JP2003124463A - Semiconductor device - Google Patents
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- JP2003124463A JP2003124463A JP2002235089A JP2002235089A JP2003124463A JP 2003124463 A JP2003124463 A JP 2003124463A JP 2002235089 A JP2002235089 A JP 2002235089A JP 2002235089 A JP2002235089 A JP 2002235089A JP 2003124463 A JP2003124463 A JP 2003124463A
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- 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]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/6729—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
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- H—ELECTRICITY
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/62—Fin field-effect transistors [FinFET]
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特にMOS形トランジスタの改良された構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
In particular it relates to an improved structure of a MOS transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、MOS集積回路、特にMOS形ト
ランジスタでは、素子を微細化することによって集積度
のみならず、回路動作の高速化、低消費電力化が図られ
てきた。従来の平面的な構造を有するMOS形トランジ
スタの断面を図22に示す。このMOS形トランジスタ
は、図22に示すように、半導体基板101上にゲート
絶縁膜102を介してゲート電極103が形成されてお
り、フィールド酸化膜104により素子分離がなされて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, in a MOS integrated circuit, particularly a MOS type transistor, miniaturization of elements has been attempted not only to achieve a high degree of integration, but also to speed up circuit operation and reduce power consumption. FIG. 22 shows a cross section of a conventional MOS transistor having a planar structure. In this MOS transistor, as shown in FIG. 22, a gate electrode 103 is formed on a semiconductor substrate 101 via a gate insulating film 102, and a field oxide film 104 separates elements.
【0003】このような構造においては、素子の微細化
が進むにしたがって、問題が生じてきている。その代表
的な要因としてゲート絶縁膜102の膜厚と半導体基板
101中の不純物濃度が挙げられる。ゲート絶縁膜10
2の膜厚に関しては、素子の微細化にともなって薄くな
ってきているが、膜厚が4nm以下になると直接なトン
ネリング現象が起こり、ゲート電流が半導体基板101
に流れてしまうので、安定に回路動作が行われないとい
う問題がある。In such a structure, problems have arisen as the device is miniaturized. Typical factors are the film thickness of the gate insulating film 102 and the impurity concentration in the semiconductor substrate 101. Gate insulating film 10
The film thickness of 2 has become thinner with the miniaturization of the element, but when the film thickness is 4 nm or less, a direct tunneling phenomenon occurs, and the gate current is changed to the semiconductor substrate 101.
Therefore, there is a problem that the circuit operation is not stably performed.
【0004】また、不純物濃度に関しては、素子の微細
化にともなって高くなってきているが、基板濃度が10
18cm-3を超える付近から、ソース・ドレイン拡散層と
半導体基板101との間にトンネリングによるリーク電
流が流れるという問題がある。したがって、従来の平面
的な構造を有するMOS形トランジスタは、ゲート絶縁
膜の膜厚や半導体基板の不純物濃度、また短チャネル効
果の制約から、ゲート長0.1μm以下に微細化するこ
とが難しいと考えられる。Regarding the impurity concentration, it has become higher with the miniaturization of the element, but the substrate concentration is 10
There is a problem that a leak current due to tunneling flows between the source / drain diffusion layer and the semiconductor substrate 101 from the vicinity of more than 18 cm −3 . Therefore, it is difficult to miniaturize the conventional MOS transistor having a planar structure to a gate length of 0.1 μm or less due to the thickness of the gate insulating film, the impurity concentration of the semiconductor substrate, and the short channel effect. Conceivable.
【0005】上記の問題を考慮して、さらなる素子の微
細化を進めるために、図23(A)及び図23(B)に
示す構造を有するMOS形トランジスタが提案されてい
る(例えば、特開昭64−42176号公報、特開昭6
4−27270号公報)。このMOS形トランジスタ
は、半導体基板5に素子分離領域となる溝を形成するこ
とにより凸部105aを形成し、その溝内に絶縁膜等を
介して多結晶ポリシリコン膜または直接シリコン酸化膜
110を埋め込み、凸部105aの上部及び側部に形成
したゲート絶縁膜109を介してゲート電極106を形
成し、そのゲート電極106をマスクとしてソース領域
107及びドレイン領域108を形成することにより構
成されている。このような構成を有するMOS形トラン
ジスタ(以下、凸形トランジスタと省略する)は、カッ
トオフ特性が良好である。In consideration of the above problems, a MOS transistor having a structure shown in FIGS. 23A and 23B has been proposed in order to further miniaturize the device (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-242242). Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-42176, JP-A-6-6
4-27270). In this MOS transistor, a convex portion 105a is formed by forming a groove serving as an element isolation region in the semiconductor substrate 5, and a polycrystalline polysilicon film or a direct silicon oxide film 110 is formed in the groove via an insulating film or the like. The gate electrode 106 is formed via the gate insulating film 109 formed on the upper and side portions of the buried and convex portion 105a, and the source region 107 and the drain region 108 are formed using the gate electrode 106 as a mask. . The MOS transistor having such a configuration (hereinafter, abbreviated as a convex transistor) has good cutoff characteristics.
【0006】また、この凸形トランジスタにおいては、
素子領域の凸部105aをゲート電極から伸びる空乏層
によりすべて空乏化するように、凸部105aの幅を設
定することにより、チャネルポテンシャルに対するゲー
ト電極への影響を増大させることができ、結果としてド
レイン電極の影響を抑えて短チャネル効果を抑制するこ
とができる。さらに、この凸形トランジスタにおいて
は、電流が凸部105a表面を流れるため、側面の電流
も利用することができるので、通常の平面的な構造を有
するMOS形トランジスタよりも大きな電流を流すこと
ができる。Further, in this convex transistor,
By setting the width of the convex portion 105a so that the convex portion 105a in the element region is completely depleted by the depletion layer extending from the gate electrode, the influence on the gate electrode with respect to the channel potential can be increased, and as a result, the drain can be increased. The short channel effect can be suppressed by suppressing the influence of the electrodes. Further, in this convex transistor, since the current flows on the surface of the convex portion 105a, the current on the side surface can also be used, so that a larger current than that of the MOS transistor having a normal planar structure can be caused to flow. .
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
凸形トランジスタにおいては、以下のような問題があ
る。すなわち、第1に、閾値の決定において、チャネル
幅に依存される。このため、閾値制御の自由度が小さ
い。特に、チャネル幅が広い場合には、側部の寄生トラ
ンジスタが動作するために、電流と電圧との関係を示す
特性図においてハンプ(こぶ)が生じる。However, the conventional convex transistor has the following problems. That is, firstly, the channel width is dependent on the determination of the threshold value. Therefore, the degree of freedom in threshold control is small. In particular, when the channel width is wide, a hump occurs in the characteristic diagram showing the relationship between the current and the voltage because the parasitic transistor on the side operates.
【0008】第2に、ゲート電極106で被われていな
い凸部105aの領域、すなわちゲート電極106で取
り囲まれる凸部の領域よりも深い領域では、ゲート電極
106により制御することができないので、ソース領域
107及びドレイン領域108の間でパンチスルー現象
による短チャネル効果が生じる。このため、ゲート長の
微細化が困難となる。Secondly, in the region of the convex portion 105a which is not covered with the gate electrode 106, that is, in the region deeper than the region of the convex portion surrounded by the gate electrode 106, the control cannot be performed by the gate electrode 106, so that the source A short channel effect due to a punch through phenomenon occurs between the region 107 and the drain region 108. Therefore, it is difficult to reduce the gate length.
【0009】第3に、上記ゲート電極106で取り囲ま
れる凸部の領域よりも深い領域では、ドレイン電圧を増
大させたとき、ドレイン領域108から伸びる電気力線
が、ソース領域107の方向に向かい、ゲート電極10
6だけではドレイン電圧によるチャネルポテンシャルの
変動を充分に抑えることができない。特に、短チャネル
の場合には、ソース領域107−ドレイン領域108方
向のゲート電極106の幅Lが短いために、それほど素
子特性が向上しない。Thirdly, in the region deeper than the region of the convex portion surrounded by the gate electrode 106, when the drain voltage is increased, the lines of electric force extending from the drain region 108 are directed toward the source region 107, Gate electrode 10
6 alone cannot sufficiently suppress the fluctuation of the channel potential due to the drain voltage. In particular, in the case of a short channel, the element characteristics are not so improved because the width L of the gate electrode 106 in the direction of the source region 107-drain region 108 is short.
【0010】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、パンチスルー現象による短チャネル効果を抑制す
ることができる半導体装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、素子特性を向上させることができ
る半導体装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of suppressing the short channel effect due to the punch-through phenomenon. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving element characteristics.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
凸形状の半導体素子領域を有する基板と、前記素子領域
の上面及び側面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲー
ト電極と、前記ゲート電極を挟んで前記素子領域の上面
にチャネル領域を形成するように設けられた第1の導電
型のソース領域及びドレイン領域とを具備し、凸形状を
有する部分の内部であって前記チャネル領域の下に形成
され、前記チャネル領域の濃度よりも高い濃度で第2の
導電型の不純物が含まれる高濃度不純物領域を有するこ
とを特徴とする半導体装置を提供する。The first invention of the present invention is as follows:
A substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on an upper surface and a side surface of the element region through a gate insulating film, and a channel region formed on the upper surface of the element region with the gate electrode interposed therebetween. A source region and a drain region of the first conductivity type, which are formed inside the convex portion and below the channel region, and have a concentration higher than that of the channel region. A semiconductor device having a high-concentration impurity region containing a second conductivity type impurity is provided.
【0012】本発明の第2の発明は、凸形状の半導体素
子領域を有する基板と、前記素子領域の上面及び側面に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲ
ート電極を挟んで前記素子領域の上面にチャネル領域を
形成するように設けられたソース領域及びドレイン領域
とを具備し、前記素子領域の上面に構成されるトランジ
スタの特性と前記素子領域の側面に構成されるトランジ
スタの特性が異なることを特徴とする半導体装置を提供
する。例えば、本発明の第2の発明は、凸形状の半導体
素子領域を有する基板と、前記素子領域の上面及び側面
にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを具備
し、前記素子領域内には前記ゲート電極と対向してチャ
ネル領域が形成されるようにソース領域とドレイン領域
とが互いに離間して設けられ、前記素子領域の上面と前
記素子領域の側面との間で、前記ゲート絶縁膜の膜厚、
ゲート絶縁膜の材料、及びゲート電極の材料からなる群
より選ばれる少なくとも1つが互いに異なっていること
を特徴とする半導体装置を提供する。According to a second aspect of the present invention, a substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on an upper surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, and the gate electrode sandwiched therebetween. A source region and a drain region provided so as to form a channel region on the upper surface of the element region, and characteristics of a transistor formed on the upper surface of the element region and a transistor formed on the side surface of the element region. Provided is a semiconductor device having different characteristics. For example, a second invention of the present invention comprises a substrate having a convex semiconductor element region and a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, and Is provided with a source region and a drain region spaced apart from each other so that a channel region is formed facing the gate electrode, and the gate insulation is provided between an upper surface of the element region and a side surface of the element region. Film thickness,
There is provided a semiconductor device characterized in that at least one selected from the group consisting of a material of a gate insulating film and a material of a gate electrode is different from each other.
【0013】本発明の第3の発明は、凸形状の半導体素
子領域を有する基板と、前記素子領域の上面及び側面に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲ
ート電極を挟んで前記素子領域の上面及び側面に設けら
れた第1の導電型のソース領域及びドレイン領域とを具
備し、前記素子領域の上面及び側面に形成されたソース
領域及びドレイン領域が前記素子領域内部において互い
に接触しないことを特徴とする半導体装置を提供する。According to a third aspect of the present invention, a substrate having a semiconductor element region having a convex shape, a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, and the gate electrode sandwiched therebetween. A source region and a drain region of a first conductivity type provided on an upper surface and a side surface of the element region, and the source region and the drain region formed on an upper surface and a side surface of the element region are mutually formed inside the element region. Provided is a semiconductor device which is not in contact.
【0014】本発明の第4の発明は、凸形状の半導体素
子領域を有する基板と、前記素子領域の上面及び側面に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲ
ート電極を挟んで前記素子領域の上面にチャネル領域を
形成するように設けられたソース領域及びドレイン領域
とを具備し、前記ドレイン領域の側部に絶縁膜を介して
一定電位に保持された電極が形成され、前記凸形状の素
子領域の幅Wが以下の式(I)を満足することを特徴と
する半導体装置を提供する。According to a fourth aspect of the present invention, a substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on an upper surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, and the gate electrode sandwiched therebetween. A source region and a drain region provided so as to form a channel region on the upper surface of the device region, and an electrode held at a constant potential via an insulating film is formed on a side portion of the drain region, Provided is a semiconductor device characterized in that a width W of a convex element region satisfies the following expression (I).
