JPS6015964A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JPS6015964A
JPS6015964A JP58123231A JP12323183A JPS6015964A JP S6015964 A JPS6015964 A JP S6015964A JP 58123231 A JP58123231 A JP 58123231A JP 12323183 A JP12323183 A JP 12323183A JP S6015964 A JPS6015964 A JP S6015964A
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JP
Japan
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diffusion layer
layer
drain
transistor
memory
Prior art date
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Pending
Application number
JP58123231A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsutada Horiuchi
勝忠 堀内
Akira Kikuchi
菊地 彰
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a memory, in which dielectric resistance between a source and a drain in a transistor is sufficiently higher than normal supply voltage and a hot carrier injection phenomenon is ignored, reliability thereon is high and which can be operated at high speed, by adopting a change into low impurity concentration of a drain diffusion layer and a silicide layer on a low impurity concentration region. CONSTITUTION:A side-wall oxide film 17 is left selectively, and a gate oxide film 5 in a region in which a low impurity-concentration drain diffusion layer 18 must be formed is removed. Dichlorosilane and hydrochloric acid are reacted chemically in the vapor phase, and a polycrystalline or amorphous silicon thin- film 21 is deposited selectively on an exposed region in the surface of a silicon substrate 1. Arsenic ions are implanted after the deposition process, and implanted ions are activated through heat treatment in a short time to form the low impurity-concentration drain diffusion layer 18. Platinum is sputtered and evaporated, a PtSi layer 19 is left on the diffusion layer 18 in a self-alignment manner, a W film is deposited on the layer 19, and an electrode for a wiring by Al 10 is formed, thus manufacturing a memory.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に係り、特に1μm以下のゲー
ト長を有する超微細絶縁ゲート型屯界効果トランジスタ
と容量で構成される半導体記憶装置の尚耐圧、高速化に
好適なメモリセル構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a semiconductor memory device, and particularly to a semiconductor memory device comprising an ultrafine insulated gate type field effect transistor having a gate length of 1 μm or less and a capacitor. The present invention relates to a memory cell structure suitable for high breakdown voltage and high speed.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

半導体記憶装置(以降メモリと称する)の高集積化に伴
い、メモリの単位ビットを構成する容量および絶縁ゲー
ト型峨界効果トランジスタ(以降単にトランジスタと称
する。)の微細化が要求されている。第1図乃至第2図
は従来構造に基づく、メモリの単位ビットを示す平面図
と断面図であり一つの容量と一つのトランジスタで構成
されている。第2図において1は半導体基板、2はフィ
ルド酸化膜、3および4は半導体基板1と反対導電型で
かつ高不純物濃度分布を有するソースおよびドレイン拡
散領域である。5はゲートm化膜、6は容量を構成する
電極であシ通常VDDなる1諒電圧が印加され上記電極
6直下の半導体基板1表面に反転層7を形成する。8は
上記容量への電荷の充放電を制御するトランジスタのゲ
ートト極であシ、メモリのワード線に対応する。9は保
護絶縁膜、10はワード線と直交し、トランジスタのド
レイン4と接続する金属ビット線である。
2. Description of the Related Art As semiconductor storage devices (hereinafter referred to as memories) become highly integrated, there is a demand for miniaturization of capacitors and insulated gate type field effect transistors (hereinafter simply referred to as transistors) that constitute unit bits of memories. 1 and 2 are a plan view and a sectional view showing a unit bit of a memory based on a conventional structure, which is composed of one capacitor and one transistor. In FIG. 2, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a filled oxide film, and 3 and 4 are source and drain diffusion regions having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 and having a high impurity concentration distribution. Reference numeral 5 denotes a gate m-oxide film, and 6 an electrode constituting a capacitance. A single voltage, usually VDD, is applied to this electrode to form an inversion layer 7 on the surface of the semiconductor substrate 1 directly below the electrode 6. Reference numeral 8 denotes a gate electrode of a transistor that controls charging and discharging of charge to the capacitor, and corresponds to a word line of the memory. 9 is a protective insulating film, and 10 is a metal bit line that is perpendicular to the word line and connected to the drain 4 of the transistor.

第1図乃至第2図で示される従来構造メモリにおいて、
集積度を向上させる為にはトランジスタのゲート8も微
細化する必要があるが、ゲート長の短小化、すなわち実
効チャネル長の短小化によりパンチスルー耐圧が極端に
低下し、5Vなる通常電源では動作不能となる欠点を有
している。上記の欠点は実効チャネル長が0.4μm以
下において顕著となる。
In the conventional structured memory shown in FIGS. 1 and 2,
In order to improve the degree of integration, it is necessary to miniaturize the gate 8 of the transistor, but as the gate length is shortened, that is, the effective channel length is shortened, the punch-through withstand voltage is extremely reduced, making it impossible to operate with a normal power supply of 5V. It has a drawback that makes it impossible. The above drawback becomes noticeable when the effective channel length is 0.4 μm or less.

パンチスルー耐圧の向上は基板不純物濃度を増すことに
より達成できるがそれより逆に雪崩降服耐圧が低下し、
ソース・ドレイン間耐圧の向上は難しい。
Improving the punch-through breakdown voltage can be achieved by increasing the substrate impurity concentration, but on the contrary, the avalanche breakdown voltage decreases,
Improving the source-drain breakdown voltage is difficult.

さらに基板不純物濃度の増大は不純物散乱に基づく移動
度の低下をもたらす欠点も有しており、トランジスタの
微細化に基づく高速動作を阻害する。
Furthermore, an increase in the substrate impurity concentration has the disadvantage of reducing mobility due to impurity scattering, which impedes high-speed operation based on miniaturization of transistors.

