JPS58166758A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS58166758A
JPS58166758A JP57050591A JP5059182A JPS58166758A JP S58166758 A JPS58166758 A JP S58166758A JP 57050591 A JP57050591 A JP 57050591A JP 5059182 A JP5059182 A JP 5059182A JP S58166758 A JPS58166758 A JP S58166758A
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JP
Japan
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region
substrate
insulating film
trapezoidal groove
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JP57050591A
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English (en)
Inventor
Tadamichi Masamoto
政本 忠道
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind

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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】 近年MO8形電界効果トランジスタに於て、素子の高性
能化のため、高電圧・高電流を特徴とする高電力化と、
高速・高電流利得を特徴とする高周波化に努力が払われ
ている。本発明は高周波化を計る上で、制御性の良いM
O8彫電昇効果トランジスタを含む半導体装置を提供す
るものである。
MOa形電界効果トランジスタの高周波化のための有能
指数(Figure of merit ) Fは、素
子特性及び素子構造パラメータで表わすと、 である。ここでfm:素子の相互フンダクタンス、Ci
n:入力容量、J:キャリア移動度、V、正味のゲート
’ll圧、va:チャリアのドリフト速度、L+実効チ
ャネル長である。これらの指数から高周波化のための条
件は、第1にチャネル長の低減であり、次にキャリア移
動度の向上とバイアス電圧の上昇、従ってキャリアのド
リフト速度に依存する。これらの要請から現状ではチャ
ネル長は1μ以下のサグミクロンのサイズが要求されて
おり、このサイズの微小化に伴って種々の製造上の制御
性の間組が生じている。すなわちチャネル長はもちろん
のことしきい値電圧がばらついたり、ドレイン耐圧が減
少するといった問題がある。本発明は、かかる問題に鑑
み、制御性が良く、且つ高周波特性の優れたMOB電界
効果トランジスタの製造方法を提供するものである。
以下、本発明の実施例を図面によって説明する。
まず、第1図(1)に示すように(100)面のP型シ
リコン基板)内にイオン注入、熱拡散或は、doped
 −CVD法等によりN型拡散領域2を形成しその後絶
縁膜5を形成する。次に写真蝕刻技術によりフォト・レ
ジスト4をパターニングし、絶縁膜3をエツチングして
スリット幅がLの窓を設ける。次にKOH溶液を用いて
Siの異方性エツチングを行い、第1図(b)に示すよ
うに逆台形状に刀の溝を形成する。この際、温度が80
℃の場合KOH濃度は30%以上必要である。濃度が低
いと、エッチ・ピットやヒロックスが発生するからであ
る。異方性エツチング液としては前記KOH水溶液の外
にKOH−I P人(イソブ四ビルアルコール)溶液、
ヒドラジン水溶液等があるが、種々の条件について検討
した結果、前記条件に於て35%KOH溶液が最も良い
結果を示した。次に本発明に於て重要な工程であるが、
第1図(b)に示すように入射角をθだけ傾けたイオン
注入により逆台形状溝の傾斜部の一方にムs、P等のド
ナー不純物を選択的に注入し適当な熱処理を施しN@ソ
ース領域5を形成する。次に第1図(C)の如く、熱酸
化によりゲート酸化膜6′、6“及び層間絶縁膜6を形
成する。これらのソース拡散領域及びゲート酸化膜形成
工程は本発明の特徴の一つである。すなわちソース形成
領域の不純物濃度は10”eIj’以上の高濃度である
ことと、ゲート酸化条件はソース領域の不純物の型によ
って、温度、雰囲気を適当に選ぶことが重要である。そ
れは、ソース拡散領域の抵抗すなわちソース寄生抵抗を
低減するためと、ソース拡散領域上の酸化膜6を厚くし
て、その後に形成するゲート電極7と、ソース領域間の
寄生容量を低減するためである。酸化膜6は、ゲート酸
化膜6′、6“と則時に形成するが、ソース領域の不純
