JP3543946B2 - Field effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
縦型電界効果型トランジスタ構造及びその製造方法に関する発明である。
特にLSIを構成する微細な縦型電界効果型トランジスタに関する発明である。また、特に半導体層の両側にゲート電極を持つ、ダブルゲート縦型電界効果型トランジスタに関する発明である。
【0002】
特にゲート電極形状に対する制御性と、半導体層厚さに対する制御性を両立させることを目的とする。
【0003】
【従来の技術】
シリコンウェハなどの基板上に設けられた絶縁層上に形成される電界効果型トランジスタにおいて、基板上面に対してほぼ垂直な平面に、主たるチャネルが形成される構造が、長谷川によって公開特許公報昭64−8670号第4図に、間によって公開特許公報昭64−27270号第2図に、久本によって公開特許公報平2−263473号第1図に、八木下によって公開特許公報平10−93093にそれぞれ記述されている。
【0004】
その構造を図50を用いて説明する。半導体基板101上に絶縁体102が設けられ、その上部に直方体の半導体層103が設けられる。半導体層103の表面にはゲート絶縁膜104が設けられ、表面にゲート絶縁膜104が形成された半導体層103を跨いで、ゲート電極105が設けられる。但しここで半導体層103の表面とは、半導体層の上面及び側面をいう。ゲート電極105を挟んだ両側の半導体層103は高濃度の不純物が導入されたソース/ドレイン領域を成す。図50では、直方体の半導体層103のうち、ゲート電極に対して手前側と奥側に位置する部分が、高濃度の不純物を含むソース/ドレインとなる。適当なゲート電圧をゲート電極に印加することにより、直方体の半導体層103の側面に主たるチャネルが形成される。半導体層103の上面にはチャネルが形成されてもその幅が狭いために、伝導には支配的でない。通常の半導体層の高さ(図50中のa)は、チャネル電流が流れる方向に垂直な面内における直方体の幅(図50中のb)よりも大きい。なお、図50は公開特許公報昭64−8670号第4図に基づいた。図50の構造において、半導体層の幅(図50のb)を、両側面のチャネルから半導体層の内部に向かって形成される空乏層幅の合計よりも小さくすることで、動作特性に優れた完全空乏化型のMOSFETが得られる。また、チャネルが形成される半導体層の両側にゲートを持つ完全空乏化型のMOSFETは、短チャネル効果の抑制に優れるという特徴を持つ。
【0005】
従来の製造方法では、まず最初に絶縁体102上に直方体の半導体層103が配置される構造を何らかの方法により形成し、続いて半導体層103の表面を熱酸化してゲート絶縁膜104を設け、続いてゲート電極材料を堆積したのち、これをエッチングにより加工し、ゲート電極105を形成するという手順により、図50の形状を得る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
(第一の課題)
ソース/ドレインとチャネルとの位置関係が、通常のMOSFETと異なるため、LSIにおけるMOSFETの配置パターンが、従来のMOSFETの場合と互換でない。このため、LSI中におけるトランジスタの配置を、従来のものと変更しなければならない。また、ソース/ドレインの形状が異なるため、不純物の導入、シリサイドの形成等ソース/ドレインの形成に係わる工程に通常の方法が適用できない。また、チャネル幅を変えるためにはトランジスタの高さを変えなければならないが、一つのウェハ上に様々なチャネル幅を持つトランジスタを混在させるためには、様々な高さを持つ半導体層を混在させる必要があり、その結果ウェハ内に不規則な凹凸が発生するため、加工が極めて困難になる。
【0007】
具体的には、通常の電界効果型トランジスタでは、チャネルは半導体層の上面に形成されるのに対して、図50の構造では直方体の半導体層103の側面が主に伝導に寄与するチャネルとなる。このため、チャネルに接続するソース/ドレイン領域も縦長の形状を持つ。一方、通常の電界効果型トランジスタでは図52の上面図に示すように、基板平面に平行な方向に平坦なソース/ドレイン領域を持つ。このため、図50の電界効果型トランジスタは、基板面への投影パターンが通常のものとは著しく異なるので、通常のトランジスタを想定して配置された回路パターンを用いることができない。また、ソース/ドレイン領域の表面が基板平面に平行な平坦面に無いので、ソース/ドレイン及びその周辺部の構造を形成するための工程を、通常のトランジスタに対して行う場合と、同じ条件で行うことができない。ソース/ドレインを形成するためのイオン注入工程においては、角度の大きな斜めイオン注入等、半導体の側面に不純物を導入する手段が必要となる。また、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗を削減するために、ソース/ドレイン領域上に半導体層をエピタキシャル成長させる手段や、シリサイド化工程を実施する手法が提案されていない。また、寄生抵抗を低減するためにソース/ドレイン領域表面にシリサイドを形成する工程も、通常の手順で行うことができない。
【0008】
従って、チャネル面が基板平面に対してほぼ垂直となる縦型電界効果型トランジスタにおいても、従来のMOSFETと配置パターンが互換となるトランジスタ構造が望まれる。
【0009】
(第二の課題)
通常の縦型電界効果型トランジスタにおいて、チャネル幅を大きくしようとすると、半導体層の高さを大きくする必要がある。この結果、素子の凹凸が大きくなり、加工が困難になるという問題が生じる。例えば、半導体層の上下方向に均一に不純物を導入することが難しくなる。また、半導体層の上下方向に対してゲート寸法を均一に保つことが困難になる。この問題は、チャネル幅を単一とする場合においても、単にチャネル幅を大きくしようとすれば発生してしまう。また、素子の凹凸が大きくなると、チャネルが形成される半導体層の基板平面方向の厚さを、チャネルが形成される半導体層の上下方向に対して、均一にすることが困難になる。
【0010】
また、通常のトランジスタでは、形成する素子の幅を変えることにより、チャネル幅を変えられるが、縦型電界効果型トランジスタではチャネル幅を変えるためにはトランジスタの高さを変える必要がある。従ってチャネル幅の異なるトランジスタを一つのLSIに混在させると、高さの異なるトランジスタが混在することになる。この場合、素子の製造時にチャネル幅に応じた異なるエッチング条件、イオン注入条件を混在させる必要が生じ、加工が極めて複雑となる。
【0011】
従って、チャネル幅を大きくした場合にも、素子の凹凸が大きくならず、またチャネル幅の異なるトランジスタが混在した場合にも、トランジスタの高さが変化しないトランジスタ構造が望まれる。
【0012】
(第三の課題)
通常の縦型電界効果型トランジスタでは、ソース/ドレイン領域が薄膜領域に形成されるので、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗が増す。従って、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗が小さい、縦型電界効果型トランジスタ構造が要求される。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分より成り、
前記の各開口部の配列方向の幅は、二つのソース/ドレイン領域からほぼ等距離の位置の幅より、ソース/ドレイン領域に近い位置の幅が小さいことを特徴とする電界効果型トランジスタに関する。
【0021】
また本発明は、ゲート電極が配置される位置から離れるに従って、前記の各開口部の配列方向の幅が一定の傾斜を持ち狭くなる形状を、前記の各開口部の基板平面への投影形状の少なくとも一部に持つことを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
【0022】
また本発明は、前記の各開口部の基板平面への投影形状が、ソース/ドレイン領域に隣接する位置において弧を描いていることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
【0023】
また本発明は、前記の各開口部の基板平面への投影形状が、円形であることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
【0024】
また本発明は、前記の各開口部の基板平面への投影形状が、ほぼ正方形であり、且つ開口部の配列方向に対してほぼ45度傾いていることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
【0025】
また本発明は、前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直で、ゲート電極に覆われた断面において、前記の各伝導経路を成す半導体層の高さが、該半導体層の幅と同じであるか、より大きいことを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられた構成部分において、伝導経路を成す前記半導体層の上部には、該半導体層の両側面に形成された絶縁膜の厚さより厚い絶縁膜が設けられ、該厚い絶縁膜の上部にゲート電極が配置されていることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられた構成部分において、伝導経路を成す前記半導体層の上部には多層の絶縁膜が設けられ、該絶縁膜の上部にゲート電極が配置されていることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、前記の各伝導経路を成す半導体層の上部に形成される前記の厚い絶縁膜の少なくとも一部がSi 3 N 4 膜で構成されていることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、ゲート電極下部の絶縁体が掘り下げられ、この掘り下げられた絶縁体上のゲート電極の下面が、前記伝導経路を成す各半導体層の下面より下に位置することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタに関する。
【0026】
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となる構成を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
絶縁体上に半導体層を形成し、該半導体層上に少なくとも一種の絶縁性のマスク膜を設ける工程と、該マスク膜に開口が一定方向に配列した開口パターンを形成する工程と、配列した複数の開口を囲む領域が残るように前記マスク膜をパターニングする工程と、パターニングされたマスク膜をマスクとして前記半導体層をパターニングし、前記伝導経路および前記ソース/ドレイン領域を成す半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0027】
また本発明は、前記開口パターンは、開口配列方向の両端に余分に開口を配列したパターンとし、前記マスク膜をパターニングする工程において、前記開口パターンの余分に形成した開口が残らないようにパターニングすることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0028】
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となる構成を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
絶縁体上に半導体層を形成し、該半導体層上に少なくとも一種の絶縁性のマスク膜を設ける工程と、第二のマスク材料を前記マスク膜の上に堆積する工程と、一定の間隔を隔てて配列する矩形状に前記第二のマスク材料を加工する工程と、配列する第二のマスク材料よりなるパターンに対し、基板への投影面において第二のマスク材料の配列方向と垂直な辺の両端のうちそれぞれ一方の端部を含む一定の領域を覆う、第二のマスク材料の配列方向に延在した二つのレジストパターンを設け、該レジストパターン及び第二のマスク材料の両者に対して選択的に、露出している前記マスク膜をエッチングすることにより、開口が一定方向に配列した開口パターンを有するように前記マスク膜をパターンニングする工程と、パターニングされたマスク膜をマスクとして前記半導体層をパターニングし、前記伝導経路および前記ソース/ドレイン領域を成す半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0029】
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となる構成を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
絶縁体上に半導体層を形成し、該半導体層上に少なくとも一種の絶縁性のマスク膜を設ける工程と、一定の間隔を隔てて配列するマスク形成用ダミーパターンを前記マスク膜上に設ける工程と、前記マスク形成用ダミーパターン上に第二のマスク材料を堆積し、第二のマスク材料をエッチバックすることにより、マスク形成用ダミーパターン周辺に第二のマスク材料の側壁を形成し、続いてマスク形成用ダミーパターンを除去して、マスク膜上に前記側壁を残存させる工程と、前記側壁を構成する配列する第二のマスク材料よりなるパターンに対し、基板への投影面において第二のマスク材料の配列方向と垂直な辺の両端のうちそれぞれ一方の端部を含む一定の領域を覆う、第二のマスク材料の配列方向に延在した二つのレジストパターンを設け、該レジストパターン及び第二のマスク材料の両者に対して選択的に、露出している前記マスク膜をエッチングすることにより、開口が一定方向に配列した開口パターンを有するように前記マスク膜をパターンニングする工程と、パターニングされたマスク膜をマスクとして前記半導体層をパターニングし、前記伝導経路および前記ソース/ドレイン領域を成す半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路を成す半導体層の基板面に平行な方向における幅は、前記二つのソース/ドレイン領域からほぼ等距離の位置の幅より、ソース/ドレイン領域に近い位置の幅が大きいことを特徴とする電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路を成す半導体層の基板面に平行な方向における幅は、ゲート電極に覆われた位置においては一定であり、ゲート電極よりもソース/ドレイン領域に近い位置においてゲー ト電極に覆われた位置における幅より大きくなる構造を有することを特徴とする電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分よりなり、
前記伝導経路と前記ソース/ドレイン領域が一体的に形成された材料よりなることを特徴とする電界効果トランジスタに関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分よりなり、
該開口のうち、ソース/ドレイン領域に接する一部の領域が、ゲート電極に覆われないことを特徴とする電界効果トランジスタに関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分よりなる電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記複数の伝導経路が各伝導経路間で共通した半導体領域に接続し、伝導経路間が互いに分離される位置に、単一の半導体層に一定方向に配列形成された開口部を設ける工程を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法に関する。
また本発明は、前記の各開口部の配列方向の幅は、ソース/ドレイン領域が形成される位置に隣接した部分において、ソース/ドレイン領域から一定の距離を置いた位置における前記の各開口部の配列方向の幅よりも小さいことを特徴とする上記本発明の電界効果トランジスタの製造方法に関する。
また本発明は、前記の各開口部の配列方向の幅は、ゲート電極に覆われる部分において一定になるように形成されていることを特徴とする上記本発明の電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【0030】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて半導体層に形成された開口部が配列する方向に、開口部により互いに分離された複数の半導体層部分を跨ぐようにゲート電極またはダミーゲート電極を設ける工程を有することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0031】
また本発明は、前記伝導経路を成す半導体層部分への不純物導入は、半導体層をパターニングする前記工程にて半導体層に形成された各開口部の内壁に高濃度の不純物を含む材料を付着させ、次いで熱処理により前記高濃度の不純物を含む材料から前記半導体層部分へ不純物を拡散導入させることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0032】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて形成された各開口部内に露出した前記絶縁体を所定の深さまでエッチングすることを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0033】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて形成された各開口部内に露出した半導体層の側面に対して水素アニールを実施することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0034】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて形成された各開口部内に露出した半導体層の側面をSiO2膜で覆い、温度1200℃以上、1時間以上の熱処理を実施することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0035】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて形成された各開口部内に露出した半導体層の側面を絶縁膜で覆い、レーザービームによって、前記絶縁膜で覆われた半導体層の側面、または前記伝導経路を成す半導体層を溶融し、溶融した領域を再結晶化することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0036】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて形成された各開口部内に露出した半導体層の側面を絶縁膜で覆い、電子ビームによって、前記絶縁膜で覆われた半導体層の側面、または前記伝導経路を成す半導体層を溶融し、溶融した領域を再結晶化することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【0037】
また本発明は、半導体層をパターニングする前記工程にて形成された各開口部内に露出した半導体層の側面を絶縁膜で覆い、電気ヒータによって、前記絶縁膜で覆われた半導体層の側面、または前記伝導経路を成す半導体層を溶融し、溶融した領域を再結晶化することを特徴とする上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となる構成を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記絶縁体上に設けられた半導体層上に第一のマスク材料を設ける工程と、
前記第一のマスク材料上にダミーパターンを形成し、続いて第二のマスク材料を全体に堆積した後にこれをエッチバックし、前記ダミーパターン周辺に前記第二のマスク材料からなる側壁を形成し、続いてダミーパターンを除去する工程と、
前記第一のマスク材料上に残存した前記第二のマスク材料からなる側壁をマスクに用いて前記第一のマスク材料をパターニングする工程と、
前記第一のマスク材料と前記第一のマスク材料上に残存した前記第二のマスク材料をマスクに用いて前記半導体層をエッチングし、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列された形状を形成する工程を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法に関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列され、前記複数の伝導経路を挟んで、これら伝導経路の配列方向に垂直な方向に互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記複数の伝導経路により導通するように接続され、前記の各伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記の各伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記複数の伝導経路の中央部を跨ぐように、これら伝導経路の配列方向に沿って設けられ、前記の各伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路をなす半導体層の基板面に平行な方向における幅は、前記二つのソース/ドレイン領域からほぼ等距離の位置の幅より、ソース/ドレイン領域に近い位置の幅が大きいことを特徴とする電界効果型トランジスタに関する。
また本発明は、絶縁体上に、半導体からなる伝導経路が配列され、前記伝導経路を挟んで互いに対向するようにソース/ドレイン領域が設けられ、これら二つのソース/ドレイン領域は前記伝導経路により導通するように接続され、前記伝導経路を成す半導体層の少なくともその中央部を含む領域に、絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、前記伝導経路を成す半導体層の両側面に絶縁膜を介してゲート電極が形成された領域はチャネル形成領域を成し、前記ゲート電極は、少なくとも前記伝導経路の中央部を跨ぐように、ソース/ドレイン領域を結ぶ方向に対して垂直な方向に設けられ、前記伝導経路においては、伝導経路を成す前記半導体層の両側面が主たる導通経路となり、
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路をなす半導体層の基板面に平行な方向における幅は、ゲート電極に覆われた位置における幅より、ゲート電極よりもソース/ドレイン領域に近い位置においてより大きくなる構造を有することを特徴とする電界効果型トランジスタに関する。
