JPS61292371A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS61292371A JPS61292371A JP13361885A JP13361885A JPS61292371A JP S61292371 A JPS61292371 A JP S61292371A JP 13361885 A JP13361885 A JP 13361885A JP 13361885 A JP13361885 A JP 13361885A JP S61292371 A JPS61292371 A JP S61292371A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7827—Vertical transistors
Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、シリコンを用いた半導体装置の構造に関する
。
。
(従来技術とその問題点)
シリコンのM OS (Metal−Oxids−8e
miconductor)トランジスタは、シリコン基
板の表面を熱酸化してゲート酸化膜(ゲート絶縁膜つと
し、その上にドープした(あるいは最終的にはドープさ
れることになる)多結晶シリコン膜を堆積したあとパタ
ーニングし、同一面内にゲート、ソース、ドレインを形
成するという方法で製造されている。従って、1つの素
子が平面的に3つの領域からなること、コンタクト・ホ
ールの形成において2つ以上の領域が接触しないように
するために目合わせマージンをとる必要があることなど
から素子の微細化にはおのずと限界があった。特に近年
素子の微細化が進むと、ゲートの面積とかコンタクト−
ホールの面積とかに較べると揺かに本質的でない要素に
よって微細化が阻まれることになっている。
miconductor)トランジスタは、シリコン基
板の表面を熱酸化してゲート酸化膜(ゲート絶縁膜つと
し、その上にドープした(あるいは最終的にはドープさ
れることになる)多結晶シリコン膜を堆積したあとパタ
ーニングし、同一面内にゲート、ソース、ドレインを形
成するという方法で製造されている。従って、1つの素
子が平面的に3つの領域からなること、コンタクト・ホ
ールの形成において2つ以上の領域が接触しないように
するために目合わせマージンをとる必要があることなど
から素子の微細化にはおのずと限界があった。特に近年
素子の微細化が進むと、ゲートの面積とかコンタクト−
ホールの面積とかに較べると揺かに本質的でない要素に
よって微細化が阻まれることになっている。
それに対する1つの解決策として、ジャーナル・オン・
クリスタル・グロース(J、 Cryst、Growt
h)63巻1983年、493〜526ページに記載さ
れているように、選択エピタキシャル成長法を用いた縦
型MO8)ランジスタの提案がある。提案されている構
造を第4図に示す。製造工程は特に示されていないが、
推定すると以下のようになる。まず、シリコン基板28
を熱酸化し表面に5in129を形成し、その上に不純
物をドープした多結晶の7リコン膜30を堆積し、更に
その上に810!膜31を形成したあと、部分的にシリ
コン基板を露出させる。そのあと熱酸化(あるいは、C
VD法)によりS10.膜を全面に形成したあと、反応
性イオンエツチングによって側壁部だけに810゜膜3
2を残す。そのあとシリコン基板が露出した領域だけに
選択的にシリコンエピタキシャル成長層33を形成する
。しかしながら、クリコンのデバイス・プロセスでは5
i02の薄膜を非常に多用する(表面保護や洗浄などに
810.薄膜の形成と除去は頻繁に用いられる)から、
第4図の構造ではゲート絶縁g(sio、膜32)がな
くなったり、破れたり、部分的に薄くなったりするとい
う問題点があった。また、反応性イオンエツチングによ
って損傷を5けたあるいはカーボンなどによって汚染さ
れたシリコン基板表面の回復処理としては、いまのとこ
ろ、クリコン基板表面を熱酸化し、形成されたS10.
薄膜を除去することが最も有効であるが、その処理法を
用いると第4図の構造ではゲート絶縁膜の厚さが制御で
きないという問題点もあった、。
クリスタル・グロース(J、 Cryst、Growt
h)63巻1983年、493〜526ページに記載さ
れているように、選択エピタキシャル成長法を用いた縦
型MO8)ランジスタの提案がある。提案されている構
造を第4図に示す。製造工程は特に示されていないが、
推定すると以下のようになる。まず、シリコン基板28
を熱酸化し表面に5in129を形成し、その上に不純
物をドープした多結晶の7リコン膜30を堆積し、更に
その上に810!膜31を形成したあと、部分的にシリ
コン基板を露出させる。そのあと熱酸化(あるいは、C
VD法)によりS10.膜を全面に形成したあと、反応
性イオンエツチングによって側壁部だけに810゜膜3
2を残す。そのあとシリコン基板が露出した領域だけに
選択的にシリコンエピタキシャル成長層33を形成する
。しかしながら、クリコンのデバイス・プロセスでは5
i02の薄膜を非常に多用する(表面保護や洗浄などに
810.薄膜の形成と除去は頻繁に用いられる)から、
第4図の構造ではゲート絶縁g(sio、膜32)がな
くなったり、破れたり、部分的に薄くなったりするとい
う問題点があった。また、反応性イオンエツチングによ
って損傷を5けたあるいはカーボンなどによって汚染さ
れたシリコン基板表面の回復処理としては、いまのとこ
ろ、クリコン基板表面を熱酸化し、形成されたS10.
