JP2622588B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2622588B2 JP16663388A JP16663388A JP2622588B2 JP 2622588 B2 JP2622588 B2 JP 2622588B2 JP 16663388 A JP16663388 A JP 16663388A JP 16663388 A JP16663388 A JP 16663388A JP 2622588 B2 JP2622588 B2 JP 2622588B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 高速動作する電解効果型トランジスタの製造方法に関
し、 高速動作、低消費電力のトランジスタをより単純な、
しかも低い工程で形成することを目的とし、 第一半導体基板上に該第一半導体基板と比べ酸化され
にくい第二半導体層を形成する工程、該第二半導体層上
に絶縁膜を形成する工程、該絶縁膜及び第二半導体層を
エッチングによりパターニングして、少なくとも該第二
半導体層と該絶縁膜とを含む凸部を該第一半導体基板上
に形成する工程、該第一半導体基板上の露出面を酸化し
てフイールド酸化膜を形成する工程、該第二半導体層の
側壁に薄い酸化膜を形成する工程、全面に導電材料を被
覆して導電膜を形成し、該導電膜を選択的にパターニン
グして該第二半導体層の側壁に残留する絶縁膜と接触す
る電極を形成する工程、を含むように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method for manufacturing a field-effect transistor that operates at high speed, and relates to a method for manufacturing a transistor that operates at high speed and consumes less power by a simpler method.
And forming a second semiconductor layer on the first semiconductor substrate that is less oxidized than the first semiconductor substrate, forming an insulating film on the second semiconductor layer, Patterning the insulating film and the second semiconductor layer by etching to form a projection including at least the second semiconductor layer and the insulating film on the first semiconductor substrate; Forming a field oxide film by oxidizing the surface, forming a thin oxide film on the side wall of the second semiconductor layer, forming a conductive film by covering the entire surface with a conductive material, and selectively forming the conductive film. Patterning to form an electrode in contact with the insulating film remaining on the side wall of the second semiconductor layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は高速動作するトランジスタの製造方法に係
り、特にシリコン基板上に成長したSiCの側壁にゲート
領域を形成した電界効果型トランジスタ(FET)の製造
方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a transistor that operates at high speed, and more particularly to a method of manufacturing a field effect transistor (FET) in which a gate region is formed on a side wall of SiC grown on a silicon substrate.

近年のコンピュータの高速化の要求に伴い、超高速動
作するトランジスタの開発が望まれている。また、これ
らのトランジスタは消費電力が少ないことが要望されて
いる。
With the recent demand for faster computers, development of transistors that operate at ultra-high speeds has been desired. In addition, these transistors are required to have low power consumption.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、第5図に示すプレーナ型バイポーラトランジス
タでは、シリコン基板1内に下からn+,n,p及びn+領域が
形成されており、下のn+領域はコレクタ領域でコレクタ
電極Cが設けられ、p領域はベース領域でベース電極B
が設けられ、更に上のn+領域はエミッタ領域でエミッタ
電極Eが設けられている。図中、破線の内側は動作領域
となり、破線の外側は動作に不必要な領域となってい
る。このようにプレーナ型バイポーラトランジスタで
は、ベース電極窓を基板上の絶縁膜例えばSiO2にエミッ
タ電極窓以外に別個形成する必要があり、しかも動作に
不必要な領域の面積が動作領域の約10倍近くにもなりそ
の分寄生容量や寄生抵抗も大きかった。
Conventionally, in the planar type bipolar transistor shown in FIG. 5, n + , n, p and n + regions are formed from below in a silicon substrate 1, and the lower n + region is a collector region provided with a collector electrode C. The p region is the base region and the base electrode B
Is provided, and the upper n + region is an emitter region in which an emitter electrode E is provided. In the figure, the inside of the broken line is an operation area, and the outside of the broken line is an area unnecessary for operation. As described above, in the planar type bipolar transistor, it is necessary to separately form the base electrode window on the insulating film on the substrate, for example, SiO 2 other than the emitter electrode window, and the area of the region unnecessary for operation is about 10 times as large as the operation region. As they became closer, the parasitic capacitance and parasitic resistance were larger.

これらの問題を解決し高速動作を図った従来例として
第6図を示している。ベースのp層の側面にPolysiのベ
ース引き出し構造を形成することにより動作に不必要な
ベース領域を排除し、寄生容量を低減し高速動作が可能
となる。またp型領域のベース領域を上のn+領域のエミ
ッタ領域と同じマスク(レジスト)を用い、自己整合
(Self−Align)で形成する。このような技術で得られ
た構造のトランジスタはSICOS(Sidewall base Contact
Structure)として知られている。
FIG. 6 shows a conventional example that solves these problems and achieves high-speed operation. By forming a Polysi base extraction structure on the side surface of the p layer of the base, a base region unnecessary for operation is eliminated, the parasitic capacitance is reduced, and high-speed operation becomes possible. The base region of the p-type region is formed by self-alignment using the same mask (resist) as the emitter region of the n + region above. Transistors with the structure obtained by such technology are SICOS (Sidewall base Contact
Structure).

