JPH05121748A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH05121748A
JPH05121748A JP27995491A JP27995491A JPH05121748A JP H05121748 A JPH05121748 A JP H05121748A JP 27995491 A JP27995491 A JP 27995491A JP 27995491 A JP27995491 A JP 27995491A JP H05121748 A JPH05121748 A JP H05121748A
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JP
Japan
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layer
source
gate electrode
drain
semiconductor device
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JP27995491A
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Japanese (ja)
Inventor
Keita Arai
圭太 新居
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L29/7827Vertical transistors

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To realize a semiconductor device suitable for speedup and to enhance the integration degree by a method wherein source layers, channel layers and drain layers are formed in the vertical direction and gate electrode lead-out parts are respectively formed on the sidewalls of the channel layers in such a way that they are connected with these sidewalls. CONSTITUTION:N-type diffused layers 21, source layers 22, channel layers 23 and drain layers 24 are formed in order on a P-type silicon substrate 20 in the vertical direction, drain electrodes 31 are respectively provided on these layers 24 and gate electrode lead-out parts 28 are respectively formed on the sidewalls of the layers 23 in such a way that they are connected with the sidewalls via each gate oxide film 26. Gate electrodes 27 are respectively provided on these lead-out parts 28, the layer 21 in contact with the lower part of the layer 22 is extended in the lateral direction by a necessary amount, a source electrode lead-out part 29 consisting of a polysilicon film is formed on the extended part of the layer 21 and a source electrode 30 is provided thereon. Accordingly, as a semiconductor device is formed into a transistor of a vertical MOS structure, the degree of integration of the device can be raised and the operation speed of the device is easily increased by making thin the layers 21, 22, 23 and 24.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、縦型MOS構造の半導
体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a vertical MOS structure and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のMOS型トランジスタは、図6の
如く、素子の動作領域が横方向に並んでいる。すなわ
ち、半導体基板1に、不純物濃度の高いソース領域2及
びドレイン領域4が横方向に所定間隔をあけて形成され
ており、ソース領域2及びドレイン領域4の間がチャネ
ル領域8とされている。そして、ソース領域2上にはソ
ース電極5が、ドレイン領域4上にはドレイン電極7が
それぞれ設けられている。また、チャネル領域8上には
ゲート酸化膜9を介してゲート電極取出部3が設けられ
ており、その上にゲート電極6が備えられている。な
お、各電極5,6,7間は、絶縁膜10によって絶縁さ
れている。
2. Description of the Related Art In a conventional MOS transistor, as shown in FIG. 6, the operating regions of the elements are arranged in the lateral direction. That is, a source region 2 and a drain region 4 having a high impurity concentration are laterally formed on the semiconductor substrate 1 at a predetermined interval, and a channel region 8 is formed between the source region 2 and the drain region 4. A source electrode 5 is provided on the source region 2 and a drain electrode 7 is provided on the drain region 4. Further, the gate electrode extraction portion 3 is provided on the channel region 8 via the gate oxide film 9, and the gate electrode 6 is provided thereon. The electrodes 5, 6 and 7 are insulated by the insulating film 10.

【0003】上記構造のMOS型トランジスタにおい
て、高集積化を図る技術としてスケールダウン(スケー
リングともいう)が知られている。このスケーリングと
は、デバイスディメンジョン(チャネル長、チャネル
巾、接合深さ、横方向拡散距離、ゲート酸化膜厚)を、
原則として、すべて元の寸法の1/Kにして、高速化、
高集積化に対応することである。
Scale-down (also referred to as scaling) is known as a technique for achieving high integration in the MOS transistor having the above structure. This scaling means device dimensions (channel length, channel width, junction depth, lateral diffusion distance, gate oxide film thickness)
As a general rule, all are set to 1 / K of the original size to speed up,
It is to cope with high integration.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スケー
リングは、集積度が高くなればなるほど極微細な加工を
必要とするため、いわゆるサブミクロンレベルに適合さ
せるには、製造コストが高くつくばかりか、製造工程も
複雑となる。特に、従来のMOS型トランジスタにおい
ては、素子の動作領域(ソース、チャネル(ゲート)、
ドレイン)が横方向に配置されているので、高集積化を
する場合、セルフアライメント方式により配列しても、
これらの間の寸法を正確に規制するのは困難である。
However, since the higher the degree of integration, the finer the processing is required for the scaling, the manufacturing cost is high and the manufacturing cost is high in order to adapt to the so-called submicron level. The process becomes complicated. In particular, in the conventional MOS transistor, the operating region of the device (source, channel (gate),
Since the drain) is arranged in the lateral direction, even if the self-alignment method is used for high integration,
It is difficult to accurately control the dimensions between them.