【0015】
W≦2√2(εS ・φF /q・Nsub)1/2…(I)
(式中、qは電子電荷(クーロン)、φFは半導体基板
のフェルミ準位(eV)、εSは半導体基板の誘電率
(ファラッド/cm)、及びNsubは半導体基板の不純
物濃度(cm-3)である。)
本発明の第5の発明は、凸形状の半導体素子領域を有す
る基板と、前記素子領域の上面及び側面にゲート絶縁膜
を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を挟
んで前記素子領域の上面にチャネル領域を形成するよう
に設けられたソース領域及びドレイン領域と、前記ドレ
イン領域の側部を覆うように形成され、前記ゲート電極
の電位と同じ電位に設定可能な電極とを具備することを
特徴とする半導体装置を提供する。例えば、本発明の第
5の発明は、凸形状の半導体素子領域を有する基板と、
前記素子領域の上面及び側面にゲート絶縁膜を介して形
成されたゲート電極とを具備し、前記素子領域内には前
記ゲート電極と対向してチャネル領域が形成されるよう
にソース領域とドレイン領域とが互いに離間して設けら
れ、前記ゲート電極は前記素子領域のうち前記ソース領
域と前記ドレイン領域との間に介在した第1部分の上面
及び側面と前記ドレイン領域が設けられた第2部分の側
面とを覆うように形成されていることを特徴とする半導
体装置を提供する。W ≦ 2√2 (ε S · φ F / q · N sub ) 1/2 (I) (where, q is an electronic charge (coulomb), φ F is the Fermi level (eV of the semiconductor substrate) ), Ε S is the dielectric constant (farads / cm) of the semiconductor substrate, and N sub is the impurity concentration (cm −3 ) of the semiconductor substrate.) A fifth aspect of the present invention is a semiconductor element region having a convex shape. A substrate having; a gate electrode formed on an upper surface and a side surface of the element region through a gate insulating film; a source region provided so as to form a channel region on the upper surface of the element region with the gate electrode sandwiched; A semiconductor device comprising: a drain region; and an electrode formed to cover a side portion of the drain region and capable of being set to the same potential as the gate electrode. For example, a fifth invention of the present invention is a substrate having a semiconductor element region having a convex shape,
A gate electrode formed on a top surface and a side surface of the device region via a gate insulating film, and a source region and a drain region so that a channel region is formed in the device region so as to face the gate electrode. Are spaced apart from each other, and the gate electrode has a top surface and a side surface of a first portion of the element region that is interposed between the source region and the drain region and a second portion of the device region where the drain region is provided. Provided is a semiconductor device, which is formed so as to cover a side surface.
【0016】本発明の第6の発明は、凸形状の半導体素
子領域を有する基板と、前記素子領域の上面及び側面に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記素
子領域を被覆し且つコンタクトホールが設けられた絶縁
膜と、前記コンタクトホールを埋め込み且つ前記素子領
域と接触した一対のコンタクト配線とを具備し、前記素
子領域内には前記ゲート電極と対向してチャネル領域が
形成されるようにソース領域とドレイン領域とが互いに
離間して及び前記一対のコンタクト配線とそれぞれ接触
して設けられ、前記一対のコンタクト配線の少なくとも
一方は前記素子領域の上面の一部と側面の一部との双方
に接触し、そのコンタクト配線と接触した前記ソース領
域または前記ドレイン領域の厚さは前記コンタクト配線
と接触していない位置に比べ前記コンタクト配線と接触
した位置でより厚いことを特徴とする半導体装置を提供
する。According to a sixth aspect of the present invention, a substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, and the element region are covered. The device further includes an insulating film having a contact hole, and a pair of contact wirings that fill the contact hole and are in contact with the device region. A channel region is formed in the device region so as to face the gate electrode. Source region and drain region are spaced apart from each other and are in contact with the pair of contact wirings, respectively, and at least one of the pair of contact wirings is part of an upper surface and part of a side surface of the element region. And the thickness of the source region or the drain region in contact with the contact wiring is not in contact with the contact wiring. To provide a semiconductor device, characterized in that thicker at a position in contact with the contact wire as compared to the location.
【0017】本発明の第7の発明は、凸形状の半導体素
子領域を有する基板と、前記素子領域の上面及び側面に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記素
子領域を被覆し且つコンタクトホールが設けられた絶縁
膜と、前記コンタクトホールを埋め込み且つ前記素子領
域と接触した一対のコンタクト配線とを具備し、前記素
子領域内には前記ゲート電極と対向してチャネル領域が
形成されるようにソース領域とドレイン領域とが互いに
離間して及び前記一対のコンタクト配線とそれぞれ接触
して設けられ、前記一対のコンタクト配線のそれぞれの
前記素子領域との接触部における径は前記素子領域の上
面の幅よりも大きいことを特徴とする半導体装置を提供
する。According to a seventh aspect of the present invention, a substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region through a gate insulating film, and the element region are covered. The device further includes an insulating film having a contact hole, and a pair of contact wirings that fill the contact hole and are in contact with the device region. A channel region is formed in the device region so as to face the gate electrode. As described above, the source region and the drain region are provided apart from each other and in contact with the pair of contact wirings, respectively, and the diameter of the contact portion of each of the pair of contact wirings with the element region is equal to that of the element region. Provided is a semiconductor device having a width larger than that of an upper surface.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明において、半導体基板とし
ては、シリコン基板や、絶縁層上にシリコン膜等の半導
体膜を形成したSOI(Silicon On Insulator)基板等
を用いることができる。ゲート絶縁膜の材料としては、
SiO2等を用いることができる。ゲート電極の材料と
しては、ポリシリコン、モリブデン、タングステン、M
oSi 2、WSi2、TiSi2等を用いることができ
る。また、素子分離膜の材料としては、CVD−SiO
2、ポリシリコン、ボロンリンガラス(BPSG)等を
用いることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a semiconductor substrate is used.
Is a silicon substrate or a semiconductor such as a silicon film on the insulating layer.
SOI (Silicon On Insulator) substrate with body film
Can be used. As the material of the gate insulating film,
SiO2Etc. can be used. With the material of the gate electrode
Then, polysilicon, molybdenum, tungsten, M
oSi 2, WSi2, TiSi2Can be used
It Further, as the material of the element isolation film, CVD-SiO
2, Polysilicon, boron phosphorus glass (BPSG), etc.
Can be used.
【0019】本発明の第1及び第3の発明においては、
ソース及びドレイン拡散層領域は、凸型素子領域の上部
及び側部に不純物をドーピングすることにより形成され
る。この場合、凸型素子領域の側部から導入された不純
物により形成されるソース及びドレイン拡散層領域は、
凸型素子領域内部で互いに直接接触することなく、凸型
素子領域上部から導入された不純物により形成されるソ
ース及びドレイン拡散層領域により接続される。このよ
うな構造、すなわち凸型素子領域の上面及び側面にソー
ス及びドレイン拡散層領域が形成された構造は、平面型
トランジスタにおいて浅い拡散層が形成された構造と等
価である。In the first and third aspects of the present invention,
The source and drain diffusion layer regions are formed by doping the top and sides of the convex device region with impurities. In this case, the source and drain diffusion layer regions formed by the impurities introduced from the side of the convex element region are
The source and drain diffusion layer regions formed by the impurities introduced from above the convex element region are connected without directly contacting each other inside the convex element region. Such a structure, that is, the structure in which the source and drain diffusion layer regions are formed on the upper surface and the side surface of the convex element region is equivalent to the structure in which the shallow diffusion layer is formed in the planar transistor.
【0020】第1及び第3の発明において、凸型素子領
域内に不純物をドーピングする方法としては、凸型素子
領域の斜め上方からのイオン注入法、気相拡散法、イオ
ン注入法と固相拡散法との組み合わせ等の方法を挙げる
ことができる。また、これらの方法の条件は、適宜設定
する必要がある。In the first and third aspects of the invention, as a method for doping impurities into the convex element region, an ion implantation method, a vapor phase diffusion method, an ion implantation method and a solid phase from obliquely above the convex element region are used. A method such as a combination with a diffusion method can be used. The conditions of these methods need to be set appropriately.
【0021】第1及び第3の発明においては、高濃度不
純物領域は、凸形状を有する部分の内部であってチャネ
ル領域の下に形成される。また、高濃度不純物領域は、
ゲート電極よりも下方の素子領域に形成されていること
が好ましい。この位置に高濃度不純物領域が存在するこ
とにより、ゲート電極下のドレイン領域からチャネル領
域へ延びる空乏層を抑えることができると共に、凸型素
子領域のチャネル部分の完全空乏化を実現することがで
きる。これにより、ゲート電極下におけるパンチスルー
を防止することができる。In the first and third aspects of the invention, the high concentration impurity region is formed inside the convex portion and below the channel region. In addition, the high concentration impurity region is
It is preferably formed in the element region below the gate electrode. The presence of the high-concentration impurity region at this position can suppress the depletion layer extending from the drain region under the gate electrode to the channel region, and can realize complete depletion of the channel portion of the convex element region. . Thereby, punch-through under the gate electrode can be prevented.
【0022】第1及び第3の発明によれば、凸形状の素
子領域上部及び側部からソース及びドレイン拡散層領域
を形成することができるので、実効的な素子チャネル幅
を広くしつつ、チャネル表面から浅い領域に拡散層を形
成することができる。これにより、ゲート電極によりポ
テンシャル制御されにくいチャネル領域内中央部におけ
るパンチスルー耐圧を向上させることができる。According to the first and third aspects, since the source and drain diffusion layer regions can be formed from the upper and side portions of the convex element region, the channel width can be increased while the effective element channel width is increased. A diffusion layer can be formed in a region shallow from the surface. As a result, it is possible to improve the punch-through breakdown voltage in the central portion of the channel region where the potential is difficult to control by the gate electrode.
【0023】また、第1及び第3の発明によれば、ソー
ス及びドレイン拡散層と逆の導電型の不純物をチャネル
表面の濃度よりも高い濃度で含む高濃度不純物領域をチ
ャネル領域中央部に形成するので、ゲート電極により制
御されにくい比較的深い領域において、ドレイン電極か
らチャネル領域に延びる空乏層を抑えることができ、こ
れにより短チャネル効果を抑制することができる。ま
た、上記チャネル中央部におけるソース及びドレイン拡
散層領域とチャネル領域とに接する部分に導入する不純
物の種類や量を適宜選択することにより、拡散層と基板
との間の接合容量の増加を防止することができる。Further, according to the first and third inventions, a high-concentration impurity region containing an impurity of a conductivity type opposite to that of the source and drain diffusion layers at a concentration higher than that of the channel surface is formed in the central portion of the channel region. Therefore, the depletion layer extending from the drain electrode to the channel region can be suppressed in a relatively deep region that is difficult to be controlled by the gate electrode, and thus the short channel effect can be suppressed. Further, by appropriately selecting the type and amount of impurities to be introduced into the portion in contact with the source / drain diffusion layer region and the channel region in the central portion of the channel, an increase in the junction capacitance between the diffusion layer and the substrate is prevented. be able to.
【0024】本発明の第2の発明において、トランジス
タの特性とは、閾値や相互コンダクタンス等を意味す
る。また、素子領域の上面に構成されるトランジスタ
と、素子領域の側面に構成されるトランジスタとの間で
前記特性が異なるようにするためには、ゲート絶縁膜の
膜厚、ゲート絶縁膜の材料、及びゲート電極の材料から
なる群より選ばれた少なくとも1つを素子領域の上面及
び側面において異なるように設定する。In the second aspect of the present invention, the characteristics of the transistor mean a threshold value, a transconductance and the like. In order to make the characteristics different between the transistor formed on the upper surface of the element region and the transistor formed on the side surface of the element region, the film thickness of the gate insulating film, the material of the gate insulating film, And at least one selected from the group consisting of materials of the gate electrode are set to be different on the upper surface and the side surface of the element region.
【0025】本発明の第2の発明は、素子領域の上面に
構成されるトランジスタの特性と前記素子領域の側面に
構成されるトランジスタの特性が異なることを特徴とし
ている。素子領域の上面に構成されるトランジスタと、
素子領域の側面、具体的にはコーナー部に構成されるト
ランジスタの特性を変えることにより、全体のトランジ
スタに対して次のように作用する。The second invention of the present invention is characterized in that the characteristics of the transistor formed on the upper surface of the element region and the characteristics of the transistor formed on the side surface of the element region are different. A transistor formed on the upper surface of the element region,
By changing the characteristics of the transistor formed on the side surface of the element region, specifically, on the corner portion, the following effect is exerted on the entire transistor.
【0026】素子領域上面から側面にわたって形成され
たゲート電極は、上面と側面の交わる部分、すなわちコ
ーナー部において比較的大きな電界を及ぼす。この結
果、素子領域のコーナー部には、平坦な上面に比べて伸
びの大きい空乏層が生じる。チャネル領域の幅方向のそ
れぞれのコーナー部から伸びる空乏層が互に重なり合う
と、ゲート電極の幅方向におけるチャネル領域の中央部
の空乏層の深さは、素子領域上面のみにゲート電極が設
けられた場合より深くなる。このような状態では、トラ
ンジスタ特性は、コーナー部に構成されるトランジスタ
により支配される。The gate electrode formed from the upper surface to the side surface of the element region exerts a relatively large electric field at the intersection of the upper surface and the side surface, that is, the corner portion. As a result, a depletion layer having a larger extension than the flat upper surface is formed in the corner portion of the element region. When the depletion layers extending from the respective corners in the width direction of the channel region overlap each other, the depth of the depletion layer at the center of the channel region in the width direction of the gate electrode is such that the gate electrode is provided only on the upper surface of the element region. If you go deeper. In such a state, the transistor characteristics are dominated by the transistors formed in the corners.
