JPH05218338A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH05218338A
JPH05218338A JP4046066A JP4606692A JPH05218338A JP H05218338 A JPH05218338 A JP H05218338A JP 4046066 A JP4046066 A JP 4046066A JP 4606692 A JP4606692 A JP 4606692A JP H05218338 A JPH05218338 A JP H05218338A
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JP
Japan
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layer
diffusion layer
oxide film
diffusion
silicon
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JP4046066A
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English (en)
Inventor
Naoki Kawabata
尚樹 川端
Fumihiro Fuchino
史裕 渕野
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MOSトランジタのショートチャネル効果を
抑える。 【構成】 平面形状が矩形のソース用N型拡散層2、そ
の上にP型エピタキシャル層6、さらにその上にドレイ
ン用N型拡散層10が形成され、エピタキシャル層6の
4つの側壁にはゲート酸化膜7を介してワードライン8
が形成されている。ワードライン8とソース2の間は厚
いシリコン酸化膜3によって絶縁され、ワードライン8
とドレイン10の間は厚いシリコン酸化膜15によって
絶縁されている。チャネルはエピタキシャル層6に縦方
向に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置、例えばコン
タクトプログラム方式のMOS型ROMメモリ装置に利
用するのに適する半導体装置と、その製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般のMOS型半導体集積回路装置は、
フィールド酸化膜によって素子分離を行ない、ソース領
域とドレイン領域はゲート電極をマスクにしてセルフア
ライン法により不純物が基板に導入されて形成されてい
る。ソース領域とドレイン領域のコンタクトはトランジ
スタ1個について1個又は2個が必要であるため、コン
タクトマージンや配線ピッチによって高集積化が妨げら
れる欠点がある。
【0003】そこで、その問題を解決するために、プレ
ーナセル構造と称される半導体集積回路装置が提案され
ている(特開昭61−288464号公報,特開昭63
−96953号公報などを参照)。プレーナセル構造で
は、複数のMOSトランジスタのソース領域のための連
続した拡散領域と、複数のMOSトランジスタのドレイ
ン領域のための連続した拡散領域とが互いに平行に基板
に形成され、基板上には絶縁膜を介して両拡散領域に交
差するワードラインが形成される。プレーナセル構造で
は、素子分離用にフィールド酸化膜を設ける必要がな
く、また、ソース領域とドレイン領域が複数個のトラン
ジスタで共有されるので、そのコンタクトも数個または
数十個のトランジスタに1個の割りですみ、高集積化を
図る上で好都合である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】プレーナセル構造も含
めて一般にMOS型半導体装置は、基板面内にソース領
域とドレイン領域が形成されて面内方向にチャネルが形
成される。そのようなMOS型半導体装置で更に微細化
を図ろうとした場合、ソース・ドレインの拡散層による
ショートチャネル効果によって微細化が制約される。本
発明はショートチャネル効果を受けないMOS型半導体
装置とその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置はソ
ース・ドレインを基板面内方向ではなく基板面に垂直な
方向に配置し、チャネルが基板に垂直な方向に形成され
るようにする。そのために、本発明の半導体装置では、
平面形状が矩形の第1の拡散層上に同じ平面形状の半導
体層を介して同じ平面形状の第2の拡散層が形成され、
第1と第2の拡散層の側壁には絶縁膜が厚く形成されて
おり、前記半導体層の4つの壁面にはゲート酸化膜を介
してゲート電極を兼ねるワードラインが形成され、この
ワードラインは前記厚い絶縁膜によって第1と第2の拡
散層と絶縁されており、第1と第2の拡散層がソース・
ドレインとなり、前記半導体層の4つの側壁にチャネル
が形成される。第1と第2の拡散層の側壁の厚い絶縁膜
は、好ましくはそれらの拡散層を増速酸化して得られた
酸化膜である
【0006】本発明の製造方法は次の工程(A)から
(K)を含んでいる。(A)シリコン基板表面に第1導
電型不純物を導入して第1の拡散層を形成する工程、
(B)写真製版とエッチングにより第1の拡散層を平面
形状が矩形になるように多数のパターンにパターン化す
る工程、(C)酸化を施し、第1の拡散層に厚いシリコ
