JPH06310711A - Field-effect transistor and fabrication thereof - Google Patents

Field-effect transistor and fabrication thereof

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JPH06310711A
JPH06310711A JP9445493A JP9445493A JPH06310711A JP H06310711 A JPH06310711 A JP H06310711A JP 9445493 A JP9445493 A JP 9445493A JP 9445493 A JP9445493 A JP 9445493A JP H06310711 A JPH06310711 A JP H06310711A
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JP
Japan
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gate electrode
semiconductor substrate
gate
forming
present
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JP9445493A
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Takashi Noguchi
隆 野口
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Sony Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize mass production of a sufficiently fine MOSFET. CONSTITUTION:A level difference 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 and a gate electrode 4 is formed on the wall face 2W at the level difference 2 through a gate insulation layer 3 thus forming a gate part at the level difference 2. A source region 5 and a drain region 6 are then formed, while sandwiching the gate part, on any one and the other of the upper face 2a and the bottom face 2b at the level difference 2 of the semiconductor substrate 1.

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、電界効果トランジスタ
特にMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ)とその製法に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a MOSFET (insulated gate type field effect transistor) and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常、MOSFETの製造においては、
そのチャネル長を決定するゲート電極の加工をフォトリ
ソグラフィによるパターン化によっている。
2. Description of the Related Art Normally, in the manufacture of MOSFET,
The processing of the gate electrode that determines the channel length is performed by patterning by photolithography.

【0003】ところで、例えば半導体集積回路におい
て、MOSFETの微細化、短チャネル化の要求がます
ます高まっている。このMOSFETの微細化は、フォ
トリソグラフィ技術の限界に及んでいる。
By the way, in semiconductor integrated circuits, for example, demands for miniaturization of MOSFETs and shortening of channel are increasing more and more. The miniaturization of this MOSFET reaches the limit of photolithography technology.

【0004】そこで、このフォトリソグラフィの、より
微細加工の可能化をはかってそのフォトレジストに対す
るパターン露光に用いる光の短波長化がはかられ、この
露光光として、g線からi線へと移行し、更にエキシマ
レーザ(248nm)の利用へと進み、これにより0.
25μm程度のチャネル長が可能となってきている。
Therefore, in order to enable finer processing of the photolithography, the wavelength of light used for pattern exposure of the photoresist is shortened, and the exposure light is changed from the g-line to the i-line. Then, the process proceeds to the use of excimer laser (248 nm), which results in 0.
A channel length of about 25 μm has become possible.

【0005】しかし、より微細化、より動作電圧の低電
圧化の要求が高まり、そのチャネル長が、0.1μm以
下に及ぶものの必要性が生じてきていて、光によるパタ
ーン化では限界が生じている。そこで、電子ビーム走
査、X線走査によるフォトレジストのパターン硬化等へ
と移行しているが、実際問題として、このような電子ビ
ーム、X線等の利用は、量産的ではなく、装置自体の高
価格化等からコスト高を招来する。
However, there is an increasing demand for further miniaturization and lower operating voltage, and a channel length of 0.1 μm or less is needed, and patterning by light is limited. There is. Then, the pattern shift of the photoresist by electron beam scanning or X-ray scanning has been made, but as a practical problem, the use of such electron beam, X-ray, etc. is not mass-produced and the device itself is expensive. Higher costs due to price changes.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、フォトリソ
グラフィの限界に制約されずに、充分微細なMOSFE
Tの形成を、量産的に行うことができるようにした電界
効果トランジスタとその製法に係わる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is not limited by the limit of photolithography and is sufficiently fine.
The present invention relates to a field effect transistor capable of mass-producing T and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、図1にその一
例の略線的断面図を示すように、半導体基体1の表面に
段差2を形成し、この段差2の壁面2Wにゲート絶縁層
3を介してゲート電極4を被着形成してこの段差2にゲ
ート部を形成する。
According to the present invention, a step 2 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 and a gate insulating layer is formed on a wall surface 2W of the step 2 as shown in FIG. A gate electrode 4 is deposited on the layer 3 to form a gate portion on the step 2.

【0008】そして、この半導体基体1の段差2の上面
2a及び底面2bのいずれか一方と他方に、ゲート部を
挟んでソース領域5とドレイン領域6とを形成する。
Then, a source region 5 and a drain region 6 are formed on either or both of the upper surface 2a and the bottom surface 2b of the step 2 of the semiconductor substrate 1 with the gate portion therebetween.