以下第7A図から第7E図を用いて第6図のSICOSトラン
ジスタの製造方法を説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the SICOS transistor of FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 7A to 7E.

まずシリコン基板内にn+埋め込み層を形成した後、Si
O2膜、Si3N4膜、SiO2膜を連続的に形成し、不活性領域
となる部分をエッチングする(第7A図)。
First, after forming an n + buried layer in a silicon substrate,
An O 2 film, a Si 3 N 4 film, and a SiO 2 film are successively formed, and a portion serving as an inactive region is etched (FIG. 7A).

全面を熱酸化し、Si3N4膜を堆積した後、RIEで平坦部
のSi3N4膜を除去する(第7B図)。
After thermally oxidizing the entire surface and depositing a Si 3 N 4 film, the flat portion of the Si 3 N 4 film is removed by RIE (FIG. 7B).

次にこのSi3N4膜をマスクとして選択酸化し厚い酸化
膜を形成する。側面のSi3N4膜とSiO2膜を除去した後、
ノンドープ多結晶Si(PolySi)を堆積する。その後、2
種類のフオトレジスト(PR)で溝を埋める(第7C図)。
Next, selective oxidation is performed using the Si 3 N 4 film as a mask to form a thick oxide film. After removing the side Si 3 N 4 film and SiO 2 film,
Non-doped polycrystalline Si (PolySi) is deposited. Then 2
Fill the grooves with different types of photoresist (PR) (Fig. 7C).

エッチング速度の等しいRIEで凸部の多結晶Siを平坦
化する(第7D図)。
The polycrystalline Si in the convex portion is planarized by RIE with the same etching rate (FIG. 7D).

次に表面の酸化膜、Si3N4膜を除去し、イオン注入に
よってポリシリコン(polysi)部分にP型不純物を、コ
レクタ引き出し部分にN型不純物を導入する。内部ベー
ス形成後全面にCVDSiO2を成長し窓開けし、SiO2部分に
N型拡散層を形成し、メタル蒸着によりベース/エミッ
タ/コレクタの形成を行う(第7E図)。
Next, the oxide film and the Si 3 N 4 film on the surface are removed, and a P-type impurity is introduced into the polysilicon portion and an N-type impurity is introduced into the collector lead portion by ion implantation. Windows are opened to grow an inner base formed after the whole surface CVD SiO 2, the N-type diffusion layer is formed on the SiO 2 portion is performed to form the base / emitter / collector by a metal deposition (No. 7E view).

このように従来のSICOS型トランジスタの製造方法は
非常に複雑で工程も長い。
As described above, the conventional method of manufacturing a SICOS transistor is very complicated and requires a long process.

本発明者は、このSICOS型トランジスタ的構成を簡単
に製造する方法を先に発明したが、バイポーラトランジ
スタは高速動作するという点に関しては優れた能力をも
っているが、消費電力が多いのが欠点である。そこで、
消費電力が少ない特長をもつFETに応用することを検討
してきた。一般にFETはバイポーラトランジスタに対し
て、動作速度は遅いが消費電力が少ないのが特徴であ
る。さらに、このFETを縦型に構成した縦型FETなるもの
を形成できれば、低消費電力で、しかも高速動作するト
ランジスタの形成が可能と考えられる。
The present inventor has previously invented a method for easily manufacturing this SICOS-type transistor-like structure.Bipolar transistors have excellent performance in terms of high-speed operation, but have the disadvantage of high power consumption. . Therefore,
We have been studying applications to FETs that have the advantage of low power consumption. Generally, FETs are characterized by a lower operating speed but lower power consumption than bipolar transistors. Furthermore, if a vertical FET in which this FET is formed in a vertical type can be formed, it is considered that a transistor that consumes low power and operates at high speed can be formed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述のように従来の超高速化を図ったSICOS型トラン
ジスタは、製造工程が複雑で工程数が長くなるという問
題を有していた。また、如何に小型化を図っても、バイ
ポーラトランジスタであるため、消費電力が大きいとい
う欠点がある。
As described above, the conventional ultra-high-speed SICOS type transistor has a problem that the manufacturing process is complicated and the number of steps is long. Further, no matter how small the device is, there is a disadvantage that power consumption is large because the transistor is a bipolar transistor.

