JP2510599B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JP2510599B2 JP62164427A JP16442787A JP2510599B2 JP 2510599 B2 JP2510599 B2 JP 2510599B2 JP 62164427 A JP62164427 A JP 62164427A JP 16442787 A JP16442787 A JP 16442787A JP 2510599 B2 JP2510599 B2 JP 2510599B2
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • 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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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電界効果トランジスタの集積度を高める
ための技術の関するものである。
〔従来の技術〕
第5図は従来の電界効果トランジスタの一例であるシ
リコンゲート型nチャネルMOSFETを示す概略図である。
第5図において、このMOSFET1はp形シリコン基板2
にn形不純物が拡散されてドレイン3とソース4とが形
成されている。そして、ドレイン3とソース4との間に
形成されたチャネル領域5の上方に、図示しないゲート
酸化膜をはさんでポリシリコンで形成されたゲート6が
設けられている。なお、第5図では他の酸化膜やAl配線
なども図示を省略している。
このようなMOSFET1は、基板2の主面2a上に所定の
マスクを配置した状態でn形不純物をドーブしてドレイ
ン3やソース4を形成した後、チャネル領域5の上方に
ゲート6としてポリシリコンを設ける、または、チャ
ネル領域5が形成されるべき位置の上方にゲート6とし
てポリシリコンを設けた後、そのゲート6をマスクとし
てn形不純物をドープし自己整合によってドレイン3や
ソース4を形成する、などの製造方法によって得ること
ができる。
上記のような構成のMOSFET1では、ゲート6とソース
4との間に印加される電圧によってチャネル領域5に生
じる反転層(図示せず)を通路として、ドレイン3とソ
ース4との間に電流が流れる。そして、この電流はゲー
ト6とソース4との間に印加される電圧の大きさによっ
て制御される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のMOSFET1は以上のように構成されているので、
ゲート6と向い合ってチャネル領域5内でのキャリアの
流路の広がりを規定するチャネル面5aは、このMOSFET1
が形成される基板2の主面2aと平行に形成されることに
なる。このため、1個のMOSFET1を形成するのに要する
面積S1は、少なくとも S1=(LC+LD+LS)×D1 ……(1) と概算される。(1)式において、LCはチャネル長、
LD,LSはそれぞれドレイン3及びソース4の長さ、D1
チャネル幅である。
従って、基板2へのMOSFET1の集積度を高めるために
は、個々のMOSFET1のチャネル長LC、ドレイン3及びソ
ース4のそれぞれの長さLD,LS及びチャネル幅D1を小さ
くして、MOSFET1自体の小型を図ることが必要である。
しかし、MOSFET1を小型化するにあたっては、より高
度の微細加工技術が要求され、また、MOSFET1の電気的
特性を維持するには上記LC,LD,LS及びD1を極端に小さく
することができないなどの事情により、高集積化が困難
であるという問題点があった。そして、これはMOSFET1
に限らず、電界効果トランジスタすべてに共通の問題点
である。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、電界効果トランジスタ自体を小型化しな
くても、より高集積化が可能な電界効果トランジスタを
得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明の電界効果トランジスタでは、チャネル領域
のチャネル面が該電界効果トランジスタを形成する基板
の主面に対して垂直に形成されるとともに、ゲートもま
た前記主面に垂直な方向に広がりを持って前記主面に対
する平面視形状が略矩形となるように形成されている。
〔作用〕
この発明では、チャネル領域のチャネル面を基板の主
面と垂直に形成することにより、基板の主面に対して電
界効果トランジスタ1個当りが占める面積の割合を実質
的に小さくする。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は、この発明の第1の実施例であるシリコンゲ
ート型nチャネルMOSFETを示す概略図である。
第1図において、このMOSFET10が従来のMOSFET1(第
5図)と異なるのは、ゲート6に向い合ってチャネル領
域5内でのキャリアの流路の広がりを規定するチャネル
面5aが、基板2の主面2aの垂直な方向に形成されるとと
もに、ゲート6が基板2の主面2aに対して垂直な方向に