【0009】また、本発明製法は、図2〜図8にその一
例の工程図を示すように、半導体基体1の表面の一部に
異方性エッチングによって段差2を形成する工程(図
3)と、段差2の壁面2Wを含んで半導体基体1の表面
にゲート絶縁層3を形成する工程(図4)と、半導体基
体1に全面的にゲート電極層41を形成する工程(図
5)と、このゲート電極層41を半導体基体1の段差2
の上面2a及び底面2bが露出する程度の厚さにゲート
電極層41を異方性エッチングして段差2の壁面2Wに
限定的にゲート電極層41が残されてなるゲート電極4
を形成する工程(図6)と、ゲート電極4をマスクに半
導体基体1の段差2の上面2a及び底面2bにソース領
域5及びドレイン領域6を形成する工程(図8)とをと
って目的とするMOSFETを形成する。
Further, in the manufacturing method of the present invention, a step 2 is formed on a part of the surface of the semiconductor substrate 1 by anisotropic etching, as shown in FIGS. A step of forming the gate insulating layer 3 on the surface of the semiconductor substrate 1 including the wall surface 2W of the step 2 (FIG. 4), and a step of forming the gate electrode layer 41 on the entire surface of the semiconductor substrate 1 (FIG. 5). , The gate electrode layer 41 is formed on the step 2 of the semiconductor substrate 1.
Of the gate electrode layer 41 is anisotropically etched to a thickness such that the upper surface 2a and the bottom surface 2b of the gate electrode 4 are exposed, and the gate electrode layer 41 is left only on the wall surface 2W of the step 2.
For forming the source region 5 and the drain region 6 on the upper surface 2a and the bottom surface 2b of the step 2 of the semiconductor substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask (FIG. 8). To form a MOSFET.

【0010】[0010]

【作用】本発明では、段差2の壁面2Wにゲート部を形
成するので、チャネル長はこの段差2の高さに依存す
る。つまり、本発明によれば、この段差2の高さ、すな
わち本発明製法では、異方性エッチングの深さで規定で
きることから、これを充分小さくすることが可能とな
る。
In the present invention, since the gate portion is formed on the wall surface 2W of the step 2, the channel length depends on the height of the step 2. That is, according to the present invention, since the height of the step 2, that is, the depth of the anisotropic etching in the manufacturing method of the present invention can be defined, this can be made sufficiently small.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の一例を図面を参照して説明する。こ
の例では、ドレイン側に低濃度ドレイン領域を有するい
わゆるLDD型のMOSFETに適用した場合である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of the present invention will be described with reference to the drawings. In this example, it is applied to a so-called LDD type MOSFET having a low concentration drain region on the drain side.

【0012】本発明は、図2に示すように、半導体基体
1を用意する。この半導体基体1は、半導体によって構
成された半導体基体のみならず、各種基体上に半導体薄
膜が形成された構成による半導体基体である場合を含
む。
In the present invention, as shown in FIG. 2, a semiconductor substrate 1 is prepared. The semiconductor substrate 1 includes not only a semiconductor substrate made of a semiconductor but also a semiconductor substrate having a configuration in which a semiconductor thin film is formed on various substrates.

【0013】この半導体基体1の1主面側に図3に示す
ように、段差2を形成するために、先ず例えば図2に示
すように、基体1の1主面上に段差2の底面となる部分
に開口10Wを有するマスク層10を形成する。
In order to form a step 2 on one main surface side of the semiconductor substrate 1 as shown in FIG. 3, first, as shown in FIG. 2, for example, a bottom surface of the step 2 is formed on one main surface of the substrate 1. A mask layer 10 having an opening 10W is formed in the portion to be formed.

【0014】このマスク層10は、フォトレジストの塗
布、露光、現像によって形成することができるが、この
場合このマスク層10の形成は、単にその開口10Wの
縁部が、段差の形成位置に位置するように設定すれば良
いことから、微細パターンに形成する必要はない。
The mask layer 10 can be formed by applying photoresist, exposing, and developing. In this case, the mask layer 10 is formed simply by arranging the edge portion of the opening 10W at the step forming position. Therefore, it is not necessary to form a fine pattern.

【0015】図3に示すように、マスク層をエッチング
マスクとしてその開口10Wを通じて半導体基体1をR
IE(反応性イオンエッチング)等の異方性エッチング
で所要の浅い深さ例えば0.15μmの深さにエッチン
グして段差2を形成する。
As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is R-shaped through the opening 10W using the mask layer as an etching mask.
The step 2 is formed by anisotropically etching such as IE (reactive ion etching) to a required shallow depth, for example, 0.15 μm.

【0016】図4に示すように、段差2の少なくとも壁
面2W及びこれに隣接する底面2bに渡って全面的に表
面熱酸化等によって例えば厚さ4nmのゲート絶縁層3
を形成する。
As shown in FIG. 4, the gate insulating layer 3 having a thickness of, for example, 4 nm is entirely formed on at least the wall surface 2W of the step 2 and the bottom surface 2b adjacent thereto by surface thermal oxidation or the like.
To form.

