 6 is evacuated for 2 seconds. By repeating the above steps as one cycle, a channel layer 4 made of a Si single crystal having a desired film thickness and a p-type impurity concentration p = 1 × 10 20 cm −3 is grown.

【0028】また、ノンドープの単結晶Siを成長する
には、真空容器内にSi2 6 ガスを導入することによ
って上記基板を圧力4×10-2PaのSi2 6 雰囲気
に30秒間晒し、Si2 6 を2秒間排気する。上記工
程を1サイクルとしてサイクルを繰り返すことによって
所望の膜厚を有するノンドープの単結晶Si層を成長す
る。
To grow non-doped single-crystal Si, the substrate is exposed to a Si 2 H 6 atmosphere at a pressure of 4 × 10 −2 Pa for 30 seconds by introducing Si 2 H 6 gas into a vacuum vessel. , Si 2 H 6 is evacuated for 2 seconds. By repeating the above steps as one cycle, a non-doped single-crystal Si layer having a desired film thickness is grown.

【0029】次に、ソース層5をエピタキシャル成長す
る。もちろん、ドレイン層3及びソース層5のエピタキ
シャル成長は、分子層エピタキシャル成長でも、通常の
エピタキシャル成長でも良い。ソース層5、ドレイン層
3の不純物濃度は1018〜1021cm-3程度である。も
ちろん導電型はp型でもn型でもよく、5をドレイン、
3 をソースとしてもよい。
Next, the source layer 5 is epitaxially grown. Of course, the epitaxial growth of the drain layer 3 and the source layer 5 may be molecular layer epitaxial growth or normal epitaxial growth. The impurity concentration of the source layer 5 and the drain layer 3 is about 10 18 to 10 21 cm −3 . Of course, the conductivity type may be p-type or n-type, 5 is a drain,
3 may be the source.

【0030】チャネル層4は、不純物濃度が1016〜1
21cm-3程度であり、その導電型は、ソース5及びド
レイン3の導電型と反対の導電型である。また、チャネ
ル層4はノンドープi層でp層を挟むi−p−i等の多
層構造になってもよい。チャネルがi−p+ −iの多層
構造であり、それぞれの膜厚が40Å、20Å、40Å
であり、チャネル全長が100Åである縦型短チャネル
絶縁ゲート静電誘導トランジスタも試作し、良好な特性
を確認している。
The channel layer 4 has an impurity concentration of 10 16 -1.
0 21 is about cm -3, its conductivity type is a conductivity type opposite to the conductivity type of the source 5 and drain 3. Further, the channel layer 4 may have a multilayer structure such as ipi sandwiching the p layer with the non-doped i layer. The channel has a multi-layer structure of ip + -i, and the thickness of each is 40 °, 20 °, 40 °.
A vertical short-channel insulated gate static induction transistor having a total channel length of 100 ° has also been prototyped, and good characteristics have been confirmed.

【0031】図2(b)に示すように、パッシベーショ
ン膜8を堆積し、パッシベーション膜8を部分的に除去
し、素子形成領域に窓開けを行い、異方性プラズマエッ
チング等により、Si基板1の主表面2に垂直な方向に
エッチングし、パッシベーション膜8とソース層5とチ
ャネル層4とドレイン層3とからなる主表面2に垂直な
側壁9を有するU字型溝10を形成する。なお、図にお
いては、U字型溝10の半分だけを図示している。異方
性プラズマエッチングには、例えばPCl3 (三塩化リ
ン)を用いたプラズマエッチングを使用する。U字型溝
10の深さは、ドレイン層3に達していれば良く、ドレ
イン層3の内部に達していても良い。
As shown in FIG. 2B, a passivation film 8 is deposited, the passivation film 8 is partially removed, a window is opened in an element formation region, and the Si substrate 1 is formed by anisotropic plasma etching or the like. Is etched in a direction perpendicular to the main surface 2 to form a U-shaped groove 10 having a side wall 9 perpendicular to the main surface 2 including the passivation film 8, the source layer 5, the channel layer 4, and the drain layer 3. In the drawings, only half of the U-shaped groove 10 is shown. For the anisotropic plasma etching, for example, plasma etching using PCl 3 (phosphorus trichloride) is used. The depth of the U-shaped groove 10 only needs to reach the drain layer 3 and may reach the inside of the drain layer 3.