上記した各欠点を解消するため構成トランジスタの微細
化と共に電源電圧を5■から3■に低下させる試みも提
案されている。しかしながら上記の低電圧化は容量への
蓄積電荷量の低下をもたらし、信号・雑音比を悪化させ
る欠点を生ずる。さらに動作電圧の低下は動作速度の低
下をもたらすことは言うまでもない。
In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, attempts have been made to miniaturize the constituent transistors and to lower the power supply voltage from 5.0 cm to 3.0 cm. However, the above-mentioned reduction in voltage causes a decrease in the amount of charge stored in the capacitor, resulting in a disadvantage of deteriorating the signal-to-noise ratio. Furthermore, it goes without saying that a decrease in operating voltage results in a decrease in operating speed.

微細化に伴う従来構造メモリの本質的な欠点は構成トラ
ンジスタの信頼性が確保できなくなることである。すな
わち、従来構造の微細トランジスタにおいてはドレイン
近傍に高電界が印加され、上記電界によシ加速された電
子、または正孔がゲート絶縁膜中へ注入される。いわゆ
るホットキャリア現象が生ずることである。上記現象の
発生により閾電圧値の変動、伝達コンダクタンスの低下
も同時に発生する。
An essential drawback of conventionally structured memories due to miniaturization is that the reliability of constituent transistors cannot be ensured. That is, in a microtransistor with a conventional structure, a high electric field is applied near the drain, and electrons or holes accelerated by the electric field are injected into the gate insulating film. This is because a so-called hot carrier phenomenon occurs. Due to the occurrence of the above phenomenon, a fluctuation in the threshold voltage value and a decrease in transfer conductance also occur at the same time.

微細化に伴う従来構造メモリの他の欠点は構成トランジ
スタの微細化において、ゲート酸化膜5も単純に薄膜化
されることに基づく。すなわち、ゲート酸化膜5の薄膜
化はゲート8とノース3、およびドレイン4間の入出力
容量を単調に増大させ動作速度の低下を伴う欠点を有し
ている。
Another drawback of the conventional structured memory due to miniaturization is that the gate oxide film 5 is also simply thinned when the constituent transistors are miniaturized. That is, making the gate oxide film 5 thinner has the disadvantage that the input/output capacitance between the gate 8 and the north 3 and the drain 4 increases monotonically, resulting in a decrease in operating speed.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は上述した従来技術の欠点を解消し、構成
トランジスタのソース・ドレイン間耐圧が通常電源電圧
に比べて十分に尚く、ホットキャリア注入現象が無視さ
れる信頼性の高いメモリを提供することにある。本発明
の他の目的は入出力容量の増加をまねくことなく、高速
動作可能なメモリを提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a highly reliable memory in which the withstand voltage between the source and drain of the constituent transistors is sufficiently higher than the normal power supply voltage, and the hot carrier injection phenomenon is ignored. It's about doing. Another object of the present invention is to provide a memory that can operate at high speed without increasing the input/output capacity.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は0.5μm以下のゲート長を有する超微細トラ
ンジスタの高耐圧化、及び制速化がドレイン拡散層の低
不純物濃度化と上記低不純物濃度領域上のシリサイド層
の採用により可能となる事を見出した事に基づく。すな
わちドレイン拡散層の低濃度化はドレイン電界による空
乏層をドレイン拡散層内にも伸ばし得る為パンチスルー
耐圧の向上が実現できる。上記の高耐圧化においては半
導体基板不純物濃度を増大する必要がなく、したがって
不純物散乱に基づく移動度の低下が防止でき、高速動ど
「が可能となる。上記したシリサイド層の役割は配線金
属とドレイ/拡散層間のオーミック接触の確保、および
ドレイン拡散層抵抗の低減化である。低不純物濃度拡散
領域とシリサイド層間のオーミック接触に関してはシリ
サイド層形成前における低不純物濃度領域の表面濃度が
1018Crn′I以上であれば良好なオーミック接触
が確保できる事実に基づいている。上記の事実は本発明
者の一人がジャーナルオブアプライドフイジックス(J
ournal of applied physics
)誌53巻5号3690ページ(1982年)において
報告した現象、すなわち、シリサイド層形成時にシリサ
イド層直下の拡散層表面部分において約10nm厚さで
不純物析出層が形成され、表面不純物濃度が約1桁上昇
する現象に基づいている。
The present invention makes it possible to increase the breakdown voltage and speed control of an ultrafine transistor with a gate length of 0.5 μm or less by reducing the impurity concentration of the drain diffusion layer and employing a silicide layer on the low impurity concentration region. Based on the findings. That is, lowering the concentration of the drain diffusion layer allows the depletion layer caused by the drain electric field to extend into the drain diffusion layer, thereby improving the punch-through breakdown voltage. In order to achieve the above-mentioned high breakdown voltage, there is no need to increase the impurity concentration of the semiconductor substrate, so it is possible to prevent a decrease in mobility due to impurity scattering, and high-speed movement is possible. These are to ensure ohmic contact between the drain/diffusion layer and to reduce the resistance of the drain diffusion layer.As for ohmic contact between the low impurity concentration diffusion region and the silicide layer, the surface concentration of the low impurity concentration region before forming the silicide layer is 1018 Crn'I. The above is based on the fact that good ohmic contact can be ensured.The above fact is based on the fact that one of the inventors of the present invention
internal of applied physics
), Vol. 53, No. 5, p. 3690 (1982), that is, when a silicide layer is formed, an impurity precipitated layer with a thickness of about 10 nm is formed on the surface of the diffusion layer directly under the silicide layer, and the surface impurity concentration is about 1. It is based on the phenomenon of increasing orders of magnitude.