物濃度が10cW4  以上の高濃度の場合、増速酸化
によって低濃度のゲート領域の酸化膜厚の数倍程度に厚
くすることができる。この酸化条件は不純物の型によっ
て異り、前記P(リン)のよりなN11(7)場合には
低温(1ooo℃以下の)、H,O雰囲気の条件が良い
。例えば(900℃、HmO)の場合、ゲー)99化膜
淳の3〜4倍程度にすることが可能である。一方前記実
施例とは、逆の型の(実施例がn・チャネル型に対して
P・チャネル型の場合など)B(ホウ素)のようなP型
不純物の場合には高温(1000℃以上)、ドライ0鵞
雰囲気の条件が良い。次に、ゲート酸化膜形成後、ゲー
ト電極7を形成する。最後に、ソース及びドレイン拡散
領域2′及び2“にコンタクト室の開孔部を設け、それ
ぞれにAt等の金属電極を形成して所望のMOa型電界
効果トランジスタの製造を完成するが、電&形成以降は
従来の製造法と大きく蛮わらず、本発明の主旨からは外
れているので、詳細な説明は省略する。前記説明のMO
8g電界効果トランジスタに於て、第1図(C)のE型
MO8領域8及びD型MO8領域9は、それぞれエンへ
ンスメント型(以下E型という)及びデプレッシ薗ン皺
(以下り型という)MOSとなるように、これらのvT
 コントロールを適切に行うことが、本発明の重要なポ
イントである。これらの条件については次式が成立する
ように逆台形溝の幾何学的寸法を考慮して決定される。
すなわち、ドレイン電流の使用範囲に於てその最大値値
をIB、maxとした時の条件式は次の通りである。
ここで VT、 ; BmMO8のターンオン電圧VT
、 ; D型MO8のターンオン電圧μ意;D型MO8
のチャネル長 Cox、鵞;D型MO8のゲート酸化膜容量W;g、D
型MO8のチャネル幅 上記(1)式から、IDの範囲を大きくとるためには、
鳥か大きく 、VTt  と■T、の差を大きくする必
要が生ずる。鳥は第1図(C)の領域9の幾何学的寸法
と表面移動度によって決まる。一方、ターン・オン電圧
VT、 、 VT、  は基板の不純物濃度、ゲート酸
化膜厚、8i−8in!系のQssの関数である。第1
図(C)の領域8,9の面方位はそれぞれ(1oo))
 、 (1111)面である。これは前記条件に好都合
である。第1に8i−8i0.系のQssは面方位依存
性のため、v’r、 ) VT、であること、次に前述
したゲート酸化膜形成に於て熱酸化を用いるため、ゲー
ト酸化膜厚に面方位依存性を生じる。これら、: の因子によってもVT、 ) VT、の傾向になる。さ
らに、これらの条件以上のIDの範囲が必要な時は第1
に基板の不純物濃度を考慮する。すなわち、第1図(d
)に同図(C)と対比して示した如く基板1よりも高濃
度領域1′を有する基板を用いる。
基板濃度か高いためにVT−は増大する。第2にはイオ
ン注入によってVT、を下げる方法がある。これはゲー
ト酸化膜形成後、ゲート電極7の形成前にD型MO8領
域すなわち第1図(C)の領域9の8i−Sin、界面
近傍に1010〜1♂’cIi”t−ダのNil[不純
物をイオン注入することによって可能である。
但し、このイオン注入は第1図(b)のソース領域5の
形成法と同様に注入角度を傾けて行う。ただし、この場
合はソース領域と対向しているので、その角度は一〇で
ある。以上の如く、条件式(1)、(2)が成立するよ
うに形成すること、言い換えると、A或は(VT、 −
v’r1)の値を大きくすることによって使ハ〕するI
Dの範囲を拡げる事を特徴としたMO8PJ!電界効果
トランジスタの製造方法を示した。
次に条件式(1〜(2)の所以について述べる。−例と
して第1図(C)の如く形成したF!DMO8型電界効
果トランジスタの等価回路図と動作領域図を第2図(a
) 、 (b)に示す。lll中M点は1Iil[M2
S部とD型MO8部の実効的な接点を示し、この電位を
Vuとする。これらの動作領域図に於てE型、DfMM
O8のそれぞれの動作条件は領域1.1はE部力3カッ
ト・オフであるために電流は流れない。領域■。
■に於てはI!型MO8部とD型M08部の電流駆動能
力が同程度となり、双方が電流制限項となる力(、領域
1.Nに於てはD型M08部の電流駆動能力が1111
MO3部の駆動能力より大きいため、全体としては1i
i[M2S部のみによって電流が決定される。
E型MO8部は飽和状態であるので、この時の電流を線
形近似で示すと ID =−′L(VG −VT、 )’   −(3)
D[M08部は領域■では非飽和、領域■では飽和状態
となるが、VGの範囲は第2図(b)から■τ1 < 
Vo < VT1+f (VTl−VT、 ) −−(
4)餉2図(b)中、VGC二VTt +f(VTt 
 ’V’r、 ) rVDC:  (ff+4)(VT
I  −VTt )、  f(VG) =VG−VT。
このVoの値から(3)式の電流IDの範囲は直ちに鳥 0 (ID< −(VT、−VT、 )″ □(5)α
三 βf/βl 従って、BD−MO8型トランジスタに於てID、mi