【0017】図5に示すように、全面的に例えば厚さ1
50nmにいわゆるポリサイドすなわち多結晶シリコン
層と、これの上にシリサイドすなわちシリコンと高融点
金属との化合物層との積層によるゲート電極層41を被
着形成する。
As shown in FIG. 5, for example, a thickness of 1
A so-called polycide layer, i.e., a polycrystalline silicon layer, and a gate electrode layer 41, which is formed by stacking a silicide layer, that is, a compound layer of silicon and a refractory metal, is deposited on the so-called polycide layer at 50 nm.

【0018】図6に示すように、全面的にRIE等によ
る異方性エッチングによって段差2の壁面2Wにのみゲ
ート電極層41がいわゆるサイドウォールとして残って
これによるゲート電極4が形成されるエッチングを行
う。いいかえれば、このようなサイドウォールが生じる
ように、予めゲート電極層41の厚さ及びエッチング量
の選定を行う。
As shown in FIG. 6, the gate electrode layer 41 remains as a so-called side wall only on the wall surface 2W of the step 2 by anisotropic etching by RIE or the like, and the gate electrode 4 is thereby formed. To do. In other words, the thickness and etching amount of the gate electrode layer 41 are selected in advance so that such a side wall is formed.

【0019】図7に示すように、ゲート電極4をマスク
として基体1にn型あるいはp型の不純物、例えばn型
の不純物のAs+ を10keVで、5×1013ions/cm
2 のドース量をもって基体面に対して垂直方向から30
°傾けて回転させながらイオン注入して低濃度領域7を
形成する。
As shown in FIG. 7, with the gate electrode 4 as a mask, n + or p-type impurities such as As + of n-type impurities are added to the substrate 1 at 10 keV and 5 × 10 13 ions / cm 2.
30 with a dose of 2 perpendicular to the substrate surface
Ions are implanted while being tilted and rotated to form the low concentration region 7.

【0020】図8に示すように、サイドウォール状のゲ
ート電極4の側面に、例えばSiO 2 膜のCVDと、異
方性エッチングによって幅wが例えば0.03μmの絶
縁性サイドウォール8を形成し、これらサイドウォール
8及びゲート電極4をマスクとして、半導体基体1に対
して、領域7と同導電型の不純物例えばAs+ を15k
eVで、2×1015ions/cm2 のドース量をもってイオ
ン注入して段差2の上面2a及び底面2bにソース領域
5及びドレイン領域6を形成する。
As shown in FIG. 8, a sidewall-shaped gate is used.
On the side surface of the gate electrode 4, for example, SiO 2Different from CVD of film
The width w is, for example, 0.03 μm or more due to the anisotropic etching.
The marginal sidewalls 8 are formed, and these sidewalls are formed.
8 and the gate electrode 4 as a mask to the semiconductor substrate 1.
Then, an impurity of the same conductivity type as the region 7 such as As+15k
2 x 10 in eV15ions / cm2With a dose of
Source regions on the top surface 2a and bottom surface 2b of the step 2
5 and the drain region 6 are formed.

【0021】その後、例えばエキシマレーザ光の照射、
例えばXeClレーザによってパルス幅44nsec
で、800mJ・cm- 2 のゲート電極をマスクとする
セルフアラインアニールを行う。
Thereafter, for example, irradiation with excimer laser light,
For example, a pulse width of 44 nsec by a XeCl laser
In, 800 mJ · cm - performing self-alignment annealing to mask the second gate electrode.

【0022】このようにすると、図1に示すように、段
差2の主として壁面2Wゲート絶縁層3を介してゲート
電極4が形成され、これを挟んで段差2の底面2bに低
濃度領域7による低濃度ドレイン領域を介して高濃度の
ドレイン領域6が形成され、上面2aにドレイン領域5
が形成された本発明によるMOSFETが構成される。
In this way, as shown in FIG. 1, the gate electrode 4 is formed mainly through the wall surface 2W gate insulating layer 3 of the step 2, and the low concentration region 7 is formed on the bottom surface 2b of the step 2 with the gate electrode 4 sandwiched therebetween. A high-concentration drain region 6 is formed via the low-concentration drain region, and the drain region 5 is formed on the upper surface 2a.
And a MOSFET according to the present invention is formed.

【0023】その後、必要に応じてSiO2 等の絶縁層
例えば層間絶縁層(図示せず)をCVD等によって形成
し、ソース及びドレイン各領域上、更にゲート電極4上
に電極窓あけを行って、これら窓を通じて例えばAlの
各電極あるいは配線の被着形成を行う。
[0023] Then, an insulating layer for example interlayer insulating layer such as SiO 2 (not shown) is formed by CVD or the like, if necessary, the source and drain each area on, performs electrodes Apertures further on the gate electrode 4 Then, for example, Al electrodes or wirings are deposited and formed through these windows.