【0005】本発明は、上記に鑑み、全く新しい視点に
立脚したもので、構造が新規で、かつ製造コストが安
く、しかも製造工程も簡単で済む、高速化、高集積化に
適した半導体装置及びその製造方法の提供を目的とす
る。
In view of the above, the present invention is based on a completely new viewpoint, has a novel structure, a low manufacturing cost, and a simple manufacturing process, and is suitable for high speed and high integration. And a method for manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明請求項1の半導体
装置は、半導体基板上に、半導体素子の動作領域として
機能するソース層、チャネル層及びドレイン層が縦方向
に形成され、前記チャネル層の側壁にゲート酸化膜を介
してゲート電極を取り出すためのゲート電極取出部が、
前記チャネル層と接続するよう形成されたものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a source layer, a channel layer and a drain layer which function as an operation region of a semiconductor element are vertically formed on a semiconductor substrate. The gate electrode extraction part for extracting the gate electrode through the gate oxide film on the side wall of
It is formed so as to be connected to the channel layer.

【0007】請求項2の半導体装置は、請求項1記載の
半導体装置において、一つの半導体素子のチャネル層に
対してゲート電極取出部が複数個設けられ、各ゲート電
極取出部にそれぞれゲート電極が設けられたものであ
る。請求項3の半導体装置は、請求項2記載の半導体装
置において、ソース層に接して拡散層が形成され、該拡
散層が必要なだけ横方向に延ばされ、当該延ばされた拡
散層上部にソース電極を取り出すためのソース電極取出
部が形成されたものである。
A semiconductor device according to a second aspect is the semiconductor device according to the first aspect, wherein a plurality of gate electrode lead-out portions are provided for a channel layer of one semiconductor element, and each gate electrode lead-out portion has a gate electrode. It is provided. A semiconductor device according to a third aspect is the semiconductor device according to the second aspect, wherein a diffusion layer is formed in contact with the source layer, the diffusion layer is laterally extended as much as necessary, and the extended diffusion layer upper portion is formed. A source electrode lead-out portion for taking out the source electrode is formed on the.

【0008】請求項4の半導体装置は、請求項1ないし
3のいずれかに記載の半導体装置において、半導体基板
がシリコン基板、ソース層及びドレイン層がシリコン、
チャネル層が炭化シリコンであることを特徴とする。請
求項5による上記半導体装置の製造方法は、半導体基板
上に酸化膜を形成する工程、半導体素子動作領域を残し
て酸化膜をマスクし、不純物を拡散させて半導体基板上
に拡散層を形成する工程、動作領域の酸化膜を除去して
拡散層を露出させ、残存した酸化膜を縦方向に成長させ
る工程、拡散層上に、材料ガスを変えながら連続的にソ
ース層、チャネル層及びドレイン層を縦方向に形成する
工程、ゲート電極取出領域の酸化膜成長層を除去して、
ソース層、チャネル層及びドレイン層の側壁を露出さ
せ、ソース層、チャネル層及びドレイン層を酸化し、そ
れによってソース層及びドレイン層の側壁に絶縁膜を、
チャネル層の側壁にゲート酸化膜を形成する工程、ゲー
ト電極取出領域上にポリシリコンを堆積して、前記ゲー
ト酸化膜を介してチャネル層と接続するようゲート電極
取出部を形成する工程、ソース電極取出領域上の酸化膜
成長層を除去して拡散層を露出させ、該拡散層上にポリ
シリコンを堆積してソース電極取出部を形成する工程、
並びにゲート電極取出部上にゲート電極を、ソース電極
取出部上にソース電極を、ドレイン電極取出部上にドレ
イン電極をそれぞれ形成する工程を備えたことを特徴と
する。
A semiconductor device according to a fourth aspect is the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate, and the source and drain layers are silicon.
The channel layer is made of silicon carbide. According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, the step of forming an oxide film on a semiconductor substrate, the oxide film is masked while leaving a semiconductor element operation region, and impurities are diffused to form a diffusion layer on the semiconductor substrate. Step, removing the oxide film in the operating region to expose the diffusion layer and growing the remaining oxide film in the vertical direction, continuously changing the source gas, the source layer, the channel layer and the drain layer on the diffusion layer. In the vertical direction, removing the oxide film growth layer in the gate electrode extraction region,
The sidewalls of the source layer, the channel layer, and the drain layer are exposed, and the source layer, the channel layer, and the drain layer are oxidized, thereby forming an insulating film on the sidewalls of the source layer and the drain layer.
Forming a gate oxide film on the side wall of the channel layer, depositing polysilicon on the gate electrode extraction region, and forming a gate electrode extraction portion so as to connect to the channel layer through the gate oxide film, source electrode Removing the oxide film growth layer on the extraction region to expose the diffusion layer, depositing polysilicon on the diffusion layer to form a source electrode extraction portion,
In addition, a step of forming a gate electrode on the gate electrode extraction portion, a source electrode on the source electrode extraction portion, and a drain electrode on the drain electrode extraction portion are provided.