x (” (VT、 −VT、 )” −(6)なるよ
うに素子パラメータを設定すると、ドレイン電流・ゲー
を電圧特性は111MO8部のみによって決まる。すな
わち第1図(C)に於て逆台形溝の底部のトランジスタ
によって決められる。この底部は(1o CQ) 面で
あり、傾面部(111ハ面と比較するとMOSを形成し
た場合、Q”lが小さく表面移動度か大きい。これらは
前述した高周波化に&ま有利である。又チャネル長の微
小化に於てG′i第3図に示した如(、E[M2S部の
チャネル長ムの決定はLと深さt及び(Di!IMO8
部のチャネル長t2、拡散深さxj)によって次式の如
くなされる。
L=4+217tanψ=4+2(/acO8ψ十F)
(7)nψ (ψ= 550 ) 例としてt、=1μ、z、=tsμ、xj=α3岸 と
するとL:3.45声となり、チャネル長1μのコント
ロールを3,45μによってなされる訳であるから、バ
ラツキ等は、深さtのコント四−ルを適当にすることに
より、約173に減少することが可能になる。
これらは実際の製作上大きなメリットである。
以上のように前記条件によれば電流はE型MO8@のみ
によって決められる。この事は逆にD型M08部ではド
レイン・ソース間の一部を担っているので、E製MO8
部だけの場合と比較すると高耐圧化をも計ることが可能
である。さらに、前述したように面方位依存性によりゲ
ー)II化膜厚がより大きいため高耐圧化には極めて有
利であり、しかも電流を制限しない。次に前記ソース領
域及びVT。
のコントロールに於て入射角をθ傾けてイオン注入を行
ったが、このθの値は第3図に示した逆台形状溝のIl
側学的寸法によって次式で表わされる。
ム θ= avc tan (1+α7 )  −(8)例
としてtl−1−μ、t=1.5μ(4= t sμ、
xj=osμの時)の時#=540である。以上述べた
如く本発明に於て逆台形状に濯を形成したHD−MOa
型電界効果トランジスタに於てチャネル長或は電気的特
性の制御性を向上させることにより素子性能の高周波化
を達成せしめるための製造方法を示した。
本発明はn−チャネル型を例に示したが、それぞれ不純
物の型を逆転することによりp−チャネル型でも又上記
構造を含む半導体装置のすべての製造方法に適用可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の断面図である。 第2図(a)は本発明のトランジスタの略画回路図、第
2図(b)は動作領域図である。 第S図は本発明の構造の幾何学的条件を示す断面図であ
る。 1.1′・・・P型シリコン基板 2,212″・・・
N[拡散領域5・・・5toveの絶縁1lI4・・・
フォト・レジスト膜5・・・N型ソース領域  6.6
’、 /−・・8i0.等の絶縁膜7・・・ゲート電極
    8・・・EfiMO&領域9・・・D型MO8
領域 / 二d′ (C) 第2図 i′ ((1) (b) ケ゛−ト電圧VG

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  表面がイ100p面である一喜電製のシリコ
    ン基板に適当な開孔部を予め設けた後、異方性エツチン
    グにより該基板に逆台形状仁四勺の溝を設ける工程と、
    前記逆台形の傾斜部の一方に、該基板とは逆導電型のソ
    ース拡散領域を、傾斜部のもう一方にデプレッション形
    のMO8部を、さらに逆台形の底部にエンハンスメント
    形のMO8部を設ける工程とを行なうことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  2. (2)前記逆台形の溝部上に8i0.等の絶縁物を介し
    てゲート電極を形成する工程に於て、ソース拡散領域部
    分の絶縁物膜厚をデプレッション形及びエンハンスメン
    ト形MO8部分の絶縁物膜厚よりも大にしてゲート電極
    を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体装置の製造方法。
  3. (3)−導電型のシリコン基板を、不純物濃度が異る、
    少なくとも2層以上の基板とし、前記逆台形状〉ゴ午の
    溝を設ける工程に於て、逆台形状溝の底部の不純物濃度
    を逆台形状溝の傾斜部の不純物濃度よりも大にして逆台
    形状溝を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の半導体装置の一造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60160160A (ja) * 1984-01-05 1985-08-21 エスジーエス―トムソン マイクロエレクトロニクス インコーポレイテッド 集積回路
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