【0027】また、このコーナー部に構成されるトラン
ジスタは、平坦部(上面)に構成されたトランジスタに
比べて、ゲート電極の支配が大きく、チャネル部の電界
が強いので、半導体基板バイアスの影響が現われにくく
なる。したがって、空乏化が進んで側面から伸びる空乏
層同士が接近すると、ゲート電圧の変化に対するチャネ
ル領域の電界の変化が大きくなるので良好なカットオフ
特性が得られる。なお、素子特性は、コーナー部から伸
びる空乏層の長さと、他のコーナー部から伸びた空乏層
との距離によって大きく変化してしまう。In addition, since the transistor formed in the corner portion has a larger control of the gate electrode and the electric field in the channel portion is stronger than the transistor formed in the flat portion (upper surface), the influence of the semiconductor substrate bias is exerted. It becomes difficult to appear. Therefore, when depletion progresses and the depletion layers extending from the side surface come close to each other, the change in the electric field in the channel region with respect to the change in the gate voltage becomes large, so that good cutoff characteristics can be obtained. The element characteristics greatly change depending on the length of the depletion layer extending from the corner and the distance from the depletion layer extending from other corners.
【0028】このような動作原理のもとで、コーナー部
と平坦部(上面)のゲート電極の支配力を別々に制御す
ることにより、両方のトランジスタ特性が複合された素
子特性、いわゆるハンプ特性が発生することなく、安定
な回路動作を行うことができる。Based on such an operating principle, by separately controlling the controlling force of the gate electrode at the corner portion and the flat portion (upper surface), the element characteristic in which both transistor characteristics are combined, so-called hump characteristic is obtained. A stable circuit operation can be performed without generating.
【0029】本発明の第4及び第5の発明において、ド
レイン領域の側部に形成する絶縁膜としては、酸化膜等
を用いることができる。また、一定電位に保持された電
極の材料としては、ポリシリコン等を用いることができ
る。In the fourth and fifth aspects of the present invention, an oxide film or the like can be used as the insulating film formed on the side portion of the drain region. Moreover, polysilicon or the like can be used as the material of the electrode held at a constant potential.
【0030】第4及び第5の発明において、一定電位に
保持された電極がゲート電極と電気的に接続しているこ
とが好ましい。本発明の第4及び第5の発明は、ドレイ
ン領域の側部に絶縁膜を介して一定電位に保持された電
極が形成され、凸形状の素子領域の幅WがW≦2√2
(εS・φF/q・Nsub)1/2(式中、qは電子電荷(ク
ーロン)、φFは半導体基板のフェルミ準位(eV)、
εSは半導体基板の誘電率(ファラッド/cm)、及び
Nsubは半導体基板の不純物濃度(cm-3)である。)
を満足することを特徴としている。In the fourth and fifth inventions, it is preferable that the electrode held at a constant potential is electrically connected to the gate electrode. In the fourth and fifth aspects of the present invention, an electrode held at a constant potential is formed on a side portion of the drain region via an insulating film, and the width W of the convex element region is W ≦ 2√2.
(Ε S · φ F / q · N sub ) 1/2 (where q is the electronic charge (coulomb), φ F is the Fermi level (eV) of the semiconductor substrate,
ε S is the dielectric constant (farads / cm) of the semiconductor substrate, and N sub is the impurity concentration (cm −3 ) of the semiconductor substrate. )
It is characterized by satisfying.
【0031】素子領域の幅Wを上式を満足するように設
定することにより、一定電位に保持された電極間の凸形
状の部分はすべて空乏化する。また、ドレイン領域の側
部に電気力線をシールドする電極を形成しているので、
ドレイン領域から伸びる電気力線はソース領域方向に伸
びず、ほとんど側部の電極で終端する。その結果、ドレ
イン電位によるチャネル領域の電位の低下は抑えられ、
短チャネル効果を効果的に抑制することができる。By setting the width W of the element region so as to satisfy the above expression, all the convex portions between the electrodes held at a constant potential are depleted. In addition, since the electrode that shields the lines of electric force is formed on the side of the drain region,
The lines of electric force extending from the drain region do not extend in the direction of the source region, and terminate at almost the side electrodes. As a result, the decrease in the potential of the channel region due to the drain potential is suppressed,
The short channel effect can be effectively suppressed.
【0032】また、第4及び第5の発明においては、凸
形状の半導体素子領域を有する基板と、前記素子領域の
上面及び側面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート
電極と、前記ゲート電極を挟んで前記素子領域の上面に
設けられたソース領域及びドレイン領域と、前記ドレイ
ン領域の側部を覆うように形成され、前記ゲート電極の
電位と同じ電位に設定可能な電極とを具備する半導体装
置を提供する。In the fourth and fifth inventions, a substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region through a gate insulating film, and the gate electrode A semiconductor including a source region and a drain region provided on the upper surface of the device region with a gap between them, and an electrode that is formed so as to cover a side portion of the drain region and can be set to the same potential as the potential of the gate electrode. Provide a device.
【0033】この態様においても、ドレイン領域から伸
びる電気力線を側部の電極で終端せしめることが可能で
あり、短チャネル効果を抑制することが可能である。Also in this embodiment, the lines of electric force extending from the drain region can be terminated by the side electrodes, and the short channel effect can be suppressed.
【0034】以下、本発明の実施例を図面を参照して具
体的に説明する。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
【0035】(実施例1)図1は、本発明の第1の発明
にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図であ
る。まず、図1(A)に示すように、シリコン基板1上
に、例えば熱酸化法によってシリコン酸化膜2を厚さ1
0nm程度形成する。次いで、化学的気相成長法を用い
てポリシリコン膜3を厚さ200nm程度形成する。次
いで、その上に同様に化学的気相成長法を用いてシリコ
ン酸化膜4を厚さ200nm程度形成する。さらに、そ
の上にレジスト膜5を形成し、例えばフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングして所望の形状の素子分離領
域を形成する。(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram for explaining a manufacturing process of a semiconductor device according to a first invention of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 2 having a thickness of 1 is formed on a silicon substrate 1 by, for example, a thermal oxidation method.
The thickness is about 0 nm. Next, the polysilicon film 3 is formed to a thickness of about 200 nm by using the chemical vapor deposition method. Then, a silicon oxide film 4 having a thickness of about 200 nm is formed thereon by using the chemical vapor deposition method. Further, a resist film 5 is formed thereon and patterned by, for example, a photolithography method to form an element isolation region having a desired shape.
【0036】次に、シリコン酸化膜4とポリシリコン膜
3を、レジスト膜5をマスクとして、順次異方性エッチ
ング法、例えば反応性イオンエッチング(RIE)法を
用いてエッチングして開口部6を加工し、レジスト膜5
を剥離する。その後、図1(B)に示すように、開口部
6におけるシリコン酸化膜2をNH4F溶液等により除
去する。次いで、シリコン酸化膜4をマスクとしてRI
E等の異方性エッチング法を用いて素子分離領域となる
素子分離溝7を例えば500nm程度の深さで形成す
る。Next, the silicon oxide film 4 and the polysilicon film 3 are sequentially etched using the resist film 5 as a mask by anisotropic etching, for example, reactive ion etching (RIE), to form the opening 6. Processed and resist film 5
Peel off. After that, as shown in FIG. 1B, the silicon oxide film 2 in the opening 6 is removed by an NH 4 F solution or the like. Next, using the silicon oxide film 4 as a mask, RI
An element isolation trench 7 to be an element isolation region is formed to a depth of about 500 nm by using an anisotropic etching method such as E.
【0037】次に、シリコン酸化膜4をNH4F溶液等
によって除去した後、シリコン基板1をエッチングした
際に生じた欠陥等を除去する等の目的で、熱酸化法を用
いて、シリコン酸化膜8を厚さ10nm程度形成する。Next, after removing the silicon oxide film 4 with an NH 4 F solution or the like, the silicon oxide film 4 is removed by a thermal oxidation method for the purpose of removing defects and the like generated when the silicon substrate 1 is etched. The film 8 is formed with a thickness of about 10 nm.
【0038】次に、図1(C)に示すように、化学的気
相成長法等を用いて、素子分離溝7に例えば充填材とし
てSiO2 9を1μm程度堆積する。その後、充填材S
iO 2 9を反応性イオンエッチング法や、CMP(Chem
ical Mechanical Polishing)等の方法を用いて、ポリ
シリコン膜3の表面が露出するまでエッチバックし、平
坦化する。そして、露出したポリシリコン膜3を、例え
ばCDE(Chemical Dry Etching)等の方法を用いて剥
離する。その後、図2(A)に示すように、NH4F溶
液等のエッチングにより、素子分離領域9の表面をチャ
ネル形成領域表面に対して、例えば300nm程度後退
させ、チャネル領域となる凸型シリコン部10を形成す
る。Next, as shown in FIG.
By using a phase growth method or the like, for example, a filling material is formed in the element isolation trench 7.
SiO2 9 is deposited on the order of 1 μm. Then, the filling material S
iO 2 9 is a reactive ion etching method or CMP (Chem
ical mechanical polishing)
Etch back until the surface of the silicon film 3 is exposed,
To substantiate. Then, the exposed polysilicon film 3 is compared, for example.
For example, peel using a method such as CDE (Chemical Dry Etching).
Let go. Then, as shown in FIG.FourF melting
The surface of the element isolation region 9 is chamfered by etching with a liquid or the like.
For example, about 300 nm recedes from the surface of the flannel formation region.
To form the convex silicon portion 10 to be the channel region.
It
【0039】次に、図2(B)の平面図に示すように、
凸型シリコン部10表面に熱酸化法等により、例えば厚
さ10nmの熱酸化膜11を形成し、その後素子チャネ
ル領域上にレジスト膜12を塗布し、例えばフォトリソ
グラフィー法により所望形状にパターニングする。Next, as shown in the plan view of FIG.
A thermal oxide film 11 having a thickness of, for example, 10 nm is formed on the surface of the convex silicon portion 10 by a thermal oxidation method or the like, and then a resist film 12 is applied on the element channel region and patterned into a desired shape by, for example, a photolithography method.
【0040】次に、前記レジスト膜をマスクとして、例
えばイオン注入法を用いて基板と同導電型の不純物をド
ーピングして、凸型シリコン部10内に図4に示すよう
な高濃度不純物領域13を形成する。Next, using the resist film as a mask, impurities of the same conductivity type as the substrate are doped by, for example, an ion implantation method, and the high-concentration impurity region 13 as shown in FIG. To form.
【0041】その後、レジスト膜を除去し、例えばNH
4F溶液等により、凸型シリコン部表面の酸化膜を剥離
し、再度熱酸化法等により凸型シリコン部表面に、例え
ば厚さ6nmの熱酸化膜14を形成し、ゲート電極とな
る、例えばリンをドープしたポリシリコン膜15を厚さ
約200nmで形成する。次いで、その上にレジスト膜
を塗布し、例えばフォトリソグラフィー法により、所望
ゲート電極のパターンにパターニングする。そして、例
えば異方性エッチング法を用いてポリシリコン膜をエッ
チングして、図3(A)に示すように、ゲート電極を形
成する。After that, the resist film is removed and, for example, NH
The oxide film on the surface of the convex silicon portion is peeled off with a 4 F solution or the like, and the thermal oxide film 14 having a thickness of 6 nm, for example, is formed again on the surface of the convex silicon portion by a thermal oxidation method or the like to form a gate electrode. A polysilicon film 15 doped with phosphorus is formed with a thickness of about 200 nm. Then, a resist film is applied thereon and patterned into a desired gate electrode pattern by, for example, a photolithography method. Then, the polysilicon film is etched by using, for example, an anisotropic etching method to form a gate electrode as shown in FIG.
【0042】次に、図3(B)に示すように、ゲート電
極をマスクとし、自己整合的に素子形成領域の斜め上方
より不純物をイオン注入して、図5に示すようにソース
電極及びドレイン電極16を形成する。この場合、凸型
シリコン側部側から導入された不純物による拡散層領域
は、その後の活性化工程等の熱工程を経た後において
も、凸型シリコン内部で接することなく、凸型シリコン
上部表面より導入された拡散層領域を介して接する構造
を形成する。この構造は、凸型シリコン側部及び上部表
面から導入する不純物のドーピング条件、例えばイオン
注入条件と、その後の熱工程による拡散条件とにより、
拡散層の深さが決定されるものである。Next, as shown in FIG. 3B, using the gate electrode as a mask, impurities are ion-implanted from diagonally above the element formation region in a self-aligned manner, and as shown in FIG. The electrode 16 is formed. In this case, the diffusion layer region due to the impurities introduced from the side of the convex silicon does not come into contact with the inside of the convex silicon even after a thermal process such as the subsequent activation process, A structure is formed in contact with the introduced diffusion layer region. This structure is formed by doping conditions of impurities introduced from the convex silicon side portion and the upper surface, for example, ion implantation conditions and diffusion conditions by the subsequent thermal process.
The depth of the diffusion layer is determined.
【0043】その後、通常の工程により、例えば全面に
シリコン酸化膜をCVD法により堆積し、これにソース
電極、ドレイン電極、及びゲート電極に達するコンタク
トホールを形成し、Al配線を配設して素子を完成させ
る。After that, a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a normal process by a CVD method, contact holes reaching the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are formed in the silicon oxide film, and an Al wiring is arranged to dispose the device. To complete.
【0044】図6に、上記のようにして作製された素子
(チャネル内部のソース−ドレイン電極間に基板と同じ
導電型の不純物を1×1018cm-3程度導入したもの)
のチャネル長に対する閾電圧の変化を示す。また、比較
のために、チャネル内部のソース−ドレイン電極間に基
板と同じ導電型の不純物を1×1016cm-3程度導入し
た素子のデータも図6に併記する。図6から明らかなよ
うに、本発明の第1の発明にかかる素子の方が、短チャ
ネル効果を有効に抑制できていることが分かる。FIG. 6 shows an element manufactured as described above (in which about 1 × 10 18 cm −3 of the same conductivity type as the substrate is introduced between the source and drain electrodes inside the channel).
