JPS6197970A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS6197970A
JPS6197970A JP59218302A JP21830284A JPS6197970A JP S6197970 A JPS6197970 A JP S6197970A JP 59218302 A JP59218302 A JP 59218302A JP 21830284 A JP21830284 A JP 21830284A JP S6197970 A JPS6197970 A JP S6197970A
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JP
Japan
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region
conductivity type
semiconductor
forming
sidewall
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JP59218302A
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English (en)
Inventor
Takashi Azuma
吾妻 孝
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6197970A publication Critical patent/JPS6197970A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/601Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs 
    • H10D30/608Insulated-gate field-effect transistors [IGFET] having lightly-doped drain or source extensions, e.g. LDD IGFETs or DDD IGFETs  having non-planar bodies, e.g. having recessed gate electrodes

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、丈ブミクロンのMOS LSI に適用して
有効な半導体装置およびその製造方法に関するものであ
る。
C発明の背景〕 サブミクロンスケールのMOS LSI  の基本素子
であるMOS FET  としては、第1図に示す構造
のものが知られている(A、Reisman、“LOW
 temperatureProcegging an
d small dlmension DeviceF
abrication ” 165 th meeti
ng of Electro −chemical 5
ociety A 199.May、 1984)。
第1図において、1はP″″形のシリコン基板、2゜3
は/リコン基板1の主訝面に形成されたそれぞれ乎形の
ソース領域、ドレイン領域、4,5はシリコン基板1の
主表面にそれぞれソース領域2゜ドレイン領域3からチ
ャンネル領域側にのびて形成されたP形の領域、6はシ
リコン基板1の主表面で領域4と5の間に形成されたP
形の領域、7は7リコン基板1の主表面に形成された5
IO2からならゲートv化膜、8はゲート酸化膜γ上に
形成きれたポリシリコンまたは金属シリサイドからなる
ゲート1極、9はゲート電極8上に形成されたりフラク
トリ金属からなるゲート電極、10はゲート電極8,9
の両端に形成されたSIO,からなるサイドウオールで
ある。ゲート電極8の下の薄いP形の領域6はゲートし
きい値電圧Vthコントロールのために形成されており
、MOS FETのショートチャンネル効果を軽減する
作用をする。まだ、rの領域4,5はホットキャリア効
果を軽減するために設けられており、ソース側、ドレイ
ン側にそれぞれN+F P接合のダイオード構造が形成
されている。
このような構成において、ソース・ドレイン間に電圧V
Dを印加すると、N−P接合からN″パ形領域4.5と
P形の領域6とに空乏層といわれる高電界領域が拡がる
。このように空乏層は領域4,5の全域に拡がるため、
その幅W1が広いほどN″′P′P接合電界強度が低く
なり、ホットキャリア効果を軽減できる。したがって、
領域4,5の幅W工は広くすればよいことにはなるが、
別の点かららまり大きくはできない。すなわち、ゲート
電極に電圧を印加してFETをオン状態にしたとき、こ
の領域4,5はドレイン電流に対する寄生抵抗として働
くために、幅W工が広いと電圧降下を起こし電流効率が
低くなるという問題がある。
一方、チャンネル長さLは小石いほど電流効率が大きく
、しかもゲート領域が小さくなって素子の微細化が可能
となって好ましい。しかし、チャンネル長さLがサブミ
クロンスケール(例工ば0.5μm)に小嘆くなると著
しいショートチャンネル効果が起こり、vth値が極端
に低くなる上にそのバラツキ変動が大きくなって、安定
な性能を得ることが困難になり小さくするにも限度があ
る。
したがって、サブミクロンの素子を得るにはホットキャ
リア効果とショートチャンネル効果とを同時に軽減して
なお微細化をはかるために特別に工夫を施妊なければな
らない。
〔発明の目的〕
本発明は、このような点に鑑みて考えられたものであυ
、その目的とするところは、サブミクロンスケールの微
細化素子であってもホットキャリア効果やショートチャ
ンネル効果が十分に軽減でき高性能を保持できるような
半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、このような目的を達成するために、チャンネ
ル領域が主表面より凸状に形成された第1導電形で低濃
度の半導体基板に、ソース、ドレインとなる第2導電形
の高濃度領域とこれに接融しかつ凸状チャンネル領域の
側壁に接触する第2導電形の低濃度領域を形成し、さら