【0024】この構成によるMOSFETは、そのドレ
インの低濃度領域7の形成を、そのイオン注入に際して
上述したように斜め注入によって行うことによって、こ
の領域7の上述のアニール後の状態で、ゲート電極4下
に入り込んで形成することができるので、そのチャネル
長は、殆ど段差2の深さに対応して決定されることか
ら、この段差2の深さを充分小とすることによって、充
分短チャネル長のMOSFETをフォトレジストのパタ
ーンに係わりなく形成することができる。
In the MOSFET having this structure, the low-concentration region 7 of the drain is formed by oblique implantation as described above at the time of ion implantation, so that the gate electrode 4 is formed in the state after the region 7 is annealed. Since the channel length can be formed by penetrating below, the channel length is determined almost corresponding to the depth of the step 2. Therefore, by making the depth of the step 2 sufficiently small, a sufficiently short channel length can be obtained. Can be formed regardless of the pattern of the photoresist.

【0025】[0025]

【発明の効果】上述したように、本発明では、段差2の
壁面2Wにゲート部を形成するので、チャネル長はこの
段差2の高さに依存する。つまり、本発明によれば、こ
の段差2の高さ、すなわち本発明製法では、異方性エッ
チングの深さで規定できることから、これを充分小さく
することが可能となる。
As described above, in the present invention, since the gate portion is formed on the wall surface 2W of the step 2, the channel length depends on the height of the step 2. That is, according to the present invention, since the height of the step 2, that is, the depth of the anisotropic etching in the manufacturing method of the present invention can be defined, this can be made sufficiently small.

【0026】また、電子ビーム走査、X線走査等による
フォトリソグラフィ技術を行うことを回避したので量産
性にすぐれているものである。
Further, since the photolithography technique by electron beam scanning, X-ray scanning and the like is avoided, the mass productivity is excellent.

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

【図1】本発明による電界効果トランジスタの一例の略
線的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a field effect transistor according to the present invention.

【図2】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the manufacturing method of the present invention.

【図3】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the production method of the present invention.

【図4】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the manufacturing method of the present invention.

【図5】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the production method of the present invention.

【図6】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the production method of the present invention.

【図7】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the production method of the present invention.

【図8】本発明製法の一例の一工程における略線的断面
図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view in a step of an example of the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 段差 2W 壁面 3 ゲート絶縁層 4 ゲート電極 41 ゲート電極層 1 semiconductor substrate 2 step 2W wall surface 3 gate insulating layer 4 gate electrode 41 gate electrode layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体の表面に段差が形成され、 該段差の壁面にゲート絶縁層を介してゲート電極が被着
形成されて該段差にゲート部が形成され、 上記半導体基体の上記段差の上面及び底面にそれぞれ上
記ゲート部を挟んでソース領域及びドレイン領域が形成
されて成ることを特徴とする電界効果トランジスタ。
1. A step is formed on a surface of a semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on a wall surface of the step via a gate insulating layer to form a gate portion on the step. A field effect transistor comprising a source region and a drain region formed on an upper surface and a bottom surface with the gate portion therebetween, respectively.
【請求項2】 半導体基体表面の一部に異方性エッチン
グによって段差を形成する工程と、 上記段差の壁面を含んで上記半導体基体表面にゲート絶
縁層を形成する工程と、 上記半導体基体に全面的にゲート電極層を形成する工程
と、 該ゲート電極層を上記半導体基体の上記段差の上面及び
底面が露出する程度の厚さに上記ゲート電極層を異方性
エッチングして上記段差の壁面に限定的にゲート電極層
が残されてなるゲート電極を形成する工程と、 該ゲート電極をマスクに上記半導体基体の上記段差の上
面及び底面にソース領域及びドレイン領域を形成する工
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
製法。
2. A step of forming a step by anisotropic etching on a part of the surface of the semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating layer on the surface of the semiconductor substrate including a wall surface of the step, and the entire surface of the semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode layer selectively, and the gate electrode layer is anisotropically etched to a wall thickness of the step so that the top and bottom surfaces of the step of the semiconductor substrate are exposed. And a step of forming a gate electrode having a gate electrode layer left in a limited manner, and a step of forming a source region and a drain region on the upper surface and the bottom surface of the step of the semiconductor substrate with the gate electrode as a mask. The manufacturing method of the characteristic field effect transistor.
JP9445493A 1993-04-21 1993-04-21 Field-effect transistor and fabrication thereof Pending JPH06310711A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011061094A (en) * 2009-09-11 2011-03-24 Furukawa Electric Co Ltd:The Method of manufacturing field effect transistor

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