【0032】次に、U字型溝10を形成した基板上にゲ
ート酸化膜層6を堆積する。ゲート酸化膜形成時の温度
を下げるため、ゲート酸化膜層6の形成は、Si2 6
と活性酸素のプラズマ低温CVD法を用い、20から1
00Åの厚さにSiO2 を堆積する。堆積条件の一例
は、基板温度470℃、Si2 6 圧力が7×10-2
a、活性酸素圧力が約10-1Pa、及び高周波パワーは
200Wである。
Next, a gate oxide film layer 6 is deposited on the substrate on which the U-shaped groove 10 has been formed. In order to lower the temperature at the time of forming the gate oxide film, the gate oxide film layer 6 is formed by Si 2 H 6
20 to 1 using plasma low-temperature CVD with active oxygen
Deposit SiO 2 to a thickness of 00 °. An example of the deposition conditions is that the substrate temperature is 470 ° C., the Si 2 H 6 pressure is 7 × 10 −2 P
a, active oxygen pressure is about 10 -1 Pa, and high frequency power is 200W.

【0033】図2(c)に示すように、ゲート酸化膜層
6を堆積した基板上にゲート電極となるSi多結晶層7
を堆積する。Si多結晶層7の堆積は、Si2 6 を用
いた低温プラズマCVD法を用い、500〜5000Å
程度堆積する。
As shown in FIG. 2C, a polycrystalline silicon layer 7 serving as a gate electrode is formed on the substrate on which the gate oxide film layer 6 is deposited.
Is deposited. The polycrystalline Si layer 7 is deposited at a low temperature of 500 to 5000 ° C. by using a low-temperature plasma CVD method using Si 2 H 6.
Deposit to a degree.

【0034】次に、異方性プラズマエッチングを用い
て、堆積したSi多結晶層7及び酸化膜層6をエッチン
グし、ゲート酸化膜6及びゲート電極7を形成する。異
方性プラズマエッチングは、圧力3〜30PaのPCl
3 プラズマエッチングによって行う。この異方性プラズ
マエッチングは、Si基板1の主表面2に垂直方向にエ
ッチング速度が大きい。Si多結晶層7の側壁9部分に
おける主表面2に垂直方向の膜厚は、パッシベーション
膜8の膜厚分だけ堆積膜厚より厚いので、主表面2に垂
直方向にエッチング速度の大きい異方性エッチングをエ
ッチング時間を制御して行うと、側壁9にのみゲート酸
化膜層6と多結晶シリコン層7を残すことができ、ゲー
ト酸化膜6とゲート電極7からなる絶縁ゲートを形成す
ることができる。
Next, the deposited Si polycrystalline layer 7 and oxide film layer 6 are etched using anisotropic plasma etching to form a gate oxide film 6 and a gate electrode 7. Anisotropic plasma etching is performed with a PCl pressure of 3 to 30 Pa.
3 Performed by plasma etching. This anisotropic plasma etching has a large etching rate in a direction perpendicular to the main surface 2 of the Si substrate 1. Since the film thickness in the direction perpendicular to the main surface 2 in the side wall 9 portion of the Si polycrystalline layer 7 is larger than the deposited film thickness by the thickness of the passivation film 8, the anisotropic etching rate in the direction perpendicular to the main surface 2 is large. When the etching is performed by controlling the etching time, the gate oxide film layer 6 and the polycrystalline silicon layer 7 can be left only on the side wall 9, and an insulated gate composed of the gate oxide film 6 and the gate electrode 7 can be formed. .

【0035】次に、図2(d)に示すように、絶縁ゲー
トを形成した基板上にパッシベーション膜8’を堆積
し、コンタクトホールを開けてソース電極5’およびド
レイン電極3’を形成して、完了する。
Next, as shown in FIG. 2D, a passivation film 8 'is deposited on the substrate on which the insulated gate is formed, and a contact hole is opened to form a source electrode 5' and a drain electrode 3 '. Complete.