広がりを持って形成されている点である。また、これに
応じて、ドレイン3やソース4も、基板2の主面2aの深
さ方向に広がって主面2aに垂直に形成されている。
ただし、この第1の実施例では、チャネル面5aを主面
2aに垂直にするたにあたって、チャネル長LC方向が基板
2の主面2aに対して平行となるようにしている。
次に、このような構造を有するMOSFET10の製造方法に
ついて説明する。第2図は、MOSFET10の製造工程を示す
平面図及びそのA−A矢視断面図である。
まず、第2図(a)に示すように、p型基板2上に塗
布されたレジスタ11をマスクとして、ドレイン3、ソー
ス4及びチャネル領域5を形成すべき位置にボロンを注
入する。このようにボロンを注入するのは、MOSFET10の
しきい値電圧を所定の値に制御するためである。また、
ボロンの注入は、深さ方向のボロンの分布を制御するた
めに、ボロンのイオンビーム12の加速電圧を数種類に変
化させて行なわれる(以下、多段注入という。)。
そして、レジスト11を除去した後、基板2の上面にシ
リコン酸化膜13を形成し、ゲート6を形成すべき位置を
選択的にエッングしてトレンチ14を形成する(第2図
(b))。このとき、トレンチ14がチャンネル領域5と
直接に接するようにトレンチ14の位置を決定する。この
トレンチ14の形成後、トレンチ14の内壁面にシリコン酸
化膜15を形成する(第2図(c))。このシリコン酸化
膜15のうちチャネル領域5側に形成された酸化膜がこの
MOSFET10のゲート酸化膜となる。
次いで、第2図(d)に示すように、基板2の上面
(トレンチ14内部を含む。)にCVD法によってドープト
ポリシリコンを積層した後、リソグラフィーで選択的に
パターニングしてゲート6を形成する。図からわかるよ
うに、トレンチ14内に充填されたドープトポリシリコン
がゲート6として機能するわけである。さらに、基板2
の上面をレジスト16でマスクしてドレイン3及びソース
4を形成すべき位置にヒ素を多段注入する(第2図
(e))。
ところで、この実施例では、ドレイン3及びソース4
を比較的深い位置まで形成することが必要なため、注入
したヒ素の横方向への広がり(特にチャネル領域5方向
への広がり)をMOSFET10の電気的特性に影響がない程度
に制御しなければならない。この制御は、予め実験など
によってヒ素の横方向への広がりと、注入する深さやヒ
素のイオンビームの加速電圧などとの関係を調べてお
き、それに従って多段注入を行なうことによって可能で
ある。
第2図(e)のレジスタ16を除去した後、さらに、シ
リコン酸化膜17を形成し、ドレイン3,ソース4及びチャ
ネル領域5の周囲を選択的にエッチングして素子分離用
のトレンチ18を形成する(第2図(f))。そして、熱
酸化、あるいはCVD法によって、再び基板2の上面にシ
リコン酸化膜19を形成する(第2図(g))。これによ
ってトレンチ18内にもシリコン酸化膜19が形成され分離
領域20が形成される。その後、リソグラフィーによっ
て、ドレイン3,ソース4及びゲート6にそれぞれコンタ
クトホール21をあける。
そして、各コンタクトホール21を通してアルミ配線22
を設け(第2図(h)),その上面に保護膜(図示せ
ず)を付与する。
上記製造方法によって第1図にその概略を示したよう
なMOSFET10を得ることができる。
そして、このMOSFET10を形成するのに要する面積S
2は、主面2a上におけるソースおよびドレイン4の幅をD
2(第1図)としたとき、 S2=(LC+LD+LS)×D2 ……(2) と概算される。(2)式における幅D2は(1)式のチャ
ネル幅D1に比べ十分に小さいため、このMOSFET10の面積
S2が基板2の主面2aに占める割合は従来のMOSFET1(第
5図)に比べ十分に小さいといえる。
次に、この発明の第2の実施例について説明する。第
3図は、この発明の第2の実施例であるシリコンゲート
型チャネルMOSFETを示す概略図である。
第3図において、このMOSFET30が第1の実施例と異な
るのは、チャネル長LC方向を基板2の主面2aに対して垂
直とするような形で、チャネル面5aが主面2aに垂直にな
っている点である。したがって、この実施例では、ドレ
イン3とチャネル領域5とソース4とが三層に積層され
て主面2aに対して垂直に形成されていることになる。
また、ゲート6は主面2aに対して垂直な方向(深さ方
向)に広がりを持っているが、第1の実施例と異なっ
て、ドレイン3およびソース4に対向する位置にもゲー
ト6が伸びている。なお、このMOSFET30は、主面2a上に
積層されたシリコン酸化膜33中に形成されている。
次に、このような構造を有するMOSFET30の製造方法を
第4図に従って説明する。
まず、第4図(a)に断面図で示すように、基板2の
主面2a上に熱酸化によってシリコン酸化膜31を形成した
後、その上面に高融点金属膜32を蒸着して所定のパター
ンにパターニングする。この高融点金属膜32は、後述す
るようにソース4の電極を形成するためのものである。
そして、基板2の上面にCVD法によって約数μm程度の
厚さのシリコン酸化膜33を積層する。
次に、第4図(b)に示すように、レジスト(図示せ
ず)などをマスクとして、高融点金属膜32の端部34に到
