JPH0897419A - Mos型トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Mos型トランジスタ及びその製造方法

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JPH0897419A
JPH0897419A JP23393594A JP23393594A JPH0897419A JP H0897419 A JPH0897419 A JP H0897419A JP 23393594 A JP23393594 A JP 23393594A JP 23393594 A JP23393594 A JP 23393594A JP H0897419 A JPH0897419 A JP H0897419A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
region
gate electrode
insulating film
drain region
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JP23393594A
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Toshiyuki Toda
利之 遠田
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 溝を有する半導体基板1と、前記半導体基板
1の表面に絶縁膜4を介して埋め込まれたゲート電極5
と、前記ゲート電極5下の前記半導体基板1のチャネル
領域を挟んで形成され、それぞれの深さが異なるソース
領域2とドレイン領域3とを具備すること特徴とするM
OS型トランジスタ。 【効果】 ソース領域の下端とドレイン領域の下端の高
さを変えることにより、逆短チャネル効果の抑制され
た、容易に微細化できるMOSFETを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型トランジスタ
に係り、特に、微細化に伴うしきい電圧の変動を抑制し
たMOS型トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、MOS型トランジスタ(以下、M
OSFETと称す)の微細化に伴うしきい電圧の変動を
抑制するために、溝型MOSFETが用いられてきた。
図6は溝型MOSFETの構造を示す断面図である。
【0003】溝型MOSFETはP型シリコン基板1
と、P型シリコン基板1の表面に形成されたN型ソース
領域2及びN型ドレイン領域3と、P型シリコン基板1
の表面をくりぬいた後形成したゲート絶縁膜4と、この
ゲート絶縁膜4の上に形成されたゲート電極5からな
る。
【0004】次に、この溝型MOSFETの基本動作に
ついて説明する。従来の溝型MOSFETではP型シリ
コン基板1及びN型ソース領域2を接地し、N型ドレイ
ン領域3に正の一定電圧を印加した状態でゲート電極5
に印加する電圧を変化させる。すると、ゲート絶縁膜4
とP型シリコン基板1の界面に発生する電子の密度が変
化し、N型ドレイン領域3を流れる電流が変化する。特
にドレイン領域3に電流が流れ始める状態でゲート電極
5に印加されている電圧をしきい電圧と呼ぶ。
【0005】しかしながら、従来の溝型MOSFETで
は、微細化に伴い単位ゲート当たりの空乏層の領域(体
積)が増加し、逆短チャネル効果が生じるためにしきい
電圧が変動する問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に鑑
みて為されたものであり、逆短チャネル効果を抑制する
ことにより微細化を容易にするMOSFETを提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第1は、溝部を有する半導体基板と、前記溝
部表面に絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前
記ゲート電極下の前記半導体基板のチャネル領域を挟ん
で形成され、それぞれの深さが異なるソース領域とドレ
イン領域とを具備するMOS型トランジスタを提供す
る。
【0008】本発明の第2は、表面に段差を設けた半導
体基板と、前記半導体基板の段差部に絶縁膜を介して埋
め込まれたゲート電極と、前記ゲート電極下の前記半導