にチャンネル領域に埋込まれた第1導電形の領域とチャ
ンネル領域のゲート絶縁膜下に第1導電形の領域を形成
し、例えばNNPP 構造にして最大電界強度を低くし
ホットキャリア効果を経減し、かつチャンネルを縦方向
にも形成して平面的チャンネル長舌を短かくしながら実
効的チャンネル長ざは十分にとってショートチャンネル
効果を軽減するようにしたものでおる。
また、第1導電形の低一度の半導体基板の主表面に、幅
の異なる2つのサイドウオールを利用して凸状にチャン
ネル領域を形成するとともに、凸状チャンネル領域の内
部に第3半導体領域、半導体基板の凸状チャンネル領域
外に第1半導体装置および凸状チャンネル領域の側壁に
第2半導体領域を形成し、次いでゲート絶縁膜上にゲー
ト電極を形成するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
次に本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。
第2図は本発明に係わる半導体装置の一実施例の断面図
であり、第1図と同一または相当部分には同一符号を付
しておる。同図において、シリコン基板1はチャンネル
領域の部分が主表面よシ突き出て凸状に形成されてお9
、この凸状のチャンネル領域の主嚢面にはP形の領域6
が形成されている。また、N′″形の領域4,5は従来
よりも幅W2が不埒く、凸状のチャンネル領域の側壁に
沿って縦方向に長く形成されており、その間のシリコン
基板1中には所定の間隔をおいてP形の領域11が形成
されている。また、ゲート酸化膜7はP影領域6の表面
とてれ、サイドフォール10はN形の領域4,5の側壁
に沿って形成されている。
なお、ゲート電極は図示しないが、ゲート酸化膜7上に
形成される。
このような構成において、N−形の領域4.5を凸状を
有するチャンネル領域の側壁に沿って縦方向に設けたこ
とによって、ソース領域2とドレイン領域3との間の距
離が短かくなるので、ソース領域2とドレイン領域3間
のパンチスルー電圧が小さくなり、ショートチャンネル
効果が促進されるが、凸状を有するチャンネル領域内に
埋設されたP形の領域11によって相殺することができ
る。
この場合、N形の領域4.5の高さHとその不純物濃度
N、、、p形の領域6の不純物濃度NAおよび埋込みP
形の領域11の幅り、とその不純物濃度Nムが素子のシ
ョートチャンネル効果とホットキャリア効果とのトレー
ドオフを最適値に軽減するように決められる。
次にこのような半導体装置を製造する方法について説明
する。
第3図(a)〜(2))は本発明に係わる半導体装置の
製造方法の一実施例における各工程の断面図である。
まず、同図(、)に示すようにP″″形のシリコン基板
1にLOCO8等のアイソレーション処理をした後、主
表面に極めて薄い第1の5i8N、膜15と5in2膜
16と膜厚が比較的厚い(約100OA ) LPCV
D法により形成される第2の5i8N、膜17とを順次
形成し、しかる後にリソグラフィ技術にょ9ゲート領域
とするサブミクロン幅の溝を形成すべくこの部分の第1
O818N、膜15,51o2膜16と第2の5i8N
、膜17とを除去する。ここで、薄い5io2膜16は
第1のS i 、N、膜15のストレス緩和膜である。
次いで、Qつ法により5in2膜を溝がほぼ埋められる
程度の厚さく例えば約1000A程度)に形成した後、
方向性エツチング(例えばRIE(ReactiveI
on Etching))を行なって同図(b)に示す
ように前記溝の内壁に所定幅のslo、からなるサイド
フォール18を形成する。次に第1の518N、膜15
゜Sin、膜16および第2の5IBN4膜17をマス
クとしてシリコン基板1にB(ホウ素)をイオン注入し
てP形の領域11を形成する。この領域11は例えば深
でか0.1μm程度、?a度が10 〜lO個/cm 
 のオーダに設定されるが、これらは各条件を考慮して
最適値が選ばれる。次に丈イドウオール18を酸処理等
により除去した後、同図(C)に示すように溝部にエピ
タキシャル生長によりシリコン基板゛1と同程度の不純
物濃度のP形のエピタキシャル層19を形成する。この
場合、このエピタキシャル層19の厚さは溝の深さより
も大きくても小さくても良い。次いで熱酸化によりエピ
タキシャル層19の表面にSiO□の酸化膜20を形成
する。この場合、この熱酸化膜20の厚ては、後の工程
においてA、 (砒素)を注入する際にこれがエピタキ
シャル層1Sまで到達しない程度の浮石に設定式れる。
一方、エピタキシャル層19の実効的な厚さは、後の工
程において形成されるN領域の高さHを設定することに
なる。次に第2の5L8N4膜17のみを燐酸処理によ
り除去し、この除去した後のシリコン基板1上にA、 
(砒素)を注入して主表面にP形のソース領域2とドレ
イン領域3とを形成する(同図(d))。次にHF液の
酸処理により熱酸化膜20と5102膜16とを、さら
に燐酸液の酸処理により第1の8,8N、膜15をそれ
ぞれ除去した後、全表面にG〕法によシPSG膜を形成
し、方向性エツチング(例えばRIE )を行なって同
図(、)に示すようにエピタキシャル層19の側壁KP
SGサイドウオール21を形成する。しかる後、ウェッ
ト雰囲気中でゲート酸化を行なって同図(f)に示すよ
うにエピタキシャル層19の表面にはゲート酸化膜22
を、N層形のソース領域2とドレイン領域3上にはそれ
よりも膜厚の厚い5IO2膜23を形成する。同時にP
SGサイドワオール21からエピタキシャル層19の側
壁に燐の拡散が発生し、r層24が形成される。次に、
Qつ法によりW(タングステン)等のリフラクトリ金属
をゲート酸化膜22上に選択形成場せてゲート電極9を
形成する。この場合、ゲート電極9のパターニングはゲ
ート酸化膜22の領域をはみ出し、PSGティドウオー
ル21を覆うような形状で可能であり、厳密な寸法コン
トロールは不要である。その後、全面に保護用のPSG
膜を(至)法で形成し、コンタクト孔を介して各電極の
配線を行なって素子を完成させることは言うまでもない
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明による半導体装置によると、