そこで本発明は、従来のSICOS型トランジスタの製造
方法を改良し、より単純な、しかも短い工程で得ること
ができる半導体装置の製造方法を提供すると共にSICOS
型トランジスタの基本構造を、電界効果型トランジスタ
に応用し、高速動作、低消費電力のトランジスタを形成
する方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides an improved method of manufacturing a conventional SICOS transistor, a method of manufacturing a semiconductor device which can be obtained in a simpler and shorter process, and provides a method of manufacturing a SICOS transistor.
It is an object of the present invention to provide a method for forming a transistor with high speed operation and low power consumption by applying the basic structure of a type transistor to a field effect transistor.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の原理的構成は、後で詳しく説明する第1図
(A)〜(E)にあらわれている。該図を用いて本発明
を説明すると、(イ)第一半導体,例えばシリコン基板
(1)上に該第一半導体基板と比べ酸化されにくい第二
半導体層,例えばSiC膜(2)を形成する工程、(ロ)
該第二半導体層上に絶縁膜(3)を形成する工程、
(ハ)該絶縁膜(3)及び第二半導体層(2)をエッチ
ングによりパターニングして、少なくとも該第二半導体
層と該絶縁膜とを含む凸部を該第一半導体基板上に形成
する工程、(ニ)該第一半導体基板上の露出面を酸化し
てフイールド酸化膜(4)を形成する工程、(ホ)該第
二半導体層の側壁に薄い酸化膜でなる絶縁膜(5)を形
成する工程、(ヘ)全面に導電材料を被覆して導電膜を
形成し、該導電膜を選択的にパターニングして該第二半
導体層の側壁に残留する絶縁膜(5)と接触する電極を
形成する工程、の(イ)〜(ロ)を含む半導体装置の製
造方法を提供するものである。
The principle configuration of the present invention is shown in FIGS. 1A to 1E which will be described later in detail. The present invention will be described with reference to the drawing. (A) A second semiconductor layer, for example, a SiC film (2), which is less oxidized than the first semiconductor substrate, is formed on a first semiconductor, for example, a silicon substrate (1). Process, (b)
Forming an insulating film (3) on the second semiconductor layer;
(C) a step of patterning the insulating film (3) and the second semiconductor layer (2) by etching to form a projection including at least the second semiconductor layer and the insulating film on the first semiconductor substrate; (D) oxidizing the exposed surface of the first semiconductor substrate to form a field oxide film (4); (e) forming an insulating film (5) made of a thin oxide film on the side wall of the second semiconductor layer. Forming a conductive film by covering the entire surface with a conductive material, selectively patterning the conductive film, and contacting the insulating film (5) remaining on the side wall of the second semiconductor layer. And (b) forming a semiconductor device.

〔作用〕[Action]

本発明によれば、シリコン等の第一半導体基板(1)
上に形成した酸化されにくいSiC等の第二半導体層
(2)側壁にゲート領域を形成することができ、縦型ト
ランジスタの製造工程の簡略化を図れるものである。ま
た、セルフアライン可能なトランジスタ構造が形成され
る。
According to the present invention, a first semiconductor substrate made of silicon or the like (1)
A gate region can be formed on the side wall of the second semiconductor layer (2) made of, for example, SiC, which is hardly oxidized, so that the manufacturing process of the vertical transistor can be simplified. Further, a transistor structure capable of self-alignment is formed.

特に本発明で形成される半導体装置の作用を以下に列
挙する。
In particular, the operation of the semiconductor device formed by the present invention is enumerated below.

FETを高速動作するためには、トランジスタに寄生す
る容量を排除することが必要である。FETトランジスタ
のゲート部分はコンデンサそのものの型をしているた
め、この部分には容量が寄生しておりトランジスタ高速
化のためには、この部分の容量を減らすことが必要であ
る。容量を減らすにはゲート部分の面積を減らせばよ
い。この点本発明の縦型トランジスタを形成した場合、
ゲートの長さはSiCの厚さによって決まり、リソグラフ
ィ技術を使用しないので、現在のリソグラフィ技術以上
の微細なゲート長を達成できる。例えば、SiCの厚さを
0.1μmにするのは容易であり、ゲート長を微細加工で
きるので、ゲート面積を減らせ、よってゲート容量をき
わめて小さくできるので、高速トランジスタの形成が可
能となる。
In order to operate the FET at high speed, it is necessary to eliminate the parasitic capacitance of the transistor. Since the gate portion of the FET transistor has the shape of the capacitor itself, a capacitance is parasitic in this portion. To speed up the transistor, it is necessary to reduce the capacitance in this portion. The capacity can be reduced by reducing the area of the gate portion. In this regard, when the vertical transistor of the present invention is formed,
Since the gate length is determined by the thickness of SiC and does not use a lithography technique, a finer gate length than the current lithography technique can be achieved. For example, the thickness of SiC
It is easy to set the thickness to 0.1 μm, and the gate length can be finely processed, so that the gate area can be reduced and the gate capacitance can be extremely reduced, so that a high-speed transistor can be formed.