体基板のチャネル領域を挟んで形成されるソース領域と
ドレイン領域とを具備するMOS型トランジスタを提供
する。
【0009】望ましくは、前記ソース領域とドレイン領
域の厚さが実質的に同一であるとよい。本発明の第3
は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に絶縁膜を介
して埋め込まれたゲート電極と、前記ゲート電極下の前
記半導体基板のチャネル領域を挟んで形成されるソース
領域とドレイン領域とを具備するMOS型トランジスタ
において、前記ゲート電極にしきい電圧を印加し、前記
ソース領域及び前記ドレイン領域にそれぞれ所定の電圧
を印加した動作状態の際に、前記ソース領域に形成され
る空乏層の下端と、前記チャネル領域に形成される空乏
層の下端と、前記ドレイン領域に形成される空乏層の下
端とが実質的に同じ深さに形成されるMOS型トランジ
スタを提供する。
【0010】本発明の第4は、半導体基板表面に溝を形
成する工程と、前記半導体基板溝の内面に絶縁膜を形成
する工程と、前記溝内に絶縁膜を介して多結晶シリコン
を堆積し、ゲート電極を形成する工程と、前記半導体基
板全面にイオン注入により前記溝を挟んでソース・ドレ
イン領域を形成する工程と、前記ドレイン領域にレジス
トをパターニング形成した後、再び前記ソース領域にイ
オン注入を行う工程とを有するMOS型トランジスタの
製造方法を提供する。
【0011】本発明の第5は、半導体基板表面に溝を形
成する工程と、前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する
工程と、前記絶縁膜上に多結晶シリコンを堆積し、ゲー
ト電極を形成する工程と、前記ソース予定領域を開口部
とするレジストをパターニングした後、前記開口部のエ
ッチングを行う工程と、前記レジストを除去して後、全
面にイオン注入を行う工程とを有するMOS型トランジ
スタの製造方法を提供する。
【0012】
【作用】MOSFETの逆短チャネル効果は電荷分布の
考え方により理解できる。図7は図6に示した従来の溝
型MOSFETの電荷分布の様子を示す模式図である。
なお、N型ソース領域2及びP型シリコン領域1を接地
し、N型ドレイン領域3に正のドレイン電圧を印加し、
ゲート電極5にしきい電圧を印加した状態を示す。P型
シリコン基板1に形成される空乏層は次の3つの領域に
分割される。即ち、N型ソース領域2の形成する空乏層
6、ゲート電極5の形成する空乏層7、9、10、N型
ドレイン領域3の形成する空乏層8である。
【0013】逆短チャネル効果を抑制するためには、ゲ
ート電極5の長さが短くなった時に、ゲート電極5の形
成する空乏層7、9、10に含まれる電荷の量がゲート
電極5の長さに比例して少なくなる事が必要である。即
ち、ゲート電極5の形成する空乏層7の領域を増し、ゲ
ート電極5の側面に生じる空乏層9及び10は削ること
が望ましい。何故なら、空乏層9及び10の領域はゲー
ト電極5の長さが短くなっても殆ど変化しないからであ
る。
【0014】本発明のMOSFETはN型ソース領域2
の下端とN型ドレイン領域の下端の高さを変えることに
より、空乏層9及び10の領域を同時に削減することが
できる。
【0015】また、本発明のMOSFETはN型ソース
領域2の上端とN型ドレイン領域3の上端の高さを変え
ることにより、N型ソース領域2とN型ドレイン領域3
を同一の製造工程により形成することができる。
【0016】
【実施例】以下本発明の実施例のついて図面を用いて詳
細に説明する。図1は本発明のMOSFETの一実施例
であるN型MOSFETの構造を示す断面図である。
【0017】このN型MOSFETは、P型シリコン基
板1と、P型シリコン基板の表面に形成されたN型ソー
ス領域2と、P型シリコン基板の表面に形成されたN型
ドレイン領域3と、P型シリコン基板の表面を局所的に
削った表面に形成されたゲート絶縁膜4と、ゲート絶縁
膜4の表面に形成されたゲート電極5からなる。ここ
で、P型シリコン基板の表面に形成されたN型ソース領
域2の下端は、P型シリコン基板の表面に形成されたN
型ドレイン領域3の下端よりも深い。
【0018】図2は、このN型MOSFETの製造工程
を示す断面図である。P型シリコン基板1の表面にチャ
ネル領域を開口部とするレジスト11をパターニングす
る。次に、異方性エッチング法によってP型シリコン基
板1のチャネル領域をエッチングする(図2(a))。