【0038】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本発明における典型的な素子構造について述べる。図1は素子の鳥瞰図、図2は図1の素子を真上から見た上面図である。図3は図1及び図2におけるA1−A1’方向の断面図、図4は同じくB1−B1’方向の断面図、図5は同じくC1−C1’方向の断面図である。
【0039】
図1に示すように、シリコン基板1上に埋め込み絶縁膜2が設けられ、さらにその上部に適当な形にパターニングされた半導体層3が設けられる。半導体層3には、開口部10の列が半導体層3を横断するように設けられる(図2)。開口部10では半導体層3は除去され、開口は埋め込み絶縁膜2に達する。開口配列領域34において、半導体層3上、及び開口部10において露出した埋め込み絶縁膜2上に、開口部10が配列する方向に長辺を持つゲート電極5が設けられる。ゲート電極5下部に位置する半導体層は、不純物が導入されないか、あるいは不純物が低濃度に導入され、適当なゲート電圧の印加によりチャネルが形成される、チャネル形成領域7を成す。チャネル形成領域7を成す半導体層の上面及び側面には絶縁膜(図1の形態では上面、側面ともにゲート絶縁膜6)が設けられ、チャネル形成領域7を成す半導体層は絶縁膜を介して上部と側面においてゲート電極5に向かい合う。ここで、少なくともチャネル形成領域7を成す半導体層の側面に設けられる絶縁膜はゲート絶縁膜であり、ゲート電圧の印加により半導体層の側面にチャネルが形成される程度まで膜厚を薄く設定される。チャネル形成領域7を成す半導体層の上部の絶縁膜は、側面の絶縁膜と同程度に薄いゲート絶縁膜でも良く、あるいは側面の絶縁膜よりも厚く設けられても良い。また、上部の絶縁膜と、側面の絶縁膜の材料は異なっていても良い。
【0040】
半導体層3のうち、開口部10が配列する領域34の両側に位置する部分は、高濃度の不純物がドーピングされた、ソース/ドレイン領域4を成す。ソース/ドレイン領域4とチャネル形成領域7との間の領域は、ソース/ドレイン4と同じ導電型の不純物が高濃度に導入され、ソース/ドレイン領域4とチャネル形成領域7を接続する、ソース/ドレイン接続部32となる。本実施形態のソース/ドレイン領域4はソース/ドレインコンタクト16(図35〜図37)を介して配線を接続する役割を持つ。またソース/ドレイン接続部32は、ソース/ドレイン領域4とチャネル形成領域7を接続するとともに、不純物の高濃度部とチャネル形成領域が接続する部分の厚さ(伝導経路を成す半導体層の幅に相当、また通常の電界効果型トランジスタの接合深さに相当)を小さくすることにより、短チャネル効果(トランジスタの微細化に伴うしきい値電圧など諸特性の変動)を抑制する作用を持つ。
【0041】
なお、本トランジスタにおけるソース/ドレイン領域4とソース/ドレイン接続部32を合わせた部分が通常のシングルドレイン電界効果型トランジスタにおけるソース/ドレイン領域の作用を持つ部分といえる。ソース/ドレイン領域からチャネル形成領域に対して浅く延長されたソース/ドレインエクステンションをもつ電界効果型トランジスタに対しては、本実施形態のソース/ドレイン接続部32がソース/ドレインエクステンションに相当する。
【0042】
図1には描いていないが、ゲート電極5に覆われていない開口10内には、トランジスタが完成するまでの間に、各種の絶縁膜堆積工程において、各種の絶縁体が埋め込まれる。但し、開口10内がすべて絶縁体に満たされる必要は無く、絶縁体が埋め込まれない空洞が一部残存しても良い。
【0043】
なお、図1では図を見やすくするためにゲート絶縁膜6を描いていない。
【0044】
各部分の寸法は例えば以下の通りにする。埋め込み絶縁膜2の厚さは、例えば100nmとする。半導体層3の厚さ(図1における高さ)は例えば120nmとする。開口部が配列する方向(A1−A1’方向)における開口部10の幅は100nm、開口部が配列する方向に対して直角な方向(C1−C1’方向)の開口部の幅は300nmとする。二つの開口部に挟まれた半導体層の幅は50nmとする。開口配列領域34の両端では、開口部のほぼ半分の大きさを持つ切り欠きが、半導体層に設けられる。ゲート絶縁膜は、形成するトランジスタにおいて短チャネル効果を抑制するために適した材料及び膜厚の組み合わせを持つようにする。ゲート絶縁膜の材質がSiO2の場合、典型的な厚さは1.5〜4nmである。
【0045】
但し、埋め込み絶縁膜2の厚さには特に制限はない。一般にSIMOXウェハ(シリコン基板中に酸素をイオン注入して作製するSOI基板)では埋め込み絶縁層の厚さは100nmから400nm程度、張り合わせウェハ(絶縁膜を介して二枚のシリコン基板を張り合わせて作製したSOIウェハ)の場合、一般には1〜3μm程度であるが、ELTRAN(登録商標)技術(多孔質シリコンを形成することにより、薄膜シリコン層を分離させる技術)を用いた張り合わせウェハでは、50nm程度のものもある。一般に論理回路においては、埋め込み絶縁層を介して熱が逃げやすいように、150nm以下に設定することが望ましいが、本発明の効果は埋め込み絶縁層の厚さには影響されず、その厚さには制限は無い。
【0046】
二つの開口部10に挟まれた半導体層の幅は、ゲート長と同程度か、それよりも小さいことが短チャネル効果抑制の観点から望ましく、ゲート長の半分、またはそれ以下であることが短チャネル効果抑制の観点から特に望ましい。ゲート長には特に制限が無いが、本発明が適用される電界効果型トランジスタに対して想定される典型的なゲート長は10nmから0.25μmの範囲である。半導体層の幅と高さの関係については、後に図53を参照して詳述する。
【0047】
各部分の材質は、以下の通りにする。埋め込み絶縁膜2は絶縁体であれば良いが、例えばSiO2とする。SiO2以外に、例えばSi3N4、AlN、アルミナ、その他金属酸化物よりなる絶縁体、有機材料よりなる絶縁体等を用いても良い。また、埋め込み絶縁膜2を空洞で置き換え、空洞よりなる埋め込み絶縁層を持つトランジスタを形成してもよい。本発明の効果を享受するに当たり、半導体層3の材質にも特に制限が無いが、通常のLSIプロセスとの互換性という観点からは、単結晶シリコンが最も望ましい。ゲート電極5の材質は必要な仕事関数及び導電率を持つ材料をもつ導電体であれば良い。例えば、n+型またはp+型のポリシリコン、n+型またはp+型の多結晶SiGe混晶、n+型またはp+型の多結晶Ge、n+型またはp+型の多結晶SiC等の半導体、Mo、W、Taなどの金属、TiN、WN等の金属窒化物、白金シリサイド、エルビウムシリサイド等のシリサイド化合物が挙げられる。
【0048】
図では、ゲート長(後で形成される二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向のゲート電極の寸法。図1、図2、図4ではB1−B1’方向、C1−C1’方向の寸法が相当する)は、開口部を埋めない程度に設定される。例えば150nmとする。但し、開口部10の両端にソース/ドレイン領域が届くように設けられるのであれば、ゲート電極は開口部を完全に覆っても良い。
【0049】
チャネル形成領域を成す半導体層には低濃度の不純物が導入されていても良いし、あるいは不純物を全く導入しなくとも良い。不純物は例えば、ホウ素、リン、ヒ素であり、その濃度は1019cm−3未満である。素子特性の優れた完全空乏化型動作を得るためには、その濃度は1018cm−3未満であることが望ましい。ゲート電極の材料として、その材料の仕事関数がしきい値の制御に適した材料を選ぶ場合(Mo、W、Taなどの金属、TiN、WN等の金属窒化物、白金シリサイド、エルビウムシリサイド、SiGe 混晶など)、不純物の導入は必要なく、また導入するとしても1018cm−3未満で良い。また、不純物濃度は、両側側面のチャネルから半導体層の中央に向かって伸びる空乏層が、少なくともゲート電極にしきい値電圧を印加した状態で、互いに接する程度まで低濃度に設定すれば、動作特性に優れた完全空乏化動作となるとともに、ダブルゲート構造がもたらす短チャネル効果に対する抑制効果を享受できる。
【0050】
ソース/ドレイン領域4にはチャネルの導電型と同一導電型を持つ不純物が高濃度に導入される。nチャネルトランジスタの場合、リン、ヒ素などのn型不純物が、pチャネルトランジスタの場合にはホウ素などのp型不純物が導入される。ソース/ドレイン領域に導入される不純物の濃度は1019cm−3以上であり、典型的には5×1019cm−3〜5×1020cm−3である。
【0051】
このトランジスタのチャネル形成領域の電位は、チャネル形成領域を成す半導体層の両側面に設けられたゲート電極により制御されるので、チャネル形成領域の電位に対する制御性が高く、短チャネル効果が抑制され、素子の特性が向上する。また、半導体層の両側面に配置されたゲート電極からの電界により、半導体層の両側面から半導体層内部に向かって形成される二つの空乏層の幅の合計よりも、半導体層の幅(図3のW3)を小さくすると、素子を完全空乏化型動作させることができるので、サブスレッショルド特性(しきい値電圧以下のゲート電圧を印加した場合、トランジスタが急峻にオフする度合い)が改善され、基板浮遊効果(半導体層中に余剰キャリアが蓄積することによる異常動作)が抑制される。
【0052】
チャネル形成領域7を成す半導体層の上部の絶縁膜が薄く、同半導体層の上部にチャネルが形成される場合、半導体層の高さ(図3のh3)と半導体層の幅(図3のW3)が同じであれば、両側面のチャネル幅(図3断面では縦方向)の合計は、半導体上面に形成されるチャネルの幅(図3断面では横方向)の2倍となる。半導体層の高さh3が半導体層の幅W3より大きければ、両側面のチャネル幅(図3断面では縦方向)の合計は、半導体層上面に形成されるチャネルの幅(図3断面では横方向)の2倍以上となり、側面のチャネルを、支配的なチャネルとすることができる。従って、チャネル形成領域を成す半導体層の高さh3と同半導体層の幅W3を同じとするか、あるいは、同半導体層の高さh3を半導体層の幅W3よりも大きくすることが望ましい。
【0053】
チャネル形成領域7を成す半導体層の側面に形成されるゲート絶縁膜よりも、等価膜厚(等価膜厚とは、絶縁膜の厚さを絶縁膜の比誘電率で割り、得られた商にSiO2の比誘電率を掛けたものである。)の大きい絶縁膜が、チャネル形成領域7を成す半導体層の上部に設けられ、上面にチャネルを成すキャリアが誘起されない場合には、チャネルはチャネル形成領域7を成す半導体層の両側面にのみ形成される。この場合、一つの伝導経路(35)当たりのチャネル幅は、チャネル形成領域7を成す半導体層の高さの2倍となる。
【0054】
ここで、チャネル形成領域7を成す半導体層の適切な高さh3について、図53を参照して説明する。チャネル形成領域7と開口部10とが周期的に配列する断面において、一点鎖線で区切った一つの周期を考える。片側の側面におけるチャネル幅をWとすると、一つの周期を成す構造において、チャネル幅の合計は2Wとなる。一方、図53におけるチャネル形成領域7を成す半導体層の横方向の幅をWsi(図3のW3に相当)、チャネル形成領域7を分離する開口部10の幅をWspとすると、一つの周期の幅はWsi+Wspとなる。同じ領域に通常のトランジスタ(例えば図52の構造)を形成した場合に得られるチャネル幅はWsi+Wspであるから、本発明のトランジスタにおいて通常のトランジスタよりも大きなチャネル幅を実現するためには、2W>Wsi+Wspという条件を満たせば良い。両辺を2で割ればW>(Wsi+Wsp)/2となる。すなわち、WがWsiとWspの平均より大きければ良い。片側の側面のチャネル幅Wと、チャネル形成領域7の高さhSiは同じと考えられるので、チャネル形成領域7を成す半導体層の高さhSi(h3)が、チャネル形成領域7を成す半導体層の幅Wsiと開口部10幅Wspの平均より大きければ良いと言える。ここで、典型的な一つの例として、チャネル形成領域7を成す半導体層の幅Wsiと開口部10幅Wspが同じ場合を考えると、両者の平均はWsiと等しいので、チャネル形成領域7を成す半導体層の高さhSiがチャネル形成領域7の幅Wsiよりも大きければ良いという結論が得られる。WsiとWspは必ずしも等しくないが、Wsi=Wspと仮定して得られるhSi>WSiという条件を、トランジスタを設計する指針として採用すれば、上の条件W>(Wsi+Wsp)/2から、少なくとも大きく外れないトランジスタが得られる。
【0055】
また、他の典型的な構造として、チャネル形成領域7を成す半導体層の幅を開口の幅よりも小さくする場合には、Wsi<Wspであるので、h3>Wspという条件を満たせば、上の条件W>(Wsi+Wsp)/2を必ず満たすことができる。
【0056】
また、この電界効果型トランジスタは、基板平面にほぼ垂直な半導体層の側面に形成されるチャネルを、主たる伝導経路とするトランジスタであるにもかかわらず、ソース/ドレイン、及びゲート電極の形状を基板面に投影した際の形状(図2)は、通常の電界効果型トランジスタ(図52)と同一であるという特徴を有する。また、素子領域15の形状も、中央部を横断する開口の配列を除けば、通常の電界効果型トランジスタと同一である。すなわち、チャネル形成領域及びソース/ドレイン接続部32は縦型構造を持つが、ソース/ドレイン領域の形状は開口部の周囲を除いて通常の電界効果トランジスタと同一である。このため、ソース/ドレイン領域に対するコンタクト16、ゲート電極に対するコンタクト17についても、通常の電界効果型トランジスタ(図52)と同様のパターン(図35)及び同様の工程によって作製することができる。またソース/ドレイン領域についても、開口部10の周辺を除けば、通常の電界効果型トランジスタと同様であるので、ソース/ドレイン領域の形成、シリサイド化、あるいは低抵抗化のためにソース/ドレイン領域上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程などにおいて、従来の電界効果型トランジスタに対するものと同様の工程、あるいは従来のSOI型電界効果型トランジスタに対するものと同様の工程を用いることができる。従って開口の配列部を追加することを除けば、通常のトランジスタの場合とほぼ同一のパターンを用いることができ、また開口部の形成及び開口部周辺に対する加工(例えばゲート電極の加工)を除いた工程(例えば、ゲート及びソース/ドレインへのコンタクト形成)では、従来の電界効果型トランジスタに対するものと同一の工程を用いることができるという特徴を有する。従って、第一の課題を解決できる。
【0057】
また、チャネル部においては、一定の高さ(典型的には200nm以下、好ましくは120nm以下、さらに好ましくは60nm以下)の縦型トランジスタが並列に接続される構造を持ち、チャネル幅が各伝導経路に分散されることになり、チャネル幅の大きいトランジスタにおいても、チャネル形成領域の高さが一定に保たれる。また、チャネル幅の異なるトランジスタを回路内に混在させる場合には、単に配列する伝導経路の数を変えれば良いので、トランジスタの高さを変える必要が無く、トランジスタの高さにおけるバラツキを生じない。また、トランジスタの高さを一定の値以下に保つことができるので、半導体の上部からイオン注入など不純物導入手段により不純物を導入した際においても、半導体層の基板平面に垂直な上下方向で不純物濃度の均一性が良い。また、半導体層の上下方向に対してゲート寸法(特に、二つのソース/ドレインを結ぶ方向の長さ、すなわちゲート長)の均一性が良い。また、半導体層の基板平面方向の厚さについて、上下方向での均一性が良い。従って、第二の課題を解決できる。ここに述べた半導体層の基板平面に垂直な上下方向における不純物濃度、ゲート寸法、及び半導体層の基板平面方向の厚さについての均一性は、半導体層が薄いほど改善される(チャネル部における半導体層の高さhsiは120nm以下が好ましく、60nm以下がさらに好ましい)。
【0058】
また、この電界効果型トランジスタは、チャネル形成領域を成す半導体層の両側面には、ゲート電極が設けられており、ダブルゲート構造と呼ばれる構造を形成する。これは、薄膜(典型的には50nm以下)の半導体層を挟んで二つのゲート電極が設けられる構造であり、例えば関川によりソリッドステートエレクトロニクス27巻827頁1984年(T.Sekikawa、Solid−State Electronics、vol.27、p.827、1984)、田中により1991年アイ・イー・ディー・エム、テクニカルダイジェスト、683頁〜686頁(T.Tanaka、1991IEEE、IEDM、pp.683〜686)に記されている。関川及び田中は基板平面に平行な半導体層の上下にゲート電極を形成する構造を採用することにより、短チャネル効果が抑制されるとを報告している。しかしこの構造の問題として、半導体層の上下にゲート電極を設ける構造では、上下のゲート電極を同時に形成できない点を挙げることができる。このため上下のゲートの位置を自己整合的に決定できず、上下のゲートの位置がずれるという問題、あるいは上下のゲートの寸法(特にゲート長、すなわちソースとドレインを結ぶ方向のゲートの寸法)を揃えられないという問題がある。本実施形態の構造は、半導体層の両側面にゲート電極を設けることによりダブルゲート構造を実現し、短チャネル効果を抑制できる上、両側面のゲート電極を同時に形成することが容易であり(例えば後述実施形態3参照)、両側面のゲートの位置ずれ、及び寸法の差を従来の技術に比べ大きく低減できる。
【0059】
次に実施形態1において、構造を一部変化させた例を述べる。図6の上面図は半導体層に設ける開口部を円形とした例を示す。図7は、開口配列領域34の両端において半導体層に切り欠きが設けられない構造である。なお、図6及び図7では、ゲート電極5と開口部10との位置関係を解りやすくするために、本来はゲート電極の下に隠れている開口部の外形線も表示している。
【0060】
図8は半導体層3に開口部10を設ける際に、開口部において、埋め込み絶縁層2を一定の深さまで掘り下げ、半導体層3の下端よりも少し下の位置まで、ゲート電極5の下端が達する構造である。ゲート電極の下端と半導体層の下端の位置が揃っている場合、あるいはゲート電極の下端が半導体層の下端よりも上に位置する場合、半導体層の下端、あるいは半導体層の下部コーナー(これらはそれぞれ、通常の電界効果型トランジスタにおける素子領域端、素子領域端のコーナーに相当する)の電位を、ゲート電極により充分に制御することが比較的難しく、ソース、ドレイン間に漏れ電流が流れやすい。これに対して、図8のように半導体層3の下端よりも少し下の位置まで、ゲート電極7の下端が達するようにすると、半導体層の下端付近における、漏れ電流を抑制しやすくなる。また、図26の断面図に示すように、埋め込み絶縁層2に対してテーパーエッチングを施して、半導体層3の下端より下の位置で、埋め込み酸化膜の側面が傾斜を持つ形状を形成しても良い。図26の構造においてもゲート電極下端が半導体層下端よりも下になるため、半導体層の下端の電位に対するゲート電極の制御性を高めることができる。なお、図8及び図26は、チャネル形成領域7を成す半導体層の側面と上面の両方に同じ膜厚のゲート絶縁膜6を設けた場合を示したが、上面と側面の絶縁膜の材質が異なる場合、あるい上面の絶縁膜が側面の絶縁膜のよりも厚い場合、のそれぞれに適用しても良い。
【0061】
なお、ここでは半導体層下の絶縁体(埋め込み酸化膜2)の下に、支持基板であるシリコン基板1がある場合を述べたが、本発明は電界効果型トランジスタを形成する半導体の下に何らかの絶縁体があれば適用できる。例えば、サファイア基板上に半導体を設けたSOS構造(シリコン・オン・サファイア)等、半導体層下の絶縁体自体が支持基板となる構造に対しても適用できる。また、支持基板の材質はシリコンでなくとも良く、例えば石英、AlN等の絶縁体であっても良い。この構造は、例えば半導体層3となる単結晶シリコンを、SOI基板の作製に用いられる一般的な張り合わせ工程及び薄膜化工程により、石英、AlN等の絶縁体上に転写すれば形成できる。
【0062】
なお、CMOS構成のインバータ、NANDゲート、NORゲート等のように、ソース/ドレイン領域の一方が専らソースとして使われ、他方が専らドレインとして使われる場合においても、本明細書においては、両者を単にソース/ドレインと呼ぶ。
【0063】
(実施形態2)
チャネル形成領域7、半導体層に設ける開口部10、ソース/ドレイン領域4の三者の配置について、実施形態1のトランジスタに対するいくつかの変形例を述べる。図27から図34は図2、図6、図7と同じ位置から見た電界効果型トランジスタの上面図において、特に左端を拡大したものである。図27から図34のいずれの素子構造においても、半導体層3を横断するように開口部10が配列し、開口部が配列する方向に沿って半導体層3を跨ぐゲート電極5が設けられる。半導体層3にはゲート電極5及び開口部10を挟んで、高濃度の導電性不純物が導入されたソース/ドレイン領域4が設けられている。ゲート電極下の半導体層3は不純物濃度が低いチャネル形成領域7を成し、チャネルは主にチャネル形成領域7を成す半導体層の側面に形成される。なお、図27から図34の図面では、ゲート電極5と開口部10との位置関係を解りやすくするために、本来はゲート電極の下に隠れている開口部の外形線も表示している。また、ゲート絶縁膜6についても、図面を見やすくするために省略している。実際にはゲート絶縁膜6がチャネル形成領域7を成す半導体層の側面に設けられ、チャネル形成領域7を成す半導体層の側面はゲート絶縁膜6を介してゲート電極5に向かい合う。また、チャネル形成領域7を成す半導体層の上面にはゲート絶縁膜6、またはゲート絶縁膜よりも等価膜厚の厚い絶縁膜(例えば図11又は図39のパッド酸化膜8とSi3N4膜9を合わせた物)が設けられる。
【0064】
二つのソース/ドレイン領域4の間には、二つのソース/ドレイン領域を接続する半導体領域である伝導経路33が複数設けられた、伝導経路配置領域31が設けられている。これは図1から図8、及び図35にその構造を示したトランジスタ、及び実施形態3以下に記載する素子構造においても同じである。図27における斜線部は、伝導経路33のうちの一つを明示したものである。伝導経路33はチャネル形成領域7と、伝導経路中の高不純物濃度領域であるソース/ドレイン接続部32からなる。チャネル形成領域7はゲート電極の下部に位置する不純物濃度が低い(あるいは不純物が導入されない)領域である。伝導経路中のソース/ドレイン接続部32は、チャネル形成領域7とソース/ドレイン領域4との間に位置し、ソース/ドレイン領域と同じ導電型の不純物が高濃度に導入された領域である。なお、ゲート電極5の下にソース/ドレイン接続部32の一部、またはソース/ドレイン領域4の一部が位置する時、それぞれゲート電極5とソース/ドレイン接続部32の間、ゲート電極5とソース/ドレイン4の間に絶縁層が設けられる。この絶縁層の厚さはゲート絶縁膜と同程度であっても良く、また、ゲート絶縁膜よりも厚くても良い。