薄膜を除去することが最も有効であるが、その処理法を
用いると第4図の構造ではゲート絶縁膜の厚さが制御で
きないという問題点もあった、。
そこで、本発明の目的は、素子の所要面積が小さく、シ
かもゲート絶縁膜が制御性よく形成できる半導体装置の
提供にある。
かもゲート絶縁膜が制御性よく形成できる半導体装置の
提供にある。
(問題点を解決するための手段)
第1図は、本発明に対応する構造の半導体装置を示す断
面図である。本図の構造において、符号2、 4. 6
の膜がフィールド絶縁膜に相当し、そのうちの符号60
部分がゲート絶縁膜に相当する。
面図である。本図の構造において、符号2、 4. 6
の膜がフィールド絶縁膜に相当し、そのうちの符号60
部分がゲート絶縁膜に相当する。
また、符号8の膜が選択エピタキシャル成AMに相当す
る。そして、符号1が7リコン基板であり、符号3が導
電性物質である。シリコン基板1の上に、熱酸化膜2と
導電性物質3と絶縁膜4とが層状でかクパターニングさ
れた領域があり、その領域とそれに接する選択エピタキ
シャル・シリコン領域5が薄い5isN、膜6によって
電気的に分離されている。選択エピタキシャル・シリコ
ン領域の下層および上層は高濃度層7および39であり
、その中間層は低濃度の選択エピタキシャル−シリコン
膜8である。導電性物質3はゲート金属として働き、外
部より電圧を加えることによってS i 、 N4膜6
と選択エピタキシャル・7リコン膜8との界面に形成さ
れるチャンネルの0N10Ei’F を制御することに
なる。
る。そして、符号1が7リコン基板であり、符号3が導
電性物質である。シリコン基板1の上に、熱酸化膜2と
導電性物質3と絶縁膜4とが層状でかクパターニングさ
れた領域があり、その領域とそれに接する選択エピタキ
シャル・シリコン領域5が薄い5isN、膜6によって
電気的に分離されている。選択エピタキシャル・シリコ
ン領域の下層および上層は高濃度層7および39であり
、その中間層は低濃度の選択エピタキシャル−シリコン
膜8である。導電性物質3はゲート金属として働き、外
部より電圧を加えることによってS i 、 N4膜6
と選択エピタキシャル・7リコン膜8との界面に形成さ
れるチャンネルの0N10Ei’F を制御することに
なる。
(作用)
第1図の構造のフィールドの部分を形成するには、シリ
コン基板1の上に熱酸化膜2を形成し、その上に導電性
の換3を堆積し、更にその上に絶縁膜4を形成し、反応
性イオンエツチングによって部分的にシリコン基板1を
露出させ、CVD法で全面に5isN4 膜6を堆積
し反応性イオンエツチングを用いてシリコン基板1およ
び絶縁膜4の上の81.N、膜6を除去し、側壁部だけ
にSi、N4膜6を残す。導電性物質3はゲート金属と
して働き、外部より電圧を加えることによってSi、N
。
コン基板1の上に熱酸化膜2を形成し、その上に導電性
の換3を堆積し、更にその上に絶縁膜4を形成し、反応
性イオンエツチングによって部分的にシリコン基板1を
露出させ、CVD法で全面に5isN4 膜6を堆積
し反応性イオンエツチングを用いてシリコン基板1およ
び絶縁膜4の上の81.N、膜6を除去し、側壁部だけ
にSi、N4膜6を残す。導電性物質3はゲート金属と
して働き、外部より電圧を加えることによってSi、N
。
膜6と選択エピタキシャル・シリコン膜8との界面に形
成されるチャンネルの0N10FFを制御することにな
る。即ち、選択エピタキシャルΦシリコン領域5の上部
にある高濃度層39と下部にある高濃度層7とを電気的
につないだり切り離したりする。Six N2H46は
シリコンのデバイス・プロセスで多用されるSiOx
NMAの形成と除去の工程に対しては非常に強いので、
選択エピタキシャル成長の基板として望ましいものであ
り、またデバイス・プロセス中でもなくなったり、破れ
たり、部分的に薄くなったりすることもないという特徴
がある。また、選択エピタキクヤル成長展の領域(選択
エピタキクヤルーシリコン領域5)は平面的にはソース
(おるいは、ドレイン)領域となるため、通常のMOS
ト、ランジスタに較べれば数分の1から士数分の1の面
積にすることができる。
成されるチャンネルの0N10FFを制御することにな
る。即ち、選択エピタキシャルΦシリコン領域5の上部
にある高濃度層39と下部にある高濃度層7とを電気的
につないだり切り離したりする。Six N2H46は
シリコンのデバイス・プロセスで多用されるSiOx
NMAの形成と除去の工程に対しては非常に強いので、
選択エピタキシャル成長の基板として望ましいものであ
り、またデバイス・プロセス中でもなくなったり、破れ