【0036】この製造方法によれば、最も広く普及して
いるSi半導体技術で縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘
導トランジスタを製造することができる。また、X線フ
ォトリソグラフィを使用せずに1000Å以下のゲート
長を有する縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジ
スタを精度よく製造できる。また、垂直な側壁を有する
U字型溝を形成するので、チャネル層に垂直に絶縁ゲー
トを形成することができる。また、分子層エピタキシャ
ル成長法で形成するので、1000Åから100Åに至
る長さのチャンネルを容易にかつ精度よく形成すること
ができる。
According to this manufacturing method, a vertical short-channel insulated gate static induction transistor can be manufactured by the most widely used Si semiconductor technology. Further, a vertical short-channel insulated gate static induction transistor having a gate length of 1000 ° or less can be manufactured accurately without using X-ray photolithography. Further, since the U-shaped groove having the vertical side wall is formed, the insulating gate can be formed vertically in the channel layer. Further, since the channel is formed by the molecular layer epitaxial growth method, a channel having a length of 1000 ° to 100 ° can be easily and accurately formed.

【0037】また、ゲート酸化膜層を堆積する低温CV
D工程は、低温であるので、チャネル、ソース及びドレ
インの不純物が再分布せず、設計仕様通りのチャネル長
を形成できる。さらに、ゲート電極層を堆積する工程が
低温CVD法であるので、不純物が再分布することがな
く、チャネル長が変化しない。また、ゲート電極のエッ
チングが、自己整合的な異方性エッチングであるので、
側壁部にゲート電極及びゲート酸化膜を残すことができ
る。
A low-temperature CV for depositing a gate oxide film layer
In the step D, since the temperature is low, the channel, source and drain impurities are not redistributed, and the channel length can be formed as designed. Further, since the step of depositing the gate electrode layer is a low-temperature CVD method, impurities do not redistribute and the channel length does not change. Also, since the etching of the gate electrode is a self-aligned anisotropic etching,
The gate electrode and the gate oxide film can be left on the side wall.

【0038】次に、第2の実施例を説明する。図3は、
本発明の製造方法を用いて形成した、低消費電力縦型短
チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造方法と
その構成を示す図である。実施例1とは、図3(b)に
示すように、ゲート酸化膜層6の堆積の直前にサイドウ
ォールチャネル層31を堆積することのみが異なる。サ
イドウォールチャネル層31は、分子層エピタキシャル
成長法を用いて、不純物濃度1012〜10 16cm-3のノ
ンドープシリコンエピタキシャル単結晶層を20〜10
0Å成長させた。低消費電力縦型短チャネル絶縁ゲート
静電誘導トランジスタは、サイドウォールチャネル31
とバルク側のチャネル層4の不純物濃度の適切な調整と
により、動作速度を低下させずに、短チャネル化に伴う
オフ時のリーク電流を小さくすることができ、スタンバ
イパワーを減らすことができる。
Next, a second embodiment will be described. FIG.
A low power consumption vertical short formed using the manufacturing method of the present invention.
Method for manufacturing channel insulated gate static induction transistor and
It is a figure showing the composition. Example 1 is different from Example 1 in FIG.
As shown, a sidewall is formed immediately before the gate oxide film layer 6 is deposited.
The only difference is that the wall channel layer 31 is deposited. Sa
The wall channel layer 31 is formed of a molecular layer epitaxial layer.
Using a growth method, an impurity concentration of 1012-10 16cm-3No
Doped silicon epitaxial single crystal layer from 20 to 10
Grow 0 °. Low power vertical short channel insulated gate
The static induction transistor has a sidewall channel 31.
And appropriate adjustment of the impurity concentration of the channel layer 4 on the bulk side and
With the shortening of the channel without lowering the operating speed
The off-state leakage current can be reduced,
The power can be reduced.

