[go: up one dir, main page]

JP4020730B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4020730B2
JP4020730B2 JP2002245114A JP2002245114A JP4020730B2 JP 4020730 B2 JP4020730 B2 JP 4020730B2 JP 2002245114 A JP2002245114 A JP 2002245114A JP 2002245114 A JP2002245114 A JP 2002245114A JP 4020730 B2 JP4020730 B2 JP 4020730B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
conductivity type
channel
semiconductor device
well region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002245114A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004087671A (en
Inventor
雅行 中野
晃秀 柴田
誠三 柿本
浩 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2002245114A priority Critical patent/JP4020730B2/en
Publication of JP2004087671A publication Critical patent/JP2004087671A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4020730B2 publication Critical patent/JP4020730B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。より具体的には、例えば、ゲート電極とウェル領域が接続された動的閾値トランジスタ等の基板バイアス効果を利用する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ウェル領域のバイアスを変化させることにより生じる基板バイアス効果を利用した、低電圧駆動、低消費電力、かつ高速動作が可能なMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)技術として、バルク基板を用いた動的閾値動作トランジスタ(以下、DTMOS)が提案されている。
【0003】
ここで、DTMOSの効果について考察する。ここでは、Nチャネル型DTMOSに関して考察するが、Pチャネル型DTMOSについても、符号が異なる以外は同様である。
【0004】
上記DTMOSは、ゲート電極とウェル領域とが電気的に接続されている。そのため、ゲート電極にハイレベルの電位が与えられた時のみウェル領域のポテンシャルが上昇し、基板バイアス効果により実効的な閾値が低下し、駆動電流は通常のMOSFETの場合に比べて増加する。このため、低電源電圧で低リーク電流を維持しながら大きな駆動電流を得ることができる。したがって、低電圧駆動で低消費電力なMOSFETが実現される。
【0005】
ここで、DTMOSの基板バイアス効果について説明する。基板バイアス効果とは、ウェル領域にバイアスを印加すると、トランジスタの閾値が変化し、ドレイン電流が増減する効果のことである。基板バイアス効果の大きさをあらわす量として基板バイアス効果因子γを用いるのが便利である。以下、DTMOSで実現される基板バイアスとして順方向バイアスが印可される場合(ソース・ドレイン接合にとっては順方向となるバイアス)について説明する。
【0006】
γ=|ΔVt/Vb| …(1)
ここで、Vbはソース領域の電位を基準として浅いウェル領域に印加された電圧であり、ΔVtは浅いウェル領域に電圧Vbが印加されたことによる閾値のシフト量(負の値)である。ここでの閾値とは、浅いウェル領域に電圧Vbが常にかかった状態での閾値であり、ウェル領域の電圧が変動するDTMOSの実効的な閾値とは異なることに注意されたい。DTMOSにおいては、Vbが電源電圧VddのときのΔVtからγを求めることとする。
【0007】
(1)式から、浅いウェル領域に一定の電圧Vbをかけた時、γが大きいほど閾値のシフト量ΔVtが増加し、ドライブ電流が多く流れることが分かる。
【0008】
ところで、閾値のシフト量ΔVtはゲート酸化膜から基板側に伸びる空乏層の幅Xdと以下の関係を持つことが知られている。
【0009】
ΔVt∝ToxVdd/Xd …(2)
ここで、Toxはゲート絶縁膜厚である。したがって、(2)式から基板バイアス効果を増大するためには、ゲート絶縁膜から基板側に伸びる空乏層の幅Xdを抑制するのが効果的であることが分かる。
【0010】
ゲート絶縁膜から基板側に伸びる空乏層の幅Xdを抑制することにより基板バイアス効果因子γを増大させる方法が提案されている(Channel Profile Optimization and Device Design for Low-Power High Performance Dynamic Threshold MOSFET,C.Wann et al.,IEDM Tech. Dig.,p113,1996)。上記文献で示された構造について図10を用いて説明する。図10中、31はPチャネル型DTMOS、32はNチャネル型DTMOS、301はP型基板、302はN型の深いウェル領域、303はN型の浅いウェル領域、304はP型の浅いウェル領域、305はN型不純物濃度が濃い領域、306はP型不純物濃度が濃い領域、307はPチャネル型DTMOSのチャネル領域、308はNチャネル型DTMOSのチャネル領域、309はP拡散領域、310はN拡散領域、311はゲート絶縁膜、312はゲート電極、313は素子分離領域である。なお、図示していないが、各DTMOSにおいては、ゲート電極312と浅いウェル領域303,304とは夫々電気的に接続されている。
【0011】
上記不純物濃度が濃い領域305,306で電界が急峻に減衰し、該領域305,306がグランドプレートの役割を果たすため、空乏層の伸びは該領域305,306表面近傍に留まる。したがって、上記ゲート酸化膜311からチャネル領域307,308側に伸びる空乏層幅Xdは、チャネル領域307,308が十分に薄ければ、不純物濃度が濃い領域305,306がストッパーとなって制限される。それゆえ、(1),(2)式より基板バイアス効果因子γが大きくなる。したがって、上記動的閾値トランジスタ31,32の駆動電流をより大きくすることができる。
