JPH0215675A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 電界効果トランジスタ及びその製造方法に関し、微細化
しても実質的にチャネル領域の幅を広くとることができ
る電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供するこ
とを目的とし、 相対するソース領域とドレイン領域間にチャネル領域が
形成され、前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極が形成された電界効果トランジスタにおいて
、前記チャネル領域はほぼ三角柱形状をしており、前記
ゲート電極が前記チャネル領域の三角柱の側面上に前記
ゲート絶縁膜を介して形成されるように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は電界効果トランジスタ及びその製造方法に関す
る。

近年、半導体装置はますます高集積化と高機能化が要求
されている。半導体装置は多数の電界効果トランジスタ
から構成されているため、個々の電界効果トランジスタ
の微細化が求められている。

しかし、電界効果トランジスタは半導体装置の基本素子
であるためその性能を低下させることなく微細化する必
要がある。

［従来の技術］ 従来の電界効果トランジスタにおいては、バルクのシリ
コン基板表面に形成されたものでも、絶縁膜上に形成さ
れたシリコン層に形成されたものでも、ソース領域とド
レイン領域間の表面にチャネル領域が形成され、電流が
流れるようになっている。

例えば、Ｓ　ＯＩ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕ
ｌａｔｏｒ）形の電界効果トランジスタは、第４図（ａ
）に示すように、半導体基板１上に形成された絶縁膜２
にソース領域３、ドレイン領域４、チャネル領域５であ
るシリコン島６が形成され、チャネル領域５上にはゲー
ト酸化膜７を介してゲート電極８が形成されている。

シリコン島６の厚さＷ′はチャネル領域４の幅Ｗに比べ
て遥かに小さいため、実際に電流が流れるチャネル領域
４はほとんどシリコン島６の上面に限られていた。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、半導体装置の微細化が進み電界効果トラン
ジスタ当りのシリコン島６の面積が小さくなると、チャ
ネル領域５の幅Ｗが狭くなり、コンダクタンスが低下し
て電界効果トランジスタの性能が低下するという問題が
あった。このなめ電界効果トランジスタの性能をある程
度以上に保持するためには、チャネル領域５の寸法を一
定程度以上大きくしなければならず、半導体装置の微細
化にも限度があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、微細化し
ても実質的にチャネル領域の幅を広くとることができる
電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、相対するソース領域とドレイン領域間にチ
ャネル領域が形成され、前記チャネル領域上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極が形成された電界効果トランジ
スタにおいて、前記チャネル領域はほぼ三角柱形状をし
ており、前記ゲート電極が前記チャネル領域の三角柱の
側面上に前記ゲート絶縁膜を介して形成されていること
を特徴とする電界効果トランジスタによって達成される
。

また、上記目的は、絶縁層上のシリコン層にソース領域
、ドレイン領域及びチャネル領域を形成するため所定形
状のレジストを形成する工程と、前記レジストをマスク
として異方性エツチングと等方性エツチングを行い、ソ
ース領域、ドレイン領域及びほぼ三角柱形状のチャネル
領域を形成する工程と、閾値電圧制御のため、前記チャ
ネル領域上からほぼ垂直にイオン注入して前記チャネル
領域の三角柱形状の２つの側面に不純物を添加する工程
と、前記チャネル領域の三角柱形状の２つの側面にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲー
ト電極を形成する工程とを有することを特徴とする電界
効果トランジスタの製造方法によって達成される。

［作用］ 本発明は以上のようにチャネル領域がほぼ三角柱形状を
しており、前記ゲート電極が前記チャネル領域の三角柱
の側面上に前記ゲート絶縁膜を介して形成されているの
で、電流は三角柱の両側面の領域で制御される。

［実施例］ 本発明の一実施例による電界効果トランジスタを第１図
に示す。

本実施例はＳＯＩ形の電界効果トランジスタである。第
１図（ａ）に示すように半導体基板１１上に形成された
絶縁膜１２にソース領域１３、ドレイン領域１４、チャ
ネル領域１５であるシリコン島１６が形成され、チャネ
ル領域１５上にはゲート酸化ｆｙＡ１７を介してゲート
電極１８が形成されている。

本実施例ではシリコン島１６が比較的厚く形成され、チ
ャネル領域１５が断面がほぼ三角形の三角柱構造であり
、ソース領域１３とドレイン領域１４を橋渡しするよう
に形成されている点に特徴がある。

なお、本発明明細書において「三角柱」とは、断面が厳
格に三角形の場合だけでなく、断面がほぼ三角形の場合
をも含むものである。例えば、「三角柱」の側面が平面
でなく曲面の場合や、「三角柱」の稜線が線でなく少し
潰れて太くなっている場合も含まれる。

第１図（ｂ）に示すように三角柱形状であるチャネル領
域１５の２つの側面上にゲート酸化膜１７が形成されて
いる。ゲート電極１８は、第１図（ａ）に示すようにゲ
ート酸化１１ｉ１７上にチャネル領域１５の２つの側面
を包むように形成されている。このなめ、電流は三角柱
形状の２つの側面で制御され、チャネル領域１５の実質
的な幅Ｗは、側面の幅を第１図（ｂ）に示すようにＷ″
とすると、Ｗ＝Ｗ”　＋Ｗ”　＝２Ｗ” となる。