【0039】次に、第3の実施例を説明する。図4は、
SOI基板上に本発明の製造方法を用いて形成した、縦
型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造方
法と構成を示す図である。SOI(Silicon o
n Insulator)は、Si基板41上にSiO
2 層42を介してSi単結晶層43を有する基板であ
る。実施例1とは、図4(a)に示すように、SOI基
板のSi単結晶層43をドレイン層に用いることのみが
異なる。SOI基板上に形成した縦型短チャネル絶縁ゲ
ート静電誘導トランジスタは、基板とデバイス層との電
気的分離が良いので、ゲートの寄生容量が減少し、さら
に動作速度が向上する。また、デバイスの絶縁耐圧の向
上や耐放射線特性の向上といった効果もあり、高い環境
信頼性が要求される集積回路等に使用することができ
る。
Next, a third embodiment will be described. FIG.
It is a figure which shows the manufacturing method and structure of the vertical short channel insulated gate static induction transistor formed on the SOI substrate using the manufacturing method of this invention. SOI (Silicon o
n Insulator) is formed on the Si substrate 41 by SiO.
This is a substrate having a Si single crystal layer 43 via two layers 42. The first embodiment is different from the first embodiment only in that the Si single crystal layer 43 of the SOI substrate is used for the drain layer as shown in FIG. The vertical short channel insulated gate static induction transistor formed on the SOI substrate has good electrical isolation between the substrate and the device layer, so that the parasitic capacitance of the gate is reduced and the operation speed is further improved. In addition, it has the effect of improving the withstand voltage and radiation resistance of the device, and can be used for integrated circuits and the like that require high environmental reliability.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタ及
びその製造方法によれば、動作特性が均一な超高速の縦
型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタを実現す
ることができる。した眼手、本発明によれば、次世代の
超高速電子デバイスとして、超高速増幅回路、集積回路
等に使用すれば、極めて有用である。
As can be understood from the above description, according to the vertical short-channel insulated gate static induction transistor of the present invention and the method of manufacturing the same, an ultra-high-speed vertical short-channel insulated gate having uniform operating characteristics. An electrostatic induction transistor can be realized. According to the present invention, the present invention is extremely useful if used as a next-generation ultra-high-speed electronic device in an ultra-high-speed amplifier circuit, an integrated circuit, or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導ト
ランジスタの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vertical short-channel insulated gate electrostatic induction transistor of the present invention.

【図2】本発明の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導ト
ランジスタの製造方法を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to the present invention.

【図3】本発明の製造方法を用いて形成した低消費電力
縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造
方法とその構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a method of manufacturing a low power consumption vertical short channel insulated gate static induction transistor formed by using the manufacturing method of the present invention and its configuration.

【図4】SOI基板上に本発明の製造方法を用いて形成
した縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの
製造方法とその構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a method of manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor formed on an SOI substrate by using the manufacturing method of the present invention, and a configuration thereof.

【図5】従来の絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造
方法及び構造を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a method and a structure of a conventional insulated gate static induction transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 主表面 3 ドレイン層 3’ ドレイン電極 4 チャネル層 5 ソース層 5’ ソース電極 6 ゲート酸化膜 7 ゲート電極 8 パッシベーション膜 8’ パッシベーション膜 9 側壁 31 サイドウオ ールチャネル 41 SOI基板のSi基板 42 SOI基板のSiO2 43 SOI基板のSi単結晶層Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 main surface 3 drain layer 3 'drain electrode 4 channel layer 5 source layer 5' source electrode 6 gate oxide film 7 gate electrode 8 passivation film 8 'passivation film 9 side wall 31 side wall channel 41 Si substrate of SOI substrate 42 SOI Substrate SiO 2 43 SOI substrate Si single crystal layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/786 H01L 29/78 626A // H01L 21/205 658E (72)発明者 倉林 徹 東京都港区芝二丁目31番19号 通信・放送 機構内 (72)発明者 大泉 透 東京都港区芝二丁目31番19号 通信・放送 機構内 (72)発明者 金本 恭三 東京都港区芝二丁目31番19号 通信・放送 機構内 (72)発明者 西澤 潤一 東京都港区芝二丁目31番19号 通信・放送 機構内 Fターム(参考) 5F045 AA00 AA15 AB02 AB03 AB32 AC01 AC19 AD08 AD09 AE13 AF03 BB16 CA00 DA51 HA13 5F102 FB01 GB04 GC09 GD10 GJ03 GJ10 GR01 HC01 HC07 HC16 5F110 AA01 CC09 DD05 DD13 EE09 EE22 EE45 FF02 FF30 GG02 GG12 GG25 GG32 GG34 GG42 HJ04 HJ11 HJ13 HJ15 HK09 HK13 HK32 NN02 QQ04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/786 H01L 29/78 626A // H01L 21/205 658E (72) Inventor Toru Kurabayashi Minato-ku, Tokyo No. 31-19, Shiba 2--19, Communication and Broadcasting Corporation (72) Inventor Toru Oizumi No. 31-19, Shiba 2-chome, Minato-ku, Tokyo (72) Kyozo Kanemoto, Inventor Kyozo Kanamoto 2-Chome, Minato-ku, Tokyo 31-19 Inside the Communications and Broadcasting Corporation (72) Inventor Junichi Nishizawa 2-31-13 Shiba, Minato-ku, Tokyo F-Term inside the Communications and Broadcasting Organization (Reference) 5F045 AA00 AA15 AB02 AB03 AB32 AC01 AC19 AD08 AD09 AE13 AF03 BB16 CA00 DA51 HA13 5F102 FB01 GB04 GC09 GD10 GJ03 GJ10 GR01 HC01 HC07 HC16 5F110 AA01 CC09 DD05 DD13 EE09 EE22 EE45 FF02 FF30 GG02 GG12 GG25 GG32 GG34 GG42 HJ04 HJ11 HJ13 HJ15 QHK32 HK13 HK09 HK13 HK09 HK13 HK13