たり、部分的に薄くなったりすることもないという特徴
がある。また、選択エピタキクヤル成長展の領域(選択
エピタキクヤルーシリコン領域5)は平面的にはソース
(おるいは、ドレイン)領域となるため、通常のMOS
ト、ランジスタに較べれば数分の1から士数分の1の面
積にすることができる。
(実施例)
次に実施例を挙げ本発明を一層詳しく説明する。
第2図(a)〜(C)は本発明の一実施例を展進する各
工程において形成される構造の断面図である。本図(a
)の構造は、シリコン基板9の上に約1000人の熱酸
化PAioを形成し、その上に約1ミクロンのひ素をド
ープした多結晶シリコン膜11を堆積し、熱酸化により
約4000人のSin、12を形成した状態を示してい
る。同図(b)の構造は本図(a) の構造の形成に
続いて、反応性イオンエツチングによって部分的にシリ
コン基板9を露出させたあと、CVD法で全面に約50
0人の51sNa if 3を堆積し、反応性イオンエ
ツチングによってシリコン基板9の上およびSin、
12の上の81.N4膜13だけを除去し、側壁部だ
けにSi、N、膜13を残した状態を示している。同図
(C)の構造は本図(b)の構造の形成に続いて、シリ
コン基板が露出した領域だけに選択的に1000人 の
シリコンエビタキクヤル成長層14を形成しひ素を高濃
度ドープし、更に選択エビタキ7ヤル成長を行ない、ボ
ロンを深くイオン注入してなるP型シリコン層(第1図
のシリコン膜8に相当)15とひ素を浅くイオン注入し
てなるシリコン層16(第1図の高濃度層39に相当)
とを形成した状態を示す。ひ素をドープした多結晶シリ
コン膜11に正の電圧を加えることにより81.N4
膜13とP型のシリコン層15との界面にN型のチャン
ネルが形成され、N型のシリコン層14とN型のシリコ
ン層16が電気的につながり縦型のトランジスタが○N
になる。
工程において形成される構造の断面図である。本図(a
)の構造は、シリコン基板9の上に約1000人の熱酸
化PAioを形成し、その上に約1ミクロンのひ素をド
ープした多結晶シリコン膜11を堆積し、熱酸化により
約4000人のSin、12を形成した状態を示してい
る。同図(b)の構造は本図(a) の構造の形成に
続いて、反応性イオンエツチングによって部分的にシリ
コン基板9を露出させたあと、CVD法で全面に約50
0人の51sNa if 3を堆積し、反応性イオンエ
ツチングによってシリコン基板9の上およびSin、
12の上の81.N4膜13だけを除去し、側壁部だ
けにSi、N、膜13を残した状態を示している。同図
(C)の構造は本図(b)の構造の形成に続いて、シリ
コン基板が露出した領域だけに選択的に1000人 の
シリコンエビタキクヤル成長層14を形成しひ素を高濃
度ドープし、更に選択エビタキ7ヤル成長を行ない、ボ
ロンを深くイオン注入してなるP型シリコン層(第1図
のシリコン膜8に相当)15とひ素を浅くイオン注入し
てなるシリコン層16(第1図の高濃度層39に相当)
とを形成した状態を示す。ひ素をドープした多結晶シリ
コン膜11に正の電圧を加えることにより81.N4
膜13とP型のシリコン層15との界面にN型のチャン
ネルが形成され、N型のシリコン層14とN型のシリコ
ン層16が電気的につながり縦型のトランジスタが○N
になる。
本発明の別の実施例を第3図に断面図で示す。
この実施例は、隣り合った領域にN−チャンネルの縦型
トランジスタとP−チャンネルの縦型トランジスタを形
成し0MO8構造としたものであた。
トランジスタとP−チャンネルの縦型トランジスタを形
成し0MO8構造としたものであた。
即ち、クリコン基板17の上に部分的に1000人の熱
酸化膜18、ゲートとなる8000人のひ素をドープし
た多結晶シリコン膜19、約4000人の熱酸化膜20
が形成されており、側壁部はゲート絶縁膜となる500
人のSi3N、膜21が形成されている。その両側には
P型ウェル22とN型ウェル23があり、それぞれのウ
ェルの上下はN型の高濃度層25と27およびP型の高
濃度層35と37が形成されているものである。26゜
36は、低濃度のシリコン層である。
酸化膜18、ゲートとなる8000人のひ素をドープし
た多結晶シリコン膜19、約4000人の熱酸化膜20
が形成されており、側壁部はゲート絶縁膜となる500
人のSi3N、膜21が形成されている。その両側には
P型ウェル22とN型ウェル23があり、それぞれのウ
ェルの上下はN型の高濃度層25と27およびP型の高
濃度層35と37が形成されているものである。26゜
36は、低濃度のシリコン層である。