FETトランジスタを高速動作させるためには、ゲート
長を短くしてソース−ドレイン間の電子またはホールの
走行時間を短くする必要があるが、上記で説明したよ
うにゲート長を短くできるので、この意味でも高速化が
可能である。
In order to operate the FET transistor at high speed, it is necessary to shorten the gate length and shorten the transit time of electrons or holes between the source and the drain. However, as described above, the gate length can be shortened. However, speeding up is possible.

上述のように比較的簡単に0.1μm以下のゲート長を
達成することができ、このためSiC内の電子を平均自由
工程以下のゲート長とすることが可能である。こうした
場合、ソース−ドレイン間を走る電子は固体中でありな
がら、殆ど無衝突のうちにソースからドレインにたどり
つく、すなわち、バリスティック効果が期待できる。バ
リスティックに走行する電子の速度は固体内で衝突を無
数に繰り返しながら走るドリフト速度と比べきわめて速
いので従来にない高速なトランジスタの形成が可能とな
る。
As described above, it is possible to relatively easily achieve a gate length of 0.1 μm or less, so that the electrons in SiC can have a gate length that is equal to or less than the mean free path. In such a case, the electrons running between the source and the drain reach the drain from the source with almost no collision while in a solid state, that is, a ballistic effect can be expected. The speed of the electrons running ballistically is much higher than the drift speed of the ball while running countless times in a solid, so that a transistor can be formed at a higher speed than ever before.

バイポーラトランジスタはトランジスタのON/OFFに伴
いベース−エミッタ間に電流を流す必要がある。このた
め電力を消費する。これに対して本発明によればFETを
形成し、トランジスタをON/OFFするためにはゲートにか
ける電圧の変化のみで良く、電流は流れない。このため
バイポーラ型と比べて電力を消費しない低消費電力型の
トランジスタとなる。
A bipolar transistor requires a current to flow between the base and the emitter as the transistor is turned on and off. This consumes power. On the other hand, according to the present invention, in order to form an FET and turn on / off the transistor, only the change in the voltage applied to the gate is sufficient, and no current flows. Therefore, a low power consumption transistor which does not consume power as compared with a bipolar transistor is obtained.

その他、SICはバンドギャップが大きい、電子飽和速
度が大きい、ブレークダウン電界が大きいなどの物理的
性質を有しており、これを用いてトランジスタを形成す
ることにより、高電圧で動作、高温、γ線といった、悪
環境下でも動作する耐環境素子の形成が可能であるとい
うメリットも得られる。
In addition, SIC has physical properties such as a large band gap, a high electron saturation velocity, and a large breakdown electric field.By forming a transistor using this, it can operate at high voltage, operate at high temperature, An advantage is also obtained that an environment-resistant element such as a wire that operates even in a bad environment can be formed.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第一の実施例の方法を第1図(A)〜(E)の工程断
面図に示す。
The method of the first embodiment is shown in process sectional views of FIGS. 1 (A) to 1 (E).

まず第1図(A)に示すように、シリコン基板1上に
N+層を形成し、該シリコン基板1上にCVD法により約200
0Åの厚さにN-型の炭化シリコン(SiC)を堆積し、SiC
膜2を形成し、更にその上にCVD法により約4000Åの厚
さにSiO2を堆積し、絶縁膜3を形成した。ここで、上記
SiC膜2の形成における諸条件は以下の通りである。
First, as shown in FIG. 1 (A), on a silicon substrate 1
An N + layer is formed, and about 200
Deposit N - type silicon carbide (SiC) to a thickness of 0Å
The film 2 was formed, and SiO 2 was further deposited thereon to a thickness of about 4000 ° by the CVD method to form the insulating film 3. Where
Various conditions in forming the SiC film 2 are as follows.

Siソース・ガス:トリクロロシラン(SiHCl3) Cソース・ガス:プロパン(C3H8) ドーパント・ガス:N型不純物ガス PH3 キャリヤ・ガス:水素(H2) 反応室内圧力:(200pa) 成長温度:(1000℃) 成長温度(40分) 膜厚:(約2000Å) ここで、N型SiC膜の成長過程を具体的に例示すにと
次の通りである。
Si source gas: trichlorosilane (SiHCl 3 ) C source gas: propane (C 3 H 8 ) Dopant gas: N-type impurity gas PH 3 Carrier gas: hydrogen (H 2 ) Reaction chamber pressure: (200 pa) Growth Temperature: (1000 ° C.) Growth temperature (40 minutes) Film thickness: (approximately 2000 °) Here, a specific example of the growth process of the N-type SiC film is as follows.

