JPH0620134B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0620134B2
JPH0620134B2 JP62190884A JP19088487A JPH0620134B2 JP H0620134 B2 JPH0620134 B2 JP H0620134B2 JP 62190884 A JP62190884 A JP 62190884A JP 19088487 A JP19088487 A JP 19088487A JP H0620134 B2 JPH0620134 B2 JP H0620134B2
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智久 水野
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、大容量メモリなどの半導体装置に係り、特に
絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOS FET)
の構造に関する。
(従来の技術) 従来のNチャネルMOS FETは、通常は、第3図に示すよ
うに、P型シリコン基板31上にゲート絶縁膜(酸化
膜)32を介してゲート電極33が形成され、このゲー
ト電極33の下方のチャネル領域の両側(基板表面)に
それぞれ不純物拡散領域からなるドレイン領域34およ
びソース領域35が形成されている。
上記構造のMOS FETの電流駆動能力はVd>VG−VTの条
件下で と表わされる。ここで、L,Wはチャネル長およびチャ
ネル幅、μは易動度、Coxはゲート酸化膜容量であり、
Vd,VG,VTはドレイン電圧、ゲート電圧、ゲート閾値電
圧である。MOS FETにおいては、電子は基板表面の数+
Åの反転層中しか流れないので、前式(1)中の易動度μ
は基板中のそれの数分の1に低下する。また、ゲート電
圧VGを高くすると、基板表面の電界が強まり、易動度が
小さくなってしまう。従って、前記従来の構造を有する
MOS FETは、電流駆動能力を十分に向上させることが不
可能であった。
また、前記従来の構造を有するMOS FETは、高集積化に
伴ってサイズの縮小化を図ろうとしてチャネル長を短か
くすると、短チャネル効果による問題等が生じるので、
サイズの縮小化に対する制約が大きかった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記したようにMOSトランジスタのサイズの
縮小化を図ろうとする短チャネル効果等の問題による制
約が大きい点を解決すべくなされたもので、MOSトラン
ジスタのサイズの縮小化および高集積化が可能になり、
しかも電流駆動能力の向上を容易に実現し得る半導体装
置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の半導体集積回路は、半導体基板の表面に選択的
に形成された凸部の側面のうちの少なくとも対向し合う
2個の側面にそれぞれゲート絶縁膜を介して対向するよ
うに形成されたゲート電極と、凸部の先端表面に形成さ
れたソースあるいはドレイン領域となる第1の不純物拡
散領域と、凸部の底部の周辺で、かつゲート電極の下端
近傍の基板表面の所定領域に形成されたドレインあるい
はソース領域となる第2の不純物領域とを具備する。そ
して、ゲート電極に対向する基板表面反転層の最大空乏
層幅Xと凸部の幅Lとの間にL≦2Xの関係を
有することを特徴とする。
(作用) 上記半導体集積回路においては、凸部の少なくとも一対
の対向し合う側面部にそれぞれ、縦方向(縦型)のMO
S FETが形成され、これらのMOS FETが並列
接続されることで、1個のMOS FETが得られる。
このMOS FETのチャネルは、凸部の高さ方向に形
成されるので、短チャネル効果等の問題が発生しないよ
うに、あるいは軽減するように凸部の高さを設定するこ
とによって、トランジスタサイズの縮小が可能になる。
さらに、ゲート電極に対向する凸部表面反転層の最大空
乏層幅Xと前記凸部の幅Lとの間にL≦2X
関係を有することにより、凸部中で、互いの空乏層どう
しが互いに接触するようになり、対向し合うMOS F
ETは、互いに他方のゲートバイアスを高める働きをす
る。このため、しきい値電圧Vを、互いに低めあう。
しきい値電圧Vが低められると、凸部側面の表面中に
形成される反転層中のキャリア濃度が高まるようにな
り、MOS FETの電流駆動能力が向上する。
さらに、対向し合うMOS FETでは、L≦2X