(発明の効果)
シリコンのMOSプロセスは微細化が進み、サブミクロ
ン・オーダーのサイズが問題となりつつある。しかし、
それに応じて高密度化が進んでいるわけではなく、目合
わせマージン、コンタクトの大きさ、素子分離領域の大
きさなど、必ずしも本質的ではない要素によって高密度
化が阻まれている。本発明は同一面内に形成されていた
ゲート、ソース、ドレインを縦(深さ)方向に形成する
ことによって素子面積の微細化を計るものである。
ン・オーダーのサイズが問題となりつつある。しかし、
それに応じて高密度化が進んでいるわけではなく、目合
わせマージン、コンタクトの大きさ、素子分離領域の大
きさなど、必ずしも本質的ではない要素によって高密度
化が阻まれている。本発明は同一面内に形成されていた
ゲート、ソース、ドレインを縦(深さ)方向に形成する
ことによって素子面積の微細化を計るものである。
具体的にいえば、ゲート、ソース、ドレインが同一面内
に形成されていると、ソース(あるいはドレイン)に対
するコンタクトがゲートおよびドレイン(あるいはソー
ス)に対して分離されていなければならず、したがって
マージンをとらなくてはならないのに対し、ゲート、ノ
ース、ドレインを縦方向に形成すれば、表面にはソース
(あるいはドレイン)だけしか現われないため、その領
域すべてをコンタクトとして用いることができる。
に形成されていると、ソース(あるいはドレイン)に対
するコンタクトがゲートおよびドレイン(あるいはソー
ス)に対して分離されていなければならず、したがって
マージンをとらなくてはならないのに対し、ゲート、ノ
ース、ドレインを縦方向に形成すれば、表面にはソース
(あるいはドレイン)だけしか現われないため、その領
域すべてをコンタクトとして用いることができる。
また、縦型トランジスタのゲート絶縁膜としてSin、
を用いることはプロセス的には大きな弱点となるが、本
発明ではSi、 N4 を用いるから制御性がよく全く
問題のないプロセスで製造することができる。第2の実
施例で示したようなCMOS構造では、N−チャンネル
のトランジスタとP−チャンネルのトランジスタのゲー
トを共通にすることができるため、素子の微細化に更に
有効となる。
を用いることはプロセス的には大きな弱点となるが、本
発明ではSi、 N4 を用いるから制御性がよく全く
問題のないプロセスで製造することができる。第2の実
施例で示したようなCMOS構造では、N−チャンネル
のトランジスタとP−チャンネルのトランジスタのゲー
トを共通にすることができるため、素子の微細化に更に
有効となる。
第1図は本発明の構成に対応する構造の半導体装置の断
面図、第2図(a)〜(C)は本発明の一実施例を製造
する各工程において形成される構造を示す断面図、第3
図は本発明の別の実施例を示す断面図、第4図は従来の
縦型MoSトランジスタを示す断面図である。 1・・・シリコン基板、2・・・熱酸化膜、3・・・導
電性物質、4・・・絶縁膜、5・・・選択エピタキシャ
ル・シリコン領域、6・・・Si3N4膜、7・・・高
濃度層、8・・・選択エピタキシャル・シリコン膜、9
・・・シリコン基板、10・・・熱酸化膜、11・・・
多結晶シリコン膜、12・・・SiO,,1’3・・・
Si、 N4膜、14・・・N型ノシリコン層、15・
・・P型のシリコン層、16・・・N型のシリコン層、
17・・・シリコン基板、18・・・熱酸化膜、19・
・・多結晶7リコン膜、20・・・熱酸化膜、21・・
・5isNa 、22・・・P型ウェル、23・・・N
型りエル、25・・・N型の高濃度層、26・・・P型
低濃度りリコン層、27・・・N型の高濃度層、28・
・・シリコン基板、29・・・Sin、 、30−・・
多結晶のシリコン族、31・・・810.膜、32・・
・8i02膜、33・・・選択シリコンエピタキシャル
成長層、35・・・P型高績度層、36・・・N型低濃
度クリコン層、37・・・P型高濃度層、39・・・高
濃度層。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第1図 クリづン養亦又 第3図 々紡ムシリコンー( 181フ イ肚(H酸イビ、哄
面図、第2図(a)〜(C)は本発明の一実施例を製造
する各工程において形成される構造を示す断面図、第3
図は本発明の別の実施例を示す断面図、第4図は従来の
縦型MoSトランジスタを示す断面図である。 1・・・シリコン基板、2・・・熱酸化膜、3・・・導
電性物質、4・・・絶縁膜、5・・・選択エピタキシャ
ル・シリコン領域、6・・・Si3N4膜、7・・・高
濃度層、8・・・選択エピタキシャル・シリコン膜、9