(a)反応室を誘導加熱して昇温開始 (b)反応室の昇温開始後10〔分〕でSiHCl及びC3H8
びN型ドーパント及びH2を導入 (c)温度1000℃での成長を20分継続 (d)高周波発振器を停止して反応室を降温開始 (e)10分で室温まで急冷 次に第1図(B)に示すように、絶縁膜3、SiC膜2
及びシリコン基板1(5000Å)を選択的にRIE(反応性
イオンエッチング)し、絶縁膜3、SiC膜2の二層を含
んだ凸部をシリコン基板1上に形成する。このRIE工程
においてシリコン基板のエッチングは、次工程の酸化工
程(フイールド酸化膜形成工程)の際にシリコン基板の
堆積が増大しSiC膜側壁を酸化膜で被覆することを防止
するために行うものである。
(A) Induction heating of the reaction chamber to start heating (b) 10 minutes after starting the heating of the reaction chamber, SiHCl, C 3 H 8, N-type dopant and H 2 are introduced (c) At 1000 ° C. (D) Stop the high-frequency oscillator and start cooling down the reaction chamber. (E) Rapidly cool to room temperature in 10 minutes. Next, as shown in FIG. 1 (B), the insulating film 3 and the SiC film 2
Then, the silicon substrate 1 (5000 °) is selectively subjected to RIE (reactive ion etching) to form a convex portion including the insulating film 3 and the SiC film 2 on the silicon substrate 1. The etching of the silicon substrate in this RIE process is performed in order to prevent the deposition of the silicon substrate from increasing in the next oxidation process (field oxide film forming process) and covering the side wall of the SiC film with the oxide film. is there.

次に第1図(C)に示すように、全面を熱酸化しフイ
ールド酸化膜4を6000Å形成する。この酸化工程時にSi
C膜2の側壁も約600Åの厚さで酸化され、(SiO2の約1/
10の厚さに酸化)SiC側壁酸化膜5が形成される。
Next, as shown in FIG. 1C, the entire surface is thermally oxidized to form a field oxide film 4 of 6000.degree. During this oxidation process,
The side wall of the C film 2 is also oxidized to a thickness of about 600 ° (about 1/100 of SiO 2 ).
The (oxidized) SiC sidewall oxide film 5 is formed to a thickness of 10.

次に第1図(D)図に示すように絶縁膜3のほぼ中央
部にエッチング除去しソース(S)の窓6を開ける。こ
の際、図示してはいないが同時にドレイン(D)の窓開
けも行う。
Next, as shown in FIG. 1 (D), a substantially central portion of the insulating film 3 is removed by etching to open a window 6 of the source (S). At this time, although not shown, a window for the drain (D) is opened at the same time.

次に第1図(E)において、同図に示すように、全面
に金属Alを蒸着しパターニングし、ソース電極(S)、
ゲート電極(G)、及びドレイン電極(D)を形成し、
縦型FETが形成される。特に図示しないが上記ソースの
窓開け後、As+又はP+イオン注入を行いアニール処理し
てコンタクト領域を形成するとよい。
Next, in FIG. 1 (E), as shown in FIG. 1, metal Al is vapor-deposited on the entire surface and patterned to form a source electrode (S),
Forming a gate electrode (G) and a drain electrode (D);
A vertical FET is formed. Although not shown, it is preferable to form a contact region by performing As + or P + ion implantation and annealing after opening the window of the source.

この縦型FETトランジスタでは電子走行距離はSiCの厚
さで規定され、比較的容易に0.1μm以下のゲート流を
達成できる。このためSiC内の電子の平均自由行程以下
のゲート長にすることも可能であり、その場合、ソース
−ドレイン間を走る電子はほとんど無衝突のうちにソー
スからドレインにたどりつく。すなわちバリスティック
動作する超高速トランジスタの形成が可能であり、バリ
スティックに走る電子の速度は固体内で衝突を繰り返し
ながら走るドリフト速度と比べて極めて速いので従来に
ない高速なトランジスタの形成が可能となる。また、ゲ
ート電極の窓面積をSiCの側壁を利用して極めて小さく
つくれるので寄生容量を排除し少なくできさらに高速化
が期待できる。
In this vertical FET transistor, the electron traveling distance is determined by the thickness of SiC, and a gate current of 0.1 μm or less can be relatively easily achieved. For this reason, it is possible to make the gate length less than the mean free path of the electrons in SiC, and in that case, the electrons running between the source and the drain reach the drain from the source almost without collision. In other words, it is possible to form an ultra-high-speed transistor that operates ballistically, and since the speed of electrons running on the ballistic is extremely faster than the drift speed of running while repeating collisions in a solid, it is possible to form an unprecedented high-speed transistor. Become. Further, since the window area of the gate electrode can be made extremely small by using the side wall of SiC, the parasitic capacitance can be eliminated and reduced, and further higher speed can be expected.