【0009】請求項6による半導体装置の製造方法は、
請求項5記載の半導体装置の製造方法において、ゲート
電極取出部形成工程とソース電極取出部形成工程とを同
時に行うことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 is
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 is characterized in that the step of forming the gate electrode extraction portion and the step of forming the source electrode extraction portion are performed simultaneously.

【0010】[0010]

【作用】上記請求項1の半導体装置では、半導体基板上
に、ソース層、チャネル層及びドレイン層を縦方向に形
成して縦型MOS構造の半導体装置としているから、従
来のMOS型半導体装置のように誤差を考慮してマージ
ンを設けることなく高集積化できる。さらに、ソース
層、チャネル層及びドレイン層を薄くすることで、容易
に高速化が図れる。
According to the semiconductor device of the first aspect, the source layer, the channel layer, and the drain layer are vertically formed on the semiconductor substrate to form a vertical MOS structure semiconductor device. As described above, high integration can be achieved without considering a margin and providing a margin. Further, by thinning the source layer, the channel layer and the drain layer, the speed can be easily increased.

【0011】請求項2の半導体装置では、半導体素子動
作領域を縦型構造とすることで、一つの半導体素子に対
してゲート電極を複数個設けることが可能となり、一つ
の半導体素子に対してゲート電極を複数個設けることに
より、論理回路等を少ない半導体素子で構成できる。請
求項3の半導体装置では、ソース層に接する拡散層を必
要なだけ横方向へ延ばし、当該延ばされた拡散層上にソ
ース電極取出部を形成しているから、ゲート電極を一つ
の半導体素子の動作領域に対して3方向に配置すること
ができ、この3つのゲート電極をOR入力とすれば、1
つの半導体素子でOR回路を形成できる。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, since the semiconductor element operating region has a vertical structure, it is possible to provide a plurality of gate electrodes for one semiconductor element, and gate electrodes for one semiconductor element. By providing a plurality of electrodes, a logic circuit or the like can be formed with a small number of semiconductor elements. According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the diffusion layer in contact with the source layer is laterally extended as much as necessary, and the source electrode extraction portion is formed on the extended diffusion layer. Can be arranged in three directions with respect to the operating region of, and if these three gate electrodes are OR inputs,
An OR circuit can be formed with one semiconductor element.

【0012】請求項4の半導体装置では、ソース層及び
ドレイン層をシリコン、チャネル層を炭化シリコンから
形成することにより、シリコンと炭化シリコンの酸化レ
ートの差によって、ゲート酸化膜をソース層及びドレイ
ン層とゲート電極取出部を絶縁する絶縁膜よりも薄くで
きるので、低電圧で半導体素子を作動させることができ
る。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the source layer and the drain layer are formed of silicon, and the channel layer is formed of silicon carbide. Due to the difference in the oxidation rates of silicon and silicon carbide, the gate oxide film is changed to the source layer and drain layer. Since it can be made thinner than the insulating film that insulates the gate electrode extraction portion, the semiconductor element can be operated at a low voltage.

【0013】請求項5の製造方法では、動作領域形成工
程において、材料ガスを変えながらソース層、チャネル
層及びドレイン層を形成するので、ソース−チャネル−
ドレイン層をCVD法によって一度のプロセスで形成で
き、製造工程の簡略化につながる。請求項6の製造方法
では、ゲート電極取出部形成工程とソース電極取出部形
成工程とを同時に行うから、電極取出部形成工程が大幅
に簡略化される。
In the manufacturing method of the fifth aspect, since the source layer, the channel layer and the drain layer are formed while changing the material gas in the operation region forming step, the source-channel-
The drain layer can be formed in a single process by the CVD method, which leads to simplification of the manufacturing process. According to the manufacturing method of the sixth aspect, since the gate electrode lead-out portion forming step and the source electrode lead-out portion forming step are simultaneously performed, the electrode lead-out portion forming step is greatly simplified.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図5に
基づいて説明する。図1は本発明の一実施例に係る半導
体装置の構造を示す断面図、図2は図1の中央のトラン
ジスタに対するソース、ドレイン、ゲートの各電極の位
置関係を示す平面図、図3は図2のように各電極を配置
した場合に得られる論理回路の一例を示す回路図、図4
は本発明の一実施例に係る半導体装置の製造工程を示す
図、図5は同じく図4で示した後の製造工程を示す図で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship of source, drain, and gate electrodes with respect to the central transistor of FIG. 1, and FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a logic circuit obtained when the electrodes are arranged as shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process after that shown in FIG.