また、上記のように三角柱の稜線が線でなく潰れる場合
には、三角柱底面の幅を側面の幅Ｗ″より短く形成し、
稜線が大きく潰れた場合でも実質的にチャネルとして働
くのは側面のみとする粉ともできる。

したがって、本実施例によれば、チャネル領域１５の平
面的寸法を小さくしても、実質的なチャネル幅Ｗは十分
な大きさをとることができ、微細化しても電界効果トラ
ンジスタのコンダクタンスの低下を防ぐことができる。

また、チャネル領域１５の三角柱の断面の幅が最大空乏
層幅Ｘｄの２倍より短ければ、反転チャネルが側面に形
成されたときには三角柱内部がすべて空乏層となるので
、ドレイン領域１４から発する電気力線はゲート下部に
侵入しない、したがって、チャネル電流は常にゲート電
圧により制御されることになり、ショートチャネル効果
は発生しない。

次に本発明の一実施例による電界効果トランジスタの製
造方法を第２図を用いて説明する。

まず、半導体基板１１上に形成された絶縁膜１２上に、
シリコン層１９を堆積してＳＯＩ構造を形成する０例え
ば、シリコン基板１１を熱酸化して絶縁膜１２を形成し
、絶縁ＷＡ１２上に多結晶シリコンを堆積した後、レー
ザ光を照射して溶解再結晶化させる。

このようにして形成されたＳＯＩ構造のシリコン層の１
９上に、ソース領域１３とドレイン領域１４とチャネル
領域１５を構成するシリコン島１６を作るためのレジス
ト２０のパターンを形成する（第２図（ａ）　、（ｂ）
　）。例えば、電子線の直接描画によりレジスト２０の
パターンを形成する。

レジスト２０のパターン形状は第２図（ａ）に示すよう
に「Ｈ」形状をしている。

次に、この「ト■」形のレジスト２０をマスクとして、
シリコン層１９をエツチングし、シリコン島１６を形成
する。「Ｈ」形の縦棒の位置にソース領域１３とドレイ
ン領域１４が形成され、ｒＨ。

の横棒の位置にチャネル領域１５が形成される（第２図
（ｃ）　、（ｄ）　）。チャネル領域１５が三角柱形状
になるようなエツチングを行う、すなわち、第２図（ｄ
）に示すようにレジスト２０の下までエツチングされ、
断面が三角形形状になるようにする。

このような形状にするため、エツチングは異方性のみで
はなく、等方性エツチングと異方性エツチングが同時に
行われる、いわゆるテーパエツチングであることが望ま
しい。例えば、ガスをＳ　Ｆ６（０，３Ｔｏｒｒ、　２
００５ｃａｒａ）とし、マイクロ波入力を１５０Ｗでエ
ツチングを行う。また、はぼ三角柱形状ができるのであ
れば等方性エツチングでもよい。

なお、チャネル領域１５を三角形形状にするようなエツ
チングを行うため、ソース領域１３とドレイン領域１４
も第２図（Ｃ）に示すように側面にテーパがついて台形
形状になる。

次に、閾値電圧を制御するためにチャネル領域１５にイ
オン注入を行う（第２図１ｅ）　、［ｆ）　）。

チャネル領域１５が三角柱形状をしているため、真上か
らの１回のイオン注入により、三角柱形状の２つの側面
に均等にイオン注入される。したがって、−様な闇値電
圧のチャネル領域１５が実現できる。また、斜め方向か
らのイオン注入のような特殊なイオン注入をする必要が
なく、従来の電界効果トランジスタの製造の際のイオン
注入と同様のイオン注入でよく、この点も本実施例の特
徴である。

次に、例えばＭＣＩ酸化によりゲート酸化膜１７を形成
した後に、多結晶シリコンを堆積してエツチングを行い
、ゲート電極１８を形成する（第２図ｆｃ＋）　、（ｈ
）　）。次に、イオン注入を行い、自己整合的にソース
領域１３とドレイン領域１４に不純物を注入する。ゲー
ト電極１８によりチャネル領域１５はマスクされている
ので、チャネル領域１５に不純物が注入されないように
するための特別のマスクは不要である。

その後、通常の方法により、保護膜を形成し、この保護
膜にコンタクトホールを形成し、アルミニウム配線を行
って完成する。

このように本実施例の製造方法によれば、チャネルＭ域
の断面がほぼ三角形形状をしているので、閾値電圧制御
のためにチャネル領域にイオン注入するのも１回で済ま
せることができる。