第2図(A)〜(G)図は本発明の第二の実施例を説
明するための工程断面図である。
2 (A) to 2 (G) are process sectional views for explaining a second embodiment of the present invention.

まず第2図(A)に示すように、シリコン基板11上に
CVD法により約2000Åの厚さに炭化シリコン(SiC)を堆
積してSiC膜12を形成し、更にその上にCVD法により約30
00Åの厚さに多結晶シリコン(PolySi)を堆積してPoly
Si膜13を形成し、該PolySi膜13上にCVD法により約1500
Åの厚さに窒化シリコン(Si3N4)を堆積してSi3N4膜14
を形成した。ここで上記SiC膜12の形成条件は先の実施
例のSiC膜2と同様である。
First, as shown in FIG.
Silicon carbide (SiC) is deposited to a thickness of about 2000 mm by the CVD method to form a SiC film 12, and then about 30% by the CVD method.
Polycrystalline silicon (PolySi) deposited to a thickness of 00mm
A Si film 13 is formed, and about 1500 is formed on the PolySi film 13 by a CVD method.
Silicon nitride (Si 3 N 4 ) is deposited to a thickness of Å to form a Si 3 N 4 film 14
Was formed. Here, the conditions for forming the SiC film 12 are the same as those for the SiC film 2 of the previous embodiment.

次に第2図(B)に示すように、Si3N4膜14、PolySi
膜13、SiC膜12及びシリコン基板11(3000Å)を選択的
にRIEし、Si3N4膜14、PolySi膜13、SiC膜12の三層を含
んだ凸部をシリコン基板11上に形成する。このRIE工程
において、シリコン基板のエッチングは、次工程(フイ
ールド酸化膜形成工程)の際にシリコン基板の堆積が増
大しSiC膜側壁を酸化膜で被覆することを防止するため
に行うものである。
Next, as shown in FIG. 2 (B), the Si 3 N 4 film 14, PolySi
The film 13, the SiC film 12, and the silicon substrate 11 (3000 mm) are selectively RIE, and a convex portion including three layers of the Si 3 N 4 film 14, the PolySi film 13, and the SiC film 12 is formed on the silicon substrate 11. . In this RIE step, the etching of the silicon substrate is performed in order to prevent the deposition of the silicon substrate from increasing in the next step (field oxide film forming step) and to cover the side wall of the SiC film with the oxide film.

次に第2図(C)に示すように、シリコン基板11の全
面を900℃で熱酸化しフイールド酸化膜15を約6000Å)
形成する。この酸化工程にSiC膜12の側壁は約600Åの厚
さで酸化されて(SiO2の約1/10の厚さに酸化SiC側壁酸
化膜16が形成され同時にPolySi側壁も酸化されPolySi側
壁酸化膜17が形成される。
Next, as shown in FIG. 2 (C), the entire surface of the silicon substrate 11 is thermally oxidized at 900 ° C. to form a field oxide film 15 of about 6000 °.
Form. In this oxidation step, the side wall of the SiC film 12 is oxidized to a thickness of about 600 mm (an oxidized SiC side wall oxide film 16 is formed to a thickness of about 1/10 of SiO 2 , and simultaneously the PolySi side wall is oxidized, too). 17 is formed.

次に第2図(D)に示すように、CVD法により再度全
面にドープトPolySiを約7000Åの厚さに堆積した後、RI
Eによる異方性エッチングにより側壁にPolySi側壁膜18
を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (D), doped PolySi is deposited again to a thickness of about 7000 mm on the entire surface by the CVD method.
PolySi sidewall film 18 on sidewall by anisotropic etching with E
To form

次に第2図(E)に示すように、全面酸化(約900℃
による熱酸化)によりPolySi側壁膜18の表面を酸化して
3000Åの厚さにSiO2膜19を形成する。次にレジストパタ
ーニングしてドレイン電極とゲート電極の窓開けを行
う。このときの平面構成は、第3図が参照される。ドレ
イン電極とゲート電極の窓開け後、リン酸ボイルによっ
てCVDSi3N4膜14を除去してソース窓を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (E), the entire surface is oxidized (about 900 ° C.).
The surface of the PolySi sidewall film 18 by thermal oxidation
An SiO 2 film 19 is formed to a thickness of 3000 mm. Next, a drain electrode and a gate electrode are opened by resist patterning. FIG. 3 is referred to for the plan configuration at this time. After opening the windows for the drain electrode and the gate electrode, the CVDSi 3 N 4 film 14 is removed with boiling phosphoric acid to form a source window.

