JPS63288057A - Cmos半導体装置 - Google Patents

Cmos半導体装置

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JPS63288057A
JPS63288057A JP62123314A JP12331487A JPS63288057A JP S63288057 A JPS63288057 A JP S63288057A JP 62123314 A JP62123314 A JP 62123314A JP 12331487 A JP12331487 A JP 12331487A JP S63288057 A JPS63288057 A JP S63288057A
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JP
Japan
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type
transistor
well region
source
layer
Prior art date
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Application number
JP62123314A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Sudo
克彦 須藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725Source or drain electrodes for field effect devices

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 (イ)産業上の利用分野 本発明はCMO8半導体装置に関するものであり、更に
詳しく言えば高速動作、大電流駆動および高集積化が可
能な新規なCMO8半導体装置の構造に関するものであ
る。
(ロ)従来の技術 第4図は従来例に係る半導体装置の構造を示す断面図で
ある。(1)はN型Si基板、(2)は厚いフィールド
Sin、膜、(3)と(4)はP型拡散層からなるソー
スとドレイン、(6)はポリSi膜からなるゲート電極
、(7)と(8)はAj!電極からなるソース電極とド
レイン電極である。
また(5)はソース端の開口部から拡散きれて形成され
るN型拡散層であり(Diffused  5elf 
−Aligned構造)、このN型拡散層の表面の不純
物濃度はN型Si基板(1)の不純物濃度よりも濃い。
この構造のPチャネルMO8)ランジスタによれば、N
型拡散層(5)によりパンチスルー電圧を上げることが
できるので、よりショートチャネル化が可能な高速・高
密度の半導体集積回路の製造が可能となる。
なお斯上した半導体装置は特開昭59−117268号
公報(IOLL 29/78)等で周知である。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 しかし、従来例の構造によれば次のような問題点がある
(1)チャネル領域はSi基板の表面に限定されるので
、大電流駆動のためにはそれに対応した広い面積を必要
とする。
(2)バンチスルー電圧が向上してトランジスタのショ
ートチャネル化が可能であるが、N型拡散層(5)はソ
ース端の開口部からの拡散によって形成するものである
から、Si基板(1)の表面における不純物濃度の制御
が困難である。このためPチャネルトランジスタのvt
hの制御も困難である。
(3)デバイスに電源電圧を供給する電源ラインを配す
る配線領域をゲート電極(6)に近接して必要とするの
で、高密度化が困難である。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は斯上した種々の問題点に鑑みてなされ、エピタ
キシャル層に設けた開口部の側面に縦方向にMOS)ラ
ンジスタを形成し且つ埋め込み層を用いてソースの取り
出しを行うことにより、従来の問題点を解決したCMO
S半導体装置を提供するものである。
(ネ)作用 夫々のソースは金属膜(合金膜)を介して各々の埋め込
み層に電気的に接続されているので、電源電圧は各々の
埋め込み層を介して供給される。
これにより各々の取り出し領域を任意の位置に設けられ
、従来のような特別の電源ラインのためのスペースは不
要となる。
チャネル領域は開口部の側壁を利用しているので、狭い
面積で広いチャネル幅を有するトランジスタの形成が可
能になる。これにより大電流駆動デバイスの高密度化が
可能となる。
またトランジスタのバンチスルー電圧を上げるために形
成されるN型およびP型拡散層は、高電圧イオン注入に
よって容易に形成することができる。これにより所定の