【0065】
また伝導経路33の形態は、チャネル形成領域7、伝導経路中の高不純物濃度領域(ソース/ドレイン接続部32)の両方がゲート電極の下に配置されるものであっても良い(図28)。さらに、チャネル形成領域7、ソース/ドレイン接続部32に加えて、ソース/ドレイン領域の一部もゲート電極の下部に位置する形態を取っても良い(図28)。また、伝導経路33中にソース/ドレイン接続部32を持たず、チャネル形成領域7とソース/ドレイン領域4が直接接続する形態を取っても良い(図29)。また、図27から図29には、開口部10の基板平面への投射形状が、少なくともソース/ドレイン領域付近において曲線を描く場合を示したが、図30から図31に示すように、開口部の形状が六角形、八角形等の多角形で有っても良い。また、図46から図49に示すように、ゲート電極の延長方向(開口部が配列する方向に同じ)に対して傾いた、ほぼ正方形である四角形であっても良い。また、図33及び34に示すように、開口部の幅がソース/ドレイン領域側のある範囲において狭くなる形態を持っても良い。
【0066】
図27〜図31、図33、図34及び図46〜図49に示した実施例においては、いずれの場合においても、開口部の配列方向(ソース/ドレインを結ぶ方向に対して垂直で、基板表面に平行な方向)の開口部の幅Wspは、開口部中央(二つのソース/ドレインから等距離の位置)における値(図27のWsp1)に比べて、ソース/ドレイン領域付近において小さくなる(例えば図27のWsp2)。逆に、伝導経路33を成す半導体層3の幅Wsiは、チャネル形成領域中央(二つのソース/ドレインから等距離の位置)における値(図27のWsi1)に比べ、ソース/ドレイン領域付近において大きくなり(例えば図27のWsi2)、ソース/ドレイン領域に接続する位置において最大となる。すなわち、図27から図31、図33、図34及び図46〜図49の形状は、いずれも、チャネル形成領域7からソース/ドレイン領域4にかけて半導体層の幅Wsiが広がる形態を持つが、この場合、チャネル形成領域の横方向の幅Wsi、あるいは少なくともチャネル形成領域の中央部における幅WSiが小さくなるので、通常のSOI型電界効果型トランジスタにおいて半導体層を薄膜化することと同じく、Sファクタの改善、短チャネル効果の抑制などに効果があり、トランジスタの特性が向上する。その一方、ソース/ドレイン領域に接する位置では伝導経路33を成す半導体層の幅が大きくなるので、寄生抵抗が低減するという効果が得られる。さらに、高濃度の不純物を含む領域であるソース/ドレイン接続部32を有する(図27、図28、図30、図31、図33、図34、図46〜図49の形状)伝導経路33を持つ場合、ソース/ドレイン接続部32とチャネル形成領域7との接触面積が小さくなる。すると通常の電界効果型トランジスタにおいて高濃度不純物領域であるドレイン接合を浅く形成した場合、高不純物濃度で接合の浅いソース/ドレインエクステンションを設けた場合、あるいはSOI型電界効果型トランジスタにおいて半導体層を薄膜化することにより高濃度不純物領域であるドレインを薄く形成した場合等と同じく、高濃度不純物領域とチャネル形成領域が接触する部分で、高濃度不純物領域の断面積が減るので、短チャネル効果が抑制され、トランジスタの特性が向上する。すなわち、開口の配列方向におけるソース/ドレイン接続部の幅をチャネル形成領域を成す半導体層と接する部分では小さくすることにより短チャネル効果抑制作用が得られると同時に、開口の配列方向におけるソース/ドレイン接続部の幅をソース/ドレイン領域と接する部分では大きくすることにより寄生抵抗抑制作用が得られ、前記第三の課題を抑制できる。
【0067】
また、開口部の形状は図32のような四角形でも良い。この場合、Wsi、Wspはともに一定である。この場合は、構造が単純であり、製造が容易であるという特徴がある。また、以下に述べるように、寄生容量36が小さいという特徴がある。
【0068】
次に、ゲート側面とソース/ドレイン側面間の寄生容量36について、図54から図57を参照して説明する。図54はゲート端とソース/ドレイン領域の間に開口(もしくは開口内に絶縁体が埋め込まれた空間)がある場合の上面図を示す。これはソース/ドレイン接続部32のうち少なくとも一部がゲートに覆われていない場合に相当する。図55はゲート端とソース/ドレイン領域の間に開口(もしくは開口内に絶縁体が埋め込まれた空間)が無い場合の上面図を示す。これは、ソース/ドレイン接続部32のすべてがゲートに覆われている場合に相当する。図56、図57はそれぞれ図54のA205−A205’線断面、図55のA206−A206’線断面における断面図である。図54及び図55では、図を見やすくするために、実際にはゲート電極5の下に隠れている開口部10の外形線及びゲート絶縁膜6の外形線を明示した。
【0069】
ゲート端とソース/ドレイン領域の間に開口がある構造(図54、図56)では、ゲートの側面とソース/ドレイン領域の側面が開口に相当する間隔だけ離れるので、ゲート側面とソース/ドレイン側面間の寄生容量36は小さい。その一方、ゲート端とソース/ドレイン領域の間に開口が無い構造(図55、図57)では、ゲート側面とソース/ドレイン側面の距離が小さいので、ゲート側面とソース/ドレイン側面間の寄生容量36は大きくなり、素子の高速動作に不利になる。本発明のトランジスタの開口部10には、PSGの堆積工程、層間絶縁膜の堆積工程等の絶縁膜を堆積する工程において、SiO2、PSG等の絶縁膜が埋め込まれるが、開口内がSiO2、PSG等の絶縁体により完全に満たされていても、あるいは開口内に絶縁体に満たされない空洞が残存した場合にも、図54及び図56の構造における寄生容量36が、図55あるいは図57の構造における寄生容量36よりも小さくなることに変わりは無い。
【0070】
したがって、ソース/ドレイン接続部32のうち、少なくとも一部が、側面、上面ともゲート電極に覆われていない構造(図27、図30〜図34、及び図46〜図49の構造)は、寄生容量の低減において有利と言える。
【0071】
図1、図6、図7、図27〜図34の構造では、チャネル面が(100)面(あるいはこれに等価な面)または(100)面(あるいはこれに等価な面)から小さく傾いた面になるよう、開口部の配列方向が[100]方向(あるいはこれに等価な方向)になるようにする。正方形の開口の一辺が開口部の配列方向に対して45度傾いた図46から図49の構造では、開口部の配列方向が[110]方向(あるいはこれに等価な方向)になるようにすると、チャネル面が(100)面(あるいはこれに等価な方向)に形成される。チャネル面が(100)面または(100)面から小さく傾いた面に形成されると、界面準位が少ない点、またチャネルキャリアの移動度が大きい点において優れた特性が得られる。なお、図46から図49は同一のトランジスタに関する図であり、図46は開口部とゲート電極の位置関係を示し、図47はソース/ドレイン及びゲートに対するコンタクト形成後の上面図、図48は半導体層の形状に対する鳥瞰図、図49はゲート電極形成後の鳥瞰図であり、図49においては図を見やすくするためにゲート絶縁膜を省略している。また、図49は、ソース/ドレイン接続部32において、マスク膜9とパッド膜8が除去された場合について示した(両者は必ずしも除去されなくても良い)。
【0072】
なお、本実施形態に記載した様々な開口部、及びソース/ドレイン接続部の形状は、実施形態1に記載の各種形態に対して適用することができる。また、本実施形態に記載した様々な開口部、及びソース/ドレイン接続部の形状は、チャネル形成領域の上部にチャネル形成領域の側面と同じ厚さの絶縁膜があるトランジスタ、チャネル形成領域の上部にチャネル形成領域の側面よりも厚い絶縁膜があるトランジスタ、チャネル形成領域の上部に多層の絶縁膜があるトランジスタに適用でき、これらいずれに適用してもその効果は変わらない。
【0073】
(実施形態3)
次に、実施形態1及び実施形態2の電界効果型トランジスタを形成するための製造方法について記載する。
【0074】
シリコン基板1上に厚さ100nmのSiO2より成る埋め込み絶縁層2を持ち、その上部に厚さ120nmの単結晶シリコン層よりなる半導体層3を持つSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板を用意する。次に半導体層3の上部を20nm熱酸化することによりパッド酸化膜8を設け、その上部にCVD法により厚さ50nmのSi3N4膜9を設ける。次に、リソグラフィ工程により、開口が配列したパターンを持つレジストパターンを設け、これをマスクに、RIE等の通常のエッチング工程によりパッド酸化膜8及びSi3N4膜9をパターニングする(図9)。
【0075】
次に、開口が配列したパターンを含む一定の領域(例えば図9においてA9の点線で囲んだ範囲)を覆うレジストパターンを設け、このレジストパターンをマスクに、Si3N4膜9、パッド酸化膜8をRIEによりパターニングする。続いてレジストを除去したのち、残ったSi3N4膜9、パッド酸化膜8をマスクに、シリコンに対するエッチング速度がSi3N4膜に対するエッチング速度より速い、選択的なRIE(リアクティブイオンエッチング、反応性イオンエッチング)を行い、半導体層3をパターニングする(図10)。この結果、一定の領域(この場合、A9の点線で囲んだ範囲)以外のSi3N4膜9、パッド酸化膜8、半導体層3が取り除かれる。
【0076】
また、シリコンのエッチングに続いて、SiO2に対するエッチング速度がSi3N4膜に対するエッチング速度より速い選択的RIEを行うことにより、開口部においてSiO2膜2の上端が半導体層3の下端よりも下に位置する形状(図8)、あるいは開口部においてSiO2膜2の表面が傾斜した形状(図26)を得ることもできる。また、Si3N4膜9とパッド膜(パッド酸化膜8)の二層構造は、Si3N4膜9だけの単層構造であっても良い(以下、適宜、単層構造と多層構造のものを併せて「マスク膜9」と表記する。)。また、マスク膜の材質は半導体層3を選択的にエッチングできる材料であれば良い。例えばSiO2でも良い。また、開口部の形状は、ここに示した形に限らない。例えば、図27〜図34、図46から図49に示した形であっても良い。ここで述べた工程においてSiO2からなるパッド膜8を設けた主な理由は、Si3N4膜9と半導体層3が直接接触することによって半導体層3に応力がかかることを防ぐこと、Si3N4膜9と半導体層が直接接触することによってSi3N4膜9と半導体層3との界面に多量の界面準位が発生することを防ぐこと等、Si3N4膜9と半導体層3が直接接触することにより発生する問題を避けることにある。Si3N4膜9と半導体層3が直接接触させることにより発生する問題の影響が小さい場合は、パッド酸化膜8を省略しても良い。
【0077】
また、エッチングにより半導体層3に開口部10を形成した後(図10の形状形成後)、続いて埋め込み絶縁膜2の上部をエッチングする場合、エッチングによりマスク膜が全て失われることを防ぐために、マスク膜の材質と埋め込み絶縁層の材質との組み合わせを、埋め込み絶縁層だけを選択的にエッチングできるように選ぶことが好ましい。また、この条件が成り立たない組み合わせである場合は、以下のようにする。例えば、マスク膜9が埋め込み酸化膜と同じSiO2である場合、埋め込み酸化膜2のエッチング時にマスク膜9の一部が除去されることを見込んで、マスク膜9を厚めにすれば良い。一般的に言えば、開口部における半導体層のエッチング後に埋め込み絶縁層をエッチングする場合で、なおかつ埋め込み絶縁層の材質とマスク膜9の材質が同じである場合、埋め込み絶縁層をエッチングする深さTboxovよりも、マスク膜の厚さTmaskを大きくすれば良い。
【0078】
また、半導体層が露出した後、半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する前に露出した半導体層の側面の平坦化と清浄化を行うための熱処理工程を追加しても良い。例えば、水素アニールを実施する。典型的な水素アニールの条件は10〜50000Pa、850〜1100℃、5〜60分程度とする。但し、特に開口部間の間隔が狭く半導体層の基板平面方向の厚さが薄い場合には、半導体層の凝集を避けるためより短時間、あるいはより低温で熱処理しても良い。また、水素雰囲気中にHCl等、他の気体を混合しても良い。
【0079】
また、半導体層3を横断するように配列する開口部10を設けたのち、露出した半導体層の側面をSiO2膜で覆い、温度980℃以上(より望ましくは温度1200℃以上)、1時間以上の熱処理を実施することにより、前記開口部を設ける工程時に露出した半導体層の側面、すなわち開口部の側面をなす半導体界面を平坦化する工程を追加しても良い。ここで980℃以上の温度はSiO2膜に流動性を持たせるために必要な温度であり、1200℃以上の温度は流動の顕著化に必要な温度である。熱処理は窒素中で行う。あるいはArなどの不活性ガス中で行う。また、熱処理を行う雰囲気に酸素を混合し、露出した半導体層3の側面を酸化させることにより、チャネル形成領域を成す半導体層の幅WSiを小さく(チャネル形成領域を成す半導体層の基板平面方向の厚さを薄く)する工程を実施しても良い。
【0080】
また、半導体層3を横断するように配列する開口部10を設けたのち、露出した半導体層の側面を絶縁膜(この絶縁膜は、例えばSiO2膜、Si3N4膜等の絶縁体より成る。また、例えば複数の絶縁体からなる多層膜より成る。)で覆い、レーザービーム、電子ビーム等のビーム、電気ヒータ等の熱源により加熱することによって、伝導経路あるいはチャネル形成領域が形成される半導体領域のうち側面付近の一部領域を溶融して、再結晶化させる工程を行っても良い。また、同じくレーザービーム、電子ビーム等のビーム、電気ヒータ等の熱源により加熱することにより、伝導経路あるいはチャネル形成領域が形成される半導体領域(突起部)の全体を溶融し、溶融した領域を再結晶化しても良い。この工程の目的は、RIE工程により半導体層の側面に発生した凹凸を平坦化することである。レーザービームや電子ビーム等のビームのパワー及びエネルギー、電気ヒータの温度、ビーム及び電気ヒータの走査速度は、望ましくは伝導経路あるいはチャネル形成領域が形成される半導体領域(突起部)の表面だけが溶融してその内部は溶融しないか、あるいは伝導経路が形成される突起部は溶融してソース/ドレイン領域が形成される半導体領域は溶融しない程度に設定されることが好ましい。これは、ビーム走査の後、基板の温度が低下する過程で、それぞれ溶融していない半導体突起部の内部の領域、あるいは溶融していないソース/ドレイン領域を種結晶(シード)として、溶融した領域を再結晶化させるためである。また、溶融再結晶化に伴い、埋め込み酸化膜中に発生した固定電荷またはトラップ等の欠陥を除去することを目的として、溶融結晶化後に高温の熱処理工程(1000℃以上、典型的には1300〜1360℃、1時間以上、酸化雰囲気または非酸化雰囲気)、または酸化雰囲気中のより低温の熱処理工程を行っても良い。
【0081】
次にCVDによりSiO2よりなるダミーゲート絶縁膜18形成用の絶縁膜を10nm堆積し、RIEによりエッチバック(平坦部に堆積した材料膜を除去して、側壁部に堆積した材料膜を残す工程)することにより、半導体層3における開口部10の内壁及び半導体層の側面(素子領域をなす半導体層の周囲の側面)に、ダミーゲート絶縁膜18を設ける。続いてCVDによりポリシリコンを堆積し、これを通常のリソグラフィ及びRIEにより加工し、ダミーゲート電極11を設ける。この段階での形状は、パッド酸化膜8、Si3N4膜9が存在すること、ゲート絶縁膜6及びゲート電極5の代わりにそれぞれダミーゲート絶縁膜18、ダミーゲート電極11があることを除けば、図1と同様である(図39においてダミーゲート電極11が設けられた形状に相当。但し、図39では図を見やすくするため、ダミーゲート絶縁膜18を省略)。ここで、ダミーゲート絶縁膜18、ダミーゲート電極11を形成したのは、後に、これらを除去して得られた空間に、改めてゲート絶縁膜6及びゲート電極5を形成する、いわゆる置換ゲート工程を実施するための準備である。
【0082】
置換ゲート工程を行わない場合は、ここでダミーゲート絶縁膜18を形成する代わりにゲート絶縁膜6を、ダミーゲート電極11を形成する代わりにゲート電極5をそれぞれ形成し(図39においてゲート電極5が設けられた形状に相当。但し、図39では図を見やすくするため、ゲート絶縁膜6を省略)、続いて以下に述べるソース/ドレイン接続領域への不純物導入、ソース/ドレインの形成、配線の形成を実施してトランジスタを形成すれば良い。この場合、図11から図16に至る工程において、ダミーゲート絶縁膜18に代えてゲート絶縁膜6が、ダミーゲート電極11に代えてゲート電極5が設けられた形状が得られる。
【0083】
また、ここ(図11に至る工程)で、ダミーゲート絶縁膜18をCVDにより堆積したのは、もしも熱酸化によりダミーゲート絶縁膜18を形成すると、ダミーゲート絶縁膜18の除去後に、マスク膜(この場合はパッド酸化膜8とSi3N4膜9の二層膜)の基板平面方向の幅よりもチャネル形成領域を成す半導体の基板平面方向幅が狭くなるために、マスク膜の下部でチャネル形成領域を成す半導体層がマスク膜の端よりも後退して段差が発生し、垂直方向の平坦性が悪化しやすいという問題を防ぐことに特に注意を払ったためである。しかし、一般には、ゲート絶縁膜6、及びダミーゲート絶縁膜18は、SiO2以外の絶縁膜であっても良く、また熱酸化により形成したSiO2膜であっても良い。一般にダミーゲート絶縁膜18は、半導体層3に対して選択的に除去可能な材料であれば良い。また、ダミーゲート電極11をSi3N4等、半導体層3に対して選択的に除去できる材料により形成しても良く、ダミーゲート電極が半導体層3に対して選択的に除去できる場合にはダミーゲート絶縁膜18を省略しても良い。
【0084】
続いてSi3N4膜に対して選択性のある条件下でRIEを実施してダミーゲート電極下部以外のダミーゲート絶縁膜を除去し、次いで全体にPSG(リンガラス)膜12を200nm堆積し、RIEによりこれをエッチバックすることにより、開口10の内壁と、半導体層の側面に側壁状のPSG膜12を設ける。この段階において、図10のA10−A10’線断面、B10−B10’線断面、C10−C10’線断面における断面図を、図11、図12及び図13に示す。この工程においてPSGを堆積するのは、開口部の内壁にPSGを付着させ、ゲート電極(またはダミーゲート電極)の両側の開口部に隣接する半導体領域にPSGから高濃度のリンを拡散させ、ゲート電極両側の半導体層に高濃度(5×1018cm−3以上、好ましくは3×1019cm−3以上)のリンを導入し、ソース/ドレイン接続部32を形成することである。なお、PSGからリンを拡散させるための熱処理(例えば800℃10秒)は、PSGの堆積直後に行っても良いし、PSGの堆積後、いくつかの工程を経た後に行っても良い。PSGの堆積後に行われる他の熱工程(例えばソース/ドレインへのイオン注入後の活性化、ゲート酸化)の際に同時にPSGからリンを拡散させる方法を用いても良い。
【0085】
図14は、開口部のソース/ドレイン方向の幅が大きい場合で、開口がPSGによって埋め尽くされていないが、この場合においても、開口の内壁へのPSGの付着は保証されるので、問題は無い。図15は、図14に対応する状態における上面図である。PSGからの熱拡散によりn+型ソース/ドレイン領域4が形成された状態のB10−B10’線断面に相当する位置における断面図を図16に示す。
【0086】
なお、pチャネルトランジスタの場合は、BSG(ホウ素ガラス)など、p型不純物の拡散源をPSGに代えて用いる。またnチャネルトランジスタの場合においても、PSG以外のn型不純物拡散源(例えばヒ素ガラス)をPSGに代えて用いても良い。また、p型不純物であるホウ素と、n型不純物であるリンの両方を含むBPSG(ホウ素、リンガラス)において、ホウ素またはリンの一方の割合を高めたものを、それぞれp型またはn型のトランジスタの製造に用いても良い。
【0087】
ゲート電極の両側、開口から離れた部分の半導体層には、通常の工程によりソース/ドレイン領域を形成する。例えばイオン注入、プラズマドーピング等により、nチャネルトランジスタの場合はn型不純物、pチャネルトランジスタの場合はp型不純物を高濃度(3×1019cm−3以上、好ましくは1×1020cm−3〜3×1020cm−3)に導入する。n型不純物には例えばリン、ヒ素等ドナーを形成する不純物、p型不純物には例えばホウ素等アクセプタを形成する不純物を用いる。また、ソース/ドレイン領域に対して寄生抵抗低減のために半導体のエピタキシャル成長を施しても良く、またシリサイド化を行っても良い。
【0088】
なお、半導体層3上のマスク膜9は、ダミーゲート電極11(あるいはこれに代わるゲート電極5)の加工時に、半導体層3を保護する目的で設けられたものであるが、ソース/ドレイン領域への不純物導入工程、あるいはソース/ドレイン領域のシリサイド化工程には不要であるので、ダミーゲート電極11(あるいはこれに代わるゲート電極5)をRIEにより加工して形成した後、ソース/ドレイン領域へ不純物を導入する以前のいずれかの段階においてRIEあるいはウェットエッチングにより除去されることが望ましい。PSGの堆積後、PSGをRIEによりエッチバックし、PSGよりなる側壁を形成する工程において、ゲート電極下部とPSG側壁下部を除いた領域のマスク膜9、パッド酸化膜8を同時に除去すれば、図16のようにソース/ドレイン領域を形成する領域で半導体層3の上面が露出する形状が得られる。また、一旦マスク膜9、パッド酸化膜8を残したままPSG側壁を形成し(図12、図13)、PSGからの不純物拡散後、ソース/ドレイン領域の形成前に、マスク膜9、パッド酸化膜8を除去する事を目的としたRIEを実施しても良い(この時、PSGの上部も除去されるが、PSGからの不純物拡散は既に実施した後なので問題は無い。)。また、ダミーゲート電極11(あるいはこれに代わるゲート電極5)をRIEにより加工した後、PSGの堆積以前に、RIE等のエッチング工程によりマスク膜9及びパッド酸化膜8を除去しても良い。この場合、種々の工程を経て最終的に得られる素子形状は図38に示したものとなる。PSGの堆積以後のいずれかの段階に、マスク膜9、パッド酸化膜8を除去した場合は、最終的に図36の形状が得られる。
【0089】