の関係より、チャネル空乏層中の電荷が通常に比べて実
効的に減少することから、上記反転層内のゲート方向電
界(垂直方向電界)が低減する。このため、キャリア易
動度も、高まるようになり、この点からMOS FET
の電流駆動能力が向上する。
このように、互いに対向し合う縦型MOS FETのゲ
ートバイアスの相互作用により、MOS FETの電流
駆動能力が、反転層中のキャリア濃度の増大、キャリア
易動度の増大の両者から、高まるようになる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第1図(a)乃至(d)は、たとえば大容量DRAMのメモリセル
用MOSトランジスタの形成工程を示している。即ち、
先ず第1図(a)に示すように、P型シリコン基板1の表
面にマスクパターン2を形成し、このパターン2をマス
クとしてRIE(反応性イオンエッチング)法等により基
板表面を異方的にエッチングすることによって、基板表
面に選択的に凸部1′を形成する。この後、上記RIE用
のマスクパターン2を除去し、第1図(b)に示すよう
に、基板上面の全面に厚さ200Å程度の熱酸化膜3を
熱酸化法により形成する。次に、基板上面の全面に多結
晶シリコン膜4を厚さ4000Å程度となるようにCVD
(化学的気相成長)法により堆積形成する。さらに、こ
の多結晶シリコン膜4にリン拡散を行ってN+ドーピン
グを行う。次に、多結晶シリコン膜4上に所定のマスク
パターン(図示せず)を形成し、このパターンをマスク
としてRIE法等により多結晶シリコン膜4を異方的にエ
ッチングする。この場合、第1図(c)に示すように前記
凸部1′の側面のうちの一対の対向し合う側面部にゲー
ト電極51,52となる多結晶シリコン膜を残すと共に、第
2図に示すように上記ゲート電極51,52の下端部に連な
る基板上面部の所定領域にゲート配線5となる多結晶
シリコン膜を残す。この後、上記RIE用のマスクパター
ンを除去し、基板上面にイオン注入用のマスクパターン
(図示せず)を形成し、このマスクパターンをマスクと
して前記凸部1′の先端表面および凸部1′の底部の周
辺で前記ゲート電極51,52の下端近傍の基板表面の所定
領域に基板1とは逆導電型の不純物イオン(たとえばA
s+)を注入する。従って、アニール処理を経ると、第1
図(d)に示すように、上記ゲート電極51,52の上端近傍
の基板表面(凸部1′の先端部)にソースまたはドレイ
ン領域用の第1の不純物拡散領域6が形成され、上記ゲ
ート電極51,52の下端近傍の基板表面(凸部1′の底部
の周辺部)にドレインまたはソース領域用の第2の不純
物拡散領域71,72が形成される。
なお、基板上面に層間絶縁膜(図示せず)を形成し、さ
らに絶縁膜にコンタクトホールを形成した後に金属配線
(図示せず)を形成し、上記第2の不純物拡散領域
1,72相互を電気的に接続する。なお、第2図におい
て、81,82は第2の不純物拡散領域71,72上のコン
タクト部、9はゲート配線5上のコンタクト部、10
は第1の不純物拡散領域6上のコンタクト部である。
上記構造によって、凸部1′の一対の対向し合う側面部
それぞれに縦方向(縦型)のMOS FETが形成され、この
各MOSトランジスタが並列接続されて1個のMOSトラ
ンジスタとして形成されている。
従って、上記MOSトランジスタにおいては、チャネルが
凸部1′の高さ方向に形成されているので、サイズを縮
小しても短チャネル効果等の問題が発生しないように、
あるいは軽減するように凸部1′の高さを設定すること
が可能である。
また、ゲート電極51,52に高論理レベルの電圧が印加さ
れたとき、一方のゲート電極51(または52)の電圧によ
って他方のゲート電極52(または51)側の基板内部の
ポテンシャルが上がり、そのゲート閾値電圧VTが下が
る。従って、上記他方のゲート電極52(または51)に対
向する基板表面の反転層中のキャリア濃度Q=Cox(Vg
−VT)が大きくなり、前式(1)から明らかなようにMOSト
ランジスタの電流駆動能力が向上することになる。しか
も、上記基板ポテンシャルの上昇効果によって、上記他
方のゲート電極52(または51)側の基板表面のゲート
方向電界は減少するので、この基板表面の電子の易動度
が増大して基板中の易動度に近づいていく。即ち、上記
構造のMOSトランジスタにおいては、ゲート電極
1,52それぞれのバイアス電圧によって、各縦型MO
Sトランジスタにおけるキャリア濃度とキャリア易動度
との増大効果が生じ、高駆動能力が達成されている。こ