【0015】図1に示す本実施例の半導体装置は、MO
S型トランジスタであって、図の左側及び中央にそれぞ
れ新規な縦型構造をしたトランジスタの断面が示されて
おり、右側には中央のトランジスタのためのソース電極
取出部が示されている。この縦型構造のMOS型トラン
ジスタは、図1の如く、P型シリコン基板20上に、ソ
ース層22への導電領域として作用するN型拡散層2
1、N型シリコン(Si)から成るソース層22、P型
炭化シリコン(SiC)から成るチャネル層23、及び
N型シリコンから成るドレイン層24が順次縦方向に形
成されている。
The semiconductor device of this embodiment shown in FIG.
A section of an S-type transistor having a novel vertical structure is shown on the left side and the center of the figure, and a source electrode lead-out portion for the central transistor is shown on the right side. As shown in FIG. 1, this vertical MOS transistor has an N-type diffusion layer 2 on the P-type silicon substrate 20, which acts as a conductive region to the source layer 22.
1, a source layer 22 made of N-type silicon (Si), a channel layer 23 made of P-type silicon carbide (SiC), and a drain layer 24 made of N-type silicon are sequentially formed in the vertical direction.

【0016】また、チャネル層23の側壁には、ゲート
酸化膜26が形成され、該ゲート酸化膜26を介し、ゲ
ート電極27を取り出すためのポリシリコンから成るゲ
ート電極取出部28が接続するよう形成されている。そ
して、ドレイン層24の上には、ドレイン電極31が設
けられ、ゲート電極取出部28の上には、ゲート電極2
7が設けられている。一方、ソース層22の下方に接す
るN型拡散層21は、必要なだけ横方向へ延ばされてお
り(図において右方向に延ばされている)、当該延ばさ
れたN型拡散層21の上に、ポリシリコンから成るソー
ス電極取出部29が形成され、その上にソース電極30
が設けられている。なお、左側のトランジスタのソース
電極は図に示されていない。
A gate oxide film 26 is formed on the side wall of the channel layer 23, and a gate electrode lead-out portion 28 made of polysilicon for taking out the gate electrode 27 is formed to be connected through the gate oxide film 26. Has been done. The drain electrode 31 is provided on the drain layer 24, and the gate electrode 2 is provided on the gate electrode extraction portion 28.
7 is provided. On the other hand, the N-type diffusion layer 21 in contact with the lower side of the source layer 22 is extended in the lateral direction as much as necessary (extended to the right in the drawing), and the extended N-type diffusion layer 21. A source electrode lead-out portion 29 made of polysilicon is formed on the above, and a source electrode 30 is formed thereon.
Is provided. The source electrode of the transistor on the left is not shown in the figure.

【0017】さらに、ソース層22及びN型拡散層21
とゲート電極取出部28との間、ドレイン層24とゲー
ト電極取出部28との間、並びに各電極27,31,3
0の間には、絶縁層25が充たされて絶縁されている。
なお、図1においてドレイン層24は、ドレイン電極取
出部を兼ねているが、図2のようにドレイン電極31を
中央のトランジスタ(動作領域)の側方に配置する場合
には、ポリシリコンから成るドレイン電極取出部をドレ
イン層24に接続するようトランジスタ側方に設けても
よい。
Further, the source layer 22 and the N-type diffusion layer 21.
And the gate electrode lead-out portion 28, between the drain layer 24 and the gate electrode lead-out portion 28, and the electrodes 27, 31, 3
Between 0, the insulating layer 25 is filled and insulated.
Although the drain layer 24 also serves as a drain electrode extraction portion in FIG. 1, when the drain electrode 31 is arranged on the side of the central transistor (operating region) as shown in FIG. 2, it is made of polysilicon. The drain electrode extraction portion may be provided on the side of the transistor so as to be connected to the drain layer 24.

【0018】上記構成において、半導体基板20上に、
拡散層21及びソース層22、チャネル層23、ドレイ
ン層24を縦方向に形成して縦型MOS構造のトランジ
スタとしているから、従来のMOS型トランジスタのよ
うに誤差を考慮してスケーリングを実施することなく高
集積化できる。さらに、拡散層21及びソース層22、
チャネル層23、ドレイン層24を薄くすることで、容
易に高速化が図れる。
In the above structure, on the semiconductor substrate 20,
Since the diffusion layer 21, the source layer 22, the channel layer 23 and the drain layer 24 are formed in the vertical direction to form a vertical MOS structure transistor, it is necessary to perform scaling in consideration of an error like a conventional MOS transistor. Can be highly integrated without. Furthermore, the diffusion layer 21 and the source layer 22,
By thinning the channel layer 23 and the drain layer 24, the speed can be easily increased.

