JPH03793B2 - - Google Patents

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JPH03793B2
JPH03793B2 JP27675586A JP27675586A JPH03793B2 JP H03793 B2 JPH03793 B2 JP H03793B2 JP 27675586 A JP27675586 A JP 27675586A JP 27675586 A JP27675586 A JP 27675586A JP H03793 B2 JPH03793 B2 JP H03793B2
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JP
Japan
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notched
insulated gate
static induction
gate
induction transistor
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JP27675586A
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Junichi Nishizawa
Nobuo Takeda
Sohee Suzuki
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SHINGIJUTSU JIGYODAN
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SHINGIJUTSU JIGYODAN
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は高速スイツチングの行える切り込み
型絶縁ゲート静電誘導トランジスタ及び高速、低
消費電力の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トラン
ジスタ集積回路の製造方法に関する。
(従来技術) 従来から高周波増幅や集積回路用に絶縁ゲート
型トランジスタが用いられているが、駆動能力が
小さいという欠点を有している。現在、このよう
な絶縁ゲート型トランジスタの欠点を克服し高速
化を計る手段として、短チヤネル化が積極的に進
められており、本発明者の一人から、絶縁ゲート
静電誘導トランジスタ(例えば、特願昭52−1756
号)や、切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジ
スタ(例えば、特願昭52−13707号)が提案され
ている。
絶縁ゲート静電誘導トランジスタはドレイン電
界の効果がソースにまで及ぶように設計され、半
導体・絶縁膜界面のみならず基板中をも電流が流
れるために、不飽和型電流電圧特性を有し、駆動
能力が大きいなどの特徴を持つ。特に、切り込み
型絶縁ゲート静電誘導トランジスタはチヤネルが
半導体基板の深さ方向に形成されるために、チヤ
ネル長やゲート長の制御性がよく、短チヤネル化
に適している。従つて、駆動能力が大きくでき、
また、寄生容量も減らせるために高速トランジス
タや高速、低消費電力の集積回路として勝れた性
能を発揮する。
この切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジス
タの公知の製造工程の一例を第4図を参照して説
明する。
第4図aドレインとして使用する半導体基板4
1上にチヤネルとなるエピタキシヤル層42を成
長させ、熱拡散もしくはイオン注入によりチヤネ
ル不純物を導入した後、半導体基板主表面の一部
に異方性プラズマエツチング等によりU字型溝を
形成する。
第4図b通常のフオトリソグラフイ技術と選択
酸化法を用いて、フイールド酸化膜43を形成す
るとともに、半導体基板主表面の一部とU字型溝
側壁の一部に窓開けを行い、ゲート酸化膜44を
形成する。
第4図cゲート電極となる多結晶半導体45を
堆積させ、通常のフオトリソグラフイ技術によつ
てU字型溝側壁のゲート酸化膜上に残るようにエ
ツチングした後、熱拡散やイオン注入によりソー
ス領域46を形成する。
第4図dパツシベーシヨン膜47を堆積してコ
ンタクト孔を開け、ドレイン電極41′、ゲート
電極45′、およびソース電極46′を形成する。
上記のドレイン領域41、ソース領域46の不
純物密度はそれぞれ1018〜1021cm-3程度である。
勿論、導電型はP型でもN型でもよく、上記説明
とは逆に41をソース領域、46をドレイン領域
としてもよい。チヤネル領域42の不純物密度は
1012〜1016cm-3であり、その導電型は前記ドレイ
ン領域及びソース領域と同一でも反対でもよく、
多層構造であつてもよい。しかし、少なくともそ
の動作領域の一部において、ドレイン領域から拡
がつた空乏層がソース領域に到達しなければなら
ず、この要求を満たすようにその不純物密度が、
U字型溝の深さとともに決定される。また、ゲー
ト酸化膜44の膜厚は100〜1000Å程度に設定さ
れ、ゲート電極には普通、多結晶シリコン等が用
いられ、1000Å〜1μm程度に設定される。この
図に示したような従来の切り込み型絶縁ゲート静
電誘導トランジスタは本来半導体基板に対して深
さ方向に形成されるために、成膜の制度でトラン
ジスタの寸法を制御でき、短チヤネルの高速トラ
ンジスタには非常に適している。
(この発明が解決しようとする問題点) しかし、従来の切り込み型絶縁ゲート静電誘導
トランジスタの製造方法では、通常のフオトリソ