低濃度不純物拡散層とシリサイド層の組合せにより従来
技術におけるドレイン高濃度不純物拡散層を置換える構
成によ90.5μm以下のチヤネル長を有する超微細ト
ランジスタのソース・ドレイン間耐圧、及び耐ホツトキ
ャリア特性を格段に向上させることができる。上記の高
耐圧化は基板率 、細物濃度によらず実現できるもので
ある。したがって閾電圧値の上昇、及び伝達コンダクタ
ンスの低下をもたらすことなくトランジスタの微細化に
基づく高速動作化が可能になる。
Source-drain breakdown voltage and hot carrier resistance characteristics of an ultra-fine transistor having a channel length of 90.5 μm or less by a configuration in which a drain high concentration impurity diffusion layer in the conventional technology is replaced by a combination of a low concentration impurity diffusion layer and a silicide layer can be significantly improved. The above-mentioned high breakdown voltage can be achieved regardless of the substrate ratio or the concentration of fine particles. Therefore, high-speed operation based on miniaturization of the transistor is possible without increasing the threshold voltage value or decreasing the transfer conductance.

上記構成のトランジスタのメモリへの適用において、容
量に直結されるトランジスタのソース拡散層は上記耐圧
向上にほとんど寄与しない。したがってソース領域には
容量増大の観点から高不純物濃度基板と高不純物濃度拡
散層によるP”N+接合が構成されることが望ましい。
When the transistor having the above structure is applied to a memory, the source diffusion layer of the transistor directly connected to the capacitor hardly contributes to the improvement in the withstand voltage. Therefore, from the viewpoint of increasing the capacitance, it is desirable that a P''N+ junction be formed in the source region by the high impurity concentration substrate and the high impurity concentration diffusion layer.

すなわち0.5μm以下のゲート長を有するトランジス
タで構成されるメモリにおいては高耐圧・高速、及び大
容量化の観点から上記トランジスタのソース及びドレイ
ン拡散層の不純物分布を上述のごとく異なるように構成
する事が望ましい。さらにトランジスタの高伝達コンダ
クタンス化の観点からソース側のゲート側壁絶縁膜直下
における半導体基板表面も高濃度不純物拡散層で構成さ
れている事が望ましい。
In other words, in a memory composed of a transistor having a gate length of 0.5 μm or less, the impurity distribution of the source and drain diffusion layers of the transistor is configured to be different as described above from the viewpoint of high breakdown voltage, high speed, and large capacity. things are desirable. Furthermore, from the viewpoint of increasing the transfer conductance of the transistor, it is desirable that the surface of the semiconductor substrate immediately below the gate sidewall insulating film on the source side also be comprised of a highly concentrated impurity diffusion layer.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

説明の都合上、図面をもって説明するが要部が拡大して
示されているので注意を費する。
For convenience of explanation, the explanation will be made using drawings, but please note that important parts are shown enlarged.

実施例1 第3図乃至第8図は本発明による半導体記憶装置の一実
施例を示した図で、1はP導電型比抵抗1Ω−画のシリ
コン基板である。シリコン基板1表面に従来の素子分離
技術を利用して0.8μmの厚いフィルド酸化膜2を選
択的に形成した後、フィルド酸化膜2の選択形成に用い
たシリコン酸化膜11およびシリコン窒化膜12の所望
の領域を選択的に除去したリコン基板1表面を露出させ
る。
Embodiment 1 FIGS. 3 to 8 are diagrams showing an embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention, in which reference numeral 1 denotes a silicon substrate of P conductivity type with a specific resistance of 1 Ω. After selectively forming a 0.8 μm thick filled oxide film 2 on the surface of the silicon substrate 1 using conventional device isolation technology, a silicon oxide film 11 and a silicon nitride film 12 used for selectively forming the filled oxide film 2 are formed. The surface of the silicon substrate 1 from which a desired region has been selectively removed is exposed.

しかる後20nm厚のシリコン酸化膜を上記シリコン基
板1の露出部に再形成し、イオン打込み法によシl X
 1016cm−2なる砒素(AS)イオンをシリコン
基板1表面で最大濃度になる様に注入した。上記注入イ
オンの活性化熱処理の後、硼素(B)イオンを表面不純
物濃度が1018cm−3となる条件でイオン注入し、
再びその活性化熱処理を施し各々N+拡散層13および
P+拡散層14を形成しシリコン基板1の所望の領域に
P+ ・N+接合を形成した。しかる後、イオン打込み
のマスクとして用いたシリコン酸化膜11およびシリコ
ン窒化膜12を全面的に除去した。次に20nmなる膜
厚を有する清浄なゲート酸化膜5をシリコン基板1上に
形成し、続いて300nmなる膜厚を有するシリコン薄
膜6を化学気相反応により堆積した。上記シリコン薄膜
にpoc13を拡散源とする通常の?A (P )拡散
を施し十分に低抵抗化してからメモリの容量構成パター
ンに従い第1ゲート電極6を写真蝕刻によシ形成した。
Thereafter, a silicon oxide film with a thickness of 20 nm is re-formed on the exposed portion of the silicon substrate 1, and a silicon oxide film is formed using an ion implantation method.
Arsenic (AS) ions of 10<16>cm<-2> were implanted to reach the maximum concentration on the surface of the silicon substrate 1. After the activation heat treatment of the implanted ions, boron (B) ions are implanted under conditions such that the surface impurity concentration is 1018 cm-3,
The activation heat treatment was performed again to form an N+ diffusion layer 13 and a P+ diffusion layer 14, respectively, and a P+/N+ junction was formed in a desired region of the silicon substrate 1. Thereafter, the silicon oxide film 11 and silicon nitride film 12 used as masks for ion implantation were completely removed. Next, a clean gate oxide film 5 with a thickness of 20 nm was formed on the silicon substrate 1, and then a thin silicon film 6 with a thickness of 300 nm was deposited by chemical vapor phase reaction. Ordinary method using poc13 as a diffusion source in the silicon thin film mentioned above? After A (P) diffusion was performed to sufficiently reduce the resistance, the first gate electrode 6 was formed by photolithography according to the capacitance configuration pattern of the memory.