達するトレンチ35を形成する。そして、このトレンチ35
内にドーパントをヒ素,ボロン,ヒ素の順に変えてドー
プトシリコンを三層に積層して形成する。これによっ
て、最深部にソース4、その上方にチャネル領域5、最
上部にドレイン3が形成される。
このようにしてドレイン3とチャネル領域5とソース
4とを三層構造とした後、この三層構造の近傍に、少な
くともその底面36aが最深部のソース4の上端まで到達
する深さを有するトレンチ36をドライエッチングなどで
形成し、そこに、CVD法によってドープトポリシリコン
をゲート6として充填する(第4図(c))。さらに、
ゲート6とは反対側にドレイン3などから所定の間隔を
隔ててトレンチ37を形成する。このトレンチ37の深さ
は、その底面37aに高融点金属膜32が露出するように決
定する。そして、このトレンチ37にもゲート6の形成時
と同様にしてドープトポリシリコンを充填する(第4図
(d))。このトレンチ37に充填されたドープトポリシ
リコンは前述の高融点金属膜32と接触することにより、
ソース4の電極41を形成する。
そして、これらの上面にシリコン酸化膜38を形成し
て、ドレイン3,ソース4及びゲート6用の各コンタクト
ホール39をあけた後、Al配線40を接続する(第4図
(e))。さらに、その上面に保護膜(図示せず。)を
付与する。なお、このMOSFET30はシリコン酸化膜33中に
形成されるため、素子分離のための領域を形成する必要
がない。
上記製造方法によって第3図にその概略を示したよう
なMOSFET30を得ることができる。
そして、このMOSFET30を形成するのに要する面積S
3は、ゲート6とチャネル領域6とをあわせた幅をD
3(第3図)としたとき、 S3=D1×D3 ……(3) と概算される。
(3)式から明らかなように、このMOSFET30では、ド
レイン3やソース4の長さLD,LS及びチャネル長LCが面
積S3とは無関係になることがわかる。そして、幅D3
(LC+LD+LS)に比べ十分に小さいので、このMOSFET30の
面積S3が基板2の主面2aに占める割合は従来のMOSFET1
(第5図)に比べ十分に小さくなるだけでなく、第1の
実施例と比較しても小さなものとなる。
なお、上記第1と第2の実施例ではともにシリコンゲー
ト型nチャネルMOSFETを例にとって説明したが、特にこ
れに制限されるわけではなく、pチャネルMOSFETはもち
ろんのこと、接合型FETなどFET全般に適用可能である。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、チャネル面やゲー
トが基板の主面に対して垂直に形成することにより、主
面に対して電界効果トランジスタ1個当りが占める面積
の割合を小さくすることができるため、電界効果トラン
ジスタ自体を小型化することなく、高集積化が可能な電
界効果トランジスタを得られる効果がある。また、ドレ
インおよびソースの平面視形状が略L字型となるように
形成されているので、実質的な占有面積は大きくせずに
ドレインおよびソースの平面方向の面積を広くでき、コ
ンタクトホールを形成する際のマージンを十分に得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の第1の実施例であるシリコンゲー
ト型nチャネルMOSFETを示す概略図、第2図は第1図に
示したMOSFETの製造工程を示す平面図及びそのA−A矢
視断面図、第3図は、この発明の第2の実施例であるシ
リコンゲート型nチャネルMOSFETを示す概略図、第4図
は、第3図に示したMOSFETの製造工程を示す断面図、第
5図は、従来のシリコンゲート型nチャネルMOSFETを示
す概略図である。 図において、1,10及び30はMOSFET、2はシリコン基板、
2aは主面、3はドレイン、4はソース、5はチャネル領
域、5aはチャネル面、6はゲート、LCはチャネル長であ
る。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ドレインとソースとの間に形成されるチャ
    ネル領域とゲートとが対向して配置される電界効果トラ
    ンジスタにおいて、 前記電界効果トランジスタはシリコン基板内に形成さ
    れ、 前記ゲートと向い合って前記チャネル領域内でのキャリ
    アの流路の広がりを規定するチャネル面が、前記シリコ
    ン基板の主面に対して垂直に形成されるとともに、前記
    ゲートもまた前記主面に垂直な方向に広がりを持って前
    記主面に対する平面視形状が略矩形となるように形成さ
    れ、 前記ドレインおよび、前記ソース間に流れるチャネル電
    流の方向が前記シリコン基板の主面に平行な方向となる
    ように前記ドレイン、前記ソース、前記チャネル領域が
    配置され、かつ、 前記ドレイン、前記ソース、前記チャネル領域とで形成
    される領域が前記ゲートを半包囲するように、前記ドレ
    インおよび前記ソースの平面視形状が略L字型となるよ
    うに形成されたことを特徴とする電界効果トランジス
    タ。
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