【0019】また、トランジスタを縦型とすることで、
一つのチャネル層23に対して複数のゲート電極取出部
28をゲート酸化膜26を介して接続することが可能と
なるから、一つのトランジスタに対してゲート電極27
を複数個設けることできる。このため、一般に多数のト
ランジスタが用いて成る論理回路等を、少ないトランジ
スタで構成することが可能となる。そして、中央のトラ
ンジスタのソース層22の下方に接するN型拡散層21
を必要なだけ横方向へ延ばし、当該N型拡散層21の上
にソース電極取出部29を形成することにより、図2の
ように、ゲート電極27を中央のトランジスタの動作領
域に対して3方向に配置することができる。よって、こ
の3つのゲート電極27をOR入力とすれば、図3の如
く、1つのトランジスタでOR回路を形成できる。
By making the transistor vertical,
Since it becomes possible to connect a plurality of gate electrode lead-out portions 28 to one channel layer 23 via the gate oxide film 26, the gate electrode 27 can be connected to one transistor.
A plurality of can be provided. Therefore, it is possible to configure a logic circuit or the like, which is generally composed of a large number of transistors, with a small number of transistors. Then, the N-type diffusion layer 21 in contact with the lower side of the source layer 22 of the central transistor
Are extended in the lateral direction as necessary, and the source electrode lead-out portion 29 is formed on the N-type diffusion layer 21, so that the gate electrode 27 is formed in three directions with respect to the central transistor operation region as shown in FIG. Can be placed at. Therefore, if these three gate electrodes 27 are used as an OR input, one transistor can form an OR circuit as shown in FIG.

【0020】さらに、ソース層21、ドレイン層24を
シリコン、チャネル層23を炭化シリコンから形成する
ことにより、シリコンと炭化シリコンの酸化レートの差
によって、ゲート酸化膜26をソース層21、ドレイン
層24とゲート電極取出部28を絶縁する絶縁膜25よ
りも薄くできるので、低電圧でトランジスタを作動させ
ることができる。
Further, by forming the source layer 21 and the drain layer 24 from silicon and the channel layer 23 from silicon carbide, the gate oxide film 26 is formed into the source layer 21 and the drain layer 24 due to the difference in the oxidation rates of silicon and silicon carbide. Since it can be made thinner than the insulating film 25 that insulates the gate electrode extraction portion 28, the transistor can be operated at a low voltage.

【0021】次に、上記縦型MOS構造のトランジスタ
の製造方法を図4,5に基づいて説明する。まず、図4
(a)の如く、900℃で30分熱酸化処理を行って、
P型シリコン基板20上に厚さ1000Åの酸化シリコ
ン(SiO2)膜40を形成する。次に、図4(b)の
如く、トランジスタ動作領域を残して酸化シリコン膜4
0をマスク41を塗布し、インプラにより50KeVで
不純物としてリン(P)を1E15cm-3拡散させてシ
リコン基板20上にN型拡散層21を形成する。
Next, a method of manufacturing the vertical MOS structure transistor will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in (a), thermal oxidation treatment is performed at 900 ° C. for 30 minutes,
A 1000 Å thick silicon oxide (SiO 2 ) film 40 is formed on the P-type silicon substrate 20. Next, as shown in FIG. 4B, the silicon oxide film 4 is left while leaving the transistor operating region.
A mask 41 of 0 is applied, and phosphorus (P) as an impurity is diffused by 1E15 cm −3 at 50 KeV by implantation to form an N-type diffusion layer 21 on the silicon substrate 20.

【0022】そして、図4(c)の如く、マスク41を
除去してCVD法により酸化シリコン膜40を縦方向に
10000Å成長させた後、拡散層21上の酸化シリコ
ン膜40の成長層をRIE(反応性エッチング)にて選
択的に除去して動作領域の拡散層21を露出する。その
後、図4(d)の如く、選択CVD法により、材料ガス
と温度を変えながら一度のプロセスで、動作領域の拡散
層21の上にソース層22、チャネル層23、ドレイン
層24を縦方向に形成する。すなわち、材料ガスとして
SiH4 、PH3 の混合ガスを使用して5分間CVD法
により拡散層21上にN型Siからなるソース層22を
堆積し、SiH4 、PH3 の残留ガスを排出する。つづ
いて、材料ガスとしてSiH4 、C3 8 を混合ガス使
用して10分間CVD法により拡散層21上にP型Si
Cからなるチャネル層23を堆積し、SiH4 、C3
8 の残留ガスを排出する。さらに、材料ガスとしてSi
4 、PH3 の混合ガスを使用して5分間CVD法によ
り拡散層21上にN型Siからなるドレイン層24を堆
積する。
Then, as shown in FIG. 4C, after removing the mask 41 and growing the silicon oxide film 40 by 10000Å in the vertical direction by the CVD method, the growth layer of the silicon oxide film 40 on the diffusion layer 21 is RIE. It is selectively removed by (reactive etching) to expose the diffusion layer 21 in the operation region. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the source layer 22, the channel layer 23, and the drain layer 24 are vertically formed on the diffusion layer 21 in the operation region in a single process by changing the material gas and the temperature by the selective CVD method. To form. That is, the source layer 22 made of N-type Si is deposited on the diffusion layer 21 by the CVD method for 5 minutes using a mixed gas of SiH 4 and PH 3 as a material gas, and the residual gas of SiH 4 and PH 3 is discharged. .. Then, P-type Si is formed on the diffusion layer 21 by a CVD method for 10 minutes using SiH 4 and C 3 H 8 as a material gas.
A channel layer 23 made of C is deposited, and SiH 4 , C 3 H
Eject the residual gas of 8 . Furthermore, as a material gas, Si
A drain layer 24 made of N-type Si is deposited on the diffusion layer 21 by a CVD method using a mixed gas of H 4 and PH 3 for 5 minutes.