次に700Cの低温湿式熱酸化により第1ゲート電極6
上、およびシリコン基板内のN+拡散層13上に0.2
5μm厚のシリコン酸化膜15を形成した。上記低温湿
式熱酸化においてN+拡散が施されていないシリコン基
板面上では増速酸化が行なわれず50nm厚の酸化膜し
か形成されなかった。上記酸化工程の後、5Qnmの酸
化膜を全面的に除去すると約0.2μm厚のシリコン酸
化膜15が第1ゲート電極6およびN″″拡散層13の
露出部分に自己整合的に残置された。しかる後、再び2
0nm厚のゲート酸化膜をシリコン基板1の露出部分に
形成し、第2層目のシリコン薄膜を化学気相反応によシ
堆積した。上記第2のシリコン薄膜に隣拡散を施し、十
分に低抵抗化した後、表面に形成された硅碕酸ガラスを
除去した後、第2のシリコン薄膜表面を熱酸化し、約0
.3μmのシリコン酸化膜を形成した。しかる後、ワー
ド緋パターンに従って上記のシリコン薄膜、およびシリ
コン酸化膜を同時に写真蝕刻し制御ゲート電極8および
電極保護膜16を形成した。次にテトラエトキシシラン
(S i (OC2H5)4)を用いた化学気相反応に
より0.3μmなる膜厚を有するノリコン酸化膜17を
全面に堆積させた。上記の堆積膜17を反応性スパッタ
エツチングによりシリコン基板1表面と当直方向にエツ
チングを実施し、平坦部に堆積されたシリコン酸化膜を
除去すると第6図に示すごとく制御ゲート電極8側壁や
フィルド酸化膜2端部等急峻な側壁部にのみシリコン酸
化膜17が残置された。この状態で酸化膜5を介して砒
素イオンを加速エネルギ7(lKeVの条件でイオン打
込みによシリコン基板表面に注入した。」二記条件はシ
リコン基板表面で最大不純物濃度となる条件である。注
入砒素イオン量は表面不純・物儂度がIX 1017乃
至1020cnr−3の範囲で種々の値を取るような多
数の条件で行った。上記イオン打込みの後、注入イオン
の活性化熱処理を施しドレイン低濃度拡散層18を形成
したが各表面不純物濃度に応じて熱処理時間を設定し、
最終的なドレイン拡散層の接合深さが0.25μmとな
る様にした。次にドレイン低濃度拡散層18表面に残置
されているゲート酸化膜5を除去し、3Qnm厚の白金
(Pi)を全面にスパッタ法により蒸着した。次に45
0Cの熱処理を施し、ドレイン拡散層18表面に白金7
リサイド(PtSi)層19を形成した。
Next, the first gate electrode 6 is formed by low-temperature wet thermal oxidation at 700C.
0.2 on the top and on the N+ diffusion layer 13 in the silicon substrate.
A silicon oxide film 15 with a thickness of 5 μm was formed. In the above-mentioned low-temperature wet thermal oxidation, accelerated oxidation was not performed on the surface of the silicon substrate on which N+ diffusion was not performed, and only an oxide film with a thickness of 50 nm was formed. After the above oxidation step, when the 5Qnm oxide film was completely removed, a silicon oxide film 15 with a thickness of approximately 0.2 μm was left in self-alignment on the exposed portions of the first gate electrode 6 and the N″″ diffusion layer 13. . After that, 2 again
A gate oxide film with a thickness of 0 nm was formed on the exposed portion of the silicon substrate 1, and a second silicon thin film was deposited by chemical vapor phase reaction. After the second silicon thin film is subjected to neighbor diffusion to sufficiently lower the resistance, the silicate glass formed on the surface is removed, and the second silicon thin film surface is thermally oxidized to approximately 0.
.. A 3 μm silicon oxide film was formed. Thereafter, the silicon thin film and the silicon oxide film were simultaneously photo-etched according to the word scarlet pattern to form the control gate electrode 8 and the electrode protection film 16. Next, a silicon oxide film 17 having a thickness of 0.3 μm was deposited over the entire surface by a chemical vapor phase reaction using tetraethoxysilane (S i (OC2H5)4). When the above-mentioned deposited film 17 is etched in the direction of the silicon substrate 1 surface and the duty direction by reactive sputter etching, and the silicon oxide film deposited on the flat part is removed, the control gate electrode 8 side wall and filled oxide are removed as shown in FIG. The silicon oxide film 17 was left only on steep sidewalls such as the ends of the film 2. In this state, arsenic ions were implanted into the silicon substrate surface through the oxide film 5 by ion implantation at an acceleration energy of 7 (lKeV). The second condition is the condition where the maximum impurity concentration is achieved on the silicon substrate surface. The amount of arsenic ions was determined under a number of conditions such that the surface impurity and physical density took various values in the range of IX 1017 to 1020cnr-3.After the above ion implantation, activation heat treatment of the implanted ions was performed to reduce the drain level. Although the concentration diffusion layer 18 was formed, the heat treatment time was set according to each surface impurity concentration,
The final junction depth of the drain diffusion layer was set to 0.25 μm. Next, the gate oxide film 5 remaining on the surface of the drain low concentration diffusion layer 18 was removed, and platinum (Pi) with a thickness of 3 Q nm was deposited on the entire surface by sputtering. Next 45
After heat treatment at 0C, platinum 7 is applied to the surface of the drain diffusion layer 18.
A reside (PtSi) layer 19 was formed.