PSGの堆積及びエッチバック後、CVDによりSiO2を堆積して層間絶縁膜13とし、ダミーゲート電極11をストッパとしてCMPにより層間絶縁膜13を平坦化する。この時、同時にダミーゲート電極11の上部を露出させる。続いてRIEによりダミーゲート電極11を除去し、次にRIEによりダミーゲート絶縁膜18を除去する。続いて熱酸化によりゲート絶縁膜14を2nm形成し、ダミーゲート電極11を除去して得られたスリット中にTiN等の導電性材料をスパッタ法により埋め込み、これをゲート電極5とする(図18、19)。なお、図19はゲート絶縁膜14を熱酸化により形成した場合の形状、図18はゲート絶縁膜14をCVDにより形成した場合の形状である。
【0090】
その後、ゲート電極及びソース/ドレイン領域上の層間絶縁膜に開口(それぞれゲートコンタクト17形成用開口、ソース/ドレインコンタクト16形成用開口)を設けたのち、Al等の金属材料をスパッタ、CVD等で堆積したのちこれをパターニングし、配線24を設けると、図35〜図38に示した電界効果型トランジスタが得られる。ここではゲート電極5に接続する配線を描いていないが、ソース/ドレイン領域4へのソース/ドレインコンタクト16を介した接続と同様に、ゲート電極5へゲートコンタクト17を介して配線が接続される。なお、図36及び図38は図35におけるB41−B41’線断面を示し、図37はC41−C41’線断面を示す。但し、図36はPSGの堆積以前に、マスク膜9及びパッド酸化膜8を除去した場合、図38はPSGの堆積以後に、マスク膜9及びパッド酸化膜8を除去した場合を示す。また、図37は、開口部がPSGにより全て満たされない場合(図14)について示した。
【0091】
ダミーゲート絶縁膜をRIEで除去した後、ダミーゲート絶縁膜をRIEによる除去する際に半導体層に生じたダメージ及び汚染を除去するために、チャネル形成領域を成す半導体層の表面をドライエッチングにより一部除去しても良い。この際のドライエッチングには、等方性のエッチングが好ましい。エッチングガスとしては、Cl2、CF4、CHF3、HCl等を用いれば良い。また、ここでドライエッチングを施すと同時に、半導体層をより薄膜化することを目的に、チャネル形成領域を成す半導体層を両側面からエッチングしても良い。例えば、短チャネル効果を抑制することを目的に、半導体層の幅が5〜10nm程度になるまで薄膜化を行っても良い。
【0092】
勿論、ダミーゲート絶縁膜18、ダミーゲート電極11を形成する工程において、これらに代えてゲート酸化膜6、ゲート電極5が形成されている場合は、ダミーゲート絶縁膜の除去から、導電性材料の埋め込みによるゲート電極5の形成に至る上記の工程を必要としない。
【0093】
また、半導体層が露出した後、半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する前に露出した半導体層の側面の平坦化と清浄化を行うための熱処理工程を追加しても良い。例えば、水素アニールを実施する。典型的な水素アニールの条件は10〜50000Pa、850〜1100℃、5〜60分程度とする。但し、特に開口部間の間隔が狭く半導体層が薄い場合には、半導体層の凝集を避けるためより短時間、あるいはより低温で熱処理しても良い。また、水素雰囲気中にHCl等、他の気体を混合しても良い。
【0094】
また、ソース/ドレイン接続部の幅が大きい場合(例えば図6、図46〜図49の構造)は、ソース/ドレイン接続部への不純物導入を、上部から通常にイオン注入をすることにより作製しても良い。ソース/ドレイン接続部に上部からイオン注入する場合は、マスク膜9とパッド膜8を除去することが好ましい(図49)。ソース/ドレイン接続部とソース/ドレイン領域の両者に対して、同時にマスク膜9とパッド膜8を除去し、同時に不純物の導入を行っても良い。
【0095】
また、ソース/ドレイン領域、ソース/ドレイン接続部へ上部からイオン注入する場合は、基板平面に対して垂直方向の不純物濃度を均一にするため、異なるエネルギーのイオン注入を複数回繰り返しても良い。
【0096】
以上に述べた電界効果型トランジスタの製造方法では、RIEに対するマスク層(ここではSi3N4膜)にあらかじめ開口が余分に配列したパターンを設け、次に余分な開口パターンを除いた領域において半導体層3をパターニングして素子領域を形成するので、チャネル形成領域を成す半導体層の幅を均一に形成できる。ここでもし、開口パターンに余分な配列を設けず、開口パターンと、素子領域のパターンを同時に形成しようとすると、開口パターン配列の端部に位置するチャネル形成領域(図10では、配列中で最も右、及び最も左に位置する半導体領域)に対応するレジストパターンの幅が、素子領域外の広い領域に対して露光された光線(あるいは電子線、X線などのビーム)の影響によって細りを生じ、その結果、図51のように、開口パターン配列の両端部に位置するチャネル形成領域を成す半導体層の幅が細くなる場合がある(近接効果)。これに対して本製造方法を用いると、この問題は生じず図10のように、幅の揃った素子領域が得られる。
【0097】
また、本実施形態の製造方法においては、チャネル形成領域の半導体層の上部にマスク層(ここではSiO2層とSi3N4層の二層膜)を設けているので、ゲート電極(またはダミーゲート電極)のエッチング中にチャネル形成領域の半導体層がダメージを受けることも無い。マスク層の材質は、ゲートのエッチング中にマスク層のすべてがエッチングされ消滅することの無いものであれば良い。例えばSiO2層、Si3N4層等、ゲート電極またはダミーゲート電極のエッチング時にエッチングされない或いはされにくい材料を選べば良い。
【0098】
ダミーゲート電極及びダミーゲート絶縁膜の除去後、絶縁性側壁材料、例えば厚さ5nmの第二のSi3N4膜をCVDにより全面に堆積して、続いてこの絶縁材料をRIEによりエッチバックすることにより、ダミーゲート電極及びダミーゲート絶縁膜を除去して得られたスリット中に、絶縁材料よりなる側壁を形成する工程を追加しても良い。この時、チャネル形成領域を成す半導体層とダミーゲート電極の双方がほぼ垂直な側面を持っている場合には、ダミーゲート電極の高さ(埋め込み酸化膜に接する最下端から最上端までの高さ)が、チャネル形成領域を成す半導体層の2倍以上あれば、絶縁性側壁材料(ここでは第二のSi3N4膜)に対して、少なくともチャネル形成領域を成す半導体層の厚さと同じだけRIEを実施することにより、半導体層の側壁には絶縁性側壁材料(ここでは第二のSi3N4膜)が無く、スリットの内壁だけに絶縁性側壁材料(ここでは第二のSi3N4膜)を設けることができる。スリットの内壁に絶縁材料よりなる側壁が設けられると、スリットに隣接する材料(ここではPSG)に損傷を与えずに、スリット内の半導体に対してクリーニング又はエッチング処理を行うことができる。例えば、半導体層の側面の汚染を除去するため、あるいは半導体層の幅Wsiを小さくするために、一旦半導体側面を熱酸化し(汚染除去を目的とする場合はゲート酸化膜厚の10倍以下、薄膜化を目的とする場合は特に範囲はない。ここで行う酸化工程は犠牲酸化と呼ばれる)、これを希フッ酸、または緩衝フッ酸などSiO2に対するエッチング液により除去する工程(犠牲酸化膜除去工程)を行っても、スリット両側が絶縁性側壁材料に覆われているので、スリット両側の材料(ここではPSG)に対する損傷が小さい。
【0099】
また、ゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)に側壁を設ける方法としては、半導体層に開けられた開口部における、埋め込み絶縁層表面からのゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)の高さhgを、埋め込み絶縁層表面からの半導体層の高さtSiの2倍より大きく設定し、図10の構造上にゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)を形成した後、ゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)の表面を覆うように絶縁性側壁材料を堆積し、続いてこれをtsi以上、(hg−tSi)未満の厚さにわたってエッチバックすることにより、ゲート電極の下端から、半導体層の上端の高さまでの位置において、ゲート電極側面に側壁を形成することができる。
【0100】
但し、本実施形態に述べたスリット内壁に絶縁性側壁を形成する方法、及び同じく本実施形態に述べたゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)に絶縁性側壁を形成する方法では、図10の構造上にゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)を形成した時点で、ゲート電極5(もしくはダミーゲート電極11)の両側面を完全に絶縁性側壁で覆うことができない(前者の方法ではこの時点で側壁を設けることができない、後者の方法ではゲート電極の側面が一部露出する)。従って、ソース/ドレイン領域に半導体材料をエピタキシャル成長する場合に、ゲート電極側面にも、半導体材料がエピタキシャル成長するという問題が発生する。この問題の解決法は実施形態4に記載する。
【0101】
なお、本実施形態における各工程は、実施形態1及び2に記した電界効果型トランジスタ、または実施形態1及び2に記した各種の変形を伴う電界効果型トランジスタの製造に用いることができる。また、本実施形態における各工程の一部を、他の一般的な電界効果型トランジスタの製造方法とを組み合わせることにより、実施形態1及び2に記した電界効果型トランジスタ、または実施形態1及び2に記した各種の変形を伴う電界効果型トランジスタを製造することもできる。
【0102】
また、本実施形態における、各部分の膜厚、寸法、材質は、実施形態1及び2の記載に従って、適宜変更を加えて良い。
【0103】
(実施形態4)
実施形態3の末尾に述べた方法とは異なる方法で、Si3N4側壁を形成する方法を図20〜図25を参照して述べる。図20〜図22は図10のB10−B10’線断面に対応し、図23〜図25は図10のC10−C10’線断面のダミーゲート電極11付近に対応する。実施形態4の発明は実施形態3のダミーゲート電極に側壁を設ける場合、または実施形態3のダミーゲート電極を設ける工程に代えてゲート電極5を設ける工程を実施した際にゲート電極5に側壁を設ける場合に用いることができる。
【0104】
まず、ダミーゲート電極11に側壁を設ける場合について述べる。ダミーゲート電極11を形成後、全体に第2のSi3N4膜20をCVDにより10nm堆積する。続いて第2のCVDSiO2膜21をCVD法により200nm堆積し、CMPにより平坦化する(図20、図23)。続いて、第2のSi3N4膜20と第2のCVDSiO2膜21をRIEにより15nmエッチングし、続いてポリシリコンを20nm堆積、ポリシリコンに対するRIEによるエッチバックを行い、第1のサイドウォール22(材質はこの場合ポリシリコン)をダミーゲート電極11の上部両側側面に設ける(図21、図24)。続いてダミーゲート電極11及び第1のサイドウォール22をマスクに、第2のSi3N4膜20及び第2のCVDSiO2膜21をエッチバックすることにより、第2のSi3N4膜20と第2のCVDSiO2膜21の一部からなるゲートサイドウォールを、ダミーゲート電極11の側面に設ける(図22、図25)。なお、第2のCVDSiO2膜21を持たず第2のSi3N4膜20の側面が露出したゲートサイドウォールを設けてもよい(発明の効果は変わらない)。第2のCVDSiO2膜21を持たないサイドウォールは、例えば第1のサイドウォール22の横方向の突起が小さい場合、ゲートサイドウォールの形成後にフッ酸などによりSiO2をエッチングした場合に生じる。
【0105】
このようにゲートサイドウォールが設けられると、ダミーゲート電極形成後にソース/ドレイン領域に対してさまざまな処理(イオン注入、シリサイド化、半導体のエピタキシャル成長)を行う際に、ゲート電極及びゲート電極の下部を保護することができる。また、ダミーゲート電極を除去したのち、酸化膜、PSG膜が露出しないので、ダミーゲート酸化膜の除去をウエットエッチングにより行うことが可能となり、チャネル形成領域を成す半導体層へのダメージが軽減される。また、ダミーゲートを取り除いてスリットを形成した時点において、スリット内壁に残存するゲートサイドウォールに保護されたゲート電極周辺部がウェットエッチングの影響を受けないので、チャネル形成領域を成す半導体層を薄膜化する際に、犠牲酸化とそれに続く犠牲酸化膜に対するウエットエッチングにより行うことが可能となり、チャネル形成領域を成す半導体層へのダメージ(特にエッチングに伴うダメージ)が軽減される。
【0106】
ダミーゲート電極を形成しない場合は、ダミーゲート電極に代えて設けられるゲート電極に対して、上記本実施形態の発明を同様に実施すれば良い。ゲート電極形成後にソース/ドレイン領域に対してさまざまな処理(イオン注入、シリサイド化、半導体のエピタキシャル成長)を行う際に、ゲート電極及びゲート電極の下部を保護することができる。
【0107】
(実施形態5)
PSG膜を設けず、開口部に隣接する半導体層に対して、イオン注入、プラズマドーピングなど、PSG膜からの固相拡散以外の通常の不純物導入プロセスにより、不純物を導入しても良い。この場合、不純物の導入後にPSGに代えてSiO2、Si3N4などの絶縁材料を堆積すれば良い。
【0108】
(実施形態6)
開口部にPSG膜を設けるのではなく、実施形態4の方法に従いゲート電極5もしくはダミーゲート電極11に絶縁膜側壁を設けた後に、選択エピタキシャル成長によってチャネルタイプと同じ導電型の不純物を高濃度に含む半導体(Si、シリコン−ゲルマニウム 混晶等)を、ソース/ドレイン接続部の側面に成長させると、図33に示す形状の、ソース/ドレイン接続部が得られる。この場合ソース/ドレイン接続部の形状は、チャネル形成領域との接続点からゲート電極(またはダミーゲート電極)側壁に相当する厚さを隔た位置から、ソース/ドレイン領域に向かって傾斜しながら厚くなる形状を持つ。このような傾斜は選択エピタキシャル成長時に形成される晶癖(ファセット)に由来するものである。また、図34は選択エピタキシャル成長時に形成される晶癖(ファセット)が形成されない場合、もしくはチャネルタイプと同じ導電型の不純物を高濃度に含む半導体(Si、シリコン−ゲルマニウム 混晶等)のアモルファス層、あるいは多結晶よりなる層を選択的に形成した場合である。一般に成長ガスの流量が比較的小さい場合、成長温度が比較的高温である場合にファセットが形成されやすい。また、ファセットが形成されない場合、ソース/ドレイン接続部が傾斜してゲート電極から後退する形状が得られないが、この場合、ファセットが形成される場合に比べて、ソース/ドレイン接続部とゲート電極間の寄生容量が増す。この問題を避けるために、ファセットが形成されない図34では、ゲート電極(あるいはダミーゲート電極)に設ける側壁を、厚めに設定し、ゲート電極とソース/ドレイン接続部の寄生容量を小さくする方法を採用しても良い。
【0109】
なお、選択エピタキシャル成長を行う際、ソース/ドレイン領域の上部が露出していればソース/ドレイン領域の上部にも上向きにエピタキシャル成長が進む。ソース/ドレイン領域の上部がマスク膜9等に覆われて、露出していなければ、ソース/ドレイン領域の上部でエピタキシャル成長は起こらない。
【0110】
ソース/ドレイン領域の形成には、まず選択エピタキシャル(もしくは多結晶、アモルファス)成長後、例えば全面に第3のCVD酸化膜を厚く(例えば200nm)堆積し、エッチバックすることによりソース/ドレイン接続部のうちゲート電極(またはダミーゲート電極)寄りの一部またはソース/ドレイン接続部の全部を覆う厚いゲート側壁(ここでは第3のCVD酸化膜)を設け(形態は前記PSG膜の側壁に似る。但し、半導体層上のマスク膜の除去は、CVD酸化膜側壁形成の前でも後でも良い)、続いて厚いゲート側壁(ここでは第3のCVD酸化膜)をマスクにソース/ドレイン領域を形成するための不純物導入、例えばイオン注入を行えば良い。ここで、ソース/ドレイン接続部のうち少なくともゲート電極(またはダミーゲート電極)寄りの一部を覆うのは、この領域のソース/ドレイン接続部は、基板平面方向の厚さが薄い半導体層により構成されており、イオン注入のダメージに弱いので、この部分をイオン注入から保護するためである。
【0111】
CMOS構成の回路において、nチャネル及びpチャネルMOSの両方を形成する必要がある場合、第二のチャネルタイプのトランジスタが形成される領域にはレジストをかぶせることにより、第一のチャネルタイプのトランジスタに対してのみゲート側壁の形成と半導体層の露出にかかわる工程(図21、図22、図24、図25)を実施し、ソース/ドレイン領域接続部へのエピタキシャル成長、ソース/ドレインの形成に係わる前記一連の工程を実施する(但し、図20の形状を形成する工程実施前にはレジストを一旦除去し、図21の形状を形成する工程前に再度設ける。あるいは図20の形状を両チャネルタイプのトランジスタに対して形成し、この後全体を薄いCVD酸化膜、例えば厚さ10nmで覆った後、それぞれのチャネルタイプのトランジスタを造る都度、各チャネルタイプのトランジスタ形成領域の表面に設けられた薄いCVD酸化膜を除去し、図22以降の形状を作製する工程を実施しても良い。)。その後全体を第4のCVD酸化膜で覆い(膜厚に制限は無い。10nm程度に薄くても良い。また平坦性を得るために200nm〜500nm程度に厚くしても良い。これらの中間の膜厚でも良い。)、第一のチャネルタイプのトランジスタが形成された領域をレジストで覆い、図21の形状を作製する工程以降の工程(図20の形状を両チャネルタイプで別々に造る場合は、図20の形状を作製する工程も実施する)を実施すれば良い。
【0112】
この実施例の製造方法は、チャネル形成領域が平行に配列しない縦型電界効果型トランジスタ(例えば図50の形状)の製造に用いても良い(図40)。単一の電流経路よりなる素子領域が形成される形(図40の破線部)に半導体のパターニングすることを除いて、各製造工程は実施形態6に記載した上記製造方法と同一である。
【0113】
(実施形態7)
実施形態6の製造方法を用いる場合、当初半導体層に設ける開口部の形状は、図32のように矩形とし、ゲート電極5(またはダミーゲート電極11)を形成後、ソース/ドレイン接続部32に半導体の選択成長を行うことにより、ソース/ドレイン接続部32の幅がチャネル形成領域7側では狭く、ソース/ドレイン領域4側では広く、その間ではソース/ドレイン接続部32の幅が連続的、または段階的に変化する形状(図33、図34)を得ることができる。
【0114】
この場合、図32のような矩形の開口を持つ形状は、以下のように形成できる。一つの例を図41〜図43を参照して説明する。シリコン基板1上に厚さ100nmのSiO2より成る埋め込み絶縁層2を持ち、その上部に厚さ120nmの単結晶シリコン層よりなる半導体層3を持つSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板を用意する。次に半導体層3の上部を20nm熱酸化することによりパッド酸化膜8を設け、その上部にCVD法により厚さ50nmのSi3N4膜9を設ける。次に第二のマスク材料41をその上に堆積する(ここでは第二のマスク材料41として厚さ20nmのポリシリコンをCVD法により堆積する)。次に、リソグラフィ工程により、矩形が配列したレジストパターンを設け、このレジストをマスクに、第二のマスク材料41をパターニングし、矩形の第二のマスク材料41(ここではポリシリコン)が配列した形状を得る。ここで第二のマスク材料41の配列方向(図41では横方向)の幅は例えば50nmとする。次に配列の両端に位置する第二のマスク材料41を除く残りの第二のマスク材料41を覆う領域(図41の領域44)にレジストパターンを設け、このレジストをマスクに、配列の両端に位置する第二のマスク材料41をRIE等のエッチング処理により除去し、続いてレジストパターンを除去する。次に、矩形の第二のマスク材料41の両端部において、複数の第二のマスク材料41の一方の端を含む一定の領域を覆うレジストパターンを設ける(図41中の点線で囲まれた範囲の領域42)。次にレジストパターンと、第二のマスク材料41をマスクに(すなわち、レジストパターンと、第二のマスク材料41に対して選択的に)、それらの下部に位置するマスク膜であるSi3N4膜9をパターニングする。ここでレジストを除去すれば、図42の形状が得られる。続いて、マスク材料9と第二のマスク材料41をマスクに、選択的RIEにより半導体層3(ここではシリコン)をエッチングすれば、図43の形状が得られる。ここで第二のマスク材料41であるポリシリコンとシリコン3との間には選択性がほとんどないので、半導体層3のエッチング中に第二のマスク材料41は失われるが、この時第二のマスク材料41の下に位置するSi3N4膜9が露出し、Si3N4膜9がエッチングに対するマスクとなる。以後、他の実施形態と同様の手順で電界効果型トランジスタを形成する。但し、ソース/ドレイン領域接続部の側面に単結晶、アモルファスまたは多結晶の半導体を選択的に堆積させる工程、及びそれに先行する側壁形成工程は実施形態6の手順を用いる。
【0115】
図41の工程において、配列の両端に位置する第二のマスク材料41を取り除く目的は以下の通りである。パターンを形成するための露光時に、配列の両端に位置するパターンは近接効果の影響を受けて他のパターンとは異なる幅に形成される場合がある。パターン幅の異なる第二のマスク材料41が混在することは好ましくないので、両端のものを取り除くことが望ましい。但し、近接効果が小さい場合は、配列の両端に位置するパターンを除く必要が無い。また、逆に近接効果の影響が大きい場合は、配列の両端からそれぞれ複数個のパターンを適宜取り除けばよい。
【0116】
また、配列の両端の第二のマスク材料41を除去せず、配列の両端の第二のマスク材料41に、領域42を覆うレジストパターンがかからないようにすることで、パターン幅が異なる配列の両端の第二のマスク材料41をマスクとして形成されるチャネル形成領域を成す半導体層をソース/ドレイン領域が形成される位置(ほぼ領域42に相当)から分離し、素子特性に影響を与えないようにすることもできる。
【0117】
また、配列の両端から各一つまたは複数の第二のマスク材料41を除去する場合、複数の第二のマスク材料41の一端を覆うレジストパターンを設ける範囲(領域42)は、配列の両端からそれぞれ各一つまたは複数の第二のマスク材料41が除去された後であれば、配列の両端からそれぞれ各一つまたは複数の第二のマスク材料41が存在していた範囲にかかっていてもかまわない。
【0118】