グラフイ技術を用いているために、マスク合せの
ための余裕を必要とし、ゲート電極45をU字型
溝の側壁にのみ形成することが難しかつた。
例えば、第5図に第4図の製造工程に対応する
従来の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジス
タの平面構造例を示す。同図中の51がU字型溝
側壁、52が選択酸化による窓、53が多結晶半
導体のゲート電極であり、54及び55がそれぞ
れドレイン・コンタクト孔及びゲート・コンタク
ト孔、56及び57がそれぞれドレイン電極及び
ゲート電極である。同図中のB−B′断面が第4
図dに示されている。同図中の1b及び1cが第4
図の工程b及びcのフオトリソグラフイに対する
マスク合せ余裕であり、通常0.1〜2μm程度に設
定される。
マスク合せ余裕1cが異なるトランジスタのドレ
イン電流−ドレイン電圧特性の一例を第6図a〜
cに示す。この場合は、チヤネル長約0.5μm、チ
ヤネル不純物ドーズ量約1.5×1013cm-2、ゲート酸
化膜厚約250Åに設計されており、マスク合せ余
裕1cがaは0μm、b、cはそれぞれ1μm、2μm
である。同図aの場合は不飽和型電流電圧特性を
示し、駆動能力も大きく、切り込み型絶縁ゲート
静電誘導トランジスタの特性がよく現われている
が、歩止まりが悪いという欠点を生じる。一方、
同図b,cの場合には、マスク合せ余裕に相当す
る部分が平面型トランジスタと同様の動作をする
ために、実効的なチヤネル長が長くなり駆動能力
を劣化させる。
この発明の目的は、前記の切り込み型絶縁ゲー
ト静電誘導トランジスタの製造方法の欠点を除
き、U字型溝の側壁にのみ自己整合的にゲート酸
化膜及びゲート電極を形成でき、再現性や信頼性
を高めた切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジ
スタの製造方法を得ようとするものである。
(問題を解決するための手段) この発明の切り込み型絶縁ゲート静電誘導トラ
ンジスタおよびその集積回路の製造方法において
は、半導体基板の一主表面にU字型溝を形成する
ための異方性エツチング工程と、ゲート酸化膜を
形成する工程と、前記U字型溝の側壁にのみ自己
整合的にゲート電極を残す工程と、前記ゲート電
極をマスク材として自己整合的にドレイン領域及
びソース領域を形成する工程を有することを特徴
とする。
その結果、マスク合せ工程等のバラツキに影響
されることなく、ゲート酸化膜及びゲート電極、
さらにはソース領域及びドレイン領域を形成する
ことが出来る。
(実施例) 以下この発明を実施例によつて詳細に説明す
る。
第1図は、この発明の切り込み型絶縁ゲート静
電誘導の製造工程の一例を示す。
第1図a半導体基板11上にチヤネルとなるエ
ピタキシヤル層12を成長させ、熱拡散もしくは
イオン注入によりチヤネル不純物を導入した後、
半導体基板主表面の一部に異方性プラズマエツチ
ング等によりU字型溝を形成する。
同図b選択酸化法を用いて、フイールド酸化膜
13を形成するとともに、半導体基板主表面の素
子領域に窓開けを行い、ゲート酸化膜14を形成
する。
同図cゲート電極となる多結晶半導体15を堆
積させ、異方性プラズマエツチング等によつてU
字型溝側壁にのみ自己整合的にゲート電極を形成
した後、このゲート電極15をマスクとして熱拡
散やイオン注入によりドレイン領域16及びソー
ス領域17を形成する。
同図dパツシベーシヨン膜18を堆積してコン
タクト孔を開け、ドレイン電極16′及びソース
電極17′を形成する。
このとき、ドレイン領域16、ソース領域17
の不純物密度はそれぞれ1018〜1021cm-3程度であ
る。勿論、導電型はP型でもN型でもよく、16
をソース領域、17をドレイン領域としてもよ
い。チヤネル領域12の不純物密度は1012〜1016
cm-3程度であり、その導電型は前記のドレイン領
域16及びソース領域17と同一でも反対でも差
し支えなく、多層構造になつてもよい。しかし、
少なくともその作動領域の一部において、ドレイ
ン領域から拡がつた空乏層がソース領域に到達す
るようにその不純物密度がU字型溝の深さととも
に決定される。また、ゲート酸化膜14の膜厚は
100〜1000Å程度に、ゲート電極の膜厚は1000Å
〜1μm程度に設定される。例えば、ゲート電極
として多結晶シリコンを用いることは非常に有効
であり、0.03Torr〜0.2Torr程度の圧力のPCl3
ラズマエツチングによつて異方性エツチングを行
うことが出来る。
この製造工程によれば、素子の特性に最も影響
を与えるゲート酸化膜及びゲート電極をU字型溝
側壁にのみ自己整合的に形成できるため、再現
性、信頼性よく、第6図aのような素子特性を持
つた切り込み絶縁ゲート静電誘導トランジスタを
得ることができる。
第1図の製造工程に対応する切り込み型絶縁ゲ
ート静電誘導トランジスタの平面構造の一例を第
2図に示す。同図中、21はU字型溝側壁、22
は素子領域となる選択酸化による窓、23は多結
晶半導体のゲート電極、24,25及び26はそ
れぞれドレイン・コンタクト孔、ソース・コンタ
クト孔、及びゲート・コンタクト孔であり、2
4′,25′及び26′がそれぞれドレイン電極、
ソース電極及びゲート電極である。同図中のA−
A′断面が第1図dに示されている。素子領域が
全てU字型溝の側壁に対して自己整合的に形成さ
れているために再現性よく切り込み型絶縁ゲート
静電誘導トランジスタを製造出来る。
この切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジス
タを相補型絶縁ゲート集積回路に応用した場合の
1ゲートの断面構造の一例を第3図に示す。同図
中の30は半導体基板であり、その主表面の一部
にU字型の溝が設けられている。また31はN+
ドレイン領域、32はP+ドレイン領域、33は
N+ソース領域、34はP+ソース領域で、それぞ
れ1018〜1021cm-3程度の不純物密度を有する。3
5はPチヤネル領域、36はNチヤネル領域でそ
れぞれ1012〜1016cm-3程度の不純物密度を有し、
少なくともその動作領域の一部において前記ドレ
イン領域から拡がつた空乏層が前記ソース領域に
到達するようにその不純物密度が前記U字型溝の
深さとともに決定される。37は酸化膜等のゲー
ト絶縁膜で、100〜1000Å程度の膜厚を有し、3
7′はゲート電極、38はフイールド酸化膜であ
る。また、39はPチヤネルとNチヤネルを分離
するためのN型埋込層である。ゲート電極37′
が論理入力、ドレイン電極31′,32′が論理出
力であり、電源電圧はソース電極33′と34′と
の間に加えられる。
このような集積回路においても、基板側の構造
を除いては第1図に示した製造工程とほぼ同様に
製造でき、再現性、信頼性よく高速かつ低消費電
力の相補型絶縁ゲート集積回路を提供することが
できる。例えば、第3図に示した相補型絶縁ゲー
ト集積回路のリング発振器で90psecの伝播遅延時
間が6.8mWの消費電力のときに得られている。
(発明の効果) 上記のように、この発明によれば、従来の切り
込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタの製造工
程の欠点を改良し、U字型溝の側壁にのみ自己整
合的にゲート酸化膜及びゲート電極を形成するこ
とができ、したがつて、高速スイツチングの行え
る切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタや
高速・低消費電力の切り込み型絶縁ゲート静電誘
導トランジスタ集積回路を再現性、信頼性よく製
造することができ、その工業的価値は極めて大き
いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の切り込み型絶縁ゲート静電
誘導トランジスタの製造方法の1実施例を示す製
造工程の説明図、第2図はこの発明の切り込み型
絶縁ゲート静電誘導トランジスタの平面構造を示
す平面図、第3図はこの発明の切り込み型絶縁ゲ
ート静電誘導トランジスタ集積回路の一実施例を
示す断面図、第4図は従来の切り込み型絶縁ゲー
ト静電誘導トランジスタの製造方法の1例を示す
製造工程の説明図、第5図はその切り込み型絶縁
ゲート静電誘導トランジスタの平面構造を示す平
面図、第6図は従来の切り込み型絶縁ゲート静電
誘導トランジスタのドレイン電流−ドレイン電圧
特性の一例を示す特性図である。 11,30,41:半導体基板、12,35,
36,42:チヤネル領域、13,38,43:
フイールド酸化膜、14,37,44:ゲート絶
縁膜、15,23,45,53:ゲート電極、1
6,31,32,41:ドレイン領域、16′,
24′,41′,56:ドレイン電極、17,3
3,34,46:ソース領域、17′,25′,4
6′:ソース電極、18,47:パツシベーシヨ
ン膜、21,51:U字型溝側壁、22,52:
素子領域窓、39:分離層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板の一主表面にU字型溝を形成する
    ための異方性エツチング工程と、ゲート酸化膜を
    形成する工程と、前記U字型溝の側壁にのみ自己
    整合的にゲート電極を残す工程と、前記ゲート電
    極をマスク材として自己整合的にドレイン領域及
    びソース領域を形成する工程を有することを特徴
    とする切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジス
    タの製造方法。 2 前記ゲート電極材として多結晶シリコンを用
    い、該多結晶シリコンをPCl3異方性プラズマエ
    ツチングによつて前記U字型溝の側壁に自己整合
    的に形成する工程を含んだことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の切り込み型絶縁ゲート静
    電誘導トランジスタの製造方法。 3 半導体基板上に多数の切り込み型絶縁ゲート
    静電誘導トランジスタを前記の方法により集積形
    成することを特徴とする特許請求の範囲第1項或
    いは第2項記載の切り込み型絶縁ゲート静電誘導
    トランジスタの集積回路の製造方法。
JP27675586A 1986-11-19 1986-11-21 切り込み型絶縁ゲ−ト静電誘導トランジスタの製造方法 Granted JPS63131584A (ja)

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JPH02226772A (ja) * 1989-02-28 1990-09-10 Shiyoudenriyoku Kosoku Tsushin Kenkyusho:Kk 切り込み型絶縁ゲート静電誘導トランジスタ及びその製造方法
JPH0758792B2 (ja) * 1990-08-07 1995-06-21 株式会社半導体エネルギー研究所 縦チャネル型絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方法

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