上記の熱処理において白金はシリコン酸化膜とは反応せ
ずシリサイド層は形成されない。したがって上記熱処理
工程の後、王水で残置された白金を除去するとl) t
 s r +曽19は、王水でエツチングされないため
ドレイン低濃度拡散層18上に自己整合的にptsi層
19が残置される。ここにおいて、ptSi層直下には
ptsi層形成前の表面不純物濃度よシも約1桁高い不
純物濃度を有する約10μm厚の析出層がptSi層1
9層目9整合的に形成される。次に六沸化タングステン
(WFa)を用いた化学気相反応により400Cの条件
でタングステン(W)20を50nm厚さ堆積させた。
In the above heat treatment, platinum does not react with the silicon oxide film and no silicide layer is formed. Therefore, after the above heat treatment step, if the remaining platinum is removed with aqua regia, l) t
Since the s r + so 19 is not etched by aqua regia, the PTSI layer 19 is left on the drain low concentration diffusion layer 18 in a self-aligned manner. Here, directly under the ptSi layer, there is a precipitated layer of about 10 μm thick having an impurity concentration about one order of magnitude higher than the surface impurity concentration before forming the ptSi layer.
The ninth layer is formed in a consistent manner. Next, tungsten (W) 20 was deposited to a thickness of 50 nm at 400 C by a chemical vapor phase reaction using tungsten hexafluoride (WFa).

上記の化学気相反応において水素1517mm、六フッ
化タングステン30 c c /min、堆積圧力40
Pa、堆積速度15nm/−の条件ではWはシリコン又
はシリサイド上にしか堆積されない。したがってW膜は
pt3i層19上に自己整合的に堆積される。上記W膜
はシリサイドと配線金属との反応を防止するだめのもの
である。しかる後アルミニウム(At)10による配線
用電極を所望の回路方式に従って形成し、メモリを製造
した。
In the above chemical vapor phase reaction, hydrogen 1517 mm, tungsten hexafluoride 30 c c /min, and deposition pressure 40
Under the conditions of Pa and a deposition rate of 15 nm/-, W is deposited only on silicon or silicide. Therefore, the W film is deposited on the pt3i layer 19 in a self-aligned manner. The above-mentioned W film is used to prevent the reaction between the silicide and the wiring metal. Thereafter, wiring electrodes made of aluminum (At) 10 were formed according to a desired circuit system, and a memory was manufactured.

上記製造工程により制御トランジスタの実効チャネル長
が0.4μmおよび0.3μmで構成された各メモリを
製造し、従来構造メモリとの特性を比較した。上記特性
比較に先たって実効チャネル長が各々0.4μIn、お
よび0.3μInなる従来構造単体トランジスタのゲー
ト零電位におけるソース・ドレイン間耐圧を測定したと
ころ各々5V、および3■であった。実際、0.3μm
万る実効チャネル長を有するメモリにおいては電源電圧
を3■以上に上昇させると破壊してしまい、0.4μm
なる実効チャネル長を有するメモリにおいても電源電圧
の変動により5v電源では破壊してしまった。
Memories with control transistors having effective channel lengths of 0.4 μm and 0.3 μm were manufactured using the above manufacturing process, and their characteristics were compared with conventionally structured memories. Prior to the above characteristic comparison, the source-drain breakdown voltages at zero gate potential of conventional structure single transistors with effective channel lengths of 0.4 .mu.In and 0.3 .mu.In, respectively, were measured and found to be 5 V and 3 .mu.In, respectively. In fact, 0.3μm
A memory with an effective channel length of 0.4 μm will be destroyed if the power supply voltage is increased beyond 3 μm.
Even a memory with an effective channel length of

本実施例に基づくメモリにおいて、ドレイン低濃度拡散
層の表面不純物濃度をl−018crn−3乃至5×1
0”cm−3に設定した実効チャネル長0.4μmのメ
モリでは5■電源電圧で完全に動作し、かつホットキャ
リア注入現象に基づく閾電圧値の変動や伝達コンダクタ
ンスの低下等は観測されなかった。
In the memory based on this example, the surface impurity concentration of the drain low concentration diffusion layer is set to l-018crn-3 to 5×1.
A memory with an effective channel length of 0.4 μm set to 0”cm-3 operated perfectly at a power supply voltage of 5μm, and no fluctuations in threshold voltage or decrease in transfer conductance due to the hot carrier injection phenomenon were observed. .

上記メモリにおけるトランジスタについてゲート零電位
におけるソース・ドレイン間耐圧を測定したところ、ド
レイン低濃度拡散層18の表面不純物濃度が3 X 1
018cm−3のものが一番高く約9.5■であった。
When we measured the source-drain breakdown voltage at zero gate potential for the transistor in the above memory, we found that the surface impurity concentration of the drain low concentration diffusion layer 18 was 3 x 1.
018cm-3 was the highest, about 9.5cm.

表面不純物濃度がI X 1”O18,I XlO19
および5 X 1019Cn1−3の各トランジスタに
おいては各々6.5,7.5および6.2■であった。
Surface impurity concentration is I X 1”O18, I XlO19
and 6.5, 7.5 and 6.2■ for each transistor of 5×1019Cn1-3, respectively.

