JPH0560266B2 - - Google Patents
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- JPH0560266B2 JPH0560266B2 JP59010065A JP1006584A JPH0560266B2 JP H0560266 B2 JPH0560266 B2 JP H0560266B2 JP 59010065 A JP59010065 A JP 59010065A JP 1006584 A JP1006584 A JP 1006584A JP H0560266 B2 JPH0560266 B2 JP H0560266B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/63—Vertical IGFETs
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体装置に関し、特に、非常に高
速で且つ非常に低電力の性能を有する非常に小さ
な集積回路に好適な絶縁ゲート形電界トランジス
タ(MOSFET)に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to semiconductor devices, and in particular to an insulated gate field transistor (FIELD) suitable for very small integrated circuits having very high speed and very low power performance. Regarding MOSFET).
第1図は従来のMOSFETの断面構造を示した
ものである。従来のnチヤンネルMOSFETはp
型基板11内に、ソースおよびドレインn形拡散
領域12,13を形成し、ゲート酸化膜15上に
ゲート電極14を有する構造をしている。なお、
16は選択的に形成された素子分離用シリコン酸
化膜である。第1図に示した従来のMOSFET
は、ソース・ドレイン間の電流導電路が基板に水
平な表面に設けられているため、次のような欠点
があつた。
FIG. 1 shows the cross-sectional structure of a conventional MOSFET. Conventional n-channel MOSFET is p
It has a structure in which source and drain n-type diffusion regions 12 and 13 are formed in a type substrate 11, and a gate electrode 14 is formed on a gate oxide film 15. In addition,
Reference numeral 16 denotes a selectively formed silicon oxide film for element isolation. Conventional MOSFET shown in Figure 1
Because the current conduction path between the source and drain was provided on the horizontal surface of the substrate, it had the following drawbacks.
(1) ソースおよびドレイン電極は、ソースおよび
ドレイン拡散領域12,13よりも小さな穴
(コンタクト・ホール)より取り出さなければ
ならない。そのため、ソース・ドレイン拡散領
域は、少なくともコンタクト・ホールよりも大
きくなり、この拡散領域と基板11との間の寄
生容量を無視することはできない。この寄生容
量の充放電時間は素子のスイツチング動作を遅
くする。(1) The source and drain electrodes must be taken out through holes (contact holes) smaller than the source and drain diffusion regions 12 and 13. Therefore, the source/drain diffusion region is at least larger than the contact hole, and the parasitic capacitance between this diffusion region and the substrate 11 cannot be ignored. The charging and discharging time of this parasitic capacitance slows down the switching operation of the device.
(2) 素子の動作速度を決めるゲート容量および電
子走行時間はゲート長に比例する。従つて、高
速動作にはゲート長を短くする必要がある。ゲ
ート長はリソグラフイにより決められているた
め、これを短くすることは困難である。(2) The gate capacitance and electron transit time, which determine the operating speed of the device, are proportional to the gate length. Therefore, it is necessary to shorten the gate length for high-speed operation. Since the gate length is determined by lithography, it is difficult to shorten it.
(3) 次段の負荷容量を高速に充放電するために
は、ゲート幅を大きくして相互コンダクタンス
を大きくする必要がある。これは、ゲート幅に
比例して、素子の面積増大をもたらす。(3) In order to quickly charge and discharge the load capacitance in the next stage, it is necessary to increase the gate width and increase the mutual conductance. This results in an increase in the area of the device in proportion to the gate width.
(4) 電流導電路が基板表面にあるため、α線等放
射線の影響を受けやすくなる。これは、同素子
を用いた回路の信頼性を低下させる。(4) Since the current conduction path is on the substrate surface, it is susceptible to the effects of radiation such as alpha rays. This reduces the reliability of a circuit using the same element.
本発明の目的は、上述の次点を徐去し、高密度
で高速かつ低消費電力の半導体装置を提供しよう
とするものである。
An object of the present invention is to gradually eliminate the above-mentioned problems and provide a semiconductor device with high density, high speed, and low power consumption.