次に、チャネル形成領域をより細く形成するための実施形態について図44と図45を参照して説明する。図41〜図43の実施形態と同じく、シリコン基板1上に厚さ100nmのSiO2より成る埋め込み絶縁層2を持ち、その上部に厚さ120nmの単結晶シリコン層よりなる半導体層3を持つSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板を用意する。次に半導体層3の上部を20nm熱酸化することによりパッド酸化膜8を設け、その上部にCVD法により厚さ50nmのSi3N4膜9を設ける。次に全体に厚さ40nmのSiO2膜をCVDにより堆積し、これをパターニングすることにより、第二のマスク形成用ダミーパターン43(第二のマスクを形成するためのダミーパターンの意。マスク形成用ダミーパターンの第二では無い。)を形成する。次に全体に厚さ30nmのポリシリコンを第二のマスク材料として堆積し、これをエッチバック(30nm〜50nm相当のエッチング)することにより、第二のマスク形成用ダミーパターン43周辺にポリシリコンの側壁を形成し、続いて第二のマスク形成用ダミーパターン43を希フッ酸、緩衝フッ酸等を用いて除去する。Si3N4膜9上に残ったポリシリコン側壁を図41における第二のマスク材料41に相当するものとする。以後、図41〜図43の工程と同じく、第二のマスク材料41の一方の端を含む一定の領域を覆うレジストパターンを設ける(図44中の点線で囲まれた42の範囲)。次にレジストパターンと、第二のマスク材料41をマスクに、それらの下部に位置するマスク膜であるSi3N4膜9をパターニングする。ここでレジストを除去すれば、図45の形状が得られる。続いて、マスク材料9と第二のマスク材料41をマスクに、選択的RIEにより半導体層3(ここではシリコン)をエッチングすれば、図43と同様の形状が得られる。以後は、他の実施形態と同様の手順で電界効果型トランジスタを形成する。但し、ソース/ドレイン領域接続部の側面に単結晶、アモルファスまたは多結晶の半導体を選択的に堆積させる工程、及びそれに先行する側壁形成工程は実施形態6の手順を用いる。
【0119】
図44と図45を参照して説明した工程では、チャネル形成領域を成す半導体層の幅が、第二のマスク材料41を、第二のマスク形成用ダミーパターン43の側面に堆積した時の堆積厚さによって決まるが、一般にCVDにより堆積した膜の厚さは精度良く制御できるので、チャネル形成領域を成す半導体層の幅を精度良く制御できる。また、同様に、堆積した膜の厚さに対する制御性が良いことから、チャネル形成領域を成す半導体層の幅を小さくすることに対しても有利である。
【0120】
ここで、半導体層3はマスク膜9と第二のマスク材料41に対して、第二のマスク形成用ダミーパターン43は第二のマスク材料41とマスク膜9に対してそれぞれ選択的にエッチングできる材料を選んでいる。第二のマスク形成用ダミーパターン43は第二のマスク材料41に対してそれぞれ選択的にエッチングできる材料を選んでいる。但し、第二のマスク材料41とマスク膜9は同じ材料、例えばSi3N4膜とすることができる。第二のマスク材料41とマスク膜9を同じ材料とし、それぞれの膜厚をtmask1、tmask2とした場合、図41又は図44において符号42で示した範囲をレジストで覆った後、tmask2以上、tmask1+tmask2以下の量だけの膜厚をエッチングする条件でRIEを行えば、伝導経路の位置では、第二のマスク材料41とマスク膜9の両方が全て失われることが無いので、伝導経路の位置に第二のマスク材料41又はマスク膜9を残すことができる。
【0121】
実施形態7において図41から図45を参照して説明した各製造方法は、実施形態4において述べたゲート電極への側壁形成を行わない場合、あるいは実施形態6において述べたソース/ドレイン接続部への選択エピタキシャル成長を行わない場合に適用しても良い。また、図32のように矩形の開口が設けられる場合に対して用いても良い。
【0122】
また、実施形態7において図41から図45を参照して説明した各製造方法を、実施形態3、5に記載した各実施形態において、開口部が配列したマスク膜を設ける工程に対して、置き換えても良い。但し開口部の境界に円弧を持つ場合、開口部が円形の場合、開口部の境界が開口部の配列方向に対して大きく(具体的には45度近く)傾いている場合は適さない。
【0123】
【発明の効果】
この電界効果型トランジスタは、基板平面にほぼ垂直な半導体層の側面に形成されるチャネルを、主たる伝導経路とするトランジスタであるにもかかわらず、ソース/ドレイン領域及びゲート電極の形状を基板面に投影した際の形状は、通常の電界効果型トランジスタと同一であるという特徴を有する。また、素子領域の形状も、中央部を横断する開口の配列を除けば、通常の電界効果型トランジスタと同一である。このため、ソース/ドレイン領域に対するコンタクト、ゲート電極に対するコンタクトについても、通常の電界効果型トランジスタと同様のパターン及び同様の工程によって作製することができる。またソース/ドレイン領域についても、ゲート電極近傍の開口部を除けば、通常のSOI電界効果型トランジスタと同様であるので、ソース/ドレイン領域の形成、シリサイド化、あるいは低抵抗化のためにソース/ドレイン領域上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程などにおいて、従来の電界効果型トランジスタに対するものと同様のプロセスを用いることができる。従って開口の配列部を追加することを除けば、通常のトランジスタの場合とほぼ同一のパターンを用いることができ、また開口部の形成及び開口部周辺に対する加工(例えばゲート電極の加工)を除いた工程(例えば、ゲート及びソース/ドレインへのコンタクト形成)では、従来の電界効果型トランジスタに対するものと同一の工程を用いることができるという特徴を有する。
【0124】
このトランジスタのチャネル形成領域は、ソース/ドレイン間を結ぶ複数の半導体領域から成り、該複数の半導体層の高さh3は、開口配列方向の半導体層の幅W3と同等か、それよりも大きい。チャネル形成領域の電位は、チャネル形成領域を成す半導体層の両側面に設けられたゲート電極により制御されるので、チャネル形成領域の電位を制御しやすい。また、半導体層の幅W3を、両側面に配置されたゲート電極からの電界により半導体層中に形成される両側の二つの空乏層の幅の合計よりも小さくすることにより、素子を完全空乏化型動作させることができるので、サブスレッショルド特性(しきい値電圧以下のゲート電圧を印加した場合、トランジスタが急峻にオフする度合い)が改善され、基板浮遊効果(半導体層中に余剰キャリアが蓄積することによる異常動作)が抑制される。
【0125】
また、半導体層の高さh3と半導体層の幅W3が同じであれば、両側面のチャネル幅の合計(図3断面では縦方向)は、半導体層上面に形成されるチャネルの幅(図3断面では横方向)の2倍となる。半導体層の高さh3が半導体層の幅W3より大きければ、両側面のチャネル幅の合計(図3断面では縦方向)は、半導体層上面に形成されるチャネルの幅(図3断面では横方向)の2倍以上となり、側面のチャネルを、支配的なチャネルとすることができる。
【0126】
また、半導体層に開口部を設ける際に、開口部において、埋め込み絶縁層を一定の深さまで掘り下げ、半導体層の下端よりも少し下の位置まで、ゲート電極が達する構造を用いると、通常の電界効果型トランジスタにおける素子領域端に相当する、半導体層下部の位置において、漏れ電流を抑制できる。
【0127】
本発明の製造方法では、RIEに対するマスク材料(ここではSi3N4膜)にあらかじめ開口が配列したパターンを設け、次に半導体層3に対してパターニングを行うので、チャネル形成領域を成す半導体層の幅を均一に形成できる。ここでもし、開口パターンに余分な配列を設けず、開口パターンと、素子領域のパターンを同時に形成しようとすると、開口パターン配列の端部に位置するチャネル形成領域(図10では、配列中で最も右、及び最も左に位置する半導体領域)に対応するレジストパターンの幅が、素子領域外の広い領域に対して露光された光線(あるいは電子線、X線などのビーム)の影響によって細りを生じ、その結果、図51のように、開口パターン配列の両端部に位置するチャネル形成領域を成す半導体層の幅が細くなる場合がある(近接効果)。これに対して本製造方法を用いると、この問題は生じず、幅の揃った素子領域が得られる。
【0128】
本発明の製造方法においては、チャネル形成領域を成す半導体層の上部にマスク層(ここではSi3N4層)を設けているので、ゲートのエッチング中にチャネル形成領域の半導体層がダメージを受けることが無い。
【0129】
本発明の製造方法では、ダミーゲート電極及びダミーゲート絶縁膜の除去後、全体に第二のSi3N4膜をCVDにより堆積して、RIEによりエッチバックする工程を加え、側壁を形成する。この時、チャネル形成領域となる半導体層とダミーゲートの双方がほぼ垂直な側面を持っている場合には、ダミーゲートの高さ(埋め込み酸化膜に接する再下端から再上端までの高さ)が、チャネル形成領域となる半導体層の2倍以上あれば、第二のSi3N4膜に対して、少なくともチャネル形成領域となる半導体層の厚さと同じだけRIEを実施することにより、半導体層の側壁にはSi3N4膜側壁は無く、ダミーゲートを除去して得らるスリットの内壁だけに絶縁性側壁材料(ここでは第二のSi3N4膜)を設けることができる。
【0130】
本発明においては、nチャネルトランジスタの場合は、開口部の内壁にPSGを付着させ、開口部に隣接する半導体領域にPSGから高濃度のリンを拡散させ、ゲート電極両側の半導体層に高濃度のリンを導入できる。pチャネルトランジスタの場合は、BSGなど、p型不純物の拡散源をPSGに代えて用いても同様の効果が得られる。またnチャネルトランジスタの場合においても、PSG以外のp型不純物拡散源(例えばヒ素ガラス)をPSGに代えても同様な効果が得られる。
【0131】
また本発明の製造方法では、ゲート絶縁膜の形成前に、水素アニールを実施し、チャネル形成領域を成す半導体層の表面を平坦化できる。
【0132】
本発明においては、縦型電界効果型トランジスタFETのダミーゲート電極またはゲート電極にサイドウォールを形成することが可能であり、ダミーゲート電極形成後もしくはゲート電極形成後にソース/ドレイン領域に対してさまざまな処理(イオン注入、シリサイド化、半導体のエピタキシャル成長)を行う際に、ゲート電極及びゲート電極の下部を保護することができる。また、ダミーゲートを除去したのち、酸化膜が露出しないので、ダミーゲート酸化膜の除去をウエットエッチングにより行うことが可能となり、チャネル形成領域を成す半導体層へのダメージが軽減される。また、ダミーゲートを取り除いてスリットを形成した時点において、スリット内壁に残存するサイドウォールに保護されたゲート電極周辺部がウェットエッチングの影響を受けないので、チャネル形成領域を成す半導体層を薄膜化する際に、犠牲酸化とそれに続く犠牲酸化膜に対するウエットエッチングにより行うことが可能となり、チャネル形成領域を成す半導体層へのダメージ(特にエッチングに伴うダメージ)が軽減される。
【0133】
ダミーゲートを形成しない場合は、ダミーゲートに代えてゲート電極に対して、本実施形態の発明を実施すれば良い。ゲート形成後にソース/ドレイン領域に対してさまざまな処理(イオン注入、シリサイド化、半導体のエピタキシャル成長)を行う際に、ゲート電極及びゲート電極の下部を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す鳥瞰図である。
【図2】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図3】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図5】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図7】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図8】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図9】本発明の実施形態を示す鳥瞰図である。
【図10】本発明の実施形態を示す鳥瞰図である。
【図11】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図12】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図13】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図14】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図15】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図16】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図17】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図18】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図19】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図20】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図21】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図22】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図23】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図24】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図25】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図26】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図27】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図28】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図29】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図30】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図31】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図32】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図33】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図34】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図35】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図36】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図37】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図38】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図39】本発明の実施形態を示す鳥瞰図である。
【図40】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図41】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図42】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図43】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図44】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図45】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図46】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図47】本発明の実施形態を示す上面図である。
【図48】本発明の実施形態を示す鳥瞰図である。
【図49】本発明の実施形態を示す鳥瞰図である。
【図50】従来の技術を説明する鳥瞰図である。
【図51】本発明の製造方法の効果を説明するための上面図である。
【図52】従来の素子構造を示す上面図である。
【図53】本発明の素子構造を説明するための断面図である。
【図54】本発明の効果を説明する上面図である。
【図55】本発明の効果を説明する上面図である。
【図56】本発明の効果を説明する断面図である。
【図57】本発明の効果を説明する断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 埋め込み絶縁層
3 半導体層
4 ソース/ドレイン領域
5 ゲート電極
6 ゲート絶縁膜
7 チャネル形成領域
8 パッド酸化膜
9 Si3N4膜
10 開口部
11 ダミーゲート電極
12 PSG膜
13 層間絶縁膜
14 ゲート絶縁膜
15 素子領域
16 ソース/ドレインコンタクト
17 ゲートコンタクト
18 ダミーゲート絶縁膜
19 開口形成領域
20 第2のSi3N4膜
21 第2のSiO2膜
22 第1のサイドウォール
23 層間絶縁膜
24 金属配線
31 伝導経路配置領域
32 ソース/ドレイン接続部
33 伝導経路
34 開口配列領域
35 一つの伝導経路
36 ゲート側面−ソース/ドレイン側面間容量
41 第二のマスク材料
42 レジストパターンの範囲(形成領域)
43 第二のマスク形成用ダミーパターン
44 レジストパターンの範囲(形成領域)
101 半導体基板
102 絶縁体
103 半導体層
104 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical field effect transistor structure and a method of manufacturing the same.
In particular, the present invention relates to a fine vertical field effect transistor constituting an LSI. The invention also relates to a double-gate vertical field-effect transistor having a gate electrode on both sides of a semiconductor layer.
[0002]
In particular, it is an object of the present invention to achieve both controllability on the shape of the gate electrode and controllability on the thickness of the semiconductor layer.
[0003]
[Prior art]
In a field-effect transistor formed on an insulating layer provided on a substrate such as a silicon wafer, a structure in which a main channel is formed in a plane substantially perpendicular to the upper surface of the substrate is disclosed by Hasegawa in Japanese Patent Application Laid-open No. FIG. 4 of JP-8670, FIG. 2 of JP-A-64-27270 by Mama, FIG. 1 of JP-A-2-263473 by Hisamoto, and JP-A 10-93093 by Yagishita. Have been.
[0004]
The structure will be described with reference to FIG. An
[0005]
In a conventional manufacturing method, first, a structure in which a rectangular
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
(First issue)
Since the positional relationship between the source / drain and the channel is different from that of a normal MOSFET, the layout pattern of the MOSFET in the LSI is not compatible with that of the conventional MOSFET. Therefore, the arrangement of the transistors in the LSI must be changed from the conventional one. In addition, since the source / drain shapes are different, ordinary methods cannot be applied to steps relating to source / drain formation, such as introduction of impurities and formation of silicide. To change the channel width, the height of the transistor must be changed. To mix transistors having various channel widths on one wafer, mix semiconductor layers having various heights. It is necessary, and as a result, irregular irregularities are generated in the wafer, so that processing becomes extremely difficult.