次に、レジスト11を除去した後、P型シリコン基板1
表面を熱酸化し、ゲート絶縁膜4を形成する(図2
(b))。その後、ゲート絶縁膜4の上に多結晶シリコ
ンを堆積し、燐を拡散した後、平坦化技術によりゲート
電極5を形成する(図2(c))。
【0019】次に、基板全面に燐を加速電圧15kV、
ドーズ量5×1015cm-2でイオン注入する(図2
(d))。さらに、N型ソース領域2を開口部とするレ
ジスト12をパターニングしたのち、再び燐を加速電圧
20kV、ドーズ量1×1015cm-2イオン注入する
(図2(e))。
【0020】その後、レジスト12を除去し、900
℃、1時間のアニールを行うことにより燐の活性化を行
い、N型ソース領域2及びN型ドレイン領域3を形成す
る(図2(f))。
【0021】本発明の方法によればソース領域、ドレイ
ン領域の下端の深さに差を設けることが容易にできる。
よって、ソース、ドレイン領域に形成される空乏層の下
端と、チャネル領域に形成される空乏層の下端とを同じ
深さに形成することができる。
【0022】図3は、本実施例のN型MOSFETと、
従来技術による溝型MOSFETと、従来技術による表
面型MOSFETのしきい電圧の実効ゲート長依存性を
示す図である。なお、ドレイン電極には+3Vのドレイ
ン電圧を印加した。
【0023】従来技術による溝型MOSFETの構造断
面図を図6に、また、表面型MOSFETの構造断面図
を図8に示す。図6において、実効ゲート長とは、ゲー
ト絶縁膜とN型シリコン基板の界面に沿って測った、N
型ソース領域とN型ドレイン領域の間隔である。図3か
ら、本実施例のMOSFETであるN型MOSFETは
逆短チャネル効果が抑制されていることがわかる。即
ち、MOSFETの微細化に適する。
【0024】図4は本発明のMOSFETの他の実施例
であるN型MOSFETの構造を示す断面図である。こ
のN型MOSFETは、P型シリコン基板1と、P型シ
リコン基板の表面に形成されたN型ソース領域2と、P
型シリコン基板の表面に形成されたN型ドレイン領域3
と、P型シリコン基板の表面を局所的に削った表面に形
成されたゲート絶縁膜4と、ゲート絶縁膜4の表面に形
成されたゲート電極5からなる。ここで、P型シリコン
基板の表面に形成されたN型ソース領域2の上端は、P
型シリコン基板の表面に形成されたN型ドレイン領域3
の上端よりも低い。
【0025】図5は、N型MOSFETの製造工程を示
す図である。P型シリコン基板1の表面にチャネル領域
を開口部とするレジスト11をパターニングする。次
に、異方性エッチング法によってP型シリコン基板1の
チャネル領域をエッチングする(図5(a))。次に、
レジスト11を除去した後、チャネル領域のP型シリコ
ン基板1表面を周知の方法により酸化し、ゲート絶縁膜
4を形成する(図5(b))。その後、ゲート絶縁膜4
の上に多結晶シリコンを堆積し、更に燐を拡散した後、
平坦化技術によりゲート電極5を形成する(図5
(c))。
【0026】次に、再度レジスト12をパターニング
し、N型ソース領域を0.1μmの深さで異方性エッチ
ングする(図5(d))。その後、レジスト12を除去
し、燐を15kV、ドーズ量5×1015cm-2でイオン
注入し、900℃、1時間のアニールを行うことにより
燐の活性化を行い、N型ソース領域2及びN型ドレイン
領域3を形成する(図5(e))。
【0027】本発明の方法によればソース領域をあらか
じめエッチングすることにより、一介のイオン注入で、
ソース、ドレイン領域に形成される空乏層の下端と、チ
ャネル領域に形成される空乏層の下端とを同じ深さにす
ることができる。
【0028】本実施例においても、しきい電圧の実効ゲ
ート長依存性は図3のようになった。よって、本発明の
MOSFETであるN型MOSFETは逆短チャネル効
果が抑制されていることがわかる。即ち、MOSFET
の微細化に適する。その他、本発明をの要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形実施可能である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ソ
ース領域の下端とドレイン領域の下端の高さを変えるこ
とにより、逆短チャネル効果の抑制された、容易に微細
化できるMOSFETを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のMOSFETの一実施例に係るMO