3 shows a change in threshold voltage with respect to the channel length of the. For comparison, data of an element in which an impurity of the same conductivity type as that of the substrate is introduced between the source and drain electrodes inside the channel at about 1 × 10 16 cm −3 is also shown in FIG. As is clear from FIG. 6, the element according to the first aspect of the present invention can suppress the short channel effect more effectively.
【0045】また、図7に、上記のようにして作製され
た素子(チャネル内部のソース−ドレイン電極間に基板
と同じ導電型の不純物を1×1018cm-3程度導入した
もの)のチャネル長に対するサブスレッショールド係数
の変化を示す。ここでも、比較のために、チャネル内部
のソース−ドレイン電極間に基板と同じ導電型の不純物
を1×1016cm-3程度導入した素子のデータを図7に
併記する。図7から明らかなように、本発明の第1の発
明にかかる素子の方が、パンチスルー起因によるサブス
レッショールド係数の劣化を有効に抑制できていること
が分かる。Further, FIG. 7 shows a channel of the device manufactured as described above (an impurity of the same conductivity type as that of the substrate is introduced at about 1 × 10 18 cm −3 between the source and drain electrodes inside the channel). The change of the subthreshold coefficient with respect to the length is shown. Also here, for comparison, data of an element in which an impurity of the same conductivity type as that of the substrate is introduced at about 1 × 10 16 cm −3 between the source and drain electrodes inside the channel is also shown in FIG. 7. As is clear from FIG. 7, the element according to the first aspect of the present invention can effectively suppress the deterioration of the subthreshold coefficient due to punch through.
【0046】(実施例2)図8(A)は本発明の第2の
発明にかかる半導体装置(MOS形トランジスタ)の一
実施例を示す断面図である。図中21は半導体基板を示
す。本実施例では、半導体基板21としてp型シリコン
基板を使用する。半導体基板21には、凹凸が形成され
ており、凹部22が素子分離領域に対応し、凸部23が
素子領域に対応している。この凸部23は、半導体基板
21上にエピタキシャル成長で形成してもよく、エッチ
ング法により形成してもよい。本実施例では、凸部23
の高さは0.6μmであり、幅は0.3μmである。ま
た、凸部23のp型不純物濃度は5×1015cm-3程度
である。なお、凸部23には、n型不純物の拡散層であ
るソース領域及びドレイン領域が凸部23上面から深さ
0.05μmに形成されている。(Embodiment 2) FIG. 8A is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device (MOS transistor) according to the second invention of the present invention. In the figure, 21 indicates a semiconductor substrate. In this embodiment, a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 21. Concavities and convexities are formed on the semiconductor substrate 21, the concave portion 22 corresponds to the element isolation region, and the convex portion 23 corresponds to the element region. The protrusion 23 may be formed on the semiconductor substrate 21 by epitaxial growth or may be formed by an etching method. In this embodiment, the convex portion 23
Has a height of 0.6 μm and a width of 0.3 μm. Further, the p-type impurity concentration of the convex portion 23 is about 5 × 10 15 cm −3 . Note that the source region and the drain region, which are n-type impurity diffusion layers, are formed in the protrusion 23 at a depth of 0.05 μm from the upper surface of the protrusion 23.
【0047】凹部22上には、絶縁膜24として厚さ
0.3μmのSiO2が埋め込まれるようにして形成さ
れている。凸部23の上面及び側面には、ゲート絶縁膜
25としてシリコン酸化膜が形成されている。ゲート絶
縁膜25の厚さは、上面25aが12nmであり、側面
25bが6nmである。絶縁膜24及びゲート絶縁膜2
5上には、ゲート電極26として、リンをドープしたポ
リシリコンが厚さ0.2μmで形成されている。このよ
うにして、本発明の第2の発明にかかる半導体装置(素
子)が構成されている。An insulating film 24 is formed on the recess 22 so as to be filled with SiO 2 having a thickness of 0.3 μm. A silicon oxide film is formed as the gate insulating film 25 on the upper surface and the side surface of the convex portion 23. The thickness of the gate insulating film 25 is 12 nm on the upper surface 25a and 6 nm on the side surface 25b. Insulating film 24 and gate insulating film 2
On the layer 5, a gate electrode 26 is formed of phosphorus-doped polysilicon with a thickness of 0.2 μm. In this way, the semiconductor device (element) according to the second aspect of the present invention is configured.
【0048】図8(B)は図8(A)に示すトランジス
タのゲート電極26に正の電位を印加したときに、凸部
23内に発生する空乏領域の広がりを示している。図8
(B)から分かるように、凸部23の上面の平坦部中央
の空乏領域の伸びIが側面及びコーナー部27に比べて
小さい。このため、このトランジスタの特性は、コーナ
ー部27のトランジスタの特性に支配される。さらに、
ゲート電極26の電位を上げると側面からの空乏領域同
士がつながり、上面に形成されたゲート電極26からの
支配を受けにくくなることもあって、それ以降空乏領域
が伸びにくくなる。したがって、それ以降のゲート電極
の電位の増加はすべて反転層形成に費やされるので、ゲ
ート電圧の増加に対する反転層中のキャリアの増加の割
合が大きくなり、良好なカットオフ特性が得られる。FIG. 8B shows the expansion of the depletion region generated in the convex portion 23 when a positive potential is applied to the gate electrode 26 of the transistor shown in FIG. 8A. Figure 8
As can be seen from (B), the extension I of the depletion region in the center of the flat portion of the upper surface of the convex portion 23 is smaller than that of the side surface and the corner portion 27. Therefore, the characteristics of this transistor are governed by the characteristics of the transistor in the corner portion 27. further,
When the potential of the gate electrode 26 is increased, the depletion regions from the side surfaces are connected to each other, and the depletion region is less likely to be controlled by the gate electrode 26 formed on the upper surface. Therefore, since the increase of the potential of the gate electrode thereafter is all spent on the formation of the inversion layer, the ratio of the increase of the carriers in the inversion layer with respect to the increase of the gate voltage becomes large, and a good cutoff characteristic can be obtained.
【0049】ここで、凸部を有する半導体基板に形成さ
れたMOS形トランジスタの典型的なドレイン電流(I
D)−ゲート電圧(VG)特性を図9に示す。図9(A)
は凸部上面の平坦部のみにゲート電極が形成されている
場合の特性を示している。この場合、ゲート電極の支配
力が弱いので、閾値はやや高く0.7V程度である。ま
た、この場合、logID−VG特性の傾きも急峻でない。
この傾向は、凸部上面に構成されるトランジスタが支配
的である場合でも同じように現れる。このような特性
は、凸部側面に形成されたゲート電極の電位による側面
からの空乏領域の伸びが小さい場合に観察される。Here, a typical drain current (I) of a MOS transistor formed on a semiconductor substrate having a convex portion
D) - the gate voltage (V G) characteristics shown in FIG. FIG. 9 (A)
Shows the characteristics when the gate electrode is formed only on the flat portion on the upper surface of the convex portion. In this case, since the control power of the gate electrode is weak, the threshold value is slightly high and is about 0.7V. In this case, no steep slope of log I D -V G characteristics.
This tendency similarly appears even when the transistor formed on the upper surface of the convex portion is dominant. Such a characteristic is observed when the extension of the depletion region from the side surface due to the potential of the gate electrode formed on the side surface of the convex portion is small.
【0050】一方、コーナー部のゲート電極の支配力が
強い場合では、ドレイン電流−ゲート電圧特性は図9
(B)に示すようになる。すなわち、閾値が低く、しか
もlogID−VG特性の傾きが急峻である。これは、凸部
側面から伸びる空乏領域同士がつながるような場合に起
こる。これは、それ以降の空乏領域の拡大が構造的に抑
えられるので、ゲート電圧の増加に伴い反転層内のキャ
リアが増加するからである。ただし、このような特性
は、ゲート電極の幅が比較的小さい場合にしか起こらな
い。側面からの空乏領域同士がつながらない程にゲート
電極の幅が広い場合では、ドレイン電流−ゲート電圧特
性は図9(C)に示すようになる。すなわち、図9
(A)及び図9(B)の特性曲線が重なったようにな
る。この場合、特性曲線にハンプ(こぶ)が発生し、回
路動作に悪影響を与える恐れがある。On the other hand, when the control power of the gate electrode at the corner is strong, the drain current-gate voltage characteristic is shown in FIG.
As shown in (B). That is, the threshold is low and the inclination of the log I D -V G characteristics is steep. This occurs when the depletion regions extending from the side surface of the convex portion are connected to each other. This is because the subsequent expansion of the depletion region is structurally suppressed, and the carriers in the inversion layer increase as the gate voltage increases. However, such a characteristic occurs only when the width of the gate electrode is relatively small. When the width of the gate electrode is so wide that the depletion regions from the side surfaces are not connected to each other, the drain current-gate voltage characteristic is as shown in FIG. 9C. That is, FIG.
The characteristic curves of (A) and FIG. 9 (B) are overlapped. In this case, a hump may occur on the characteristic curve, which may adversely affect the circuit operation.
【0051】図8に示す構造の場合は、凸部23側面に
形成されたゲート絶縁膜25bの膜厚が薄く、側面に形
成されたゲート電極の支配力が強いので、コーナー部2
7に構成されるトランジスタの特性が主に現れる。In the case of the structure shown in FIG. 8, since the gate insulating film 25b formed on the side surface of the convex portion 23 has a small thickness and the gate electrode formed on the side surface has a strong control force, the corner portion 2
The characteristics of the transistor configured in 7 mainly appear.
【0052】図23に示す構造、すなわち凸部上面及び
側面に形成されているゲート絶縁膜の厚さが等しい構造
の場合にも、コーナー部には上面と側面の両方のゲート
電極からの電界が集中するので、比較的コーナー部のト
ランジスタの特性が主に現れるが、図8に示す構造の場
合はその傾向がより顕著になる。したがって、図8に示
す構造の方が、ゲート電極の幅がより広い領域まで、半
導体基板の不純物濃度がより濃い領域まで図9(B)の
特性は維持される。このことは、ゲート絶縁膜の膜厚を
凸部23上面及び側面で変えることにより、トランジス
タ特性を変えることができることを示す。これにより、
回路設計のマージン、閾値設定のマージンが拡大する。Even in the structure shown in FIG. 23, that is, in the structure in which the thickness of the gate insulating film formed on the upper surface and the side surface of the convex portion is equal, the electric field from both the upper and side gate electrodes is applied to the corner portion. Since the concentration is concentrated, the characteristics of the transistor at the relatively corner portion mainly appear, but the tendency becomes more remarkable in the case of the structure shown in FIG. Therefore, in the structure shown in FIG. 8, the characteristics of FIG. 9B are maintained up to the region where the width of the gate electrode is wider and the region where the impurity concentration of the semiconductor substrate is higher. This means that the transistor characteristics can be changed by changing the film thickness of the gate insulating film on the upper surface and the side surface of the convex portion 23. This allows
The margin of circuit design and the margin of threshold setting are expanded.
【0053】図10〜図12は本発明の第2の発明にか
かる半導体装置の他の実施例を示す断面図である。図1
0では、凸部23上面に形成されたゲート絶縁膜25a
の膜厚が6nmであり、凸部23側面に形成されたゲー
ト絶縁膜25bの膜厚が12nmである。この場合は、
側面に形成されたゲート電極26の支配力が弱まるの
で、コーナー部27で構成されるトランジスタの特性が
弱まり、凸部23上面で構成されるトランジスタの特性
が主に現れる。したがって、コーナー部27で構成され
たトランジスタに影響を受けにくい素子が必要な場合に
は、図10に示す構造が有効である。10 to 12 are sectional views showing another embodiment of the semiconductor device according to the second invention of the present invention. Figure 1
0, the gate insulating film 25a formed on the upper surface of the convex portion 23
Is 6 nm, and the thickness of the gate insulating film 25b formed on the side surface of the convex portion 23 is 12 nm. in this case,
Since the control power of the gate electrode 26 formed on the side surface is weakened, the characteristics of the transistor formed by the corner portion 27 are weakened, and the characteristics of the transistor formed by the upper surface of the convex portion 23 mainly appear. Therefore, the structure shown in FIG. 10 is effective when an element that is not easily affected by the transistor formed in the corner portion 27 is required.
【0054】図11では、凸部23上面に形成するゲー
ト絶縁膜28aとして、比誘電率が3.9である厚さ1
2nmのシリコン酸化膜を用い、凸部23側面に形成す
るゲート絶縁膜28bとして、比誘電率が7.5である
厚さ12nmのシリコン窒化膜を用いている。この場
合、凸部23側面に形成されたゲート絶縁膜28bが凸
部23上面に形成されたゲート絶縁膜28aの約2倍の
比誘電率を有するので、コーナー部27に構成されるト
ランジスタの特性が主に現れ、実効的には、ほぼ図8に
示す構造を有する素子と同等の結果が得られる。ただ
し、図8に示す構造に比べると、凸部23側面に形成さ
れているゲート絶縁膜28bの膜厚がゲート絶縁膜25
bの2倍であるので、ゲート絶縁膜の信頼性が向上す
る。なお、信頼性に問題なければ凸部23側面に形成す
るゲート絶縁膜28bの膜厚を薄くして、よりコーナー
部27に構成されるトランジスタの特性を強めることが
できる。In FIG. 11, as the gate insulating film 28a formed on the upper surface of the convex portion 23, the thickness 1 having a relative dielectric constant of 3.9 is used.