次に、本発明の他の実施例による電界効果トランジスタ
を第３図に示す。

本実施例は電界効果トランジスタをバルクのシリコン基
板表面に形成したものである。半導体基板２１に形成さ
れた比校的深い２つの穴２２を堀って、この２つの穴２
２の境界に形成された三角柱をチャネル領域２５とする
。チャネル領域１５の両側にはソース領域２３とドレイ
ンｆｆｉ域２４が形成され、これらソース領域２３とド
レイン領域２４はチャネルストップ領域２６により囲わ
れている。チャネル領ｉ！！１１２５上にはゲート酸化
膜２７を介してゲート電極２８が形成されている。

本実施例による電界効果トランジスタを製造するには、
まず、エツチングにより穴２２を形成する。この場合ら
、異方性エツチングと等方性エツチングを同時に行うの
が望ましい。次に閾値制御のためチャネル領域にイオン
注入を行う。この場合も１回のイオン注入でよい０次に
チャネルストップ領ｊｊｌ１２６を形成した後、ゲート
酸化ＷＡ２７を形成する。続いてゲート電極２８を形成
した後、自己整合的にソース領域２３とドレイン領域２
４にイオン注入を行い、不純物を注入する。その後、通
常の方法により、保護膜を形成し、この保護膜にコンタ
クトホールを形成し、アルミニウム配線を行って完成す
る。

本実施例の電界効果トランジスタのチャネル領ｉ！４Ｉ
２５においても電流は三角柱形状の２つの側面を流れ、
チャネル領域２５の実質的な幅Ｗは、側面の幅の２倍と
なる。したがって、本実施例によっても、微細化による
電界効果トランジスタのコンダクタンスの低下を防ぐと
ともに、ショートチャネル効果の発生も防止することが
できる。

本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である０
例えば、上記実施例ではチャネル領域はひとつの三角柱
から構成されていたが、複数の三角柱によりチャネル領
域を構成してもよい。

また、上記実施例ではゲート絶縁膜として酸化膜を利用
したいわゆるＭＯＳ型としたが、窒化膜等の池の絶縁膜
を用いてもよいことは当然である。

［発明の効果コ 以上の通り、本発明によれば、チャネル領域は断面がほ
ぼ三角柱形状をしているため、微細化しても実質的にチ
ャネル領域の幅を広くとることができる。したがって、
微細化しても電界効果トランジスタのコンダクタンスの
低下を防ぐとともに、ショートチャネル効果の発生も防
止することができる。また、チャネル領域の断面がほぼ
三角形形状をしているので、閾値電圧制御のためにチャ
ネル領域にイオン注入するのも１回で済ませることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、（ｂ）は本発明の一実施例による電界
効果トランジスタの斜視図及びそのｘ−ｘ′断面図、 第２図（ａ）〜（ｈ）は同電界効果トランジスタの製造
方法の工程図、 第３図（ａ）　、ｆｂ）は、本発明の他の一実施例によ
る電界効果トランジスタの斜視図及びそのＹ−Ｙ′断面
図、 第４図（ａ）　、（ｂ）は、従来の電界効果トランジス
タの斜視図及びそのｚ−ｚ′断面図である。 図において、 １・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３・・・ソース
領域、４・・・ドレイン領域、５・・・チャネル領域、
６・・・シリコン島、７・・・ゲート酸化膜、８・・・
ゲート電極、１１・・・半導体基板、１２・・・絶縁膜
、１３・・・ソース領域、１４・・・ドレイン領域、１
５・・・チャネル領域、１６・・・シリコン島、１７・
・・ゲート酸化膜、１８・・・ゲート電極、１９・・・
シリコン層、２０・・・レジスト、 ２１・・・半導体基板、２２・・・穴、２３・・・ソー
ス領域、２４・・・ドレイン領域、２５・・・チャネル
領域、２６・・・チャネルストップ領域、２７・・・ゲ
ート酸化膜、２８・・・ゲート電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対するソース領域とドレイン領域間にチャネル領
   域が形成され、前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介
   してゲート電極が形成された電界効果トランジスタにお
   いて、前記チャネル領域はほぼ三角柱形状をしており、
   前記ゲート電極が前記チャネル領域の三角柱の側面上に
   前記ゲート絶縁膜を介して形成されていることを特徴と
   する電界効果トランジスタ。 ２、請求項１記載の電界効果トランジスタにおいて、三
   角柱形状のチャネル領域の底部の幅が、この三角柱形状
   チャネル領域の一側面の幅よりも短く形成されてなるこ
   とを特徴とする電界効果トランジスタ。 ３、絶縁層上のシリコン層にソース領域、ドレイン領域
   及びチャネル領域を形成するため所定形状のレジストを
   形成する工程と、 前記レジストをマスクとして異方性エッチングと等方性
   エッチングを行い、ソース領域、ドレイン領域及びほぼ
   三角柱形状のチャネル領域を形成する工程と、 閾値電圧制御のため、前記チャネル領域上からほぼ垂直
   にイオン注入して前記チャネル領域の三角柱形状の２つ
   の側面に不純物を添加する工程と、前記チャネル領域の
   三角柱形状の２つの側面にゲート絶縁膜を形成する工程
   と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造
   方法。