SFETの断面図。
【図2】 本発明のMOSFETの一実施例に係るMO
SFETの工程断面図。
【図3】 本発明のMOSFETと、従来技術に係る溝
型及び表面型MOSFETとのしきい電圧の実効ゲート
長依存性を示す特性図。
【図4】 本発明のMOSFETの他の実施例に係るM
OSFETの断面図。
【図5】 本発明のMOSFETの他の実施例に係るM
OSFETの工程断面図。
【図6】 従来技術に係る溝型MOSFETの断面図。
【図7】 従来技術に係る溝型MOSFETの電荷分布
を示す模式図。
【図8】 従来技術に係る表面型MOSFETの断面
図。
【符号の説明】
1・・・P型シリコン基板 2・・・N型ソース領域 3・・・N型ドレイン領域 4・・・ゲート絶縁膜 5・・・ゲート電極 6・・・N型ソース領域2の受け持つ空乏層領域 7・・・ゲート電極5の受け持つ空乏層領域 8・・・N型ドレイン領域3の受け持つ空乏層領域 9・・・ゲート電極5の側面に生じる空乏層領域その1 10・・・ゲート電極5の側面に生じる空乏層領域その
2 11・・・レジスト 12・・・レジスト

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溝部を有する半導体基板と、前記溝部表
    面に絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記ゲ
    ート電極下の前記半導体基板のチャネル領域を挟んで形
    成され、それぞれの深さが異なるソース領域とドレイン
    領域とを具備することを特徴とするMOS型トランジス
    タ。
  2. 【請求項2】 表面に段差を設けた半導体基板と、前記
    半導体基板の段差部に絶縁膜を介して埋め込まれたゲー
    ト電極と、前記ゲート電極下の前記半導体基板のチャネ
    ル領域を挟んで形成されるソース領域とドレイン領域と
    を具備することを特徴とするMOS型トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記ソース領域とドレイン領域の厚さが
    実質的に同一であることを特徴とする請求項2記載のM
    OS型トランジスタ。
  4. 【請求項4】 半導体基板と、前記半導体基板の表面に
    絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記ゲート
    電極下の前記半導体基板のチャネル領域を挟んで形成さ
    れるソース領域とドレイン領域とを具備するMOS型ト
    ランジスタにおいて、前記ゲート電極にしきい電圧を印
    加し、前記ソース領域及び前記ドレイン領域にそれぞれ
    所定の電圧を印加した動作状態の際に、前記ソース領域
    に形成される空乏層の下端と、前記チャネル領域に形成
    される空乏層の下端と、前記ドレイン領域に形成される
    空乏層の下端とが実質的に同じ深さに形成されることを
    特徴とするMOS型トランジスタ。
  5. 【請求項5】 半導体基板表面に溝を形成する工程と、
    前記半導体基板溝の内面に絶縁膜を形成する工程と、前
    記溝内に絶縁膜を介して多結晶シリコンを堆積し、ゲー
    ト電極を形成する工程と、前記半導体基板全面にイオン
    注入により前記溝を挟んでソース・ドレイン領域を形成
    する工程と、前記ドレイン領域にレジストをパターニン
    グ形成した後、再び前記ソース領域にイオン注入を行う
    工程とを有することを特徴とするMOS型トランジスタ
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板表面に溝を形成する工程と、
    前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶
    縁膜上に多結晶シリコンを堆積し、ゲート電極を形成す
    る工程と、前記ソース予定領域を開口部とするレジスト
    をパターニングした後、前記開口部のエッチングを行う
    工程と、前記レジストを除去して後、全面にイオン注入
    を行う工程とを有することを特徴とするMOS型トラン
    ジスタの製造方法。
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