A 2 nm silicon oxide film is used, and a 12 nm-thick silicon nitride film having a relative dielectric constant of 7.5 is used as the gate insulating film 28b formed on the side surface of the convex portion 23. In this case, since the gate insulating film 28b formed on the side surface of the convex portion 23 has a relative dielectric constant about twice that of the gate insulating film 28a formed on the upper surface of the convex portion 23, the characteristics of the transistor formed in the corner portion 27 are improved. Mainly appears, and practically the same result as that of the element having the structure shown in FIG. 8 is obtained. However, compared with the structure shown in FIG. 8, the film thickness of the gate insulating film 28 b formed on the side surface of the convex portion 23 is smaller than that of the gate insulating film 25.
Since it is twice as large as b, the reliability of the gate insulating film is improved. If there is no problem in reliability, the thickness of the gate insulating film 28b formed on the side surface of the convex portion 23 can be reduced to further enhance the characteristics of the transistor formed in the corner portion 27.
【0055】この構造では、ゲート絶縁膜28a及び2
8bの材料を異なるようにすれば、変形例が多数考えら
れる。例えば、凸部23上面に形成するゲート絶縁膜2
8aとしてシリコン窒化膜を用い、凸部23側面に形成
するゲート絶縁膜28bとしてシリコン酸化膜を用いる
ことにより、図9(A)に示す特性を得ることができ
る。なお、ゲート絶縁膜28a及び28bの材料は、シ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜の他に、タンタル酸化
膜、チタン酸ストロンチウム膜、強誘電体膜等から適宜
選択して組み合わせることができる。この場合、ゲート
絶縁膜28a及び28bの膜厚は任意に選択することが
できるので、回路設計においてゲート電極の幅、閾値等
を自由に規定することができる。In this structure, the gate insulating films 28a and 28a
If the materials of 8b are made different, many modified examples can be considered. For example, the gate insulating film 2 formed on the upper surface of the convex portion 23
By using a silicon nitride film as 8a and a silicon oxide film as the gate insulating film 28b formed on the side surface of the convex portion 23, the characteristics shown in FIG. 9A can be obtained. The materials for the gate insulating films 28a and 28b can be appropriately selected and combined from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a tantalum oxide film, a strontium titanate film, a ferroelectric film, or the like. In this case, since the film thickness of the gate insulating films 28a and 28b can be arbitrarily selected, the width of the gate electrode, the threshold value, etc. can be freely defined in the circuit design.
【0056】図12では、凸部23上面に形成するゲー
ト電極29aとして、リンをドープしたポリシリコンを
用い、凸部23側面に形成するゲート電極29bとし
て、タングステンシリサイドを用いている。また、凸部
23上面及び側面に形成するゲート絶縁膜20a及び2
0bの膜厚は共に60nmである。In FIG. 12, phosphorus-doped polysilicon is used as the gate electrode 29a formed on the upper surface of the convex portion 23, and tungsten silicide is used as the gate electrode 29b formed on the side surface of the convex portion 23. In addition, the gate insulating films 20 a and 2 formed on the upper surface and the side surface of the convex portion 23.
The film thicknesses of 0b are both 60 nm.
【0057】この構造では、凸部23上面及び側面に形
成されているゲート電極29a及び29bの材料の仕事
関数差から、凸部23側面で構成されるトランジスタの
閾値は凸部23上面で構成されるトランジスタの閾値よ
り0.4V高くなる。したがって、この場合素子特性
は、コーナー部27で構成されるトランジスタの特性が
弱く、凸部23上面で構成されるトランジスタの特性が
強い図9(A)に示すようになる。凸部23上面及び側
面のゲート電極の材料を交換すれば、素子特性は図9
(B)に示すようになる。In this structure, due to the work function difference between the materials of the gate electrodes 29a and 29b formed on the upper surface and the side surface of the convex portion 23, the threshold value of the transistor formed on the side surface of the convex portion 23 is formed on the upper surface of the convex portion 23. 0.4V higher than the threshold of the transistor. Therefore, in this case, the element characteristics are as shown in FIG. 9A in which the characteristics of the transistor formed by the corner portion 27 are weak and the characteristics of the transistor formed by the upper surface of the convex portion 23 are strong. If the material of the gate electrode on the upper surface and the side surface of the convex portion 23 is exchanged, the device characteristics will be as shown in FIG.
As shown in (B).
【0058】この構造においては、凸部23上面及び側
面のゲート電極の材料が異なっていれば良く、ポリシリ
コン、タングステンシリサイド、またはタングステン等
の金属等の材料から任意に選択して組み合わせることが
できる。In this structure, the material of the gate electrode on the upper surface and the side surface of the convex portion 23 may be different, and can be arbitrarily selected and combined from materials such as polysilicon, tungsten silicide, or metal such as tungsten. .
【0059】図12に示す素子は、例えば、図13
(A)〜図13(D)に示す工程にしたがって製造され
る。すなわち、まず、半導体基板21の凸部23上面
に、ゲート絶縁膜30aとして厚さ12nmの熱酸化に
よるシリコン酸化膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜
30a上に、ゲート電極29aとしてCVD法によりリ
ンをドープした厚さ200nmのポリシリコン膜を形成
する。さらに、CVD法により厚さ200nmのシリコ
ン酸化膜31を形成する。The element shown in FIG. 12 is, for example, as shown in FIG.
It is manufactured according to the steps shown in FIGS. That is, first, a 12 nm-thick silicon oxide film by thermal oxidation is formed as the gate insulating film 30a on the upper surface of the convex portion 23 of the semiconductor substrate 21. Then, a 200 nm-thick polysilicon film doped with phosphorus is formed by the CVD method as the gate electrode 29a on the gate insulating film 30a. Further, a 200 nm thick silicon oxide film 31 is formed by the CVD method.
【0060】次いで、フォトリソグラフィー法により素
子領域にレジスト層を形成し、このフォトレジストパタ
ーンをマスクにしてRIE法により、シリコン酸化膜3
1をエッチングする。次いで、図13(A)に示すよう
に、レジスト層を除去した後、エッチングしたシリコン
酸化膜31をマスクにしてRIE法でポリシリコン膜、
熱酸化によるシリコン酸化膜、及び半導体基板21をエ
ッチングする。半導体基板21をエッチングする深さは
0.6μmに設定する。なお、熱酸化によるシリコン酸
化膜は非常に薄いので、特別な工夫はしなくても他のポ
リシリコン膜及び半導体基板と同時に加工することがで
きる。Next, a resist layer is formed in the element region by photolithography, and the silicon oxide film 3 is formed by RIE using this photoresist pattern as a mask.
Etch 1. Next, as shown in FIG. 13A, after removing the resist layer, a polysilicon film is formed by RIE using the etched silicon oxide film 31 as a mask,
The silicon oxide film formed by thermal oxidation and the semiconductor substrate 21 are etched. The etching depth of the semiconductor substrate 21 is set to 0.6 μm. Since the silicon oxide film formed by thermal oxidation is very thin, it can be processed simultaneously with other polysilicon films and semiconductor substrates without special measures.
【0061】次に、図13(B)に示すように、熱酸化
により表面にゲート絶縁膜30bとして厚さ10nmの
シリコン酸化膜を形成する。次いで、CVD法により厚
さ1μmのシリコン酸化膜32を形成し、さらに平坦化
のためのレジスト層33を形成し、ベーシングによりフ
ローさせる。次に、図13(C)に示すように、RIE
法によるエッチバックを行って、半導体基板11の凹部
の底部から0.3μmの厚さまでシリコン酸化膜32を
残す。このとき、ポリシリコン膜上のシリコン酸化膜3
1はエッチバックと同時に除去される。Next, as shown in FIG. 13B, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is formed on the surface as a gate insulating film 30b by thermal oxidation. Then, a silicon oxide film 32 having a thickness of 1 μm is formed by the CVD method, and a resist layer 33 for planarization is further formed, and the resist film 33 is flowed by basing. Next, as shown in FIG.
Etching back is performed by a method to leave the silicon oxide film 32 from the bottom of the recess of the semiconductor substrate 11 to a thickness of 0.3 μm. At this time, the silicon oxide film 3 on the polysilicon film
1 is removed at the same time as etch back.
【0062】最後に、その上にCVD法またはスパッタ
リング法により厚さ100nmのタングステンシリサイ
ド膜34を形成した後、フォトリソグラフィー法により
パターニングし、RIEを行って所望のゲート電極パタ
ーンに加工する。このようにして図12に示す構造の素
子が得られる。Finally, a 100 nm-thickness tungsten silicide film 34 is formed thereon by a CVD method or a sputtering method, patterned by a photolithography method, and then RIE is performed to form a desired gate electrode pattern. Thus, the device having the structure shown in FIG. 12 is obtained.
【0063】また、図13(A)でゲート電極29aで
あるポリシリコン膜を形成しないか、あるいは図13
(C)でポリシリコン膜を除去する工程を加えることに
より、凸部23上面のゲート酸化膜の膜厚が凸部23側
面より薄くなるような、両面でゲート酸化膜の膜厚のみ
が異なる素子を作製することができる。さらに、図13
(B)の熱酸化工程の代わりに熱窒化工程を行った場合
は、凸部23側面に形成されたゲート絶縁膜のみをシリ
コン窒化膜とすることができる。また、凸部23側面に
形成されたゲート絶縁膜は、熱酸化ではなくCVDによ
る堆積により形成してもよい。この場合は、図13
(C)で全面に、例えばタンタル酸化膜を厚さ20nm
で形成し、RIE法により凸部23側面だけにタンタル
酸化膜を残すことにより実現できる。このように、少な
くとも凸部23上面のゲート絶縁膜を先に形成すること
により、簡潔なプロセスで所望の素子構造を実現でき
る。Further, the polysilicon film which is the gate electrode 29a is not formed in FIG.
By adding the step of removing the polysilicon film in (C), the thickness of the gate oxide film on the upper surface of the convex portion 23 becomes smaller than that on the side surface of the convex portion 23. Can be produced. Furthermore, FIG.
When the thermal nitriding step is performed instead of the thermal oxidation step of (B), only the gate insulating film formed on the side surface of the convex portion 23 can be the silicon nitride film. Further, the gate insulating film formed on the side surface of the convex portion 23 may be formed by deposition by CVD instead of thermal oxidation. In this case,
In (C), a tantalum oxide film having a thickness of 20 nm is formed on the entire surface.
Can be realized by leaving the tantalum oxide film only on the side surface of the convex portion 23 by the RIE method. As described above, by forming at least the gate insulating film on the upper surface of the convex portion 23 first, a desired element structure can be realized by a simple process.
【0064】なお、本発明の第2の発明においては、凸
部上面及び側面において、ゲート絶縁膜の膜厚、ゲート
絶縁膜の材料、ゲート電極の材料のうち少なくとも1つ
を変えることにより効果が発揮されるので、前記のうち
2つ以上を組み合わせて適用しても本発明の効果を発揮
する。また、1つのLSIチップの中に、凸部上面及び
側面のゲート絶縁膜の膜厚、ゲート絶縁膜の材料、ゲー
ト電極の材料を変えた素子と、変えない素子が混在して
いてもよい。In the second aspect of the present invention, the effect is obtained by changing at least one of the thickness of the gate insulating film, the material of the gate insulating film, and the material of the gate electrode on the upper surface and the side surface of the convex portion. Since it is exhibited, the effect of the present invention is exhibited even if two or more of the above are applied in combination. Further, in one LSI chip, elements in which the film thickness of the gate insulating film on the upper surface and the side surface of the convex portion, the material of the gate insulating film, the material of the gate electrode are changed and those which are not changed may be mixed.
【0065】(実施例3)図23(A)に示すような凸
形トランジスタにおいては、ソース領域107及びドレ
イン領域108へのコンタクト配線は、通常、ゲート電
極106をパターニングし、ソース領域107及びドレ
イン領域108を形成し、層間絶縁膜を形成し、コンタ
クトホールをフォトリソグラフィー法によって形成し、
その後コンタクト配線層を形成することにより作製され
る。この場合、コンタクトホールもしくは凸部105a
の位置がずれると、ソース領域107及びドレイン領域
108と、コンタクト配線層との接触面積が減少してコ
ンタクト抵抗が増大するという問題がある。(Embodiment 3) In the convex transistor as shown in FIG. 23A, the contact wiring to the source region 107 and the drain region 108 is usually formed by patterning the gate electrode 106 to form the source region 107 and the drain. A region 108 is formed, an interlayer insulating film is formed, a contact hole is formed by a photolithography method,
After that, a contact wiring layer is formed to fabricate. In this case, the contact hole or the convex portion 105a
If the position is shifted, there is a problem that the contact area between the source region 107 and the drain region 108 and the contact wiring layer is reduced and the contact resistance is increased.
【0066】したがって、本発明に係る半導体装置にお
いては、図14に示すようなコンタクト配線を形成する
ことが好ましい。すなわち、まず、上述したようにして
素子を作製する。なお、絶縁膜24としては、シリコン
酸化膜の他に、LP−TEOS、TEOS−O3等のガ
スを用いて形成されたシリコン酸化物系の膜を用いるこ
とができる。Therefore, in the semiconductor device according to the present invention, it is preferable to form the contact wiring as shown in FIG. That is, first, the element is manufactured as described above. As the insulating film 24, in addition to the silicon oxide film, a silicon oxide film formed by using a gas such as LP-TEOS or TEOS-O 3 can be used.