ン酸化膜を形成する工程、(D)第1の拡散層による突
部を埋め込む厚さのシリコン酸化膜をCVD法により堆
積した後、シリコン酸化膜にエッチバックを施して第1
の拡散層の上面を露出させる工程、(E)露出した第1
の拡散層上にシリコン単結晶層を選択的にエピタキシャ
ル成長させる工程、(F)前記エピタキシャル層を酸化
してゲート酸化膜を形成する工程、(G)前記エピタキ
シャル層による突部を埋め込む厚さに多結晶シリコン層
を堆積し、エッチバックを施して前記エピタキシャル層
の上面を露出させる工程、(H)写真製版とエッチング
により前記多結晶シリコン層の所定部分に溝を形成し、
かつその溝の側壁には多結晶シリコン層が残るようにパ
ターン化する工程、(I)前記溝を埋め込む厚さにCV
D法によりシリコン酸化膜を堆積し、エッチバックを施
して前記エピタキシャル層の上面を露出させる工程、
(J)露出した前記エピタキシャル層の上面に第1導電
型シリコン単結晶層を選択的にエピタキシャル成長させ
て第2の拡散層を形成する工程、(K)第2の拡散層を
酸化する工程。
【0007】
【作用】本発明の半導体装置ではチャネルが基板面に垂
直な方向に形成され、そのチャネル長さはソース用拡散
層とドレイン用拡散層の間に挾まれた半導体層の膜厚に
より決定されるため、微細化してもチャネル長さは影響
を受けない。したがって、微細化に有利である。半導体
層の4つの側壁にチャネルが形成されるので、チャネル
幅が広くなり、ドレイン電流を大きくすることができ
る。第1と第2の拡散層の側壁の厚い絶縁膜は、それら
の拡散層を増速酸化して得ることができる。
【0008】
【実施例】図1は本発明をコンタクトプログラム方式の
ROMメモリ装置に適用した一実施例を表わす。各メモ
リ素子はN型シリコン基板1上に平面形状が矩形のシリ
コン単結晶層の高濃度N型拡散層2と、その上に形成さ
れた同じ平面形状の低濃度P型シリコン単結晶エピタキ
シャル層6、さらにその上に形成された同じ平面形状の
シリコン単結晶エピタキシャル層の高濃度N型拡散層1
0とからなり、N型拡散層2をソース、N型拡散層10
をドレインとし、エピタキシャル層6の4つの側壁には
ゲート酸化膜7を介して不純物導入により低抵抗化され
た多結晶シリコン層のゲート電極を兼ねるワードライン
8が形成されている。N型拡散層2の側壁にはN型拡散
層2の増速酸化によって形成された厚いシリコン酸化膜
3が形成され、N型拡散層10の側壁にはN型拡散層1
0の増速酸化によって形成された厚いシリコン酸化膜1
5が形成されている。ワードライン8とN型拡散層2の
間は厚いシリコン酸化膜3によって絶縁され、ワードラ
イン8とN型拡散層10の間は厚いシリコン酸化膜15
によって絶縁されている。隣接するワードライン8,8
間はCVD法によるシリコン酸化膜9によって分離され
ている。
【0009】層間絶縁膜11及びその下のシリコン酸化
膜15には、データ書込みのために、必要なMOSトラ
ンジスタにコンタクトを設けるコンタクトホール12が
形成されている。層間絶縁膜11上にはビットラインと
なるメタル配線13が形成され、コンタクトホール12
の設けられたMOSトランジスタとビットライン13が
接続されてデータ書込みがなされている。14は保護膜
である。
【0010】図1(B)に示されるように、平面形状が
矩形のMOSトランジスタが縦方向と横方向に配列され
ており、ビットライン13は図で横方向に延び、ワード
ライン8は縦方向に延びている。各MOSトランジスタ
でワードライン8はチャネルが形成されるエピタキシャ
ル層6の4つの側壁を取り囲んでいる。データ書込みの
ためにコンタクトホール12を介してビットライン13
との接続がなされたメモリ装置で、ワードライン8とビ
ットライン13によりメモリトランジスタを選択したと
き、そのトランジスタとビットライン13がコンタクト
12を介して接続されているときは、ドレイン10から
ソース2へ電流が流れ、逆に選択されたトランジスタに
コンタクトが設けられていない場合にはその電流が流れ
ないことを、ビットライン13に接続されたセンスアン
プで検出することにより、このメモリ装置が読み出され
る。
【0011】次に、この実施例の製造方法を図2と図3
により説明する。 (A)シリコン基板1の表面に砒素などのN型不純物を
30〜150KeVの加速エネルギーで1×1012〜1
×1017/cm2注入してN型拡散層2を形成する。 (B)写真製版とエッチングによりN型拡散層2を平面
形状が矩形になるように多数のパターンにパターン化す
る。
【0012】(C)酸化を施し、N型拡散層2には膜厚
が500〜2000Åの厚いシリコン酸化膜3を形成す
る。シリコン基板1の表面にはそれよりも薄いシリコン
酸化膜が形成される。 (D)N型拡散層2による突部を埋め込む厚さのシリコ
ン酸化膜4をCVD法により堆積した後、シリコン酸化
膜4,3にエッチバックを施してN型拡散層2の上面を
露出させる。
【0013】(E)露出したN型拡散層2上にチャネル
が形成される低濃度P型シリコン単結晶層6を0.5〜
2.0μmの厚さに選択的にエピタキシャル成長させ
る。そのエピタキシャル層6を酸化して膜厚が100〜
400Åのゲート酸化膜7を形成する。工程、 (F)エピタキシャル層6による突部を埋め込む厚さに
多結晶シリコン層8を堆積し、エッチバックを施してエ
ピタキシャル層6の上面を露出させる。
【0014】(G)写真製版とエッチングにより多結晶