実効チャネル長0.3μmのトランジスタで構成された
本実施例に基づくメモリにおいて、そのトランジスタの
ゲー ト零電位におけるソース・ドレイン間耐圧を測定
したところ、ドレイン拡散層18の表面不純物濃度がI
 X 10 ”cm−3で最高値、6.2■を示し、3
X1018.lXlO19および5 X 1019on
−3の各表面不純物濃度のものは谷々、4.8,4.0
および3,5■なる値となった。ドレイン拡散層18の
表面不純濃度がI X 1018cm−3で構成された
上記メモリにおいてはトランジスタの実効チャネル長が
0.3μmと極めて短いにもかかわらす5v電源で動作
する事ができだ。本実施例に基づくメモリにおいて、ド
レイン拡散層]8の表面不純物濃度が10 ” cm−
3未満で構成されるトランジスタはシリサイド層19と
ドレイン拡散層18間で良好なオーミック特性が得るこ
とができず上記メモリは動作できなかった。
When the source-drain breakdown voltage of the transistor at zero gate potential was measured in the memory based on this example, which was constructed of a transistor with an effective channel length of 0.3 μm, it was found that the surface impurity concentration of the drain diffusion layer 18 was I.
The highest value at X 10”cm-3 was 6.2■,
X1018. lXlO19 and 5X1019on
-3 surface impurity concentrations are valleys, 4.8, 4.0
The value was 3.5■. The above memory in which the surface impurity concentration of the drain diffusion layer 18 is I.times.10.sup.18 cm.sup.-3 can be operated with a 5V power supply even though the effective channel length of the transistor is extremely short at 0.3 .mu.m. In the memory based on this example, the surface impurity concentration of the drain diffusion layer]8 is 10'' cm-
In a transistor composed of less than 3 transistors, good ohmic characteristics could not be obtained between the silicide layer 19 and the drain diffusion layer 18, and the memory could not operate.

本実施例に基づくメモリセルの動作速度特性も評価した
。トランジスタの実効チャネル長が0.4μm、ドレイ
ン拡散層18の表面不純物濃度が1018on−”のも
のの伝達コンダクタンスは1×10 ”cm−3の不純
物濃度を有するシリコン基板1を用いて製造される従来
構造トランジスタの伝達コンダクタンスの約1.3倍と
なり高速動作が確認された。さらに本実施例におけるメ
モリトランジスタのソース拡散層13をドレイン拡散層
18と同一不純物分布となる様に構成して試作したトラ
ンジスタの伝達コンダクタンスも測定したが本実施例に
基つくメモリのトランジスタにおける伝達コンダクタン
スより1.5割程度小さくなってしまった。上記結果よ
りメモリの制御トランジスタにおけるソース・ドレイン
拡散層の不純物分布は同一に構成せず、ドレイン拡散層
18に関しては耐圧向上の観点か5 X 1018cm
−3以上1020cm −”未満の低不純物表面濃度に
、ソース拡散層13については高速動作、すなわち伝達
コンダクタンスの向上の観点から高不純物表面濃度分布
で構成する本実施例に基づく構成が望ましいことがわか
った。
The operating speed characteristics of the memory cell based on this example were also evaluated. Although the effective channel length of the transistor is 0.4 μm and the surface impurity concentration of the drain diffusion layer 18 is 1018 on-'', the transfer conductance is a conventional structure manufactured using a silicon substrate 1 having an impurity concentration of 1×10'' cm-3. The transfer conductance was approximately 1.3 times that of the transistor, confirming high-speed operation. Furthermore, the transfer conductance of a prototype transistor was measured by configuring the source diffusion layer 13 of the memory transistor in this example so as to have the same impurity distribution as the drain diffusion layer 18. It became about 1.5% smaller than that. From the above results, the impurity distribution of the source/drain diffusion layers in the control transistor of the memory is not the same, and the drain diffusion layer 18 is 5 x 1018 cm, probably from the viewpoint of improving the breakdown voltage.
It has been found that the structure based on this embodiment, which has a low impurity surface concentration of -3 or more and less than 1020 cm -'' and a high impurity surface concentration distribution for the source diffusion layer 13 from the viewpoint of high-speed operation, that is, improvement of transfer conductance, is desirable. Ta.

実施例2 第9図乃至第10図は本発明の他の実施例を示した図で
ある。前記第1の実施例において、側壁酸化膜17を選
択的に残置した後、低不純vIa度ドレイン拡散層】8
を形成すべき領域のグー11化膜5を除去する。しかる
後、ジクロルソラン(SiI(2Ct2)と塩酸(HO
2)の化学気相反応を775Cの温度でおこない、0.
3μmなる厚さの多結晶質、又は非晶質のシリコン薄膜
21をシリコン基板1の表面が露出された領域上に選択
的に堆積させた。上記シリコン堆積膜の形成条件はジク
ロ7tzシラン200 c c 7mm、塩酸5 Q 
c c 7mm水素75 t/mmの条件であり、堆積
速度は10nm/分である。上記条件におけるシリコン
薄膜の堆積においては側壁酸化膜17との境界部におい
てもいわゆるファセットと称される凹凸が発生し彦い平
坦な形状を得ることができた。上記の堆積工程の後砒素
イオンを注入した。上1己のイオン注入条件は前記第1
の実施例におけるドレイン拡散層18形成の条件と同一
である。しかる後、1100i1:?、30秒の条件に
よる短時間熱処理を実施し、注入イオンの活性化により
低不純物濃歴ドレイン拡散層18を形成した。多結晶質
、又は非晶質で構成されるシリコン堆積膜21内におけ
る不純物の拡散係数は単結晶シリコン内における拡散係
数に比べてJO乃至20倍も太きい。したがって上記の
短時間熱処理によりシリコン堆積膜21内における不純
物分布はほぼ均一濃度分布となりシリコン基板1内にお
けるドレイン拡散層18はシリコン基板1表面から約2
0μmの深さまでしか形成されない。なお上記短時間熱
処理によってはすでに形成されているソース拡散層13
等の濃度分布はほとんど影響をうけない。上記単時間熱
処理の後、白金のスパッタ蒸着を行い以降前記第1の実
施例に基づいてメモリを製造した。
Embodiment 2 FIGS. 9 and 10 are diagrams showing another embodiment of the present invention. In the first embodiment, after selectively leaving the sidewall oxide film 17, a low impurity VIa drain diffusion layer]8
The goo 11 film 5 in the area where it is to be formed is removed. After that, dichlorosolane (SiI (2Ct2) and hydrochloric acid (HO
The chemical vapor phase reaction of 2) was carried out at a temperature of 775C.
A polycrystalline or amorphous silicon thin film 21 having a thickness of 3 μm was selectively deposited on the exposed surface area of the silicon substrate 1 . The conditions for forming the silicon deposited film are dichloro7tz silane 200cc 7mm, hydrochloric acid 5Q
The conditions were c c 7 mm hydrogen 75 t/mm, and the deposition rate was 10 nm/min. In the deposition of the silicon thin film under the above conditions, unevenness called facets were generated even at the boundary with the sidewall oxide film 17, and a flat shape could be obtained. After the above deposition step, arsenic ions were implanted. The ion implantation conditions for the first part are as described above.
The conditions are the same as those for forming the drain diffusion layer 18 in the embodiment. After that, 1100i1:? A short-time heat treatment was carried out under the conditions of . The diffusion coefficient of impurities in the polycrystalline or amorphous silicon deposited film 21 is JO to 20 times larger than the diffusion coefficient in single crystal silicon. Therefore, due to the above-mentioned short-time heat treatment, the impurity distribution in the silicon deposited film 21 becomes a substantially uniform concentration distribution, and the drain diffusion layer 18 in the silicon substrate 1 is approximately 2.0 m thick from the surface of the silicon substrate 1.
It is formed only to a depth of 0 μm. Note that the source diffusion layer 13 that has already been formed by the above-mentioned short-time heat treatment
The concentration distribution of etc. is hardly affected. After the above-mentioned single-hour heat treatment, platinum was sputter-deposited, and thereafter a memory was manufactured based on the first example.