[0007]
Specifically, in a normal field-effect transistor, the channel is formed on the upper surface of the semiconductor layer, whereas in the structure of FIG. 50, the side surface of the rectangular
[0008]
Therefore, even in a vertical field-effect transistor in which the channel surface is substantially perpendicular to the substrate plane, a transistor structure in which the layout pattern is compatible with that of a conventional MOSFET is desired.
[0009]
(Second task)
To increase the channel width in a normal vertical field-effect transistor, it is necessary to increase the height of the semiconductor layer. As a result, there arises a problem that the unevenness of the element becomes large and processing becomes difficult. For example, it becomes difficult to uniformly introduce impurities in the vertical direction of the semiconductor layer. Further, it becomes difficult to keep the gate dimension uniform in the vertical direction of the semiconductor layer. This problem occurs even if the channel width is made simple, if the channel width is simply increased. Further, when the unevenness of the element becomes large, it becomes difficult to make the thickness of the semiconductor layer in which the channel is formed in the substrate plane direction uniform in the vertical direction of the semiconductor layer in which the channel is formed.
[0010]
In a normal transistor, the channel width can be changed by changing the width of an element to be formed. However, in the case of a vertical field effect transistor, it is necessary to change the height of the transistor in order to change the channel width. Therefore, when transistors having different channel widths are mixed in one LSI, transistors having different heights are mixed. In this case, it is necessary to mix different etching conditions and ion implantation conditions according to the channel width when manufacturing the device, and the processing becomes extremely complicated.
[0011]
Therefore, a transistor structure in which the transistor height does not change even when the channel width is increased, the unevenness of the element does not increase, and the transistors having different channel widths coexist is desired.
[0012]
(Third task)
In a normal vertical field effect transistor, the source / drain region is formed in the thin film region, so that the parasitic resistance of the source / drain region increases. Therefore, a vertical field effect transistor structure in which the parasitic resistance of the source / drain region is small is required.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a plurality of conduction paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source / source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conduction paths with the plurality of conduction paths interposed therebetween. A drain region is provided, and the two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths is provided via an insulating film. A gate electrode is provided, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conductive paths forms a channel forming region, and the gate electrode is formed of at least the plurality of conductive layers. The conductive paths are provided along the direction in which the conductive paths are arranged so as to straddle the central portion of the paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive paths are main conductive paths. I and,
The plurality of conduction paths are formed of semiconductor layer portions separated from each other by openings arranged in a predetermined direction in the semiconductor layer on the insulator,
The width of each of the openings in the arrangement direction is smaller at a position closer to the source / drain region than at a position substantially equidistant from the two source / drain regions.And a field-effect transistor.
[0021]
Further, according to the present invention, as the distance from the position where the gate electrode is arranged, the width of each of the openings in the arrangement direction has a constant slope and becomes narrower, and the shape of the projection of each of the openings on the substrate plane is reduced. The present invention relates to the field-effect transistor of the present invention, which is provided at least in part.
[0022]
The present invention also relates to the field-effect transistor according to the present invention, wherein the shape of each of the openings projected onto the plane of the substrate forms an arc at a position adjacent to the source / drain region.
[0023]
The present invention also relates to the field-effect transistor of the present invention, wherein each of the openings has a circular shape projected onto a substrate plane.
[0024]
Also, in the present invention, the projected shape of each of the openings on the plane of the substrate is substantially square, and is inclined by approximately 45 degrees with respect to the arrangement direction of the openings. Type transistor.
[0025]
Further, according to the present invention, in a cross section perpendicular to a conduction direction connecting the two source / drain regions and covered with a gate electrode, the height of the semiconductor layer forming each of the conduction paths is equal to the width of the semiconductor layer. The field effect transistor according to the present invention, which is the same as or larger than the above.
Further, according to the present invention, in a portion where a gate electrode is provided via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conductive paths, an upper portion of the semiconductor layer forming a conductive path is provided. An insulating film having a thickness greater than the thickness of the insulating film formed on both side surfaces of the semiconductor layer, and a gate electrode disposed above the thick insulating film; About.
Further, according to the present invention, in a portion where a gate electrode is provided via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conductive paths, an upper portion of the semiconductor layer forming a conductive path is provided. The present invention relates to the field effect transistor of the present invention, wherein a multilayer insulating film is provided, and a gate electrode is provided on the insulating film.
Further, according to the present invention, at least a part of the thick insulating film formed on the semiconductor layer forming each of the conduction paths is formed of Si. Three N Four The invention relates to the field effect transistor of the present invention, which is constituted by a film.
Further, according to the present invention, the insulator under the gate electrode is dug down, and the lower surface of the gate electrode on the dug down insulator is located below the lower surface of each semiconductor layer forming the conduction path. The present invention relates to a field-effect transistor of the present invention.
[0026]
Also, the present inventionA plurality of semiconductor conduction paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conduction paths with the plurality of conduction paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conductive paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conductive paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conductive paths forms a channel forming region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conductive paths. Are provided along the direction of arrangement of the conduction paths so that both sides of the semiconductor layer forming the conduction paths are the main conduction paths in each of the conduction paths. With aA method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
Forming a semiconductor layer on an insulator, providing at least one insulating mask film on the semiconductor layer, and forming an opening pattern in which openings are arranged in a predetermined direction in the mask film;Surround multiple arranged openingsPatterning the mask film so that a region remains; and patterning the semiconductor layer using the patterned mask film as a mask to form a semiconductor layer forming the conduction path and the source / drain regions. The present invention relates to a method for manufacturing a field-effect transistor, which is a feature of the present invention.
[0027]
Also, in the present invention, the opening pattern is a pattern in which extra openings are arranged at both ends in the opening arrangement direction, and in the step of patterning the mask film, the opening pattern is patterned so that the extra openings of the opening pattern do not remain. The present invention also relates to a method of manufacturing the above-described field-effect transistor of the present invention.
[0028]
Also, the present inventionA plurality of semiconductor conduction paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conduction paths with the plurality of conduction paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conductive paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conductive paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conductive paths forms a channel forming region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conductive paths. Are provided along the direction of arrangement of the conduction paths so that both sides of the semiconductor layer forming the conduction paths are the main conduction paths in each of the conduction paths. With aA method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
Forming a semiconductor layer on an insulator, providing at least one insulating mask film on the semiconductor layer, and depositing a second mask material on the mask film; Processing the second mask material into a rectangular shape to be arranged,ArrangeSecond mask materialEach of the two ends of the side perpendicular to the arrangement direction of the second mask material on the plane of projection onto the substrateOne endDepartmentCover certain areas including, Two extending in the arrangement direction of the second mask materialProviding a resist pattern, selectively etching both the resist pattern and the second mask material and exposing the exposed mask film so that the openings have an opening pattern arranged in a certain direction. Patterning a mask film; and patterning the semiconductor layer using the patterned mask film as a mask to form a semiconductor layer forming the conduction path and the source / drain region. And a method for manufacturing a type transistor.
[0029]
Also, the present inventionA plurality of semiconductor conduction paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conduction paths with the plurality of conduction paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conductive paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conductive paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conductive paths forms a channel forming region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conductive paths. Are provided along the direction of arrangement of the conduction paths so that both sides of the semiconductor layer forming the conduction paths are the main conduction paths in each of the conduction paths. With aA method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
Forming a semiconductor layer on an insulator, providing at least one kind of insulating mask film on the semiconductor layer, and providing a mask forming dummy pattern arranged on the mask film at a constant interval on the mask film; Depositing a second mask material on the mask forming dummy pattern and etching back the second mask material to form sidewalls of the second mask material around the mask forming dummy pattern, Removing the mask-forming dummy pattern to leave the sidewall on the mask film; and forming the sidewall.ArrangeSecond mask materialEach of the two ends of the side perpendicular to the arrangement direction of the second mask material on the plane of projection onto the substrateOne endDepartmentCover certain areas including, Two extending in the arrangement direction of the second mask materialProviding a resist pattern, selectively etching both the resist pattern and the second mask material and exposing the exposed mask film so that the openings have an opening pattern arranged in a certain direction. Patterning a mask film; and patterning the semiconductor layer using the patterned mask film as a mask to form a semiconductor layer forming the conduction path and the source / drain region. And a method for manufacturing a type transistor.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions are provided, these two source / drain regions are connected to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. Become a route,
A width of a semiconductor layer forming each conduction path in a direction parallel to a substrate surface in a cross section perpendicular to a conduction direction connecting the two source / drain regions is substantially equidistant from the two source / drain regions. The present invention relates to a field-effect transistor characterized in that the width of a position near a source / drain region is larger than the width of a position.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions are provided, these two source / drain regions are connected to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. Become a route,
The width in the direction parallel to the substrate surface of the semiconductor layer forming each conduction path in a cross section perpendicular to the conduction direction connecting the two source / drain regions is constant at a position covered by the gate electrode. At a position closer to the source / drain region than the gate electrode. A field-effect transistor having a structure that is larger than a width at a position covered by a gate electrode.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions are provided, these two source / drain regions are connected to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. Become a route,
The plurality of conductive paths are formed of semiconductor layer portions separated from each other by openings arranged in a predetermined direction in the semiconductor layer on the insulator,
The present invention relates to a field-effect transistor, wherein the conduction path and the source / drain region are made of a material integrally formed.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions are provided, these two source / drain regions are connected to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. Become a route,
The plurality of conductive paths are formed of semiconductor layer portions separated from each other by openings arranged in a predetermined direction in the semiconductor layer on the insulator,
The present invention relates to a field-effect transistor, in which a part of the opening which is in contact with a source / drain region is not covered with a gate electrode.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions are provided, these two source / drain regions are connected to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. Becomes a path, the plurality of conductive paths, a method of manufacturing a field-effect transistor made of a semiconductor layer portions separated from each other by an opening which is arranged and formed in a predetermined direction to the semiconductor layer on the insulator,
Providing a plurality of conductive paths connected to a common semiconductor region between the conductive paths and providing openings arranged in a single direction in a single semiconductor layer at positions where the conductive paths are separated from each other; And a method for manufacturing a field effect transistor.
Also, in the present invention, the width of each of the openings in the arrangement direction may be such that, in a portion adjacent to a position where the source / drain region is formed, each of the openings has a predetermined distance from the source / drain region. And a width in the arrangement direction of the field-effect transistor according to the present invention.
The present invention also relates to the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention, wherein the width of each of the openings in the arrangement direction is formed so as to be constant in a portion covered with the gate electrode.
[0030]
The present invention also provides a gate electrode or a dummy gate electrode that straddles a plurality of semiconductor layer portions separated from each other by an opening in a direction in which the openings formed in the semiconductor layer in the step of patterning the semiconductor layer are arranged. And a method of manufacturing the field-effect transistor according to the present invention.
[0031]
Further, according to the present invention, the impurity is introduced into the semiconductor layer portion forming the conduction path by depositing a material containing a high-concentration impurity on an inner wall of each opening formed in the semiconductor layer in the step of patterning the semiconductor layer. And a method of manufacturing the field-effect transistor according to the present invention, wherein the impurity is diffused from the material containing the high-concentration impurity into the semiconductor layer portion by heat treatment.
[0032]
Further, the present invention relates to the above-mentioned method for producing a field-effect transistor according to the present invention, wherein the insulator exposed in each opening formed in the step of patterning a semiconductor layer is etched to a predetermined depth. .
[0033]
Further, according to the present invention, the field effect transistor according to the present invention is characterized in that hydrogen annealing is performed on a side surface of the semiconductor layer exposed in each opening formed in the step of patterning the semiconductor layer. About the method.
[0034]
Further, according to the present invention, the side surface of the semiconductor layer exposed in each of the openings formed in the step of patterning the semiconductor layer is formed by
[0035]
Further, according to the present invention, the side surface of the semiconductor layer exposed in each opening formed in the step of patterning the semiconductor layer is covered with an insulating film, and a laser beam, the side surface of the semiconductor layer covered with the insulating film, or The present invention relates to the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, wherein the semiconductor layer forming the conduction path is melted, and the melted region is recrystallized.
[0036]
Further, according to the present invention, the side surface of the semiconductor layer exposed in each opening formed in the step of patterning the semiconductor layer is covered with an insulating film, and an electron beam is used to cover the side surface of the semiconductor layer covered with the insulating film, or The present invention relates to the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, wherein the semiconductor layer forming the conduction path is melted, and the melted region is recrystallized.
[0037]
Further, according to the present invention, the side surface of the semiconductor layer exposed in each opening formed in the step of patterning the semiconductor layer is covered with an insulating film, and an electric heater is used to cover the side surface of the semiconductor layer covered with the insulating film, or The present invention relates to the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, wherein the semiconductor layer forming the conduction path is melted, and the melted region is recrystallized.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions are provided, these two source / drain regions are connected to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. A method of manufacturing a field effect transistor having a structure in which a path,
Providing a first mask material on a semiconductor layer provided on the insulator;
Forming a dummy pattern on the first mask material, subsequently depositing a second mask material over the whole, and then etching it back to form sidewalls made of the second mask material around the dummy pattern. And subsequently removing the dummy pattern;
Patterning the first mask material using a side wall made of the second mask material remaining on the first mask material as a mask,
The semiconductor layer is etched using the first mask material and the second mask material remaining on the first mask material as a mask, and a shape in which a plurality of semiconductor conduction paths are arranged in a certain direction. And a method of manufacturing a field-effect transistor.
Further, according to the present invention, a plurality of conductive paths made of a semiconductor are arranged on an insulator in a fixed direction, and the source is arranged so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. / Drain regions, these two source / drain regions are connected so as to be conductive by the plurality of conduction paths, and an insulating film is formed in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A gate electrode is provided through the semiconductor layer, and a region where the gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode includes at least the plurality of gate electrodes. The conductive paths are provided along the direction of arrangement of the conductive paths so as to straddle the center of the conductive paths. In each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path are the main conductive paths. Become a route,
A width of a semiconductor layer forming each conduction path in a direction parallel to a substrate surface in a cross section perpendicular to a conduction direction connecting the two source / drain regions is substantially equidistant from the two source / drain regions. The present invention relates to a field-effect transistor characterized in that the width of a position near a source / drain region is larger than the width of a position.
Further, according to the present invention, a conduction path made of a semiconductor is arranged on an insulator, and source / drain regions are provided so as to face each other with the conduction path interposed therebetween. A gate electrode is provided through an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming the conduction path, which is connected so as to conduct, and a gate electrode is provided on both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path via the insulating film. The region where the gate electrode is formed forms a channel forming region, and the gate electrode is provided in a direction perpendicular to a direction connecting source / drain regions so as to straddle at least a central portion of the conduction path, In the conduction path, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are main conduction paths,
The width in the direction parallel to the substrate surface of the semiconductor layer forming each conduction path in a cross section perpendicular to the conduction direction connecting the two source / drain regions is larger than the width at the position covered by the gate electrode. The present invention relates to a field-effect transistor having a structure that is larger at a position closer to a source / drain region than an electrode.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
A typical device structure in the present invention will be described. 1 is a bird's-eye view of the device, and FIG. 2 is a top view of the device of FIG. 1 as viewed from directly above. 3 is a cross-sectional view in the A1-A1 'direction in FIGS. 1 and 2, FIG. 4 is a cross-sectional view in the B1-B1' direction, and FIG. 5 is a cross-sectional view in the C1-C1 'direction.
[0039]
As shown in FIG. 1, a buried insulating
[0040]
Portions of the
[0041]
It is noted that the combined portion of the source /
[0042]
Although not shown in FIG. 1, various insulators are buried in the
[0043]
Note that, in FIG. 1, the
[0044]
The dimensions of each part are as follows, for example. The thickness of the buried insulating
[0045]
However, the thickness of the buried insulating
[0046]
The width of the semiconductor layer sandwiched between the two
[0047]
The material of each part is as follows. The buried insulating
[0048]
In the figures, the gate length (the dimension of the gate electrode in the direction connecting two source / drain regions to be formed later; the dimensions in the B1-B1 'direction and the C1-C1' direction in FIGS. 1, 2 and 4 are equivalent). Is set so as not to fill the opening. For example, it is set to 150 nm. However, if the source / drain regions are provided so as to reach both ends of the
[0049]
A low-concentration impurity may be introduced into the semiconductor layer forming the channel formation region, or no impurity may be introduced at all. The impurities are, for example, boron, phosphorus and arsenic, and the concentration thereof is 1019cm-3Is less than. In order to obtain a fully depleted operation with excellent device characteristics, the concentration should be 1018cm-3It is desirable to be less than. When a material whose work function is suitable for controlling the threshold value is selected as a material of the gate electrode (metal such as Mo, W, Ta, metal nitride such as TiN, WN, platinum silicide, erbium silicide, SiGe Do not need to introduce impurities, and even if18cm-3Less than is good. In addition, the impurity concentration is set to a low concentration until the depletion layers extending from the channels on both side surfaces to the center of the semiconductor layer at least contact the gate electrode with a threshold voltage applied thereto, and the operating characteristics are improved. An excellent complete depletion operation can be achieved, and the effect of suppressing the short channel effect caused by the double gate structure can be enjoyed.
[0050]
Impurities having the same conductivity type as the channel conductivity type are introduced into the source /
[0051]
Since the potential of the channel formation region of this transistor is controlled by the gate electrodes provided on both side surfaces of the semiconductor layer forming the channel formation region, the controllability with respect to the potential of the channel formation region is high, and the short channel effect is suppressed. The characteristics of the element are improved. In addition, due to the electric field from the gate electrodes disposed on both sides of the semiconductor layer, the width of the semiconductor layer (see FIG. 4) is larger than the sum of the widths of two depletion layers formed from both sides of the semiconductor layer toward the inside of the semiconductor layer. 3 W3), The element can be operated in a fully depleted mode, so that the subthreshold characteristic (the degree to which the transistor turns off sharply when a gate voltage lower than the threshold voltage is applied) is improved, and the substrate floating effect is improved. (Abnormal operation due to accumulation of excess carriers in the semiconductor layer) is suppressed.
[0052]
When the insulating film on the semiconductor layer forming the
[0053]
Equivalent thickness (the equivalent thickness is obtained by dividing the thickness of the insulating film by the relative dielectric constant of the insulating film, and calculating the quotient obtained by dividing the thickness by a relative dielectric constant of the insulating film). SiO2Is multiplied by the relative permittivity of In the case where an insulating film having a large size is provided above the semiconductor layer forming the
[0054]
Here, the appropriate height h of the semiconductor layer forming the
[0055]
Further, as another typical structure, when the width of the semiconductor layer forming the
[0056]
In addition, this field effect transistor has a source / drain shape and a gate electrode shape of a substrate, although the channel is formed on a side surface of a semiconductor layer substantially perpendicular to the substrate plane as a main conduction path. The shape when projected onto the surface (FIG. 2) is the same as that of a normal field-effect transistor (FIG. 52). Also, the shape of the
[0057]
Further, the channel portion has a structure in which vertical transistors having a fixed height (typically 200 nm or less, preferably 120 nm or less, more preferably 60 nm or less) are connected in parallel, and the channel width is set to each conduction path. Therefore, even in a transistor having a large channel width, the height of the channel formation region is kept constant. In the case where transistors having different channel widths are mixed in a circuit, the number of conductive paths to be arranged may be simply changed, so that there is no need to change the height of the transistor, and there is no variation in the height of the transistor. In addition, since the height of the transistor can be kept at a certain value or less, even when impurities are introduced from above the semiconductor by impurity introduction means such as ion implantation, the impurity concentration is kept in the vertical direction perpendicular to the substrate plane of the semiconductor layer. Good uniformity. In addition, the uniformity of the gate dimension (particularly, the length in the direction connecting the two sources / drains, that is, the gate length) is good in the vertical direction of the semiconductor layer. Further, the thickness of the semiconductor layer in the substrate plane direction is excellent in the vertical direction. Therefore, the second problem can be solved. The uniformity of the impurity concentration in the vertical direction perpendicular to the substrate plane of the semiconductor layer, the gate dimension, and the thickness of the semiconductor layer in the substrate plane direction described above are improved as the semiconductor layer is thinner (the semiconductor in the channel portion is improved). Layer height hsiIs preferably 120 nm or less, more preferably 60 nm or less.