上記目的を達成するために本発明の構成はソー
ス・ドレイン間の電流導電路を単結晶半導体基板
に形成されたほぼ垂直な側壁に設けるものであ
る。電流導電路を流れる電流は薄い酸化物を介し
て設けられた多結晶シリコン層に印加される電圧
により制御される。この多結晶シリコン層は半導
体基体と厚い酸化膜により絶縁される。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which a current conduction path between a source and a drain is provided on a substantially vertical side wall formed in a single crystal semiconductor substrate. The current flowing through the current conductive path is controlled by a voltage applied to a polycrystalline silicon layer provided through a thin oxide. This polycrystalline silicon layer is insulated from the semiconductor substrate by a thick oxide film.
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第2図は本発明の一実施例として第1の
MOSFETの平面図を、第3図は第2図において
−′に沿つた構造断面図を示すものである。
第3図において、23はp形基板21の表面に設
けられた高濃度n形ドレイン拡散層である。p形
領域211、高濃度n形領域22および28は基
板上のn形エピタキシヤル層210に順次、不純
物を添加することにより形成されたもので、特に
22はソース拡散層を表わす。p形領域211の
ほぼ垂直な側壁に接して、シリコン酸化膜25お
よびゲート電極24が設けられている。ゲート電
極24はシリコン酸化膜26,27により、基板
21ないし、高濃度n形拡散層領域23と絶縁さ
れている。 FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a plan view of the MOSFET, and FIG. 3 shows a structural cross-sectional view taken along the line -' in FIG.
In FIG. 3, reference numeral 23 denotes a highly doped n-type drain diffusion layer provided on the surface of the p-type substrate 21. The p-type region 211 and the heavily doped n-type regions 22 and 28 are formed by sequentially adding impurities to the n-type epitaxial layer 210 on the substrate, and in particular, 22 represents a source diffusion layer. A silicon oxide film 25 and a gate electrode 24 are provided in contact with the substantially vertical sidewalls of the p-type region 211. The gate electrode 24 is insulated from the substrate 21 and the heavily doped n-type diffusion layer region 23 by silicon oxide films 26 and 27.
第4図は、本発明の第1の半導体装置の製造工
程を示したもので、第3図に示した断面構造を形
成する以前の状態を示してある。以下、製造過程
を図番にしたがつて説明する。 FIG. 4 shows the manufacturing process of the first semiconductor device of the present invention, and shows the state before the cross-sectional structure shown in FIG. 3 is formed. The manufacturing process will be explained below using the drawing numbers.
第4図a:p型シリコン基板21表面に選択的に
不純物を添加し、高濃度n形層領域23を形
成する。その後、基板全面にn形エピタキシ
ヤル層210を成長させ、シリコン酸化膜4
1、シリコン窒化膜42、およびシリコン酸
化膜43を堆積し、3層膜41,42,43
の所定部分を選択的にエツチングして除去
し、所定の形状にする。FIG. 4a: Impurities are selectively added to the surface of the p-type silicon substrate 21 to form a high concentration n-type layer region 23. FIG. Thereafter, an n-type epitaxial layer 210 is grown on the entire surface of the substrate, and a silicon oxide film 4 is grown.
1. Deposit a silicon nitride film 42 and a silicon oxide film 43 to form a three-layer film 41, 42, 43.
selectively etching and removing predetermined portions of the material into a predetermined shape.
第4図b:3層膜41〜43をマスクにして、エ
ピタキシヤル層210をほぼ垂直に選択エツ
チングする。その後、全面に熱酸化によりシ
リコン酸化膜25を形成する。FIG. 4b: Using the three-layer films 41 to 43 as a mask, the epitaxial layer 210 is selectively etched almost vertically. Thereafter, a silicon oxide film 25 is formed on the entire surface by thermal oxidation.