【0023】次に、図4(e)の如く、HFエッチング
により図4(c)で残されたゲート電極取出領域を除去
した後、1000℃で60分熱酸化処理を行い、トラン
ジスタ(ソース−チャネル−ドレイン層)の上部、側壁
に酸化シリコン絶縁膜25を形成する。このとき、Si
CとSiの酸化レートの差により、SiC(チャネル
層)23の側壁のゲート酸化膜26は、他(ソース層2
2、ドレイン層24)の絶縁膜25よりも薄く形成され
る。
Next, as shown in FIG. 4 (e), after removing the gate electrode extraction region left in FIG. 4 (c) by HF etching, thermal oxidation treatment is performed at 1000 ° C. for 60 minutes to form a transistor (source-source). A silicon oxide insulating film 25 is formed on the upper side wall and the side wall of the channel-drain layer. At this time, Si
Due to the difference in the oxidation rates of C and Si, the gate oxide film 26 on the sidewall of the SiC (channel layer) 23 may be different from the other (source layer 2
2, the drain layer 24) is formed thinner than the insulating film 25.

【0024】そして、図5(a)の如く、RIEにより
ソース電極取出領域上の酸化シリコン膜40の成長層を
エッチング除去してソース電極取出を領域露出し、ソー
ス電極取出領域及びゲート電極取出領域上にポリシリコ
ンを同時に堆積してゲート電極取出部28、ソース電極
取出部29を形成する。このとき、ゲート電極取出部2
8は、前記ゲート酸化膜26を介してチャネル層23と
接続される。また、ソース電極取出部29は、ソース電
極30の段差を緩和するプラグとして機能する。
Then, as shown in FIG. 5A, the growth layer of the silicon oxide film 40 on the source electrode extraction region is removed by etching by RIE to expose the source electrode extraction region, and the source electrode extraction region and the gate electrode extraction region are exposed. At the same time, polysilicon is deposited to form a gate electrode extraction portion 28 and a source electrode extraction portion 29. At this time, the gate electrode extraction portion 2
8 is connected to the channel layer 23 via the gate oxide film 26. Further, the source electrode lead-out portion 29 functions as a plug that alleviates the step difference of the source electrode 30.

【0025】その後、図5(b)の如く、プラズマCV
D法によりゲート電極取出部28、ソース電極取出部2
9上に酸化シリコン膜42を堆積してSOG(Spin
On Glass)を塗布した後、RIEにてエッチ
ングを行って表面を平坦化する。つづいて、図5(c)
の如く、RIEにより、ドレイン層24上のの絶縁膜2
6、ゲート電極取出部28、ソース電極取出部29上の
酸化シリコン膜42をそれぞれエッチング除去して、ド
レイン層24及びゲート電極取出部28、ソース電極取
出部29を露出する。
After that, as shown in FIG. 5B, plasma CV
Gate electrode lead-out portion 28 and source electrode lead-out portion 2 by the D method
A silicon oxide film 42 is deposited on the SOG (Spin
After applying On Glass), the surface is flattened by etching by RIE. Next, FIG. 5 (c)
, The insulating film 2 on the drain layer 24 by RIE
6, the silicon oxide film 42 on the gate electrode extraction part 28 and the source electrode extraction part 29 is removed by etching to expose the drain layer 24, the gate electrode extraction part 28, and the source electrode extraction part 29.

【0026】最後に、図5(d)の如く、アルミニウム
等の電極材料を堆積し、配線部分を残してエッチングす
ることにより、ゲート電極27、ソース電極30及びド
レイン電極31を形成する。このように、材料ガスを変
えながらソース層22、チャネル層23、ドレイン層2
4を形成するので、ソース−チャネル−ドレイン層をC
VD法によって一度のプロセスで形成できる。よって、
製造工程の簡略化につながる。
Finally, as shown in FIG. 5D, an electrode material such as aluminum is deposited, and etching is performed while leaving the wiring portion, thereby forming the gate electrode 27, the source electrode 30, and the drain electrode 31. In this way, the source layer 22, the channel layer 23, and the drain layer 2 are changed while changing the material gas.
4 is formed, the source-channel-drain layer is C
It can be formed in a single process by the VD method. Therefore,
This leads to simplification of the manufacturing process.