[0058]
In this field-effect transistor, gate electrodes are provided on both side surfaces of a semiconductor layer forming a channel formation region, so that a structure called a double gate structure is formed. This is a structure in which two gate electrodes are provided with a thin-film (typically 50 nm or less) semiconductor layer interposed therebetween. For example, Sekikawa, T. Sekikawa, Solid-State Electronics, Vol. 27, p. 827 (1984). 27, pp. 827, 1984), and by Tanaka in 1991, IEDM, Technical Digest, pp. 683-686 (T. Tanaka, 1991 IEEE, IEDM, pp. 683-686). ing. Sekikawa and Tanaka report that by employing a structure in which gate electrodes are formed above and below a semiconductor layer parallel to the substrate plane, the short channel effect is suppressed. However, a problem with this structure is that, in a structure in which gate electrodes are provided above and below a semiconductor layer, upper and lower gate electrodes cannot be formed simultaneously. For this reason, the position of the upper and lower gates cannot be determined in a self-aligned manner, and the position of the upper and lower gates is shifted, or the size of the upper and lower gates (particularly, the gate length, that is, the size of the gate in the direction connecting the source and the drain) is reduced. There is a problem that they cannot be aligned. The structure of the present embodiment realizes a double gate structure by providing gate electrodes on both side surfaces of the semiconductor layer, can suppress a short channel effect, and can easily form gate electrodes on both side surfaces simultaneously (for example, The displacement of the gates on both sides and the difference in dimensions can be greatly reduced as compared with the prior art.
[0059]
Next, an example in which the structure is partially changed in the first embodiment will be described. The top view of FIG. 6 shows an example in which the opening provided in the semiconductor layer is circular. FIG. 7 shows a structure in which notches are not provided in the semiconductor layer at both ends of the
[0060]
FIG. 8 shows that when the
[0061]
Although the case where the
[0062]
In the case where one of the source / drain regions is exclusively used as a source and the other is exclusively used as a drain, as in a CMOS-structured inverter, NAND gate, NOR gate, etc., in this specification, both are simply referred to. Called source / drain.
[0063]
(Embodiment 2)
Some modifications of the transistor of
[0064]
Between the two source /
[0065]
In addition, the form of the
[0066]
In the embodiments shown in FIGS. 27 to 31, 33, 34 and 46 to 49, in each case, the arrangement direction of the openings (perpendicular to the direction connecting the source / drain, Width W of opening (direction parallel to surface)spIs the value at the center of the opening (position equidistant from the two sources / drains) (W in FIG. 27).sp1) Near the source / drain region (for example, W in FIG. 27).sp2). Conversely, the width W of the
[0067]
The shape of the opening may be a square as shown in FIG. In this case, Wsi, WspAre both constant. In this case, there is a feature that the structure is simple and the manufacture is easy. Further, as described below, there is a feature that the
[0068]
Next, the
[0069]
In the structure having an opening between the gate end and the source / drain region (FIGS. 54 and 56), the side surface of the gate is separated from the side surface of the source / drain region by a distance corresponding to the opening. The
[0070]
Therefore, a structure in which at least a part of the source /
[0071]
In the structures shown in FIGS. 1, 6, 7, and 27 to 34, the channel plane is slightly inclined from the (100) plane (or equivalent plane) or the (100) plane (or equivalent plane). The openings are arranged in the [100] direction (or a direction equivalent thereto) so that they are plane. In the structure of FIGS. 46 to 49 in which one side of the square opening is inclined 45 degrees with respect to the arrangement direction of the openings, if the arrangement direction of the openings is set to the [110] direction (or a direction equivalent thereto). , The channel plane is formed in the (100) plane (or a direction equivalent thereto). When the channel plane is formed on the (100) plane or a plane slightly inclined from the (100) plane, excellent characteristics can be obtained in that the interface state is small and the mobility of the channel carrier is large. 46 to 49 relate to the same transistor, FIG. 46 shows the positional relationship between the opening and the gate electrode, FIG. 47 is a top view after forming contacts with the source / drain and the gate, and FIG. FIG. 49 is a bird's-eye view of the layer shape, and FIG. 49 is a bird's-eye view after the gate electrode is formed. In FIG. 49, the gate insulating film is omitted to make the drawing easier to see. FIG. 49 shows a case where the
[0072]
Note that the shapes of the various openings and the source / drain connection described in the present embodiment can be applied to the various forms described in the first embodiment. In addition, the various openings and the source / drain connection portions described in this embodiment have the shape of a transistor in which an insulating film having the same thickness as a side surface of a channel formation region is provided above a channel formation region; The present invention can be applied to a transistor having an insulating film thicker than the side surface of the channel formation region, and a transistor having a multilayer insulating film above the channel formation region.
[0073]
(Embodiment 3)
Next, a manufacturing method for forming the field-effect transistors of
[0074]
100 nm
[0075]
Next, a resist pattern is provided to cover a predetermined area including the pattern in which the openings are arranged (for example, a range surrounded by a dotted line A9 in FIG. 9).3N4The
[0076]
Also, following the etching of silicon,
[0077]
Further, after the
[0078]
Further, after the semiconductor layer is exposed, a heat treatment step for flattening and cleaning the side surface of the exposed semiconductor layer before forming the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer may be added. For example, hydrogen annealing is performed. Typical hydrogen annealing conditions are 10 to 50,000 Pa, 850 to 1100 ° C., and about 5 to 60 minutes. However, when the distance between the openings is small and the thickness of the semiconductor layer in the plane direction of the substrate is small, the heat treatment may be performed in a shorter time or at a lower temperature to avoid aggregation of the semiconductor layer. Further, another gas such as HCl may be mixed in a hydrogen atmosphere.
[0079]
Further, after the
[0080]
After the
[0081]
Next, the SiO2An insulating film for forming the dummy
[0082]
When the replacement gate process is not performed, the
[0083]
In this step (the process leading to FIG. 11), the dummy
[0084]
Then Si3N4RIE is performed under conditions having selectivity to the film to remove the dummy gate insulating film other than the portion under the dummy gate electrode, and then a PSG (phosphor glass)
[0085]
FIG. 14 shows a case where the width of the opening in the source / drain direction is large, and the opening is not completely filled with PSG. In this case, however, the adhesion of PSG to the inner wall of the opening is guaranteed. There is no. FIG. 15 is a top view in a state corresponding to FIG. N due to thermal diffusion from PSG+FIG. 16 shows a cross-sectional view at a position corresponding to the cross section taken along line B10-B10 'in a state where the mold source /
[0086]
In the case of a p-channel transistor, a diffusion source of a p-type impurity such as BSG (boron glass) is used instead of PSG. Also in the case of an n-channel transistor, an n-type impurity diffusion source (for example, arsenic glass) other than PSG may be used instead of PSG. In addition, BPSG (boron, phosphorus glass) containing both boron as a p-type impurity and phosphorus as an n-type impurity, in which one of boron and phosphorus is increased, is replaced with a p-type or n-type transistor, respectively. May be used for the production of
[0087]
Source / drain regions are formed in the semiconductor layer on both sides of the gate electrode and portions away from the opening by a normal process. For example, by ion implantation, plasma doping, or the like, an n-type transistor is highly doped with an n-type impurity in the case of an n-channel transistor, and19cm-3Above, preferably 1 × 1020cm-3~ 3 × 1020cm-3). As the n-type impurity, an impurity forming a donor such as phosphorus or arsenic is used, and as the p-type impurity, an impurity forming an acceptor such as boron is used. Further, the source / drain regions may be epitaxially grown or may be silicided to reduce parasitic resistance.
[0088]
The
[0089]
After the deposition of PSG and etch back, the SiO2Is deposited to form an
[0090]
Thereafter, openings (openings for forming the
[0091]
After the dummy gate insulating film is removed by RIE, the surface of the semiconductor layer forming the channel formation region is removed by dry etching in order to remove damage and contamination generated in the semiconductor layer when the dummy gate insulating film is removed by RIE. A part may be removed. For the dry etching at this time, isotropic etching is preferable. As an etching gas, Cl2, CF4, CHF3, HCl or the like may be used. At the same time as performing the dry etching here, the semiconductor layer forming the channel formation region may be etched from both sides for the purpose of making the semiconductor layer thinner. For example, the thickness may be reduced until the width of the semiconductor layer becomes about 5 to 10 nm in order to suppress the short channel effect.
[0092]
Of course, in the step of forming the dummy
[0093]
Further, after the semiconductor layer is exposed, a heat treatment step for flattening and cleaning the side surface of the exposed semiconductor layer before forming the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer may be added. For example, hydrogen annealing is performed. Typical hydrogen annealing conditions are 10 to 50,000 Pa, 850 to 1100 ° C., and about 5 to 60 minutes. However, especially when the distance between the openings is small and the semiconductor layer is thin, heat treatment may be performed in a shorter time or at a lower temperature to avoid aggregation of the semiconductor layer. Further, another gas such as HCl may be mixed in a hydrogen atmosphere.
[0094]
In the case where the width of the source / drain connection is large (for example, the structure shown in FIGS. 6 and 46 to 49), the impurity is introduced into the source / drain connection by performing normal ion implantation from above. May be. When ions are implanted into the source / drain connection from above, it is preferable to remove the
[0095]
In the case where ions are implanted into the source / drain region and the source / drain connection portion from above, ion implantation with different energies may be repeated a plurality of times in order to make the impurity concentration perpendicular to the substrate plane uniform.
[0096]
In the method of manufacturing a field-effect transistor described above, the mask layer (here, Si3N4The film is provided with a pattern in which extra openings are arranged in advance, and then the element layer is formed by patterning the
[0097]
Further, in the manufacturing method according to the present embodiment, a mask layer (here, SiO 2) is formed above the semiconductor layer in the channel formation region.2Layer and Si3N4Since the two-layer film is provided, the semiconductor layer in the channel formation region is not damaged during the etching of the gate electrode (or the dummy gate electrode). The material of the mask layer may be any material as long as the entire mask layer is etched during the etching of the gate and does not disappear. For example, SiO2Layer, Si3N4It is only necessary to select a material such as a layer that is not or hardly etched when the gate electrode or the dummy gate electrode is etched.
[0098]
After removing the dummy gate electrode and the dummy gate insulating film, an insulating sidewall material, for example, a second Si having a thickness of 5 nm is formed.3N4A film is deposited on the entire surface by CVD, and then the insulating material is etched back by RIE to form a sidewall made of the insulating material in a slit obtained by removing the dummy gate electrode and the dummy gate insulating film. May be added. At this time, when both the semiconductor layer forming the channel formation region and the dummy gate electrode have substantially vertical side surfaces, the height of the dummy gate electrode (the height from the lowermost end to the uppermost end in contact with the buried oxide film) ) Is at least twice as large as the semiconductor layer forming the channel formation region, the insulating sidewall material (here, the second Si3N4By performing RIE on the film) at least as thick as the thickness of the semiconductor layer forming the channel formation region, an insulating sidewall material (here, the second Si3N4There is no film, and only the inner wall of the slit has an insulating side wall material (here, the second Si3N4Film). When the side wall made of an insulating material is provided on the inner wall of the slit, the semiconductor in the slit can be cleaned or etched without damaging the material adjacent to the slit (here, PSG). For example, in order to remove contamination on the side surface of the semiconductor layer, or the width W of the semiconductor layer.siIn order to reduce the thickness, the semiconductor side surface is once thermally oxidized (10 times or less the gate oxide film thickness for the purpose of removing contamination, and there is no particular range for the purpose of thinning. This is called sacrificial oxidation), which is called dilute hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid such as SiO2Even if a step (sacrificial oxide film removing step) is performed by using an etchant, the both sides of the slit are covered with the insulating side wall material, so that damage to the material (PSG in this case) on both sides of the slit is small.
[0099]
As a method of providing a side wall on the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11), the height h of the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11) from the surface of the buried insulating layer in the opening formed in the semiconductor layer is used.gIs the height t of the semiconductor layer from the surface of the buried insulating layer.SiAfter forming the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11) on the structure of FIG. 10, the insulating side wall material is coated so as to cover the surface of the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11). Is deposited, and thensiAbove, (hg-TSiBy etching back over a thickness of less than), a side wall can be formed on the side surface of the gate electrode at a position from the lower end of the gate electrode to the height of the upper end of the semiconductor layer.
[0100]
However, in the method of forming an insulating sidewall on the inner wall of the slit described in the present embodiment and the method of forming an insulating sidewall on the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11) also described in the present embodiment, FIG. At the time when the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11) is formed on the structure, both side surfaces of the gate electrode 5 (or the dummy gate electrode 11) cannot be completely covered with the insulating side walls (the former method uses this method). The side wall of the gate electrode is partially exposed in the latter method). Therefore, when the semiconductor material is epitaxially grown on the source / drain regions, there is a problem that the semiconductor material also epitaxially grows on the side surfaces of the gate electrode. A solution to this problem is described in
[0101]
Note that each step in this embodiment can be used for manufacturing the field-effect transistor described in
[0102]
Further, the film thickness, dimensions, and material of each part in the present embodiment may be appropriately changed according to the description of the first and second embodiments.
[0103]
(Embodiment 4)
A method different from the method described at the end of Embodiment 33N4A method for forming the side wall will be described with reference to FIGS. 20 to 22 correspond to the section taken along line B10-B10 'in FIG. 10, and FIGS. 23 to 25 correspond to the vicinity of the
[0104]
First, a case where a sidewall is provided in the
[0105]
When the gate sidewall is provided in this manner, when various processes (ion implantation, silicidation, epitaxial growth of semiconductor) are performed on the source / drain region after the formation of the dummy gate electrode, the gate electrode and the lower portion of the gate electrode are removed. Can be protected. In addition, since the oxide film and the PSG film are not exposed after removing the dummy gate electrode, the removal of the dummy gate oxide film can be performed by wet etching, and damage to the semiconductor layer forming the channel formation region is reduced. . In addition, when the dummy gate is removed and the slit is formed, the peripheral portion of the gate electrode protected by the gate sidewall remaining on the inner wall of the slit is not affected by wet etching, so that the semiconductor layer forming the channel formation region is thinned. This can be performed by sacrificial oxidation and subsequent wet etching of the sacrificial oxide film, and damage to the semiconductor layer forming the channel formation region (particularly damage due to etching) is reduced.
[0106]
When the dummy gate electrode is not formed, the invention of the present embodiment may be similarly applied to a gate electrode provided in place of the dummy gate electrode. When various processes (ion implantation, silicidation, epitaxial growth of a semiconductor) are performed on the source / drain regions after the formation of the gate electrode, the gate electrode and the lower portion of the gate electrode can be protected.
[0107]
(Embodiment 5)
Without providing the PSG film, impurities may be introduced into the semiconductor layer adjacent to the opening by a normal impurity introduction process other than solid-phase diffusion from the PSG film, such as ion implantation or plasma doping. In this case, after the impurities are introduced, SiOG is used instead of PSG.2, Si3N4What is necessary is just to deposit an insulating material such as.
[0108]
(Embodiment 6)
Instead of providing a PSG film in the opening, after providing an insulating film side wall on the
[0109]
When the selective epitaxial growth is performed, if the upper part of the source / drain region is exposed, the epitaxial growth proceeds upward also to the upper part of the source / drain region. If the upper portion of the source / drain region is covered with the
[0110]
To form the source / drain regions, first, after selective epitaxial (or polycrystalline, amorphous) growth, for example, a third CVD oxide film is deposited thickly (for example, 200 nm) on the entire surface and etched back to form a source / drain connection portion. Of these, a thick gate side wall (third CVD oxide film in this case) is provided to cover a part near the gate electrode (or dummy gate electrode) or the entire source / drain connection (the form is similar to the side wall of the PSG film). However, the removal of the mask film on the semiconductor layer may be performed before or after the formation of the CVD oxide film sidewall), and then the source / drain regions are formed using the thick gate sidewall (here, the third CVD oxide film) as a mask. , For example, ion implantation may be performed. Here, at least a part of the source / drain connection portion near the gate electrode (or the dummy gate electrode) is covered because the source / drain connection portion in this region is formed of a semiconductor layer having a small thickness in the substrate plane direction. This is to protect this portion from ion implantation because it is vulnerable to ion implantation damage.
[0111]
When it is necessary to form both an n-channel and a p-channel MOS in a circuit having a CMOS configuration, a resist is applied to a region where a transistor of the second channel type is formed, so that a transistor of the first channel type is formed. Only the steps related to the formation of the gate side wall and the exposure of the semiconductor layer (FIGS. 21, 22, 24, and 25) are carried out only for the epitaxial growth on the source / drain region connection and the formation of the source / drain. A series of steps are performed (however, the resist is once removed before the step of forming the shape of FIG. 20 and is provided again before the step of forming the shape of FIG. 21. Alternatively, the shape of FIG. After forming a transistor, the whole is covered with a thin CVD oxide film, for example, 10 nm in thickness, and then each channel is formed. Each time to build a type of transistor, a thin CVD oxide film formed on the surface of the transistor forming region of each channel type is removed, may be performed a step of preparing a 22 subsequent shape.). Thereafter, the whole is covered with a fourth CVD oxide film (there is no limitation on the film thickness; it may be as thin as about 10 nm, or may be as thick as about 200 nm to 500 nm in order to obtain flatness. The region in which the first channel type transistor is formed is covered with a resist, and the steps after the step of forming the shape of FIG. 21 (if the shape of FIG. 20 is separately formed for both channel types, (The step of forming the shape shown in FIG. 20 is also performed.)
[0112]
The manufacturing method of this embodiment may be used for manufacturing a vertical field-effect transistor (for example, the shape shown in FIG. 50) in which channel formation regions are not arranged in parallel (FIG. 40). Each manufacturing process is the same as the above-described manufacturing method described in the sixth embodiment, except that the semiconductor is patterned in such a manner that an element region including a single current path is formed (broken line portion in FIG. 40).
[0113]
(Embodiment 7)
When the manufacturing method of
[0114]
In this case, a shape having a rectangular opening as shown in FIG. 32 can be formed as follows. One example will be described with reference to FIGS. 100 nm
[0115]
In the step of FIG. 41, the purpose of removing the
[0116]
In addition, the
[0117]
When removing one or a plurality of the
[0118]
Next, an embodiment for forming a thinner channel forming region will be described with reference to FIGS. As in the embodiment of FIGS. 41 to 43, a 100 nm thick SiO2An SOI (silicon-on-insulator) substrate having a buried insulating
[0119]
In the steps described with reference to FIGS. 44 and 45, the width of the semiconductor layer forming the channel formation region is determined when the
[0120]
Here, the
[0121]
Each of the manufacturing methods described in the seventh embodiment with reference to FIGS. 41 to 45 does not perform the sidewall formation on the gate electrode described in the fourth embodiment or the source / drain connection described in the sixth embodiment. May be applied when the selective epitaxial growth is not performed. Further, it may be used for a case where a rectangular opening is provided as shown in FIG.
[0122]
Further, the respective manufacturing methods described with reference to FIGS. 41 to 45 in the seventh embodiment are replaced with the steps of providing a mask film in which openings are arranged in the respective embodiments described in the third and fifth embodiments. May be. However, it is not suitable when the boundary of the opening has a circular arc, when the opening is circular, or when the boundary of the opening is greatly inclined (specifically, near 45 degrees) with respect to the arrangement direction of the openings.