の場合、上記キャリア濃度とキャリア易動度との増大効
果を得るためには、第1図(d)中に点線で示すように、
各縦型MOSトランジスタの反転層の空乏層同士が連なる
必要があり、この空乏層の最大層Xdと凸部1′の幅LS
との間にLS≦2Xdの関係を持たせる必要がある。ここ
で、 (但し、Vはドレイン電圧、Nは基板の不純物濃
度)の関係があるので、微細化により凸部1′の幅L
を小さくすると共に基板の不純物濃度Nの小さいウエ
ハを用いるか、又はそのウエハ中に形成されたうすいP
ウエルを用いることによって上記関係を満たすことがで
きる。
また、上記実施例は、凸部1′の一対の対向し合う側面
部にのみ縦型MOSトランジスタを設けたが、別の一対
の対向し合う側面部にも上記と同様な縦型MOSトラン
ジスタを設け、各縦型MOSトランジスタを並列接続して
1個のMOSトランジスタとして形成すれば、電流駆動能
力は一層向上する。また、凸部1′の側面のうち一対の
対向し合う側面を含む3個の側面部にそれぞれ縦型MOS
トランジスタを形成した場合でも、前記実施例と同様な
効果が得られる。また、凸部1′の3側面部以上に縦型
MOSトランジスタを形成する場合には、各ゲート電極
の下端近傍の基板表面に形成される第2の不純物拡散領
域同士が連なるので、この第2の不純物拡散領域上のコ
ンタクト部は1個に減少させることも可能である。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明によれば、MOSトランジスタ
のサイズの縮小化が可能になり、その高集積化が可能に
なり、しかも、その電流駆動能力の向上を容易に実現し
得る半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(d)はそれぞれ、本発明の一実施例に係る
MOSトランジスタを製造工程順に示した断面図、第2
図は第1図(d)のMOSトランジスタの平面パターンを
示す図、第3図は従来のMOSトランジスタを示す断面
図である。 1……P型シリコン基板、1′……凸部、3……ゲート
絶縁膜、51,52……ゲート電極、6……第1の不純物
領域、71,72……第2の不純物領域。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の表面に選択的に形成された凸
    部の側面のうちの少なくとも対向し合う2個の側面にそ
    れぞれゲート絶縁膜を介して対向するように形成された
    ゲート電極と、 前記凸部の先端表面に形成されたソースあるいはドレイ
    ン領域となる第1の不純物拡散領域と、 前記凸部の底部の周辺で、かつ前記ゲート電極の下端近
    傍の基板表面の所定領域に形成されたドレインあるいは
    ソース領域となる第2の不純物領域とを具備し、 前記ゲート電極に対向する凸部表面反転層の最大空乏層
    幅Xと前記凸部の幅Lとの間にL≦2Xの関係
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記各対向するゲート電極のうち、一方の
    ゲート電極の電圧によって、他方のゲート電極側の前記
    凸部内部のポテンシャルを上昇させることでしきい値を
    下げることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】前記凸部は、前記基板中に形成されたこの
    基板よりも低濃度のウェル領域に設けられていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項および第2項いずれか
    1項に記載の半導体装置。
JP62190884A 1987-07-30 1987-07-30 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0620134B2 (ja)

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JPS6435957A JPS6435957A (en) 1989-02-07
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JPH07120800B2 (ja) * 1990-01-25 1995-12-20 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
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