第4図c:全面にシリコン窒化膜を堆積し、ドラ
イエツチングを行なつて、水平面部上のシリ
コン窒化膜を除去し、凸出部の側面にのみシ
リコン窒化膜44を残す。この後、シリコン
窒化膜44をマスクにして熱酸化により、シ
リコン酸化膜27を形成する。FIG. 4c: A silicon nitride film is deposited on the entire surface, and dry etching is performed to remove the silicon nitride film on the horizontal surface portions, leaving the silicon nitride film 44 only on the side surfaces of the protruding portions. Thereafter, a silicon oxide film 27 is formed by thermal oxidation using the silicon nitride film 44 as a mask.
第4図d:シリコン窒化膜44を除去した後、全
面に多結晶シリコン24を堆積する。FIG. 4d: After removing the silicon nitride film 44, polycrystalline silicon 24 is deposited on the entire surface.
第4図e:シリコン単結晶凸出部上の多結晶シリ
コンを除去した後、全面にシリコン窒化膜を
堆積し、パターニングしてシリコン窒化膜の
1部45を残す。その後、シリコン窒化膜4
5をマスクに多結晶シリコン24の1部を熱
酸化し、シリコン酸化膜26を形成する。FIG. 4e: After removing the polycrystalline silicon on the silicon single crystal convex portion, a silicon nitride film is deposited on the entire surface and patterned to leave a portion 45 of the silicon nitride film. After that, silicon nitride film 4
5 as a mask, a portion of the polycrystalline silicon 24 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 26.
第4図f:ドレイン電極の取り出しとなる領域に
不純物を添加して、高濃度n形領域28を形
成した後、シリコン窒化膜45およびシリコ
ン酸化膜43を徐去する。この後、シリコン
窒化膜42をマスクに多結晶シリコン24の
表面を酸化する。この後、p形不純物、n形
不純物を表面か順次添加することによりp形
領域211及び高濃度n形領域22を形成
し、ゲート・コンタクト穴29及びアルミニ
ウム電極配線を行うことにより第3図に示し
た断面構造を有する半導体装置が得られる。FIG. 4f: After adding impurities to the region from which the drain electrode is taken out to form a heavily doped n-type region 28, the silicon nitride film 45 and silicon oxide film 43 are removed. Thereafter, the surface of the polycrystalline silicon 24 is oxidized using the silicon nitride film 42 as a mask. After this, p-type impurities and n-type impurities are sequentially added to the surface to form a p-type region 211 and a high concentration n-type region 22, and a gate contact hole 29 and aluminum electrode wiring are formed, as shown in FIG. A semiconductor device having the cross-sectional structure shown is obtained.
第5図は本発明の他の実施例として第2の
MOSFET形半導体装置の平面図を、第6図は第
5図においてV−V′に沿つた構造断面図を示す
ものである。本例では、エピタキシヤル層210
の1部の側面にゲート酸化膜25が形成され、同
層210の他の1部の側面に多結晶シリコン層2
4bが直接接続される。これは、第4図cにおい
て、シリコン窒化膜44を除去した後、パターニ
ングにより酸化膜25の1部を選択エツチングす
ること、さらに多結晶シリコン層24に高濃度の
p形不純物を添加することにより実現される。第
5、第6図において、51は多結晶シリコン24
b中に含まれるp形不純物がエピタキシヤル層2
10へ拡散することにより形成されるp形領域で
ある。p形領域211はp形領域51と電気的に
接続され、多結晶シリコン層24bおよびコンタ
クト穴29bを通してアルミニウム電極に接続さ
れ、ここに電圧を印加することにより、
MOSFETのスレツシヨルド電圧を制御すること
ができる。 FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of the MOSFET type semiconductor device, and FIG. 6 is a structural sectional view taken along the line V-V' in FIG. In this example, the epitaxial layer 210
A gate oxide film 25 is formed on a side surface of a portion of the same layer 210, and a polycrystalline silicon layer 2 is formed on a side surface of another portion of the same layer 210.