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の主表面上にエピタキシャル単結晶
層からなるドレイン層と、このドレイン層上に1000
Å以下の厚さのエピタキシャル単結晶層からなるチャネ
ル層と、このチャネル層上にエピタキシャル単結晶層か
らなるソース層と、を有し、上記ドレイン層、チャネル
層及びソース層の側壁上に絶縁ゲートを有することを特
徴とする、縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジ
スタ。
A drain layer comprising an epitaxial single crystal layer on a main surface of a substrate;
A channel layer comprising an epitaxial single crystal layer having a thickness of not more than Å, and a source layer comprising an epitaxial single crystal layer on the channel layer, and an insulated gate on the sidewalls of the drain layer, the channel layer and the source layer. A vertical short channel insulated gate static induction transistor characterized by having:
【請求項2】 前記基板はSi単結晶であり、主表面は
(100)面または該(100)面に等価な面であり、
チャネル層はp型Siエピタキシャル単結晶層であり、
ソース層及びドレイン層はn型Siエピタキシャル単結
晶層であり、絶縁ゲートはSiO2 とSi多結晶からな
ることを特徴とする、請求項1に記載の縦型短チャネル
絶縁ゲート静電誘導トランジスタ。
2. The substrate is a single crystal of Si, and a main surface is a (100) plane or a plane equivalent to the (100) plane.
The channel layer is a p-type Si epitaxial single crystal layer,
2. The vertical short channel insulated gate static induction transistor according to claim 1, wherein the source layer and the drain layer are n-type Si epitaxial single crystal layers, and the insulated gate is made of SiO 2 and polycrystalline Si.
【請求項3】 前記基板はSi単結晶であり、主表面は
(100)面または該(100)面に等価な面であり、
チャネル層はn型Siエピタキシャル単結晶層であり、
ソース層及びドレイン層はp型Siエピタキシャル単結
晶層であり、絶縁ゲートはSiO2 とSi多結晶からな
ることを特徴とする、請求項1に記載の縦型短チャネル
絶縁ゲート静電誘導トランジスタ。
3. The substrate is a single crystal of Si, and a main surface is a (100) plane or a plane equivalent to the (100) plane,
The channel layer is an n-type Si epitaxial single crystal layer,
The vertical short channel insulated gate static induction transistor according to claim 1, wherein the source layer and the drain layer are p-type Si epitaxial single crystal layers, and the insulated gate is made of SiO 2 and polycrystalline Si.
【請求項4】 特定の面方位を有する半導体基板の主表
面上にドレイン層をエピタキシャル成長し、このドレイ
ン層上にチャネル層を分子層毎にエピタキシャル成長
し、このチャネル層上にソース層をエピタキシャル成長
し、このソース層上にパッシベーション膜を堆積し、こ
のパッシベーション膜を窓開けして上記主表面に垂直
に、かつ、上記半導体基板に至る深さのU字型溝を形成
し、このU字型溝にゲート酸化膜層を堆積し、このゲー
ト酸化膜層上にゲート電極層を堆積し、このゲート酸化
膜層とゲート電極層を上記U字型溝の側壁に残してゲー
ト酸化膜とゲート電極とからなる絶縁ゲートを形成する
ことを特徴とする、縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導
トランジスタの製造方法。
4. A drain layer is epitaxially grown on a main surface of a semiconductor substrate having a specific plane orientation, a channel layer is epitaxially grown for each molecular layer on the drain layer, and a source layer is epitaxially grown on the channel layer. A passivation film is deposited on the source layer, and a window is formed in the passivation film to form a U-shaped groove perpendicular to the main surface and to a depth reaching the semiconductor substrate. A gate oxide layer is deposited, a gate electrode layer is deposited on the gate oxide layer, and the gate oxide layer and the gate electrode layer are separated from each other by leaving the gate oxide layer and the gate electrode layer on the side walls of the U-shaped groove. A method of manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor, comprising forming an insulated gate.
【請求項5】 前記チャネル層の分子層毎にエピタキシ
ャル成長する工程は、真空容器に配置した前記半導体基
板表面を半導体元素の化合物ガス及びドーパント元素の
化合物ガスに交互に所定の時間晒し所定の時間排気し、
一分子層ごとに成長を制御してエピタキシャル成長する
ことを特徴とする、請求項4に記載の縦型短チャネル絶
縁ゲート静電誘導トランジスタの製造方法。