【0067】次いで、素子全面にシリコン酸化膜等の層
間絶縁膜41を形成し、この上にレジストをさらに形成
し、フォトリソグラフィー法により前記レジストをパタ
ーニングし、このレジストパターンをマスクとして異方
性エッチングを行ってコンタクトホールを形成する。次
いで、レジストを除去した後、厚さ30〜100nmの
ポリシリコン膜あるいはアモルファスシリコン膜をコン
フォーマルに形成する。次いで、フォトリソグラフィー
法を用いてマスクを形成し、そのマスクを用いてイオン
注入を行って、コンタクトが形成される領域42上に形
成されたポリシリコン膜あるいはアモルファスシリコン
膜に固溶限以上の高濃度で不純物を導入する。この場
合、n-/n+拡散層のコンタクトを形成するときには、
不純物としてリン、ヒ素等のn型導電型を示す不純物が
用いられ、p-/p+拡散層のコンタクトを形成するとき
には、不純物としてホウ素等のp型導電型を示す不純物
が用いられる。Next, an interlayer insulating film 41 such as a silicon oxide film is formed on the entire surface of the device, a resist is further formed thereon, the resist is patterned by a photolithography method, and the resist pattern is used as a mask for anisotropic etching. To form a contact hole. Then, after removing the resist, a polysilicon film or an amorphous silicon film having a thickness of 30 to 100 nm is conformally formed. Next, a mask is formed using a photolithography method, and ion implantation is performed using the mask to form a polysilicon film or an amorphous silicon film formed over the region 42 where the contact is formed, which has a high solid solubility limit or higher. Impurity is introduced at a concentration. In this case, when forming the contact of the n − / n + diffusion layer,
Impurities having an n-type conductivity type such as phosphorus and arsenic are used as impurities, and impurities having a p-type conductivity type such as boron are used as impurities when forming a contact of the p − / p + diffusion layer.
【0068】その後、ラピッドサーマルアニール(RT
A)法あるいは通常の拡散炉を用いた方法等によってポ
リシリコン膜あるいはアモルファスシリコン膜に導入さ
れた不純物を凸部23に固相拡散させ、これによりコン
タクトホールに対してソース領域47及びドレイン領域
48を自己整合的に形成する。次いで、ポリシリコン膜
あるいはアモルファスシリコン膜をすべてあるいは選択
的に除去し、通常のコンタクト配線技法にしたがってコ
ンタクト配線層43を形成する。このようにして、図1
4に示すようなコンタクト配線を形成することができ
る。Then, rapid thermal annealing (RT
The impurity introduced into the polysilicon film or the amorphous silicon film is solid-phase diffused into the projections 23 by the method A) or a method using a normal diffusion furnace, whereby the source region 47 and the drain region 48 are contacted with respect to the contact holes. Are formed in a self-aligned manner. Next, the polysilicon film or the amorphous silicon film is completely or selectively removed, and the contact wiring layer 43 is formed according to a normal contact wiring technique. In this way, FIG.
The contact wiring as shown in FIG. 4 can be formed.
【0069】上記方法によれば、同一の幅の凸部23を
用いて相異なる駆動能力を有する素子を実現することが
できる。すなわち、大きな駆動能力を必要としない素子
は、図15(A)に示すように、凸部23上面の幅と同
一あるいはそれより狭い幅のコンタクトホールによって
コンタクト配線を行ない、より大きな駆動能力を必要と
する素子は、図14(B)に示すように、凸部23上面
の幅より広い幅のコンタクトホールによりコンタクト配
線を行なう。このようにすることによって、素子の実効
的なチャネル幅をコンタクトホールの大きさによって制
御することができる。また、上記方法によれば、コンタ
クトホールがソース領域47及びドレイン領域48に対
してずれて形成されても、コンタクト抵抗の上昇が極力
抑制される。また、上記方法により作製された素子は、
ソース領域47及びドレイン領域48がコンタクトホー
ルに対して自己整合的に形成される。According to the above method, it is possible to realize the elements having different driving capabilities by using the convex portions 23 having the same width. That is, as shown in FIG. 15A, an element that does not require a large driving capability requires contact wiring with a contact hole having a width equal to or narrower than the width of the upper surface of the convex portion 23, which requires a greater driving capability. 14B, as shown in FIG. 14B, contact wiring is performed using a contact hole having a width wider than the upper surface of the convex portion 23. By doing so, the effective channel width of the device can be controlled by the size of the contact hole. Further, according to the above method, even if the contact hole is formed so as to be displaced from the source region 47 and the drain region 48, the increase in contact resistance is suppressed as much as possible. In addition, the element manufactured by the above method,
The source region 47 and the drain region 48 are formed in self-alignment with the contact holes.
【0070】この構造の素子の利点は、図14と図16
(B)とを比較することにより理解できる。すなわち、
従来の凸形トランジスタにおいては、図16(A)の正
常な場合と異なり、図16(B)に示すように、ソース
領域47及びドレイン領域48と、コンタクトホールと
がずれると、コンタクト部の面積が減少し、素子特性に
寄生抵抗による影響が現われる。一方、上記方法により
作製された素子においては、図15に示すように、ソー
ス領域47及びドレイン領域48がコンタクトホールに
よって開孔した凸部23の領域44すべてに対して自己
整合的に形成されるため、コンタクト配線層43と、ソ
ース領域47及びドレイン領域48との間の接触面積が
極端には減少せず、コンタクト抵抗の増大による素子特
性の劣化を最小限に抑えることができる。なお、上記方
法では、その形成される素子構造は、コンタクトホール
のソース領域47及びドレイン領域48に対するずれの
有無によって変化する。The advantages of the device having this structure are shown in FIGS.
This can be understood by comparing with (B). That is,
In the conventional convex transistor, unlike the normal case of FIG. 16A, when the source region 47 and the drain region 48 are displaced from the contact hole as shown in FIG. Is reduced, and the device characteristics are affected by the parasitic resistance. On the other hand, in the device manufactured by the above method, as shown in FIG. 15, the source region 47 and the drain region 48 are formed in self-alignment with all the regions 44 of the convex portion 23 opened by the contact holes. Therefore, the contact area between the contact wiring layer 43 and the source region 47 and the drain region 48 is not extremely reduced, and the deterioration of the device characteristics due to the increase of the contact resistance can be suppressed to the minimum. In the above method, the element structure to be formed changes depending on whether or not the contact hole is displaced with respect to the source region 47 and the drain region 48.
【0071】(実施例4)図17は本発明にかかる半導
体装置(MOS形トランジスタ)の他の例を示す斜視図
である。(Embodiment 4) FIG. 17 is a perspective view showing another example of a semiconductor device (MOS transistor) according to the present invention.
【0072】この素子は、不純物濃度1×1016cm-3
であるp型シリコン基板51を0.7μmエッチングす
ることにより、幅0.1μmの凸部52を形成し、素子
分離領域に絶縁膜53を埋め込み、絶縁膜53を凸部上
面から0.3μmエッチングした後に、凸部52にホウ
素をイオン注入することにより、凸部52上面から0.
3μmの部分より深いところ(図17においては絶縁膜
53の上面より深いところ)に1×1018cm-3のp型
不純物層54を形成し、その後、厚さ4nmのゲート絶
縁膜55を介してゲート電極56を形成し、最後にソー
ス領域57及びドレイン領域58を形成することにより
製造される。This device has an impurity concentration of 1 × 10 16 cm -3
The p-type silicon substrate 51 is etched by 0.7 μm to form a protrusion 52 having a width of 0.1 μm, the insulating film 53 is embedded in the element isolation region, and the insulating film 53 is etched by 0.3 μm from the upper surface of the protrusion. After that, boron is ion-implanted into the convex portion 52, so that 0.
A 1 × 10 18 cm −3 p-type impurity layer 54 is formed deeper than the 3 μm portion (deeper than the upper surface of the insulating film 53 in FIG. 17), and then a 4 nm thick gate insulating film 55 is interposed. To form the gate electrode 56, and finally to form the source region 57 and the drain region 58.
【0073】この構造の素子によれば、高濃度のp型不
純物層54はソース領域57及びドレイン領域58に接
していないため、拡散層耐圧を劣化することなく、p型
不純物層54の濃度を上限なく高くすることができ、こ
れにより短チャネル効果の抑制効果が飛躍的に増大し、
しかも、拡散層容量は低減化できる。According to the element having this structure, since the high-concentration p-type impurity layer 54 is not in contact with the source region 57 and the drain region 58, the concentration of the p-type impurity layer 54 can be controlled without degrading the withstand voltage of the diffusion layer. It can be increased without any upper limit, which dramatically increases the suppression effect of the short channel effect.
Moreover, the capacitance of the diffusion layer can be reduced.
【0074】本実施例ではNMOSについて説明してい
るが、PMOSについても同様に製造することができ
る。また、チャネル領域である不純物層の濃度は、凸部
52側面にあるゲート電極に印加される電圧によって凸
部52全体が完全に空乏化する濃度であればよい。ま
た、本実施例では、凸部52に形成にエッチング法を用
いているが、エピタキシャル成長により形成してもよ
い。この場合、p型不純物層54として、p型ドープド
エピタキシャル層を用いてもよい。Although the NMOS is described in this embodiment, the PMOS can be manufactured in the same manner. The concentration of the impurity layer that is the channel region may be such that the entire convex portion 52 is completely depleted by the voltage applied to the gate electrode on the side surface of the convex portion 52. Further, in the present embodiment, the etching method is used for forming the convex portion 52, but it may be formed by epitaxial growth. In this case, a p-type doped epitaxial layer may be used as the p-type impurity layer 54.
【0075】本実施例においては、凸部52を形成する
際に、例えば、図18に示すように、100°の順テー
パを付けることが好ましい。これにより、ゲート電極5
6を形成した後に凸部52側面にゲート電極が残存する
ことを防止し、ゲート電極56同士の短絡を防止するこ
とができる。In the present embodiment, when forming the convex portion 52, it is preferable to form a forward taper of 100 °, for example, as shown in FIG. Thereby, the gate electrode 5
It is possible to prevent the gate electrode from remaining on the side surface of the convex portion 52 after forming 6, and to prevent a short circuit between the gate electrodes 56.
【0076】本実施例では、実施例3に示すコンタクト
配線を形成することもできる。ただし、この場合には、
コンタクトによるドレイン領域と半導体基板との間のジ
ャンクション耐圧が低下しないような構造にすることが
必要である。In this embodiment, the contact wiring shown in the third embodiment can be formed. However, in this case,
It is necessary to have a structure in which the junction breakdown voltage between the drain region and the semiconductor substrate due to the contact does not decrease.
【0077】本実施例において、比較的高い不純物濃度
の領域は、ゲート電極よりも下方の素子領域に形成され
ていることが好ましい。ゲート電極よりも下方とは、素
子分離領域となるフィールド酸化膜の上面よりも下方の
ことをいう。また、チャネル領域より高い不純物濃度の
領域の不純物濃度は、パンチスルー等の短チャネル効果
を抑制する条件を満たすことが必要であり、一方、チャ
ネル領域の不純物濃度は、ゲート電圧により完全に空乏
化するように低濃度にする必要がある。In this embodiment, the region having a relatively high impurity concentration is preferably formed in the element region below the gate electrode. The term "below the gate electrode" means below the upper surface of the field oxide film that will be the element isolation region. Further, the impurity concentration of the region having a higher impurity concentration than that of the channel region needs to satisfy the condition of suppressing the short channel effect such as punch through, while the impurity concentration of the channel region is completely depleted by the gate voltage. Therefore, it is necessary to make the concentration low.
【0078】本実施例においては、凸部のチャネル領域
の下部に素子領域中に比較的高い不純物濃度の領域を有
することを特徴としている。したがって、チャネル領域
は完全に空乏化し、短チャネル効果が抑制され、キャリ
アの移動度が向上することはもちろん、前記高い不純物
濃度の領域により、ソース領域−ドレイン領域間のパン
チスルー耐圧を向上させることができる。The present embodiment is characterized in that the element region has a region having a relatively high impurity concentration below the channel region of the convex portion. Therefore, the channel region is completely depleted, the short channel effect is suppressed, the carrier mobility is improved, and the punch-through breakdown voltage between the source region and the drain region is improved by the high impurity concentration region. You can
【0079】(実施例5)図19(A)は本発明の第4
の発明にかかる半導体装置(MOS形トランジスタ)の
一実施例を示す斜視図である。また、図19(B)及び
図19(C)は、それぞれ図17(A)のXIXB−XIXB線
及びXIXC−XIXC線に沿う断面図である。(Embodiment 5) FIG. 19A shows the fourth embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing an embodiment of a semiconductor device (MOS transistor) according to the invention of FIG. Further, FIGS. 19B and 19C are cross-sectional views taken along line XIXB-XIXB and line XIXC-XIXC in FIG. 17A, respectively.