【0027】また、ソース電極取出部29をゲート電極
取出部28と同時に形成しているから、電極取出部形成
工程が大幅に簡略化される。なお、本発明は、上記実施
例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの
変更または修正を加え得ることは勿論である。例えば、
上記実施例において、半導体基板をN型シリコン基板、
ソース層22をP型Si、チャネル層23をN型Si
C、ドレイン層24をP型Siとしても、同様な効果を
得る。
Further, since the source electrode lead-out portion 29 is formed at the same time as the gate electrode lead-out portion 28, the electrode lead-out portion forming step is greatly simplified. It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and many changes and modifications can be made within the scope of the present invention. For example,
In the above embodiment, the semiconductor substrate is an N-type silicon substrate,
The source layer 22 is P-type Si and the channel layer 23 is N-type Si.
Similar effects can be obtained even if the C and drain layers 24 are made of P-type Si.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、請求項1
の半導体装置では、半導体基板上に、ソース層、チャネ
ル層及びドレイン層を縦方向に形成して縦型MOS構造
の半導体装置としているから、従来のMOS型半導体装
置のように誤差を考慮してスケーリングを実施すること
なく高集積化できる。さらに、ソース層、チャネル層及
びドレイン層を薄くすることで、容易に高速化が図れ
る。
As is apparent from the above description, claim 1
In this semiconductor device, since a source layer, a channel layer, and a drain layer are vertically formed on a semiconductor substrate to form a vertical MOS structure semiconductor device, an error is taken into consideration like a conventional MOS semiconductor device. High integration can be achieved without scaling. Further, by thinning the source layer, the channel layer and the drain layer, the speed can be easily increased.

【0029】請求項2の半導体装置では、また、半導体
素子動作領域を縦型構造することで、一つの半導体素子
に対してゲート電極を複数個設けることが可能となり、
一つの半導体素子に対してゲート電極を複数個設けるこ
とにより、論理回路等を少ない半導体素子で構成でき
る。請求項3の半導体装置では、ソース層に接する拡散
層を必要なだけ横方向へ延ばし、当該延ばされた拡散層
上にソース電極取出部を形成しているから、ゲート電極
を一つの半導体素子の動作領域に対して3方向に配置す
ることができ、この3つのゲート電極をOR入力とすれ
ば、1つの半導体素子でOR回路を形成できる。
In the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the semiconductor element operating region has a vertical structure, so that a plurality of gate electrodes can be provided for one semiconductor element.
By providing a plurality of gate electrodes for one semiconductor element, a logic circuit or the like can be formed with a small number of semiconductor elements. According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the diffusion layer in contact with the source layer is laterally extended as much as necessary, and the source electrode extraction portion is formed on the extended diffusion layer. Can be arranged in three directions with respect to the operation region, and if these three gate electrodes are OR inputs, one semiconductor element can form an OR circuit.

【0030】請求項4の半導体装置では、ソース層及び
ドレイン層をシリコン、チャネル層を炭化シリコンから
形成することにより、シリコンと炭化シリコンの酸化レ
ートの差によって、ゲート酸化膜をソース層及びドレイ
ン層とゲート電極取出部を絶縁する絶縁膜よりも薄くで
きるので、低電圧で半導体素子を作動させることができ
る。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the source layer and the drain layer are formed of silicon, and the channel layer is formed of silicon carbide. Due to the difference in the oxidation rates of silicon and silicon carbide, the gate oxide film is changed to the source layer and drain layer. Since it can be made thinner than the insulating film that insulates the gate electrode extraction portion, the semiconductor element can be operated at a low voltage.

【0031】請求項5の製造方法では、動作領域形成工
程において、材料ガスを変えながらソース層、チャネル
層及びドレイン層を形成するので、ソース−チャネル−
ドレイン層をCVD法によって一度のプロセスで形成で
き、製造工程の簡略化につながる。請求項6の製造方法
では、ゲート電極取出部形成工程とソース電極取出部形
成工程とを同時に行うから、電極取出部形成工程が大幅
に簡略化される。
In the manufacturing method of the fifth aspect, the source layer, the channel layer and the drain layer are formed while changing the material gas in the operation region forming step.
The drain layer can be formed in a single process by the CVD method, which leads to simplification of the manufacturing process. According to the manufacturing method of the sixth aspect, since the gate electrode lead-out portion forming step and the source electrode lead-out portion forming step are simultaneously performed, the electrode lead-out portion forming step is greatly simplified.

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

【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置の構造を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の中央のトランジスタに対するソース、ド
レイン、ゲートの各電極の位置関係を示す平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship of source, drain, and gate electrodes with respect to the central transistor of FIG.

【図3】図2のように各電極を配置した場合に得られる
論理回路の一例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a logic circuit obtained when the electrodes are arranged as shown in FIG.

【図4】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造工程
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図5】同じく図4で示した後の製造工程を示す図であ
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process after that shown in FIG.