次に第2図(F)に示すように通常の蒸着法により全
面にAlからなる導電膜を形成し、パターニングして、ゲ
ート電極(G)、ソース電極(S)及びドレイン電極
(D)をセルフアライン(自己整合)で形成した。な
お、イオン注入によりPolySi13及びSiC12中に燐(P)
あるいは(As)をイオン注入しコンタクト層の形成を行
っている。
Next, as shown in FIG. 2 (F), a conductive film made of Al is formed on the entire surface by a normal vapor deposition method, and is patterned to form a gate electrode (G), a source electrode (S), and a drain electrode (D). It was formed by self-alignment (self-alignment). In addition, phosphorus (P) is introduced into PolySi13 and SiC12 by ion implantation.
Alternatively, (As) is ion-implanted to form a contact layer.

このようにして、第2図(G)で縦型FET〔あるいはS
IT(Static Indaction Transistor)型トランジスタ〕
が形成される。
In this way, the vertical FET [or S
IT (Static Indaction Transistor) type transistor]
Is formed.

このようにして形成された半導体装置の平面図を第3
図に示しており、同図のA−A′断面図が第2図(G)
に相当するものである。
The plan view of the semiconductor device thus formed is shown in FIG.
FIG. 2G is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
Is equivalent to

次に第三の実施例を第4図(A)から第4図(G)を
用いて説明する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (A) to 4 (G).

第二の実施例との相違はSiC膜上部にPolySiを形成し
ない点である。
The difference from the second embodiment is that PolySi is not formed on the SiC film.

まず第4図(A)に示すように、N+層を形成したシリ
コ基板11上にCVD法により約2000Åの厚さにSiCを堆積し
てSiC膜12を形成し、その上にCVD法により約5000Åの厚
さにSi3N4膜14を形成した。
First, as shown in FIG. 4A, an SiC film 12 is formed by depositing SiC to a thickness of about 2000 mm on a silicon substrate 11 on which an N + layer is formed by a CVD method, and a SiC film 12 is formed thereon by a CVD method. The Si 3 N 4 film 14 was formed to a thickness of about 5000 mm.

尚、このSi3N4膜は次に説明する側壁PolySiを安定形
成するためあるいはSiC表面をなるべく酸化させないた
めにあった法がよいがSiCのみでも側壁PolySiを残すこ
とは可能であり、またSiCはSiの1/10程度と酸化されに
くいためSiC自体で代用し省略することも可能である。
Incidentally, this Si 3 N 4 film is preferably a method for stably forming the side wall PolySi described below or for oxidizing the SiC surface as much as possible, but it is possible to leave the side wall PolySi with only SiC. Since Si is hardly oxidized to about 1/10 of Si, SiC itself can be substituted and omitted.

以下、第二の実施例と同様にしてSi3N4膜14とSiC膜12
を含む凸部を形成し(第4図(B))、次に第4図
(D)に示すように、PolySiを約7000Åの厚さに堆積し
た後RIEによる異方性エッチングを行い、PolySi側壁膜1
8を形成した後リン酸ボイルによりSi3N4膜14を除去する
(第4図(E))。その後熱酸化によりPolySi側壁膜18
の表面約3000Åを酸化しSiO2膜19を形成する(第4図
(F))。次にコントロールエッチングによりSiC膜上
に形成された薄い酸化膜(PolySi上の約1/10)を除去す
る。次にレジスト塗布後パターニングしてSiO2をエッチ
ングしゲート電極及びドレイン電極の窓開けを行う。
Hereinafter, in the same manner as in the second embodiment, the Si 3 N 4 film 14 and the SiC film 12
Is formed (FIG. 4 (B)). Then, as shown in FIG. 4 (D), PolySi is deposited to a thickness of about 7000 mm, and then anisotropically etched by RIE to form PolySi. Side wall film 1
After the formation of 8, the Si 3 N 4 film 14 is removed by boiling with phosphoric acid (FIG. 4E). After that, the PolySi sidewall film 18 is thermally oxidized.
Is oxidized to form an SiO 2 film 19 (FIG. 4 (F)). Next, the thin oxide film (approximately 1/10 on PolySi) formed on the SiC film is removed by control etching. Next, after applying a resist, patterning is performed to etch SiO 2 , and windows for the gate electrode and the drain electrode are opened.