ショートチャネルおよび所定の閾値電圧を有するトラン
ジスタを、制御良く製造することが可能となる。
(へ)実施例 第1図は本発明のCMO5半導体装置の構成を示す断面
図である。
(11)はN−型のシリコン基板、(12)はN−型の
エピタキシャル層、(13)はN−型のウェル領域、(
14)はP−型のウェル領域であり、N−型のウェル領
域(13)にPチャネルMO8)ランジスタを形成し、
P−型のウェル領域(14)にNチャネルMOSトラン
ジスタを形成する。
PチャネルMOSトランジスタにおいて、(15)は不
純物濃度の高いN1型の埋め込み層、(16)はウェル
領域(13)に形成したトレンチ状の開口部、(17)
は開口部(16)の底に形成された金属膜(合金膜)、
(18)は金属膜(17)上に形成されたP”型のソー
ス、(19)はウェル領域(13)表面の開口部(16
)端に形成されたP3型のドレイン、(20)はウェル
領域(13)内のソース周辺に形成されたウェル領域(
13)よりも不純物濃度の高いN型拡散層、(21)は
エピタキシャル層(12)を貫通し埋め込み層(15)
まで到達するN0型の取り出し領域である。また(22
)はソース(18)、N型拡散層(20)、N型つヱル
領域(13)およびドレイン(19)の開口部(16)
側面を被覆するゲート絶縁膜であり、(23)はポリシ
リコンから成るゲート電極である。
NチャネルMO3)ランジスタにおいて、(25)は不
純物濃度の高いP1型の埋め込み層、(26)はウェル
領域(14)に形成したトレンチ状の開口部、(27)
は開口部(26)の底に形成きれた金属膜(合金膜)、
(2g)は金属膜(27)上に形成されたN1型のソー
ス、(29)はウェル領域(14)表面の開口部(26
)端に形成されたN+型のドレイン、(30)はウェル
領域(14)内のソース周辺に形成されたウェル領域(
14)よりも不純物濃度の高いP型拡散層、(31)は
エピタキシャル層(12)を貫通し埋め込み層(25)
まで到達するP3型の取り出し領域である。また(32
)はソース(28)、P型拡散層(30)、P型ウェル
領域(14)およびドレイン(29)の開口部(26)
側面を被覆するゲート絶縁膜であり、(33〉はポリシ
リコンから成るゲート電極である。
第2図は本発明のCMO8半導体装置の上面図であり、
I−I線断面図が第1図と対応している。図において、
(24)(34)はA1層よりなるドレイン電極、(2
1)(31)は取り出し領域(35)(36)と夫々コ
ンタクトしたソース電極、(16)(26)は開口部で
ある。
本発明の特徴は以下の2つの点にある。第1は、両MO
Sトランジスタともに開口部(16)(26)の側面の
ドレイン(19)(29)とソース(1g)(28)間
にエピタキシャルJ!!(12)の深さ方向にチャネル
を形成し、狭い面積で広いチャネル幅を確保している。
第2は、ソース(17)(27)を金属膜(17)(2
7)を介して埋め込み層(15)(25)と接続し、取
り出し領域(21)(31)からソース電極(35)(
36)を取り出しているので大軍流を流せる導電路を形
成でき、大電流駆動のデバイスを実現できる。
次に本発明のCMO5半導体装置の製造方法について説
明する。第3図A乃至第3図Fに各製造工程の断面図を
示す。
(1)第3図Aに示すように、不純物濃度の低いN−型
シリコン基板(11)上に選択的にN“型およびP′″
型の埋め込み層(15)(25)を選択拡散し、統いて
基板(11)上にN−型のエピタキシャル層(12)を
生長する0次にエピタキシャル層(12)表面よりN″
′型およびP−型のウェル領域(13)(14>を埋め
込み層(15)(25)まで夫々到達する様に別工程で
イオン注入して形成し、エピタキシャル層(12)表面
にはフィールド領域となる部分に厚いLOCO8法によ
り形成した絶縁膜(37)を形成する。なおエピタキシ
ャル層(12)表面よりN1型およびP9型の取り出し
領域(21)(31)も拡散して埋め込み層(15)(
25)と夫々連結している。
(2)第3図Bに示すように、レジスト膜(38)を介
して高電圧イオン注入によりウェル領域(13)の底部
にリンイオンを打込んでN型拡散層(20)を形成し、
またウェル領域(13)の表面にボロンイオンを打込ん
でP9型のドレイン(19)を形成する。なおN型拡散
層(20)の不純物濃度は、作成すべきPチャネルトラ
ンジスタのVthおよびバンチスルー電圧を考慮して定
める。
更にウェル領域(14)にも別工程で底部にボロンイオ
ンによるP型拡散層(30)と表面にヒ素イオンによる
N+型のドレイン(29)を形成している。
(3)次に第3UgJCに示すように、絶縁膜(37)
およびエピタキシャル層(12)を異方性エツチングし
て夫々のウェル領域(13)(14)に開口部(16H
26)を形成する。なお開口部(16)(26)は夫々