4b is directly connected. This is achieved by selectively etching a part of the oxide film 25 by patterning after removing the silicon nitride film 44, as shown in FIG. Realized. In FIGS. 5 and 6, 51 is a polycrystalline silicon 24
The p-type impurity contained in the epitaxial layer 2
This is a p-type region formed by diffusion into 10. P-type region 211 is electrically connected to p-type region 51 and connected to an aluminum electrode through polycrystalline silicon layer 24b and contact hole 29b, and by applying a voltage thereto,
The threshold voltage of the MOSFET can be controlled.
第7図は本発明の他の実施例として第3の
MOSFETの断面構造を示すものである。本例で
はn形エピタキシヤル層210がp形基板21に
接している。さらに、構造工程図第4図bにおい
て、全面にp形不純物を添加することにより、第
7図のp形領域71が形成される。p形領域21
1はp形領域51及び71を通してp形基板21
と電気的に接続され、基板に電圧を印加すること
により、MOSFETのスレツド・シヨルド電圧を
制御することができる。本図の例はp形領域21
1に印加する電圧の配線が基板によりなされるた
め、第5,6図の素子に比べ素子面積が縮小する
利点がある。なお第7図において24bおよび5
1はなくてもよい。但しその場合p形領域71と
211は接続していなければならない。 FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.
This shows the cross-sectional structure of a MOSFET. In this example, an n-type epitaxial layer 210 is in contact with a p-type substrate 21. Further, in the structural process diagram of FIG. 4b, p-type impurities are added to the entire surface, thereby forming the p-type region 71 of FIG. 7. p-type region 21
1 passes through the p-type substrate 21 through the p-type regions 51 and 71.
By applying a voltage to the substrate, the thread-to-shoulder voltage of the MOSFET can be controlled. In this example, the p-type region 21
Since the wiring for the voltage applied to 1 is done by the substrate, there is an advantage that the device area is smaller than the devices shown in FIGS. 5 and 6. In addition, in FIG. 7, 24b and 5
1 is not necessary. However, in that case, p-type regions 71 and 211 must be connected.
以上の各実施例1〜3において、絶縁物は、シ
リコンの熱酸化による形成ないし、シリコン窒化
膜の他に、絶縁性樹脂等を用いることもできる。
またp形、n形の導電形を逆に用いることもでき
る。さらにまた、ソース・ドレインを逆に用いる
こともできる。また半導体としてGaAs等の他の
半導体を用いても本発明の装置を実現できる。 In each of Examples 1 to 3 above, the insulator may be formed by thermal oxidation of silicon, or an insulating resin or the like may be used in addition to a silicon nitride film.
Furthermore, the conductivity types of p-type and n-type can be reversed. Furthermore, the source and drain can also be used in reverse. The device of the present invention can also be realized using other semiconductors such as GaAs as the semiconductor.
本発明によれば、MOSFETのソース・ドレイ
ン間電流導電路が基板表面のほぼ垂直な側面に形
成されるため、ゲート長が短くゲート幅が大きい
MOSFETを高密度に集積することができる。ま
た寄生容量が削減されるため、高速・低消費電力
のMOSFETを実現できる。さらにまたα線等が
放射線がソース・ドレイン電流導電路に照射する
確率が減り、同放射線に強いMOSFETを実現で
きる。
According to the present invention, the current conduction path between the source and drain of the MOSFET is formed on the almost vertical side of the substrate surface, so the gate length is short and the gate width is large.
MOSFETs can be integrated in high density. Additionally, because parasitic capacitance is reduced, high-speed, low-power MOSFETs can be realized. Furthermore, the probability that radiation such as α-rays will irradiate the source-drain current conduction path is reduced, making it possible to realize a MOSFET that is resistant to α-rays.