・・・シリコン基板、10・・・熱酸化膜、11・・・
多結晶シリコン膜、12・・・SiO,,1’3・・・
Si、 N4膜、14・・・N型ノシリコン層、15・
・・P型のシリコン層、16・・・N型のシリコン層、
17・・・シリコン基板、18・・・熱酸化膜、19・
・・多結晶7リコン膜、20・・・熱酸化膜、21・・
・5isNa 、22・・・P型ウェル、23・・・N
型りエル、25・・・N型の高濃度層、26・・・P型
低濃度りリコン層、27・・・N型の高濃度層、28・
・・シリコン基板、29・・・Sin、 、30−・・
多結晶のシリコン族、31・・・810.膜、32・・
・8i02膜、33・・・選択シリコンエピタキシャル
成長層、35・・・P型高績度層、36・・・N型低濃
度クリコン層、37・・・P型高濃度層、39・・・高
濃度層。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第1図 クリづン養亦又 第3図 々紡ムシリコンー( 181フ イ肚(H酸イビ、哄
Claims (1)
- シリコン基板上に部分的に形成されたフィールド絶縁
膜の内部に導電性物質があり、互いに隣接した領域に形
成される選択エピタキシャル成長膜と前記導電性物質と
がゲート絶縁膜となる窒化シリコン膜で分離されている
ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13361885A JPS61292371A (ja) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13361885A JPS61292371A (ja) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61292371A true JPS61292371A (ja) | 1986-12-23 |
Family
ID=15109028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13361885A Pending JPS61292371A (ja) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61292371A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6338263A (ja) * | 1986-08-04 | 1988-02-18 | Nec Kyushu Ltd | 半導体装置 |
US5283456A (en) * | 1992-06-17 | 1994-02-01 | International Business Machines Corporation | Vertical gate transistor with low temperature epitaxial channel |
US5336917A (en) * | 1991-12-06 | 1994-08-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Dynamic memory cell using hollow post shape channel thin-film transistor |
-
1985
- 1985-06-19 JP JP13361885A patent/JPS61292371A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6338263A (ja) * | 1986-08-04 | 1988-02-18 | Nec Kyushu Ltd | 半導体装置 |
US5336917A (en) * | 1991-12-06 | 1994-08-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Dynamic memory cell using hollow post shape channel thin-film transistor |
US5283456A (en) * | 1992-06-17 | 1994-02-01 | International Business Machines Corporation | Vertical gate transistor with low temperature epitaxial channel |
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