5. The step of epitaxially growing each molecular layer of the channel layer, wherein the surface of the semiconductor substrate disposed in a vacuum vessel is alternately exposed to a compound gas of a semiconductor element and a compound gas of a dopant element for a predetermined time and evacuated for a predetermined time. And
The method for manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to claim 4, wherein the epitaxial growth is performed while controlling the growth for each monolayer.
【請求項6】 前記U字型溝を形成する工程は、前記主
表面に垂直な方向にエッチング速度が大きい異方性プラ
ズマエッチングであることを特徴とする、請求項4に記
載の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの
製造方法。
6. The method according to claim 4, wherein the step of forming the U-shaped groove is an anisotropic plasma etching having a large etching rate in a direction perpendicular to the main surface. A method for manufacturing a channel insulated gate static induction transistor.
【請求項7】 前記ゲート酸化膜層を堆積する工程は、
半導体元素の化合物ガスと活性酸素のガスを、前記半導
体基板表面上で反応させて堆積する低温CVDであるこ
とを特徴とする、請求項4に記載の縦型短チャネル絶縁
ゲート静電誘導トランジスタの製造方法。
7. The step of depositing the gate oxide layer comprises:
5. The vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to claim 4, wherein the low-temperature CVD is performed by reacting a compound gas of a semiconductor element and a gas of active oxygen on the surface of the semiconductor substrate to deposit. Production method.
【請求項8】 前記ゲート電極層を堆積する工程は、半
導体元素の化合物ガスを前記半導体基板表面上で分解し
て半導体多結晶を堆積する低温CVD法を使用し、前記
U字型溝の側壁にも堆積することを特徴とする、請求項
4に記載の縦型短チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジ
スタの製造方法。
8. The step of depositing the gate electrode layer uses a low-temperature CVD method in which a compound gas of a semiconductor element is decomposed on the surface of the semiconductor substrate to deposit a semiconductor polycrystal, and the side wall of the U-shaped groove is formed. 5. The method according to claim 4, wherein the step of depositing the vertical short-channel insulated gate static induction transistor is performed.
【請求項9】 前記ゲート酸化膜層とゲート電極層をU
字型溝の側壁に残す工程は、前記主表面に垂直な方向に
エッチング速度が大きい異方性プラズマエッチング法を
使用し、上記ゲート電極層の厚みの違いによりU字型溝
側壁に残すことを特徴とする、請求項4に記載の縦型短
チャネル絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein the gate oxide film layer and the gate electrode layer are formed of U
The step of leaving on the side wall of the U-shaped groove uses an anisotropic plasma etching method in which an etching rate is large in a direction perpendicular to the main surface, and leaves on the side wall of the U-shaped groove due to a difference in thickness of the gate electrode layer. The method of manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to claim 4, characterized in that:
【請求項10】 前記半導体元素の化合物ガスは、Si
2 6 (ジシラン)であることを特徴とする、請求項
5,7,8のいずれかに記載の縦型短チャネル絶縁ゲー
ト静電誘導トランジスタの製造方法。
10. The compound gas of the semiconductor element is Si
9. The method for manufacturing a vertical short-channel insulated gate static induction transistor according to claim 5, wherein the transistor is 2 H 6 (disilane).
【請求項11】 前記ドーパント元素の化合物ガスは、
n型ドーパントの場合にPH3 (フォスフィン)、p型
ドーパントの場合にB2 6 (ジボラン)であることを
特徴とする、請求項5に記載の縦型短チャネル絶縁ゲー
ト静電誘導トランジスタの製造方法。
11. The compound gas of the dopant element,
6. The vertical short channel insulated gate static induction transistor of claim 5, wherein the n-type dopant is PH 3 (phosphine) and the p-type dopant is B 2 H 6 (diborane). Production method.
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WO2010016213A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 日本電気株式会社 Field effect transistor
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