第1図は従来のMOSFETの断面構造図、第2
図は本発明の一実施例としてのMOSFETの平面
図、第3図は第2図の−′に沿つた断面構造
図、第4図a〜fは本発明の半導体装置の製法を
製造工程順に示す断面図、第5図は本発明の他の
実施例としてのMOSFETの平面図、第6図は第
5図のV−V′に沿つた断面構造図、第7図は本
発明のさらに他の実施例としてMOSFETの断面
構造図。
21……p形基板、23……高濃度n形領域、
210……n形エピタキシヤル領域、211……
p形領域、22,28……高濃度n形領域、25
……ゲート酸化膜、26,27……シリコン酸化
膜、24……多結晶シリコン、29……ゲート・
コンダクト穴、51……p形領域、71……p形
領域。
Figure 1 is a cross-sectional structure diagram of a conventional MOSFET, Figure 2
The figure is a plan view of a MOSFET as an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram taken along the line -' in FIG. 5 is a plan view of a MOSFET as another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional structural diagram taken along the line V-V' in FIG. 5, and FIG. 7 is a plan view of a MOSFET as another embodiment of the present invention. A cross-sectional structure diagram of a MOSFET as an example. 21...p-type substrate, 23...high concentration n-type region,
210...n-type epitaxial region, 211...
P-type region, 22, 28...high concentration n-type region, 25
...Gate oxide film, 26, 27...Silicon oxide film, 24...Polycrystalline silicon, 29...Gate
Conductive hole, 51... p-type region, 71... p-type region.
Claims (1)
体基体の主表面上に形成された上記第1導電型と
は逆の第2導電型を有し、所定の形状を有する第
1の半導体領域と、当該第1の半導体領域の上面
に接して形成された、上記第1導電型を有する第
2の半導体領域と、当該第2の半導体領域の表面
領域内に形成された上記第2導電型を有する第3
の半導体領域と、上記半導体基体の主表面上に形
成された、上記第1の半導体領域の側部に接する
第1の絶縁膜と、上記第2の半導体膜の一方の側
部上に形成されたゲート絶縁膜と、上記第1の絶
縁膜上に上記ゲート絶縁膜に接して形成された低
抵抗のゲート電極と、上記第2の半導体膜の上記
一方の側部と対向する側部上に形成された上記第
1導電型を有する第4の半導体膜と、上記第1の
絶縁膜上に上記第4の半導体膜に接して形成され
た低抵抗の多結晶シリコン膜と、上記第4の半導
体膜の下端部と上記半導体基体の主表面に接し、
上記第1の半導体膜の一方の側部上に形成された
上記第1導電型を有する第5の半導体膜を具備す
ることを特徴とする半導体装置。1 a semiconductor substrate having a first conductivity type; a first semiconductor region formed on the main surface of the semiconductor substrate and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type and having a predetermined shape; , a second semiconductor region having the first conductivity type formed in contact with an upper surface of the first semiconductor region; and a second conductivity type formed within the surface region of the second semiconductor region. 3rd having
a first insulating film formed on the main surface of the semiconductor substrate and in contact with a side of the first semiconductor region; and a first insulating film formed on one side of the second semiconductor film. a low-resistance gate electrode formed on the first insulating film in contact with the gate insulating film; and a low-resistance gate electrode formed on the second semiconductor film on a side opposite to the one side. a fourth semiconductor film having the first conductivity type formed; a low resistance polycrystalline silicon film formed on the first insulating film in contact with the fourth semiconductor film; in contact with the lower end of the semiconductor film and the main surface of the semiconductor substrate,
A semiconductor device comprising: a fifth semiconductor film having the first conductivity type formed on one side of the first semiconductor film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59010065A JPS60154671A (en) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59010065A JPS60154671A (en) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60154671A JPS60154671A (en) | 1985-08-14 |
| JPH0560266B2 true JPH0560266B2 (en) | 1993-09-01 |
Family
ID=11739975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59010065A Granted JPS60154671A (en) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60154671A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5451798A (en) * | 1993-03-18 | 1995-09-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and its fabrication method |
| US11227925B2 (en) | 2017-04-14 | 2022-01-18 | Ptek Technology Co., Ltd. | Semiconductor device and charging system using the same |
-
1984
- 1984-01-25 JP JP59010065A patent/JPS60154671A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60154671A (en) | 1985-08-14 |
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