【0080】図中61は凸部62を有する半導体基板を
示す。半導体基板61上には、ゲート絶縁膜63を介し
てゲート電極64が形成されている。ゲート電極64に
は、凸部62に形成された拡散層に達する開口部65が
形成されており、その領域がドレイン領域66となって
いる。さらに、チャネル領域67を挟んでソース領域6
8が形成されている。Reference numeral 61 in the figure denotes a semiconductor substrate having a convex portion 62. A gate electrode 64 is formed on the semiconductor substrate 61 via a gate insulating film 63. In the gate electrode 64, an opening 65 reaching the diffusion layer formed in the convex portion 62 is formed, and that region serves as a drain region 66. Furthermore, the source region 6 is sandwiched by the channel region 67.
8 is formed.
【0081】このような構造の素子は図20(A)〜図
20(C)にしたがって製造することができる。すなわ
ち、図20(A)に示すように、半導体基板61である
1×1016cm-3のp型不純物を有するシリコン基板の
(100)表面上に、周知の電子線露光法を用いて、チ
ャネル領域となる幅0.25μm、長さ1.5μmの領
域にレジスト層を形成した後、RIE法により、高さ
0.5μmのシリコン凸部62を形成する。次いで、図
20(B)に示すように、半導体基板61上に熱酸化に
より、ゲート酸化膜63として厚さ10nmのシリコン
酸化膜を形成し、さらに、その上にゲート電極64とし
てリンをドープしたポリシリコン膜を形成し、電子線露
光によりパターニングした。この状態でゲート電極64
はチャネル領域のみならず、ドレイン領域66の側面に
も、ポリシリコン膜を残存させている。The element having such a structure can be manufactured according to FIGS. 20 (A) to 20 (C). That is, as shown in FIG. 20 (A), a well-known electron beam exposure method is used on the (100) surface of a semiconductor substrate 61 which is a silicon substrate having 1 × 10 16 cm −3 of p-type impurities. After forming a resist layer in a region having a width of 0.25 μm and a length of 1.5 μm to be a channel region, a silicon protrusion 62 having a height of 0.5 μm is formed by RIE. Next, as shown in FIG. 20B, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is formed as the gate oxide film 63 by thermal oxidation on the semiconductor substrate 61, and phosphorus is further doped as the gate electrode 64 thereon. A polysilicon film was formed and patterned by electron beam exposure. In this state, the gate electrode 64
Leaves the polysilicon film not only on the channel region but also on the side surface of the drain region 66.
【0082】次いで、図20(C)に示すように、ドレ
イン領域66上のポリシリコン膜にRIE法により開口
部65を形成し、加速電圧50kV、ドーズ量2×10
15cm-3でヒ素をイオン注入し、900℃、1時間のア
ニール処理を施すことにより、深さ0.2μmのソース
領域68及びドレイン領域66を形成する。その後、ソ
ース領域68、ドレイン領域66、及びゲート電極64
に対するコンタクトホール及びコンタクト配線を電子線
露光法を用いて形成する。このとき、凸部62の幅Wは
W≦2√2(εS・φF /q・Nsub)1/2(式中、qは
電子電荷(クーロン)、φFは半導体基板のフェルミ準
位(eV)、εSは半導体基板の誘電率(ファラッド/
cm)、及びNsubは半導体基板の不純物濃度(c
m-3)である。)を満足するように設定する。Then, as shown in FIG. 20C, an opening 65 is formed in the polysilicon film on the drain region 66 by the RIE method, the acceleration voltage is 50 kV, and the dose amount is 2 × 10.
Arsenic is ion-implanted at 15 cm −3 and annealed at 900 ° C. for 1 hour to form a source region 68 and a drain region 66 having a depth of 0.2 μm. After that, the source region 68, the drain region 66, and the gate electrode 64
A contact hole and a contact wiring are formed using an electron beam exposure method. At this time, the width W of the convex portion 62 is W ≦ 2√2 (ε S · φ F / q · N sub ) 1/2 (wherein, q is an electronic charge (coulomb), and φ F is a Fermi quasi of the semiconductor substrate. (EV), ε S is the dielectric constant of the semiconductor substrate (farad /
cm) and N sub are impurity concentrations (c
m -3 ). ) Is satisfied.
【0083】このように、本実施例においては、ドレイ
ン領域66の側面にもゲート電極64が形成され、凸形
状の素子領域の幅Wが素子領域の幅Wを上式を満足す
る。したがって、チャネル領域はすべて空乏化するのは
もちろん、ドレイン領域の側部に電気力線をシールドす
る電極を形成しているので、ドレイン領域から伸びる電
気力線はソース領域方向に伸びず、ほとんど側部の電極
で終端する。その結果、ドレイン電位によるチャネル領
域の電位の低下は抑えられ、短チャネル効果を効果的に
抑制することができる。As described above, in this embodiment, the gate electrode 64 is formed also on the side surface of the drain region 66, and the width W of the convex element region satisfies the above expression with respect to the width W of the element region. Therefore, not only is the channel region depleted, but the electrodes that shield the lines of electric force are formed on the sides of the drain region, so the lines of electric force extending from the drain region do not extend toward the source region, End with the electrode of the part. As a result, a decrease in the potential of the channel region due to the drain potential can be suppressed, and the short channel effect can be effectively suppressed.
【0084】上記のようにして作製された素子及び従来
の素子の短チャネル効果を測定したところ、従来のもの
がチャネル長0.4μmで短チャネル効果による閾値の
低下がみられたのに対し、本発明のものはチャネル長
0.25μmまで短チャネル効果による閾値の低下は見
られなかった。When the short channel effect of the device manufactured as described above and the conventional device was measured, the conventional device showed a decrease in the threshold value due to the short channel effect at a channel length of 0.4 μm. In the case of the present invention, no decrease in the threshold due to the short channel effect was observed up to the channel length of 0.25 μm.
【0085】本実施例では、凸部52の幅Wを0.2μ
mとし、ゲート絶縁膜63の膜厚を10nmにしてい
る。凸部62の幅Wをさらに狭くするか、あるいはゲー
ト絶縁膜63の膜厚をさらに薄くすることにより、短チ
ャネル効果の抑制はさらに短いチャネル長まで及ぶこと
は明かである。In this embodiment, the width W of the convex portion 52 is 0.2 μm.
The gate insulating film 63 has a thickness of 10 nm. It is apparent that the short channel effect can be suppressed to a shorter channel length by further reducing the width W of the convex portion 62 or further reducing the film thickness of the gate insulating film 63.
【0086】図21は本発明の第4の発明にかかる半導
体装置の他の実施例を示す斜視図である。この構造は、
RIEによるゲート電極64の側面残りを利用してい
る。すなわち、ゲート電極上にマスクパターンを設け、
RIE等の通常の異方性エッチングを用い、異方性エッ
チングの条件を適宜選定することにより、ドレイン領域
66の凸部62の側面にゲート電極69を残しながらゲ
ート電極64を形成できる。この場合、ソース領域68
の凸部62の側面にもゲート電極69が形成されるが、
短チャネル効果を抑える意味からは特に問題はない。FIG. 21 is a perspective view showing another embodiment of the semiconductor device according to the fourth invention of the present invention. This structure is
The remaining side surface of the gate electrode 64 by RIE is used. That is, a mask pattern is provided on the gate electrode,
By using ordinary anisotropic etching such as RIE and appropriately selecting the anisotropic etching conditions, the gate electrode 64 can be formed while leaving the gate electrode 69 on the side surface of the convex portion 62 of the drain region 66. In this case, the source region 68
Although the gate electrode 69 is formed on the side surface of the convex portion 62 of
There is no particular problem in terms of suppressing the short channel effect.
【0087】なお、本発明は、上記した実施例に限定さ
れず、PチャネルMOSFET、NチャネルMOSFE
Tのいずれに対しても適用可能である他、種々変形して
実施可能であることはいうまでもない。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but P-channel MOSFET and N-channel MOSFE.
It is needless to say that the present invention can be applied to any of T and can be modified in various ways.
【0088】また、本発明は、例えば、半導体メモリ装
置のセル部分等において狭チャネル幅が要求される領域
に有効に適用することができる。この場合、基板として
SOI基板を用い、メモリセル部分に本発明にかかる素
子を用い、周辺素子部に部分空乏化素子を適用すること
により、高密度で高速動作する半導体装置を実現するこ
とができる。The present invention can be effectively applied to, for example, a cell portion of a semiconductor memory device or the like where a narrow channel width is required. In this case, by using the SOI substrate as the substrate, using the element according to the present invention in the memory cell portion, and applying the partially depleted element in the peripheral element portion, it is possible to realize a semiconductor device operating at high density and at high speed. .
【0089】以上説明したように本発明の第1及び第3
の発明の半導体装置は、凸型トランジスタにおいて、凸
形状の半導体素子領域の中央部に、チャネル領域の表面
における濃度よりも高い濃度で第2導電型の不純物が含
まれる高濃度不純物領域を有するので、3次元的な広が
りにより、素子の電流駆動能力を増加させることがで
き、チャネル空乏型素子の特徴を制限することなく、短
チャネル効果やパンチスルーを防止することができ、し
かも素子の微細化を実現することができる。As described above, the first and third aspects of the present invention
Since the semiconductor device of the invention of the invention has a high-concentration impurity region containing a second conductivity type impurity at a concentration higher than the concentration at the surface of the channel region in the convex transistor, the semiconductor device of the invention has a convex-shaped semiconductor element region. Due to the three-dimensional expansion, the current driving capability of the device can be increased, the short channel effect and punch through can be prevented without limiting the characteristics of the channel depletion type device, and the device can be miniaturized. Can be realized.
【0090】また、本発明の第2の発明の半導体装置
は、凸型トランジスタにおいて素子領域の上面に構成さ
れるトランジスタの特性と素子領域の側面に構成される
トランジスタの特性が異なるので、閾値の設定や、回路
パターン設計の自由度が増加し、回路目的にしたがって
素子特性を選択することができるようになり、集積回路
の性能を向上させることができる。In the semiconductor device of the second invention of the present invention, the characteristics of the transistor formed on the upper surface of the element region and the characteristics of the transistor formed on the side surface of the element region in the convex transistor are different from each other. The degree of freedom in setting and circuit pattern design is increased, and the element characteristics can be selected according to the purpose of the circuit, and the performance of the integrated circuit can be improved.
【0091】また、本発明の第4及び第5の発明の半導
体装置は、凸形トランジスタにおいてソース領域及びド
レイン領域のうち少なくとも高電位を印加する領域の側
部に絶縁膜を介して一定電位に保持された電極が形成さ
れ、凸形状の素子領域の幅WがW≦2√2(εS・φF/
q・Nsub)1/2 (式中、qは電子電荷(クーロン)、
φF は半導体基板のフェルミ準位(eV)、εSは半導
体基板の誘電率(ファラッド/cm)、及びNsubは半
導体基板の不純物濃度(cm-3)である。)を満足する
ので、微細かつ駆動力の大きいトランジスタを実現で
き、高密度かつ高性能の集積回路を実現することができ
る。Further, in the semiconductor device of the fourth and fifth inventions of the present invention, at least a side portion of the source region and the drain region of the convex transistor to which a high potential is applied is provided with a constant potential through an insulating film. The width W of the convex element region in which the held electrode is formed is W ≦ 2√2 (ε S · φ F /
q · N sub ) 1/2 (where q is electronic charge (coulomb),
φ F is the Fermi level (eV) of the semiconductor substrate, ε S is the dielectric constant of the semiconductor substrate (farads / cm), and N sub is the impurity concentration of the semiconductor substrate (cm −3 ). Therefore, it is possible to realize a fine transistor having a large driving force and a high-density and high-performance integrated circuit.
【図1】(A)〜(C)は本発明の第1の発明にかかる
半導体装置の製造工程を説明するための断面図。1A to 1C are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor device according to a first invention of the present invention.
【図2】(A),(B)は本発明の第1の発明にかかる
半導体装置の製造工程を説明するための断面図。2A and 2B are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the first aspect of the present invention.
【図3】(A),(B)は本発明の第1の発明にかかる
半導体装置の製造工程を説明するための断面図。3A and 3B are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the first aspect of the present invention.
【図4】図2(B)のIV−IV線に沿う断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
【図5】図3(B)のV−V線に沿う断面図。5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
【図6】チャネル長と閾電圧との関係を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the relationship between channel length and threshold voltage.
【図7】チャネル長とサブスレッショールド係数との関
係を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing the relationship between channel length and subthreshold coefficient.
【図8】(A)は本発明の第2の発明にかかる半導体装
置の一実施形態を示す断面図、(B)は(A)に示す半
導体装置の凸部における空乏領域の広がりを示す図。8A is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to a second invention of the present invention, and FIG. 8B is a view showing the expansion of a depletion region in a convex portion of the semiconductor device shown in FIG. 8A. .
【図9】(A)〜(C)はドレイン電流−ゲート電圧特
性を示す特性図。9A to 9C are characteristic diagrams showing drain current-gate voltage characteristics.
【図10】本発明の第2の発明にかかる半導体装置の他
の実施形態を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the second invention of the present invention.
【図11】本発明の第2の発明にかかる半導体装置の他
の実施形態を示す断面図。FIG. 11 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the second invention of the present invention.
【図12】本発明の第2の発明にかかる半導体装置の他
の実施形態を示す断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the second invention of the present invention.
【図13】(A)〜(D)は図12に示す半導体装置の
製造工程図。13A to 13D are manufacturing process diagrams of the semiconductor device shown in FIG.