の埋め込み層(15)(25)まで達する。
(4)次いでスパッタ法によりタングステン(賀)を被
着した後、アニーリングを行うことによりWSi膜(1
7)(27)を形成する(第3図D)、その後、絶縁膜
(37)上のW膜を除去する。
(5ン次に選択的にボロンイオン(Bo)を十分に打込
んで開口部(16)のWSi膜(17)の上部にソース
(18)を形成し、また選択的にリンイオン(P”)を
十分に打込んで開口部(26)のWSi膜(27)の上
部にソース(28)を形成する(第3図E)。
(6)次いで熱酸化により薄いゲート絶縁膜(22)(
32)を夫々の開口部(16)(26)内面に形成し、
ソース(18)、N型拡散層(20)、ウェル領域(1
3)およびドレイン(19)の表面ならびにソース(2
8)、P型拡散層(30)、ウェル領域(14)および
ドレイン(29)の表面を被覆する。その後、ポリSi
膜からなるゲート電極(23)(33)、取り出し領域
(21)(31)とフンタクトしたAl膜よりなるソー
ス電極(35)(36)、層間絶縁膜としてのSiOx
膜(39)およびAZ膜よりなるドレイン電極(24)
(34)を形成することにより、本発明の実施例に係る
PチャネルおよびNチャネルのMOSトランジスタを完
成する。
このように、本発明の実施例によれば夫々のソース(1
8)(28)は賢Si膜(17)(27)を介してN+
型埋め込み層(15)およびP0型埋め込み層(25)
に電気的に接続しているので、取り出し領域(21)(
31”)を介して埋め込み層(15)(25)から電源
電圧を供給することができる。これにより電源電圧供給
用の配線領域の設計が自由となり、半導体装置の高密度
化および高集積化が可能となる。またチャネル領域とし
て開口部の側壁全体を利用できるので、/JX面積で大
電流駆動のトランジスタを製造することができる。更に
パンチスルー電圧を上げるためのN型拡散層(20)お
よびP型拡散層(30)は高電圧のイオン注入により形
成されるので、その表面濃度の制御を容易に行うことが
でき、所定のショートチャネル長および所定の閾値電圧
を有するトランジスタを作成できる。
(ト)発明の詳細 な説明したように、本発明のCMO5半導体装置によれ
ば次のような効果が得られる。
(1)チャネル領域は開口部の側壁を利用するので、小
面積で大電流を駆動するトランジスタを作成することが
できる。
(2)トランジスタのバンチスルー電圧を制御する拡散
層はイオン注入により形成するので、その濃度制御が容
易である。従って所定の高速のショートチャネルトラン
ジスタの製造が可能となる。
(3)埋め込み層からトランジスタに電源電圧を供給す
ることができるので、電源ラインを設けるための配線領
域に自由度が増し、半導体装置の高密度化、高集積化が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のCMO5半導体装置を説明する断面図
、 第2図は本発明のCMO5半導体装置を説明する上面図
、 第3図A乃至第3図Fは本発明のCMO8半導体装置の
製造方法を説明する断面図、 第4図は従来の半導体装置を説明する断面図である。 (11)はシリコン基板、 (12)はエピタキシャル
層、 (13)(14)はN−型およびP−型ウェル領
域、(15)(25)はN0型およびP0型埋め込み層
、 (16)(26)は開口部、 (17)(27)は
金属膜、 (18)(28)はソース、  (19)(
29)はドレイン、 (20)(30)はN型およびP
型拡散層、 (21)(31)は取り出し領域、 (2
2)(32)はゲート絶縁膜、 (23)(33)はゲ
ート電極である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一導電型の半導体基板と、前記基板表面に設けた
    一導電型および逆導電型のウェル領域と、前記ウェル領
    域底面に設けた前記ウェル領域と同導電型の埋め込み層
    と、前記ウェル領域に夫々形成した開口部と、前記開口
    部の底面に設けた前記ウェル領域と逆導電型のソース領
    域と、前記ソース領域下に設けられ前記埋め込み層と電
    気的接続を行う金属膜又は合金膜と、前記開口部の側面
    を被覆するゲート絶縁膜と、前記開口部の基板表面端に
    設けた前記ウェル領域と同導電型のドレイン領域と、前
    記ゲート絶縁膜上に設けたゲート電極とを有することを
    特徴とするCMOS半導体装置。
JP62123314A 1987-05-20 1987-05-20 Cmos半導体装置 Pending JPS63288057A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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