本実施例に基づいて製造したメモリのトランジスタにつ
いてゲート零電位におけるソース・ドレイン間耐圧を測
定した。測定したトランジスタはマスク上のゲート長が
0.2μm、ドレイン低濃度拡散層18の表面濃度が各
々I X 1018cm−3,5X 10”cm−3,
I X 1019cm−3,5X 1019cm−3の
ものである。上記トランジスタの耐圧は各々、10.5
.8.0.7.5および6.5■であった。本実施例に
基づくメモリのトランジスタが前記第1の実施例による
トランジスタよりゲート長が短いにもかかわらずさらに
高耐圧化できたのは最大電界が印加されるドレイン拡散
層18内の不純物濃度分布がほぼ均一に分布しており、
電界分散がほぼ理想的に行われる為と考えられる。本実
施例に基づく0.2μmのゲート長を有するメモリば5
■通常電源で動作でき、かつホットキャリア注入に基づ
く信頼性の低下も1つたく生じないことがわかった。本
実施例に基づく0,2μmゲート長を有するメモリセル
は前記第1の実施例に基づく0.4μInの実効チャネ
ル長のトランジスタによるメモリセルに比べ約1.9倍
の高速化、すなわちトランジスタの伝達コンダクタンス
の改善が行なわれていた。上記結果は従来構造に基づく
同寸法のメモリセルにおいては電源電圧を低下させねば
動作できないだめ実効的な高速化がトランジスタの微細
化率に正比例しない事実を考慮すれは極めて画期的な改
善である。本実施例において、メモリトランジスタのソ
ース拡散層13における最大不純物濃度をドレイン拡散
層18の最大不純物濃度と一致するように構成し、試作
したトランジスタの伝達コンダクタンスも測定したが、
本実施例によるものより約3割も小さかった。上記結果
よシソース拡散層13の最大不純物濃度に関しては従来
構造と同様に1020cm″3以上に構成することがメ
モリの高速動作の観点から望ましいことがわかった。
The source-drain breakdown voltage at zero gate potential was measured for the memory transistor manufactured based on this example. The measured transistor had a gate length on the mask of 0.2 μm, and a surface concentration of the drain low concentration diffusion layer 18 of I x 1018 cm-3 and 5 x 10" cm-3, respectively.
I x 1019 cm-3, 5 x 1019 cm-3. The breakdown voltage of each of the above transistors is 10.5
.. They were 8.0, 7.5 and 6.5■. The reason why the memory transistor according to this embodiment was able to achieve a higher breakdown voltage despite having a shorter gate length than the transistor according to the first embodiment is that the impurity concentration distribution in the drain diffusion layer 18 to which the maximum electric field is applied is Almost uniformly distributed,
This is thought to be because the electric field is distributed almost ideally. Memory case 5 with a gate length of 0.2 μm based on this embodiment
■It was found that it can be operated with a normal power supply and that there is no decrease in reliability due to hot carrier injection. The memory cell having a gate length of 0.2 μm based on this embodiment has a speed increase of about 1.9 times compared to the memory cell using a transistor having an effective channel length of 0.4 μIn based on the first embodiment, that is, the transmission speed of the transistor is increased by about 1.9 times. Conductance was improved. The above result is an extremely revolutionary improvement considering the fact that a memory cell of the same size based on a conventional structure cannot operate without lowering the power supply voltage, so the effective speed increase is not directly proportional to the transistor miniaturization rate. . In this example, the maximum impurity concentration in the source diffusion layer 13 of the memory transistor was configured to match the maximum impurity concentration in the drain diffusion layer 18, and the transfer conductance of the prototype transistor was also measured.
It was about 30% smaller than that of this example. From the above results, it has been found that it is desirable to configure the maximum impurity concentration of the source diffusion layer 13 to 1020 cm''3 or more, as in the conventional structure, from the viewpoint of high-speed operation of the memory.