【図14】本発明の第3の実施形態の半導体装置を示す
断面図。FIG. 14 is a sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図15】(A),(B)は本発明の第3の実施形態の
半導体装置を示す断面図。15A and 15B are cross-sectional views showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図16】(A)は従来の半導体装置の正常なコンタク
ト状態を示す断面図、(B)は従来の半導体装置のずれ
がある場合のコンタクト状態を示す断面図。16A is a cross-sectional view showing a normal contact state of a conventional semiconductor device, and FIG. 16B is a cross-sectional view showing a contact state when the conventional semiconductor device is misaligned.
【図17】本発明の第3の発明にかかる半導体装置の実
施形態を示す断面図。FIG. 17 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the third invention of the present invention.
【図18】図17に示す素子の凸部のテーパーを説明す
るための図。FIG. 18 is a view for explaining the taper of the convex portion of the element shown in FIG.
【図19】(A)は本発明の第4の発明にかかる半導体
装置の実施形態を示す斜視図、(B)は(A)のXIXB−
XIXB線に沿う断面図、(C)は(A)のXIXC−XIXC線に
沿う断面図。19A is a perspective view showing an embodiment of a semiconductor device according to a fourth invention of the present invention, and FIG. 19B is an XIXB- of FIG.
Sectional drawing which follows the XIXB line, (C) is sectional drawing which follows the XIXC-XIXC line of (A).
【図20】(A)〜(C)は図19に示す半導体装置の
製造工程を説明するための図。20A to 20C are views for explaining a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.
【図21】本発明の第4の発明にかかる半導体装置の実
施形態を示す斜視図。FIG. 21 is a perspective view showing an embodiment of a semiconductor device according to the fourth invention of the present invention.
【図22】従来の半導体装置を示す断面図。FIG. 22 is a sectional view showing a conventional semiconductor device.
【図23】(A)は従来の半導体装置を示す斜視図、
(B)は(A)のXXIIIB−XXIIIB線に沿う断面図。FIG. 23A is a perspective view showing a conventional semiconductor device;
(B) is sectional drawing which follows the XXIIIB-XXIIIB line of (A).
【符号の説明】
1…シリコン基板、2,4,8,31,32…シリコン
酸化膜、3,15…ポリシリコン膜、5,12…レジス
ト膜、6,65…開口部、7…素子分離溝、9…SiO
2、10…凸型シリコン部、11,14…熱酸化膜、1
3…高濃度不純物領域、16…ドレイン電極、21,5
1,61…半導体基板、22…凹部、23,52,62
…凸部、24,53…絶縁膜、25a,25b,28
a,28b,30a,30b,55,63…ゲート絶縁
膜、26,29a,29b,56,64…ゲート電極、
27…コーナー部、33…レジスト層、34…タングス
テンシリサイド膜、41…層間絶縁膜、42…コンタク
トが形成される領域、43…コンタクト配線層、44…
領域、54…p型不純物層、57,68…ソース領域、
58,66…ドレイン領域、67…チャネル領域。[Explanation of reference numerals] 1 ... Silicon substrate, 2, 4, 8, 31, 32 ... Silicon oxide film, 3, 15 ... Polysilicon film, 5, 12 ... Resist film, 6, 65 ... Opening portion, 7 ... Element isolation Groove, 9 ... SiO
2 , 10 ... Convex silicon part, 11, 14 ... Thermal oxide film, 1
3 ... High-concentration impurity regions, 16 ... Drain electrodes 21, 5
1, 61 ... Semiconductor substrate, 22 ... Recesses, 23, 52, 62
... Projections, 24, 53 ... Insulating films, 25a, 25b, 28
a, 28b, 30a, 30b, 55, 63 ... Gate insulating film, 26, 29a, 29b, 56, 64 ... Gate electrode,
27 ... Corner part, 33 ... Resist layer, 34 ... Tungsten silicide film, 41 ... Interlayer insulating film, 42 ... Region where contact is formed, 43 ... Contact wiring layer, 44 ...
Region, 54 ... p-type impurity layer, 57, 68 ... source region,
58, 66 ... Drain region, 67 ... Channel region.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 617K 617S 617T 618C (72)発明者 吉見 信 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 寺内 衛 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 川中 繁 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5F110 AA08 BB05 CC02 DD05 DD13 DD21 EE04 EE05 EE09 EE12 EE22 EE38 EE44 EE45 FF01 FF02 FF03 FF06 FF09 FF12 FF23 FF26 FF29 GG02 GG12 GG22 GG28 GG34 GG52 HJ01 HJ13 HJ14 HJ16 HL03 HL08 HL14 HM02 HM12 NN02 NN23 NN35 NN62 QQ11 QQ19 5F140 AA06 AA10 AA18 AA21 AC32 AC36 BA01 BB05 BC15 BD05 BD07 BD16 BD18 BE07 BF01 BF04 BF07 BF08 BF40 BF42 BF44 BF51 BG28 BG30 BG31 BG37 BH05 BH08 BH13 BH19 BH30 BH40 BJ01 BJ04 BJ05 BJ23 BK10 BK13 BK14 BK16 BK21 BK25 CA03 CB04 CC03 CE06 CE07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 29/78 617K 617S 617T 618C (72) Inventor Shin Yoshimi 1 Komukai-Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Mamoru Terauchi 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Incorporated Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Shigeru Kawanaka Komukai, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 F-term in Toshiba Research & Development Center, a stock company (reference) HJ16 HL03 HL08 HL14 HM02 HM12 NN02 NN23 NN35 NN62 QQ11 QQ19 5F140 AA06 AA10 AA18 AA21 AC32 AC36 BA01 BB05 BC15 BD05 BD07 BD16 BD18 BE07 BF01 BF04 BF07 BF08 BF40 BF42 BF44 BF51 BG28 BG30 BG31 BG37 BH05 BH08 BH13 BH19 BH30 BH40 BJ01 BJ04 BJ05 BJ23 BK10 BK13 BK14 BK16 BK21 BK25 CE03 CB04
Claims (16)
と、前記素子領域の上面及び側面にゲート絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極とを具備し、前記素子領域内に
は前記ゲート電極と対向してチャネル領域が形成される
ようにソース領域とドレイン領域とが互いに離間して設
けられ、 前記素子領域の上面と前記素子領域の側面との間で、前
記ゲート絶縁膜の膜厚、ゲート絶縁膜の材料、及びゲー
ト電極の材料からなる群より選ばれる少なくとも1つが
互いに異なっていることを特徴とする半導体装置。1. A substrate having a convex semiconductor element region, and a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, wherein the gate electrode is provided in the element region. A source region and a drain region are provided apart from each other so as to form a channel region facing each other, and a film thickness of the gate insulating film and a gate are provided between an upper surface of the element region and a side surface of the element region. A semiconductor device, wherein at least one selected from the group consisting of a material of an insulating film and a material of a gate electrode is different from each other.
面に位置した部分と前記素子領域の側面に位置した部分
との間で厚さが互いに異なっていることを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置。2. The gate insulating film is different in thickness between a portion located on an upper surface of the device region and a portion located on a side surface of the device region. The semiconductor device described.
に位置した部分は、前記ゲート絶縁膜の前記素子領域の
側面に位置した部分に比べてより厚いことを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。3. The portion of the gate insulating film located on the upper surface of the device region is thicker than the portion of the gate insulating film located on the side surface of the device region. Semiconductor device.
に位置した部分は、前記ゲート絶縁膜の前記素子領域の
上面に位置した部分に比べてより厚いことを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。4. The portion of the gate insulating film located on the side surface of the device region is thicker than the portion of the gate insulating film located on the upper surface of the device region. Semiconductor device.
面に位置した部分と前記素子領域の側面に位置した部分
との間で材料が互いに異なっていることを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置。5. The material of the gate insulating film is different from each other between a portion located on an upper surface of the device region and a portion located on a side surface of the device region. Semiconductor device.
に位置した部分は、前記ゲート絶縁膜の前記素子領域の
上面に位置した部分に比べて比誘電率がより大きいこと
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。6. The relative dielectric constant of the portion of the gate insulating film located on the side surface of the device region is larger than that of the portion of the gate insulating film located on the upper surface of the device region. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
に位置した部分は、前記ゲート絶縁膜の前記素子領域の
側面に位置した部分に比べて比誘電率がより大きいこと
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。7. The relative dielectric constant of the portion of the gate insulating film located on the upper surface of the device region is larger than that of the portion of the gate insulating film located on the side surface of the device region. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
に位置した部分と前記素子領域の側面に位置した部分と
の間で材料が互いに異なっていることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。8. The material of the gate electrode is different from that of a portion located on an upper surface of the device region and a portion located on a side surface of the device region. Semiconductor device.
位置した部分は、前記ゲート電極の前記素子領域の上面
に位置した部分に比べて仕事関数がより大きいことを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置。9. The work function of a portion of the gate electrode located on a side surface of the device region is larger than that of a portion of the gate electrode located on an upper surface of the device region. The semiconductor device described.
に位置した部分は、前記ゲート電極の前記素子領域の側
面に位置した部分に比べて仕事関数がより大きいことを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置。10. The work function of the portion of the gate electrode located on the upper surface of the device region is larger than that of the portion of the gate electrode located on the side surface of the device region. The semiconductor device described.
と、前記素子領域の上面及び側面にゲート絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極とを具備し、前記素子領域内に
は前記ゲート電極と対向してチャネル領域が形成される
ようにソース領域とドレイン領域とが互いに離間して設
けられ、 前記ゲート電極は前記素子領域のうち前記ソース領域と
前記ドレイン領域との間に介在した第1部分の上面及び
側面と前記ドレイン領域が設けられた第2部分の側面と
を覆うように形成されていることを特徴とする半導体装
置。11. A substrate having a convex semiconductor element region, and a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, wherein the gate electrode is provided in the element region. A source region and a drain region are provided apart from each other so as to form a channel region facing each other, and the gate electrode is a first portion of the element region interposed between the source region and the drain region. And a side surface of the second portion where the drain region is provided, the semiconductor device being formed.
前記ソース領域が設けられた第3部分の側面をさらに覆
うように形成されていることを特徴とする請求項11に
記載の半導体装置。12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the gate electrode is formed to further cover a side surface of a third portion of the element region where the source region is provided.
とそれらの下方に位置した第4部分とを備え、前記ゲー
ト電極は前記第4部分の側面をさらに覆うように形成さ
れていることを特徴とする請求項12に記載の半導体装
置。13. The device region includes the first to third portions and a fourth portion located below the first to third portions, and the gate electrode is formed to further cover a side surface of the fourth portion. The semiconductor device according to claim 12, wherein:
と、前記素子領域の上面及び側面にゲート絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極と、前記素子領域を被覆し且つ
コンタクトホールが設けられた絶縁膜と、前記コンタク
トホールを埋め込み且つ前記素子領域と接触した一対の
コンタクト配線とを具備し、前記素子領域内には前記ゲ
ート電極と対向してチャネル領域が形成されるようにソ
ース領域とドレイン領域とが互いに離間して及び前記一
対のコンタクト配線とそれぞれ接触して設けられ、 前記一対のコンタクト配線の少なくとも一方は前記素子
領域の上面の一部と側面の一部との双方に接触し、その
コンタクト配線と接触した前記ソース領域または前記ド
レイン領域の厚さは前記コンタクト配線と接触していな
い位置に比べ前記コンタクト配線と接触した位置でより
厚いことを特徴とする半導体装置。14. A substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on an upper surface and a side surface of the element region through a gate insulating film, and a contact hole covering the element region and provided with a contact hole. An insulating film and a pair of contact wirings that fill the contact hole and are in contact with the device region are provided. A source region and a drain are formed in the device region so that a channel region is formed facing the gate electrode. Regions are provided apart from each other and in contact with the pair of contact wirings, respectively, at least one of the pair of contact wirings contact both a part of the upper surface and a part of the side surface of the element region, The thickness of the source region or the drain region in contact with the contact wiring is larger than that in the position not in contact with the contact wiring. Wherein a thicker at a position in contact with the transfected lines.
と、前記素子領域の上面及び側面にゲート絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極と、前記素子領域を被覆し且つ
コンタクトホールが設けられた絶縁膜と、前記コンタク
トホールを埋め込み且つ前記素子領域と接触した一対の
コンタクト配線とを具備し、前記素子領域内には前記ゲ
ート電極と対向してチャネル領域が形成されるようにソ
ース領域とドレイン領域とが互いに離間して及び前記一
対のコンタクト配線とそれぞれ接触して設けられ、 前記一対のコンタクト配線のそれぞれの前記素子領域と
の接触部における径は前記素子領域の上面の幅よりも大
きいことを特徴とする半導体装置。15. A substrate having a convex semiconductor element region, a gate electrode formed on a top surface and a side surface of the element region via a gate insulating film, and a contact hole covering the element region and provided with a contact hole. An insulating film and a pair of contact wirings that fill the contact hole and are in contact with the device region are provided. A source region and a drain are formed in the device region so that a channel region is formed facing the gate electrode. A region spaced apart from each other and in contact with the pair of contact wirings, respectively, and a diameter of a contact portion of each of the pair of contact wirings with the element region is larger than a width of an upper surface of the element region. A semiconductor device characterized by:
における前記ソース領域及び前記ドレイン領域の厚さは
前記素子領域の中央に比べ側面側でより厚いことを特徴
とする請求項15に記載の半導体装置。16. The semiconductor according to claim 15, wherein the thickness of the source region and the drain region at a contact portion with the pair of contact wirings is thicker on the side surface side than in the center of the element region. apparatus.
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- 2002-08-12 JP JP2002235089A patent/JP2003124463A/en active Pending
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