【図6】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 半導体基板 21 拡散層 22 ソース層 23 チャネル層 24 ドレイン層 25 絶縁膜 26 ゲート酸化膜 27 ゲート電極 28 ゲート電極取出部 29 ソース電極取出部 30 ソース電極 31 ドレイン電極 40 酸化膜 41 レジスト 42 酸化膜 20 semiconductor substrate 21 diffusion layer 22 source layer 23 channel layer 24 drain layer 25 insulating film 26 gate oxide film 27 gate electrode 28 gate electrode extraction part 29 source electrode extraction part 30 source electrode 31 drain electrode 40 oxide film 41 resist 42 oxide film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に、半導体素子の動作領域と
して機能するソース層、チャネル層及びドレイン層が縦
方向に形成され、前記チャネル層の側壁にゲート酸化膜
を介してゲート電極を取り出すためのゲート電極取出部
が、前記チャネル層と接続するよう形成されたことを特
徴とする半導体装置。
1. A source layer, a channel layer and a drain layer which function as an operation region of a semiconductor device are vertically formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode is taken out on a sidewall of the channel layer through a gate oxide film. The gate electrode lead-out part is formed so as to be connected to the channel layer.
【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、一つ
の半導体素子のチャネル層に対してゲート電極取出部が
複数個設けられ、各ゲート電極取出部にそれぞれゲート
電極が設けられたことを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of gate electrode lead-out portions are provided for a channel layer of one semiconductor element, and each gate electrode lead-out portion is provided with a gate electrode. Semiconductor device.
【請求項3】請求項2記載の半導体装置において、ソー
ス層に接して拡散層が形成され、該拡散層が必要なだけ
横方向に延ばされ、当該延ばされた拡散層上部にソース
電極を取り出すためのソース電極取出部が形成されたこ
とを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a diffusion layer is formed in contact with the source layer, the diffusion layer is extended laterally as much as necessary, and the source electrode is provided on the extended diffusion layer. A semiconductor device having a source electrode lead-out portion for taking out.
【請求項4】請求項1ないし3のいずれかに記載の半導
体装置において、半導体基板がシリコン基板、ソース層
及びドレイン層がシリコン、チャネル層が炭化シリコン
であることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate, the source and drain layers are silicon, and the channel layer is silicon carbide.
【請求項5】半導体基板上に酸化膜を形成する工程、 半導体素子動作領域を残して酸化膜をマスクし、不純物
を拡散させて半導体基板上に拡散層を形成する工程、 動作領域の酸化膜を除去して拡散層を露出させ、残存し
た酸化膜を縦方向に成長させる工程、 拡散層上に、材料ガスを変えながら連続的にソース層、
チャネル層及びドレイン層を縦方向に形成する工程、 ゲート電極取出領域の酸化膜成長層を除去して、ソース
層、チャネル層及びドレイン層の側壁を露出させ、ソー
ス層、チャネル層及びドレイン層を酸化し、それによっ
てソース層及びドレイン層の側壁に絶縁膜を、チャネル
層の側壁にゲート酸化膜を形成する工程、 ゲート電極取出領域上にポリシリコンを堆積して、前記
ゲート酸化膜を介してチャネル層と接続するようゲート
電極取出部を形成する工程、 ソース電極取出領域上の酸化膜成長層を除去して拡散層
を露出させ、該拡散層上にポリシリコンを堆積してソー
ス電極取出部を形成する工程、並びにゲート電極取出部
上にゲート電極を、ソース電極取出部上にソース電極
を、ドレイン電極取出部上にドレイン電極をそれぞれ形
成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
5. A step of forming an oxide film on a semiconductor substrate, a step of masking the oxide film while leaving a semiconductor element operating region, diffusing impurities to form a diffusion layer on the semiconductor substrate, and an oxide film in the operating region. Removing the diffusion layer to expose the diffusion layer and growing the remaining oxide film in the vertical direction. On the diffusion layer, the source layer is continuously formed while changing the material gas,
The step of vertically forming the channel layer and the drain layer, the oxide film growth layer in the gate electrode extraction region is removed to expose the sidewalls of the source layer, the channel layer, and the drain layer, and the source layer, the channel layer, and the drain layer are removed. Oxidation, thereby forming an insulating film on the sidewalls of the source and drain layers and a gate oxide film on the sidewalls of the channel layer, depositing polysilicon on the gate electrode extraction region, and passing through the gate oxide film. A step of forming a gate electrode lead-out portion so as to be connected to the channel layer, an oxide film growth layer on the source electrode lead-out region is removed to expose a diffusion layer, and polysilicon is deposited on the diffusion layer to form a source electrode lead-out portion. And forming a gate electrode on the gate electrode extraction portion, a source electrode on the source electrode extraction portion, and a drain electrode on the drain electrode extraction portion, respectively. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a step.
【請求項6】請求項5記載の半導体装置の製造方法にお
いて、ゲート電極取出部形成工程とソース電極取出部形
成工程とを同時に行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step of forming the gate electrode lead-out portion and the step of forming the source electrode lead-out portion are performed at the same time.
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US7842575B2 (en) 2007-11-01 2010-11-30 Sharp Kabushiki Kaisha Vertical MOS transistor device with asymmetrical source and drain and its manufacturing method

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