以上説明した本発明の第1乃至第2の実施例においては
ptSi層の形成時におけるptSi層直下の不純物析
出効果を利用し、オーミック接触に必要な不純物濃度領
域をptSi層と自己整合的に構成したが上記のptS
i層はMo、W、pd、Ni。
In the first and second embodiments of the present invention described above, the impurity concentration region necessary for ohmic contact is configured in a self-aligned manner with the ptSi layer by utilizing the effect of impurity precipitation directly under the ptSi layer during formation of the ptSi layer. However, the above ptS
The i-layer is made of Mo, W, pd, and Ni.

Ti+ ’ra、Nb、Cr、pr等の他の高融点金属
又はそれらの混合物によるシリサイド膜で置換えて構成
してもさしつかえない。さらに前記各実施例においては
ソース拡散層にP”N+接合を形成する例について示し
たがP+層、さらにはN4層の形成をも省略することも
可能である。また本発明の各実施例においてはソース・
ドレイン拡散層を砒素イオンによシ形成した例を示した
が上記拡散層は憐イオンによってもよい、、マたその形
成方法もイオン打込みに限定されることなく、本発明の
精神を逸脱しない限シ、例えば熱拡散法など他の公知手
法に基づいても良い。また前記各実施例においては説明
の都合上、P導電型の半導体基板1を用い、Nm、不純
物によるソース・ドレイン領域を構成するいわゆるNチ
ャネル型トランジスタについて示しだがN導電型半導体
基板にP4電型不純物を構成するいわゆるPチャネル型
トジンジスタにも適用できることは言うまでもない。
It may be replaced with a silicide film made of other high melting point metals such as Ti+'ra, Nb, Cr, and pr, or a mixture thereof. Further, in each of the embodiments described above, an example is shown in which a P''N+ junction is formed in the source diffusion layer, but it is also possible to omit the formation of a P+ layer or even an N4 layer. is the source
Although an example has been shown in which the drain diffusion layer is formed using arsenic ions, the above-mentioned diffusion layer may be formed using arsenic ions, but the method for forming the layer is not limited to ion implantation, and any method may be used as long as it does not depart from the spirit of the present invention. Alternatively, other known methods may be used, such as a thermal diffusion method. Further, in each of the above embodiments, for convenience of explanation, a so-called N-channel transistor is shown in which a P-conductivity type semiconductor substrate 1 is used and source/drain regions are formed by Nm impurities. Needless to say, the present invention can also be applied to so-called P-channel transistors that constitute impurities.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば0.2μmと極めて短いゲート長を有す
る絶縁ゲート型電界効果トランジスタによシ半導体記憶
装置を構成し、かつ5Vなる通常電源で動作することが
できる。本発明によれば半導体基板濃度を上昇させるこ
となくトランジスタのソース・ドレイン間耐圧を向上す
ることができ、かつ容量と直接結合されたソース拡散層
を高不純物濃度に保持できる。したがって電源電圧の低
下や伝達コンダクタンスの低ドを伴うことなくゲート長
の微細化率に比例させて半導体記憶装置の高速化ができ
る効果がある。
According to the present invention, a semiconductor memory device can be constructed using insulated gate field effect transistors having an extremely short gate length of 0.2 μm, and can be operated with a normal power supply of 5V. According to the present invention, the source-drain breakdown voltage of a transistor can be improved without increasing the semiconductor substrate concentration, and the source diffusion layer directly coupled to the capacitor can be maintained at a high impurity concentration. Therefore, there is an effect that the speed of the semiconductor memory device can be increased in proportion to the rate of miniaturization of the gate length without a drop in the power supply voltage or a decrease in the transfer conductance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第2図は1つのトランジスタと1つの容量で
メモリセルが構成される従来の半導体記憶装置の平面お
よび断面を示す図、瓜3図乃至第8図は本発明の第1の
実施例を示す断面図、第9図乃至第10図は本発明の第
2の実施例を示す断第 1(21 第2図 χ 3 図 第 4(2] χ 5 ロ χ 6I21 ’)5’′Itz 5 /4 13 6 fJ q 口 第 10121
1 to 2 are plan views and cross-sectional views of a conventional semiconductor memory device in which a memory cell is composed of one transistor and one capacitor, and FIGS. 3 to 8 show a first embodiment of the present invention. The cross-sectional views shown in FIGS. 9 and 10 are cross-sectional views showing a second embodiment of the present invention. Itz 5 /4 13 6 fJ q mouth 10121

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一つのiJj気谷量容量記電気容量への低荷蓄槓を
+tilJ御する一つの絶縁ゲート型延界効果トランジ
スタから構成されるメモリセルにおいて、上記電気容量
と接続される上記絶縁ゲート型′区界効果トランジスタ
のソース領域は半導体基板と反対導電型を有する不純物
拡散層により半導体基板内に構成され、かつ上記絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタのドレイン領域が半導体基
板と反対4市型を有し、その最大濃度が1028ffi
 −3乃至10” cm−3である不純物拡散層とシリ
サイド層で構成されることを特徴とする半導体記憶装置
。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置におい
て、上6己トンイン領域の少なくとも一部は半導体基板
上に堆積された半導体薄膜内に構成されることを特徴と
する半導体記憶装置。
[Scope of Claims] 1. In a memory cell composed of one insulated gate type field effect transistor that controls a low load storage to one iJj capacitance, the memory cell is connected to the electrical capacitance. The source region of the insulated gate field effect transistor is formed in the semiconductor substrate by an impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, and the drain region of the insulated gate field effect transistor is opposite to the semiconductor substrate. It has 4 city types, and its maximum concentration is 1028ffi.
-3 to 10" cm-3 of an impurity diffusion layer and a silicide layer. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the upper six-layer tunnel-in region At least a portion of the semiconductor memory device is configured within a semiconductor thin film deposited on a semiconductor substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62145859A (en) * 1985-12-20 1987-06-29 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor memory

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