シリコン層6の所定部分に溝を形成し、かつその溝の側
壁には多結晶シリコン層6が残るようにパターン化を施
す。その溝を埋め込む厚さにCVD法によりシリコン酸
化膜9を堆積し、エッチバックを施してエピタキシャル
層6の上面を露出させる。 (H)露出したエピタキシャル層6の上面にN型シリコ
ン単結晶層10を選択的にエピタキシャル成長させる。
そのN型拡散層10を酸化してN型拡散層10の表面に
増速酸化により厚い酸化膜15を形成する。
【0015】(I)PSG膜などの層間絶縁膜11を堆
積し、データ書込みのために必要なビットにコンタクト
ホール2を形成する。次にメタル層を堆積し、写真製版
とエッチングによりパターン化を施してビットラインを
形成し、保護膜を形成すると図1の状態となる。周辺回
路は通常のプロセスによって作成する。
【0016】
【発明の効果】本発明の半導体装置ではチャネルが基板
面に垂直な方向に形成され、そのチャネル長さは平面形
状が矩形のソース用拡散層とドレイン用拡散層の間に挾
まれた半導体層の膜厚により決定されるため、ソース・
ドレインの平面形状の面積や隣接するトランジスタ間の
間隔を小さくすることにより微細化して集積度を上げて
も、チャネル長を小さくする必要はなく、短チャネル効
果を抑制することができる。また、本発明の半導体装置
はチャネルが基板面に垂直な方向に形成される柱状構造
であるため、チャネルが柱の4つの面に形成されるの
で、通常のMOSトランジスタに比べてオン電流を大き
くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例を示す図であり、(A)は垂直断面
図、(B)は(A)のX−X線位置での水平断面図であ
る。
【図2】一実施例の製造方法の前半部を断面図と平面図
で示す工程図である。
【図3】同実施例の製造方法の後半部を断面図と平面図
で示す工程図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 3,15 厚いシリコン酸化膜 2 ソース用N型拡散層 6 P型エピタキシャル層 7 ゲート酸化膜 8 ワードライン 10 ドレイン用N型拡散層 12 コンタクトホール 13 ビットライン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平面形状が矩形の第1の拡散層上に同じ
    平面形状の半導体層を介して同じ平面形状の第2の拡散
    層が形成され、第1と第2の拡散層の側壁には絶縁膜が
    厚く形成されており、前記半導体層の4つの壁面にはゲ
    ート酸化膜を介してゲート電極を兼ねるワードラインが
    形成され、このワードラインは前記厚い絶縁膜によって
    第1と第2の拡散層と絶縁されており、第1と第2の拡
    散層がソース・ドレインとなり、前記半導体層の4つの
    側壁にチャネルが形成されることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 第1と第2の拡散層の側壁の厚い絶縁膜
    はそれらの拡散層を増速酸化して得られた酸化膜である
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 次の工程(A)から(K)を含む半導体
    装置の製造方法。 (A)シリコン基板表面に第1導電型不純物を導入して
    第1の拡散層を形成する工程、 (B)写真製版とエッチングにより第1の拡散層を平面
    形状が矩形になるように多数のパターンにパターン化す
    る工程、 (C)酸化を施し、第1の拡散層に厚いシリコン酸化膜
    を形成する工程、 (D)第1の拡散層による突部を埋め込む厚さのシリコ
    ン酸化膜をCVD法により堆積した後、シリコン酸化膜
    にエッチバックを施して第1の拡散層の上面を露出させ
    る工程、 (E)露出した第1の拡散層上にシリコン単結晶層を選
    択的にエピタキシャル成長させる工程、 (F)前記エピタキシャル層を酸化してゲート酸化膜を
    形成する工程、 (G)前記エピタキシャル層による突部を埋め込む厚さ
    に多結晶シリコン層を堆積し、エッチバックを施して前
    記エピタキシャル層の上面を露出させる工程、 (H)写真製版とエッチングにより前記多結晶シリコン
    層の所定部分に溝を形成し、かつその溝の側壁には多結
    晶シリコン層が残るようにパターン化する工程、 (I)前記溝を埋め込む厚さにCVD法によりシリコン
    酸化膜を堆積し、エッチバックを施して前記エピタキシ
    ャル層の上面を露出させる工程、 (J)露出した前記エピタキシャル層の上面に第1導電
    型シリコン単結晶層を選択的にエピタキシャル成長させ
    て第2の拡散層を形成する工程、 (K)第2の拡散層を酸化する工程。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09321289A (ja) * 1996-05-30 1997-12-12 Nec Yamagata Ltd 縦型電界効果トランジスタ
JP2005303108A (ja) * 2004-04-14 2005-10-27 Takehide Shirato 読み出し専用記憶装置

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