チャンネル領域が主表面よりも凸状に形成された第1導
電形低濃度の半導体基板に、ソース、ドレインとなる第
2導電形の高濃度領域とこれに接触しかつ凸状チャンネ
ル領域の側壁に接触する第2導電形の低濃度領域を形成
し、さらにチャンネル領域に埋込まれた第1導電形の領
域とゲート絶縁膜下の第1導電形の領域とを形成してソ
ース側、ドレイン側に例えばNNP P 接合のダイオ
ード構造を形成することによシ、N領域の幅を大きくす
ることなく、NP 接合の最大電界強度を低くできるた
めに、微細化をはかりながら、ホットキャリア効果を軽
減することができ、かつチャンネル領域を縦方向にも形
成することによυ、平面的チャンネル長を短かくしなが
ら、実効的チャンネル長は十分にとることができるため
に微細化をはかりながらショートチャンネル効果を軽減
することができる。
また、幅の異なる2つのサイドウォールを利用して半導
体基板に主表面よりも凸状にチャンネル領域を形成する
とともに、凸状チャンネル領域の内部に第3半導体領域
、半導体基板の凸状チャンネル領域外に第1半導体領域
および凸状チャンネル領域の側壁に第2半導体領域を形
成し、次いでゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するよ
うにしたため、簡単な工程で高精度に各領域を形成する
ことができ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置の断面図、第2図は本発明に
よる半導体装置の一実施例の断面図、第3図(a)〜請
は本発明による半導体装置の製造方法の一実施例におけ
る各工程の断面図である。 1・・・・シリコン基板、2・・・・ソース領域、3・
・・・ドレイン領域、4,5・・・・N″″形の領域、
6・・・・P形の領域、1・・・・ゲート絶縁膜、8,
9・・・・ゲート電極、11・・・・P形の領域、15
・・・・第1の518N、膜、16・・・・5in2膜
、17・・・・第2の5i8N。 膜、18・・ ・・サイドウォール、19・・・・エピ
タキシャル層、20・・・・熱酸化膜、21・・・・P
SGサイドウオール、22・・・・ゲート酸化膜、23
・・・・5102膜、24・・・・N層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、チャンネル領域が主表面よりも凸状に形成された第
    1導電形の低濃度の半導体基板と、前記半導体基板の主
    表面に形成された第2導電形の高濃度の第1半導体領域
    と、前記第1半導体領域に接触しかつ前記チャンネル領
    域の側壁に接触して形成された第2導電形の低濃度の第
    2半導体領域と、前記チャンネル領域に埋設された第1
    導電形の第3半導体領域と、前記チャンネル領域の主表
    面に形成された第1導電形の第4半導体領域と、前記チ
    ャンネル領域上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極
    とを備えたことを特徴とする半導体装置。 2、第1導電形の低濃度の半導体基板上に溝を有する第
    1の絶縁膜を形成する工程と、前記溝の内側に第1のサ
    イドウォールを形成しこれをマスクとして前記半導体基
    板上に不純物を注入して第1導電形の第3半導体領域を
    形成する工程と、前記第1のサイドウォールを除去した
    後に溝内に第1導電形の半導体層を形成する工程と、前
    記第1導電形の半導体層の表面に第2の絶縁膜を形成し
    前記第2の絶縁膜をマスクとして前記半導体基板上に不
    純物を注入して第2導電形の高濃度の第1半導体領域を
    形成する工程と、前記第1、第2の絶縁膜を除去した後
    に第1導電形の半導体層の側壁に第2のサイドウォール
    を形成する工程と、前記第1導電形の半導体層、第1導
    電形の第3半導体領域の表面に第3の絶縁膜を形成する
    とともに前記第2のサイドウオールの第1導電形の半導
    体層側に第2導電形の低濃度の第2半導体領域を形成す
    る工程と、前記第3の絶縁膜上に前記第1導電形の半導
    体層、前記第2の半導体領域および前記第2のサイドウ
    ォールを覆うようにゲート電極を形成する工程とを有す
    ることを特徴とした半導体装置の製造方法。
JP59218302A 1984-10-19 1984-10-19 半導体装置およびその製造方法 Pending JPS6197970A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5177027A (en) * 1990-08-17 1993-01-05 Micron Technology, Inc. Process for fabricating, on the edge of a silicon mesa, a MOSFET which has a spacer-shaped gate and a right-angled channel path
US5262337A (en) * 1991-03-13 1993-11-16 Gold Star Electron Co., Ltd. Method of making a metal oxide semiconductor field effect transistor having a convex channel region

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5177027A (en) * 1990-08-17 1993-01-05 Micron Technology, Inc. Process for fabricating, on the edge of a silicon mesa, a MOSFET which has a spacer-shaped gate and a right-angled channel path
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