[0123]
【The invention's effect】
Although this field-effect transistor is a transistor having a channel formed on a side surface of a semiconductor layer substantially perpendicular to the substrate plane as a main conduction path, the shapes of the source / drain regions and the gate electrode are formed on the substrate surface. The shape when projected is the same as that of a normal field-effect transistor. The shape of the element region is the same as that of a normal field-effect transistor except for the arrangement of the openings crossing the center. Therefore, the contact with the source / drain region and the contact with the gate electrode can be formed by the same pattern and the same process as those of a normal field-effect transistor. Also, the source / drain regions are the same as ordinary SOI field-effect transistors except for the opening near the gate electrode. Therefore, the source / drain regions are formed to form source / drain regions, silicide, or reduce the resistance. In a step of epitaxially growing a semiconductor layer on a drain region, a process similar to that for a conventional field-effect transistor can be used. Therefore, except for adding an opening arrangement portion, almost the same pattern as that of a normal transistor can be used, and the formation of the opening and the processing around the opening (for example, processing of the gate electrode) are excluded. In a process (for example, formation of a contact to a gate and a source / drain), a feature is that the same process as that for a conventional field-effect transistor can be used.
[0124]
The channel formation region of this transistor is composed of a plurality of semiconductor regions connecting the source and the drain, and has a height h of the plurality of semiconductor layers.3Is the width W of the semiconductor layer in the opening arrangement direction.3Equal to or greater than. Since the potential of the channel formation region is controlled by the gate electrodes provided on both side surfaces of the semiconductor layer forming the channel formation region, the potential of the channel formation region can be easily controlled. Also, the width W of the semiconductor layer3Is smaller than the sum of the widths of the two depletion layers on both sides formed in the semiconductor layer by the electric field from the gate electrodes disposed on both sides, so that the element can be operated in a fully depleted mode. And subthreshold characteristics (the degree to which a transistor turns off sharply when a gate voltage lower than the threshold voltage is applied) are improved, and the substrate floating effect (abnormal operation due to accumulation of excess carriers in the semiconductor layer) is suppressed. Is done.
[0125]
Also, the height h of the semiconductor layer3And the width W of the semiconductor layer3, The sum of the channel widths on both side surfaces (vertical direction in the cross section in FIG. 3) is twice the width of the channel formed on the upper surface of the semiconductor layer (horizontal direction in the cross section in FIG. 3). Height of semiconductor layer h3Is the width W of the semiconductor layer3If it is larger, the sum of the channel widths on both side surfaces (vertical direction in the cross section in FIG. 3) is twice or more as large as the width of the channel formed on the upper surface of the semiconductor layer (horizontal direction in the cross section in FIG. 3). Can be the dominant channel.
[0126]
When an opening is provided in the semiconductor layer, a structure in which the buried insulating layer is dug down to a certain depth in the opening and the gate electrode reaches a position slightly lower than the lower end of the semiconductor layer is used. Leakage current can be suppressed at a position below the semiconductor layer corresponding to an element region end in the effect transistor.
[0127]
In the manufacturing method of the present invention, a mask material (here, Si3N4Since a pattern in which openings are arranged is provided in advance on the film, and then the
[0128]
In the manufacturing method of the present invention, a mask layer (here, Si3N4Layer), the semiconductor layer in the channel formation region is not damaged during the etching of the gate.
[0129]
In the manufacturing method of the present invention, after removing the dummy gate electrode and the dummy gate insulating film, the second Si3N4A film is deposited by CVD, and a step of etching back by RIE is added to form a side wall. At this time, when both the semiconductor layer serving as a channel formation region and the dummy gate have substantially vertical side surfaces, the height of the dummy gate (the height from the lowermost edge to the uppermost edge in contact with the buried oxide film) is increased. If the thickness is at least twice as large as that of the semiconductor layer to be the channel formation region,3N4By performing RIE on the film at least as thick as the thickness of the semiconductor layer serving as a channel formation region, Si3N4There is no film side wall, and only the inner wall of the slit obtained by removing the dummy gate has an insulating side wall material (here, the second Si3N4Film).
[0130]
In the present invention, in the case of an n-channel transistor, PSG is adhered to the inner wall of the opening, high-concentration phosphorus is diffused from the PSG into the semiconductor region adjacent to the opening, and high-concentration phosphorus is applied to the semiconductor layers on both sides of the gate electrode. Phosphorus can be introduced. In the case of a p-channel transistor, a similar effect can be obtained by using a p-type impurity diffusion source such as BSG instead of PSG. Also in the case of an n-channel transistor, a similar effect can be obtained by replacing a p-type impurity diffusion source (for example, arsenic glass) other than PSG with PSG.
[0131]
In the manufacturing method of the present invention, hydrogen annealing is performed before the formation of the gate insulating film, so that the surface of the semiconductor layer forming the channel formation region can be planarized.
[0132]
According to the present invention, it is possible to form a sidewall on a dummy gate electrode or a gate electrode of a vertical field effect transistor FET, and to form various sidewalls on a source / drain region after forming a dummy gate electrode or after forming a gate electrode. When performing processing (ion implantation, silicidation, epitaxial growth of a semiconductor), the gate electrode and the lower portion of the gate electrode can be protected. Further, since the oxide film is not exposed after removing the dummy gate, the removal of the dummy gate oxide film can be performed by wet etching, and damage to the semiconductor layer forming the channel formation region is reduced. Further, at the time when the slit is formed by removing the dummy gate, the peripheral portion of the gate electrode protected by the sidewall remaining on the inner wall of the slit is not affected by wet etching, so that the semiconductor layer forming the channel formation region is thinned. At this time, it can be performed by sacrificial oxidation and subsequent wet etching of the sacrificial oxide film, and damage to the semiconductor layer forming the channel formation region (particularly, damage due to etching) is reduced.
[0133]
When a dummy gate is not formed, the invention of this embodiment may be applied to a gate electrode instead of the dummy gate. When various processes (ion implantation, silicidation, epitaxial growth of a semiconductor) are performed on the source / drain region after the gate is formed, the gate electrode and the lower portion of the gate electrode can be protected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a bird's-eye view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a bird's-eye view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a bird's-eye view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a top view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a top view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 35 is a top view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 38 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 39 is a bird's-eye view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a top view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 43 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 44 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 45 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 46 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 47 is a top view showing the embodiment of the present invention.
FIG. 48 is a bird's-eye view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 49 is a bird's-eye view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 50 is a bird's-eye view illustrating a conventional technique.
FIG. 51 is a top view for explaining the effect of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 52 is a top view showing a conventional element structure.
FIG. 53 is a cross-sectional view for explaining the element structure of the present invention.
FIG. 54 is a top view illustrating the effect of the present invention.
FIG. 55 is a top view illustrating the effect of the present invention.
FIG. 56 is a cross-sectional view illustrating an effect of the present invention.
FIG. 57 is a cross-sectional view illustrating an effect of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Silicon substrate
2 buried insulating layer
3 Semiconductor layer
4 Source / drain regions
5 Gate electrode
6 Gate insulating film
7 Channel formation area
8 Pad oxide film
9 Si3N4film
10 opening
11 Dummy gate electrode
12 PSG film
13 Interlayer insulation film
14 Gate insulating film
15 element area
16 source / drain contacts
17 Gate contact
18 Dummy gate insulating film
19 Opening formation area
20 Second Si3N4film
21 Second SiO2film
22 First sidewall
23 Interlayer insulating film
24 metal wiring
31 Conduction path placement area
32 source / drain connection
33 conduction path
34 Opening arrangement area
35 One conduction path
36 Capacitance between gate side and source / drain side
41 Second mask material
42 Range of resist pattern (formation area)
43 Second Mask Forming Dummy Pattern
44 Range of resist pattern (formation area)
101 semiconductor substrate
102 Insulator
103 Semiconductor layer
104 Gate insulating film
105 Gate electrode
Claims (33)
前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分より成り、
前記の各開口部の配列方向の幅は、二つのソース/ドレイン領域からほぼ等距離の位置の幅より、ソース/ドレイン領域に近い位置の幅が小さいことを特徴とする電界効果型トランジスタ。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths,
The plurality of conduction paths are formed by semiconductor layer portions separated from each other by openings arranged in a predetermined direction in the semiconductor layer on the insulator,
A field-effect transistor wherein the width of each opening in the arrangement direction is smaller at a position closer to the source / drain region than at a position substantially equidistant from the two source / drain regions.
【請求項10】ゲート電極下部の絶縁体が掘り下げられ、この掘り下げられた絶縁体上のゲート電極の下面が、前記伝導経路を成す各半導体層の下面より下に位置することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。8. The field effect transistor according to claim 7 , wherein at least a part of the thick insulating film formed on the semiconductor layer forming each of the conduction paths is made of a Si 3 N 4 film. .
10. The insulator under the gate electrode is dug down, and the lower surface of the gate electrode on the dug down insulator is located lower than the lower surface of each semiconductor layer forming the conduction path. Item 6. The field-effect transistor according to any one of Items 1 to 5.
絶縁体上に半導体層を形成し、該半導体層上に少なくとも一種の絶縁性のマスク膜を設ける工程と、該マスク膜に開口が一定方向に配列した開口パターンを形成する工程と、配列した複数の開口を囲む領域が残るように前記マスク膜をパターニングする工程と、パターニングされたマスク膜をマスクとして前記半導体層をパターニングし、前記伝導経路および前記ソース/ドレイン領域を成す半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. Are provided along the direction in which the conductive paths are arranged, and in each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive paths serve as main conductive paths. A method of manufacturing a field effect transistor having a
Forming a semiconductor layer on the insulator, providing at least one insulating mask film on the semiconductor layer, forming an opening pattern in which openings are arranged in a predetermined direction in the mask film; Patterning the mask film so that a region surrounding the opening remains, and patterning the semiconductor layer using the patterned mask film as a mask to form a semiconductor layer forming the conduction path and the source / drain regions A method for manufacturing a field-effect transistor, comprising:
絶縁体上に半導体層を形成し、該半導体層上に少なくとも一種の絶縁性のマスク膜を設ける工程と、第二のマスク材料を前記マスク膜の上に堆積する工程と、一定の間隔を隔てて配列する矩形状に前記第二のマスク材料を加工する工程と、配列する第二のマスク材料よりなるパターンに対し、基板への投影面において第二のマスク材料の配列方向と垂直な辺の両端のうちそれぞれ一方の端部を含む一定の領域を覆う、第二のマスク材料の配列方向に延在した二つのレジストパターンを設け、該レジストパターン及び第二のマスク材料の両者に対して選択的に、露出している前記マスク膜をエッチングすることにより、開口が一定方向に配列した開口パターンを有するように前記マスク膜をパターンニングする工程と、パターニングされたマスク膜をマスクとして前記半導体層をパターニングし、前記伝導経路および前記ソース/ドレイン領域を成す半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. Are provided along the direction in which the conductive paths are arranged, and in each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive paths serve as main conductive paths. A method of manufacturing a field effect transistor having a
Forming a semiconductor layer on an insulator, providing at least one insulating mask film on the semiconductor layer, and depositing a second mask material on the mask film; Processing the second mask material into a rectangular shape to be arranged, and a pattern of the second mask material to be arranged, with respect to a side perpendicular to the arrangement direction of the second mask material on the plane of projection onto the substrate. Providing two resist patterns extending in the direction of arrangement of the second mask material, covering a certain area including one end of each of both ends, and selecting both the resist pattern and the second mask material. Patterning the mask film so that the openings have an opening pattern arranged in a predetermined direction by etching the exposed mask film; and Film patterning the semiconductor layer as a mask, the conductive path and field effect method for producing a transistor, characterized in that it comprises a step of forming a semiconductor layer forming the source / drain regions.
絶縁体上に半導体層を形成し、該半導体層上に少なくとも一種の絶縁性のマスク膜を設ける工程と、一定の間隔を隔てて配列するマスク形成用ダミーパターンを前記マスク膜上に設ける工程と、前記マスク形成用ダミーパターン上に第二のマスク材料を堆積し、第二のマスク材料をエッチバックすることにより、マスク形成用ダミーパターン周辺に第二のマスク材料の側壁を形成し、続いてマスク形成用ダミーパターンを除去して、マスク膜上に前記側壁を残存させる工程と、前記側壁を構成する配列する第二のマスク材料よりなるパターンに対し、基板への投影面において第二のマスク材料の配列方向と垂直な辺の両端のうちそれぞれ一方の端部を含む一定の領域を覆う、第二のマスク材料の配列方向に延在した二つのレジストパターンを設け、該レジストパターン及び第二のマスク材料の両者に対して選択的に、露出している前記マスク膜をエッチングすることにより、開口が一定方向に配列した開口パターンを有するように前記マスク膜をパターンニングする工程と、パターニングされたマスク膜をマスクとして前記半導体層をパターニングし、前記伝導経路および前記ソース/ドレイン領域を成す半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. Are provided along the direction in which the conductive paths are arranged, and in each of the conductive paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive paths serve as main conductive paths. A method of manufacturing a field effect transistor having a
Forming a semiconductor layer on an insulator, providing at least one insulating mask film on the semiconductor layer, and providing a mask forming dummy pattern arranged on the mask film at regular intervals on the mask film; Depositing a second mask material on the mask forming dummy pattern and etching back the second mask material to form sidewalls of the second mask material around the mask forming dummy pattern, Removing the dummy pattern for mask formation and leaving the side wall on the mask film; and forming a second mask on a projection surface onto a substrate with respect to a pattern made of a second mask material arranged to form the side wall. Two resist patterns extending in the direction in which the second mask material is arranged, covering a certain area including one end of each of both ends of the side perpendicular to the direction in which the material is arranged. By selectively etching the exposed mask film with respect to both the resist pattern and the second mask material, the mask film is formed such that the openings have an opening pattern arranged in a certain direction. Patterning, and patterning the semiconductor layer using the patterned mask film as a mask to form a semiconductor layer forming the conduction path and the source / drain regions. Production method.
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路を成す半導体層の基板面に平行な方向における幅は、前記二つのソース/ドレイン領域からほぼ等距離の位置の幅より、ソース/ドレイン領域に近い位置の幅が大きいことを特徴とする電界効果型トランジスタ。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths,
A width of a semiconductor layer forming each conduction path in a direction parallel to a substrate surface in a cross section perpendicular to a conduction direction connecting the two source / drain regions is substantially equidistant from the two source / drain regions. A field-effect transistor, wherein a width near a source / drain region is larger than a width between positions.
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路を成す半導体層の基板面に平行な方向における幅は、ゲート電極に覆われた位置においては一定であり、ゲート電極よりもソース/ドレイン領域に近い位置においてゲート電極に覆われた位置における幅より大きくなる構造を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths,
The width in the direction parallel to the substrate surface of the semiconductor layer forming each conduction path in a cross section perpendicular to the conduction direction connecting the two source / drain regions is constant at a position covered by the gate electrode. A field-effect transistor having a structure in which the width is larger at a position closer to the source / drain region than at the gate electrode, at a position covered by the gate electrode.
前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分よりなり、
前記伝導経路と前記ソース/ドレイン領域が一体的に形成された材料よりなることを特徴とする電界効果トランジスタ。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths,
The plurality of conduction paths are formed of semiconductor layer portions separated from each other by openings arranged in a predetermined direction in the semiconductor layer on the insulator,
A field-effect transistor, wherein the conduction path and the source / drain region are formed of a material integrally formed.
前記複数の伝導経路は、前記絶縁体上の半導体層に一定方向に配列形成された開口部により互いに分離された半導体層部分よりなり、
該開口のうち、ソース/ドレイン領域に接する一部の領域が、ゲート電極に覆われないことを特徴とする電界効果トランジスタ。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths,
The plurality of conduction paths are formed of semiconductor layer portions separated from each other by openings arranged in a predetermined direction in the semiconductor layer on the insulator,
A field-effect transistor, wherein a part of the opening that is in contact with the source / drain region is not covered with the gate electrode.
前記複数の伝導経路が各伝導経路間で共通した半導体領域に接続し、伝導経路間が互いに分離される位置に、単一の半導体層に一定方向に配列形成された開口部を設ける工程を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths, Serial plurality of conductive paths, a method of manufacturing a field-effect transistor made of a semiconductor layer portions separated from each other by an opening which is arranged and formed in a predetermined direction to the semiconductor layer on the insulator,
Providing a plurality of conductive paths connected to a semiconductor region common to the conductive paths and providing openings arranged in a single direction in a single semiconductor layer at positions where the conductive paths are separated from each other; A method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路をなす半導体層の基板面に平行な方向における幅は、前記二つのソース/ドレイン領域からほぼ等距離の位置の幅より、ソース/ドレイン領域に近い位置の幅が大きいことを特徴とする電界効果型トランジスタ。A plurality of semiconductor conductive paths are arranged on the insulator in a predetermined direction, and source / drain regions are provided so as to face each other in a direction perpendicular to the arrangement direction of the conductive paths with the plurality of conductive paths interposed therebetween. The two source / drain regions are connected so as to be electrically connected by the plurality of conduction paths, and a gate electrode is formed via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming each of the conduction paths. A region in which a gate electrode is formed via an insulating film on both side surfaces of the semiconductor layer forming each of the conduction paths forms a channel formation region, and the gate electrode is at least a central portion of the plurality of conduction paths. So as to straddle, provided along the arrangement direction of these conduction paths, in each of the conduction paths, both side surfaces of the semiconductor layer forming the conduction path are the main conduction paths,
The width of the semiconductor layer forming each conduction path in a direction parallel to the substrate surface in a cross section perpendicular to the conduction direction connecting the two source / drain regions is substantially equidistant from the two source / drain regions. A field-effect transistor, wherein a width near a source / drain region is larger than a width between positions.
前記二つのソース/ドレイン領域を結ぶ導通方向に対して垂直な断面における前記の各伝導経路をなす半導体層の基板面に平行な方向における幅は、ゲート電極に覆われた位置における幅より、ゲート電極よりもソース/ドレイン領域に近い位置においてより大きくなる構造を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。A conduction path made of a semiconductor is arranged on an insulator, and source / drain regions are provided so as to face each other with the conduction path interposed therebetween, and these two source / drain regions are connected so as to conduct through the conduction path. A gate electrode is provided via an insulating film in a region including at least a central portion of the semiconductor layer forming the conductive path, and a gate electrode is formed on both side surfaces of the semiconductor layer forming the conductive path via an insulating film. The formed region forms a channel formation region, and the gate electrode is provided in a direction perpendicular to a direction connecting source / drain regions so as to straddle at least a central portion of the conduction path. , Both side surfaces of the semiconductor layer forming a conduction path become a main conduction path,
The width in the direction parallel to the substrate surface of the semiconductor layer forming each conduction path in a cross section perpendicular to the conduction direction connecting the two source / drain regions is larger than the width at the position covered by the gate electrode. A field-effect transistor having a structure that is larger at a position closer to a source / drain region than an electrode.
前記絶縁体上に設けられた半導体層上に第一のマスク材料を設ける工程と、Providing a first mask material on a semiconductor layer provided on the insulator;
前記第一のマスク材料上にダミーパターンを形成し、続いて第二のマスク材料を全体に堆積した後にこれをエッチバックし、前記ダミーパターン周辺に前記第二のマスク材料からなる側壁を形成し、続いてダミーパターンを除去する工程と、Forming a dummy pattern on the first mask material, subsequently depositing a second mask material over the whole, and then etching it back to form sidewalls made of the second mask material around the dummy pattern. And subsequently removing the dummy pattern;
前記第一のマスク材料上に残存した前記第二のマスク材料からなる側壁をマスクに用いて前記第一のマスク材料をパターニングする工程と、Patterning the first mask material using a side wall made of the second mask material remaining on the first mask material as a mask,
前記第一のマスク材料と前記第一のマスク材料上に残存した前記第二のマスク材料をマスクに用いて前記半導体層をエッチングし、半導体からなる複数の伝導経路が一定方向に配列された形状を形成する工程を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。The semiconductor layer is etched using the first mask material and the second mask material remaining on the first mask material as a mask, and a shape in which a plurality of semiconductor conduction paths are arranged in a certain direction. Forming a field effect transistor.
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