最後に第4図(G)のようにAlを蒸着して、パターニ
ングしてAlからなるゲート電極(G)、ソース電極
(S)及びドレイン電極(D)を全てセルフアラインで
形成した。
Finally, as shown in FIG. 4 (G), Al was deposited and patterned to form a gate electrode (G), a source electrode (S), and a drain electrode (D) made of Al by self-alignment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によればきわめてシンプ
ルなしかも短い工程によりSICOS的な構造を応用した電
界効果型トランジスタ、つまり側壁の部分にゲートを形
成することができ、ゲート幅はSiCエピタキシャル層の
厚さで決定されるため、極限的に微細なゲート領域の形
成が可能であり、この結果ゲートに寄生する容量の低減
が可能となり、高速化が望める。
As described above, according to the present invention, a field effect transistor applying a SICOS-like structure, that is, a gate can be formed on the side wall portion by a very simple and short process, and the gate width is equal to that of the SiC epitaxial layer. Since the thickness is determined by the thickness, an extremely fine gate region can be formed. As a result, the capacitance parasitic to the gate can be reduced, and high speed can be expected.

また、本発明によれば、トランジスタの主要部分(ソ
ース、ゲート、ドレイン、の各電極)がすべて1枚のマ
スクによりセルフアラインにて形成されるようにするこ
とが可能である。更に又、MOS型デバイスの形成にあっ
てSiCの厚さを電子のMeanfreepass以下にすることによ
りバリスティックデバイス(トンネル制御デバイス)の
形成が可能、左右に2つのゲートを有しX MOSTrの構造
となるため短チャンネル効果を防止することができる等
の効果を有する。
Further, according to the present invention, it is possible to form all the main parts (source, gate, drain) of the transistor in a self-aligned manner by using one mask. Furthermore, a ballistic device (tunnel control device) can be formed by making the thickness of SiC less than the electron meanfreepass in the formation of a MOS type device. Therefore, there is an effect that the short channel effect can be prevented.

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

第1図(A)〜(E)は本発明の第一の実施例の工程断
面図、 第2図(A)〜(G)は本発明の第二の実施例の工程断
面図、 第3図は、本発明の第二の実施例の平面図、 第4図(A)〜(G)は本発明の第三の実施例の工程断
面図、 第5図は第一の従来例の断面図、 第6図は第二の従来例の断面図、 第7A図〜第7E図は第二の従来例の工程断面図である。 1はシリコン基板 2はSiC膜 3は絶縁膜(SiO2) 4はフイールド酸化膜 5は側壁酸化膜 6(ソース電極形成用)窓 11はシリコン基板 12はSiC膜 13はPolySi 14はSi3N4膜 15はフイールド酸化膜 16はSiC側壁酸化膜 17はPolySi側壁酸化膜 18はPolySi側壁膜 19はSiO2
FIGS. 1 (A) to 1 (E) are process sectional views of a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 (A) to 2 (G) are process sectional views of a second embodiment of the present invention, and FIGS. The drawings are plan views of the second embodiment of the present invention, FIGS. 4 (A) to 4 (G) are cross-sectional views of the process of the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-section of the first conventional example. FIG. 6, FIG. 6 is a sectional view of a second conventional example, and FIGS. 7A to 7E are process sectional views of the second conventional example. 1 is a silicon substrate 2 is a SiC film 3 is an insulating film (SiO 2 ) 4 is a field oxide film 5 is a side wall oxide film 6 (for forming a source electrode) window 11 is a silicon substrate 12 is a SiC film 13 is PolySi 14 is Si 3 N 4 Film 15 is field oxide film 16 is SiC side wall oxide film 17 is PolySi side wall oxide film 18 is PolySi side wall film 19 is SiO 2 film

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記(イ)〜(ヘ) (イ)第一半導体基板上に該第一半導体基板と比べ酸化
されにくい第二半導体層を形成する工程、 (ロ)該第二半導体層上に絶縁膜を形成する工程 (ハ)該絶縁膜及び第二半導体層をエッチングによりパ
ターニングして、少なくとも該第二半導体層と該絶縁膜
とを含む凸部を該第一半導体基板上に形成する工程、 (ニ)該第一半導体基板上の露出面を酸化してフイール
ド酸化膜を形成する工程、 (ホ)該第二半導体層の側壁に薄い酸化膜を形成する工
程、 (ヘ)全面に導電材料を被覆して導電膜を形成し、該導
電膜を選択的にパターニングして該第二半導体層の側壁
に残留する絶縁膜と接触する電極を形成する工程、を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. The following (A) to (F): (A) a step of forming a second semiconductor layer which is less susceptible to oxidation than the first semiconductor substrate on the first semiconductor substrate; (C) patterning the insulating film and the second semiconductor layer by etching to form a projection including at least the second semiconductor layer and the insulating film on the first semiconductor substrate. (D) oxidizing the exposed surface on the first semiconductor substrate to form a field oxide film; (e) forming a thin oxide film on the side wall of the second semiconductor layer; Forming a conductive film by covering the conductive material, and selectively patterning the conductive film to form an electrode in contact with an insulating film remaining on a side wall of the second semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
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