【0012】
【非特許文献1】
シー.ワン他(C.Wann et al.)著,「チャネル・プロファイル・オプティマイゼーション・アンド・デバイス・デザイン・フォー・ローパワー・ハイ・パーフォーマンス・ダイナミック・スレッショルド・MOSFET(Channel Profile Optimization and Device Design for Low-Power High Performance Dynamic Threshold MOSFET)」,アイデエム・テク・ダイジェスト(IEDM Tech. Dig.),1996年,p113
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、P拡散領域309(N拡散領域310)と、N型の浅いウェル領域303(P型の浅いウェル領域304)との接合容量が大きいという問題があった。特に、N型不純物濃度が濃い領域305(P型不純物濃度が濃い領域306)とP拡散領域309(N拡散領域310)とが接しており、接合容量をさらに大きくしていた。このことがDTMOSの消費電力を増加させ、動作速度を遅くする要因となっていた。
【0014】
本発明は、上記問題を解決するべくなされたものであり、その主たる目的は、ゲート空乏層の伸びを抑制して駆動電流を大きくしたDTMOS等において、拡散層領域と浅いウェル領域との接合容量を低減し、より低消費電力で高速動作を可能にすることである。また、DTMOSには限らず、(1),(2)式に示すとおり基板バイアス効果因子γが大きくなる構造の半導体装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、
半導体基板と、
上記半導体基板内に形成された第2導電型のウェル領域と、
素子分離領域と、
上記素子分離領域上に形成された第1導電型のソース領域およびドレイン領域と、
上記ソース領域と上記ドレイン領域との間にあって、上記第2導電型のウェル領域上に形成された第2導電型のチャネル領域と、
上記チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
を備え、
上記チャネル領域は単結晶半導体からなり、上記ソース領域およびドレイン領域は多結晶半導体からなり、
上記チャネル領域の厚さは、上記ソース領域およびドレイン領域の厚さと同一であり、
上記チャネル領域の一部は、上記素子分離領域の上にあり、
上記ソース領域およびドレイン領域は、上記チャネル領域の上記一部と接合を持つが、上記ウェル領域とは接合を持たなく、
上記ウェル領域中の第2導電型を与える不純物濃度は、上記チャネル領域中の第2導電型を与える不純物濃度よりも濃く、かつ、
上記ソース領域およびドレイン領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分は、上記チャネル領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分よりも厚いことを特徴としている。
【0017】
本明細書において、第1導電型とは、P型又はN型を意味する。また、第2導電型とは、第1導電型がP型の場合はN型、N型の場合はP型を意味する。
【0018】
上記構成によれば、不純物濃度が薄い上記第2導電型のチャネル領域下に不純物濃度が濃い上記第2導電型の浅いウェル領域が形成されている。そのため、上記ゲート電極から上記チャネル領域に伸びる空乏層は、上記第2導電型のウェル領域によってその幅が抑制されるので、基板バイアス効果を大きくすることができる。したがって、半導体装置(素子)の駆動電流を大きくすることができる。
【0019】
また、上記ソース領域およびドレイン領域は上記素子分離領域上に形成されているので、上記ソース領域およびドレイン領域に纏わる接合容量を非常に小さくすることができると共に、上記ソース領域およびドレイン領域上に形成されたゲート絶縁膜の部分は、チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜の部分よりも厚く形成されているので、上記ゲート電極と、上記ソース領域およびドレイン領域とに纏わる容量を小さくすることができる。したがって、半導体装置を低消費電力化し、高速化することができる。また、上記ソース領域およびドレイン領域は多結晶半導体からなるから、不純物拡散の制御が容易になる。すなわち、多結晶半導体は単結晶半導体に比べて極めて(100倍以上)拡散係数が大きいので、不純物は上記ソース領域および上記ドレイン領域となるべき領域(多結晶半導体からなる領域)には速やかに拡散し、上記チャネル領域となるべき領域(単結晶半導体からなる領域)にはほとんど拡散しない。したがって、チャネル幅が再現性良く制御されるので半導体装置の素子毎およびロット毎のばらつきを小さくすることができる。
【0020】
また、1実施の形態の半導体装置は、
上記半導体基板内に形成された第1導電型の深いウェル領域を備え、
上記第2導電型のウェル領域は、上記第1導電型の深いウェル領域上に形成された第2導電型の浅いウェル領域であり、
上記ゲート電極と上記第2導電型の浅いウェル領域とは電気的に接続されている。
【0021】
上記構成によれば、上記ゲート電極から上記チャネル領域に伸びる空乏層は、上記第2導電型の浅いウェル領域によってその幅が抑制されるので、基板バイアス効果を大きくすることができるという上記効果が得られる上に、さらに、上記ゲート電極と上記第2導電型の浅いウェル領域とが電気的に接続されて、DTMOS構造になっているため、一層大きな基板バイアス効果が得られて、駆動電流を極めて大きくすることができる。したがって、駆動電流が極めて大きくて、低消費電力で、高速化されたDTMOSを実現することができる。
【0022】
1実施の形態では、
上記素子分離領域は、
上記第1導電型の深いウェル領域と上記第2導電型の浅いウェル領域との接合の深さより深い深さを有する深い素子分離領域と、
上記第1導電型の深いウェル領域と上記第2導電型の浅いウェル領域との接合の深さより浅い深さを有する絶縁層である浅い素子分離領域と
からなり、
上記浅い素子分離領域は、上記ソース領域およびドレイン領域と、上記第2導電型の浅いウェル領域との間に位置する。
【0023】
上記実施の形態によれば、上記素子分離領域は、上記第2導電型の浅いウェル領域を素子毎に分離するための上記深い素子分離領域と、上記ソース領域およびドレイン領域と、上記第2導電型の浅いウェル領域とを分離する上記絶縁層である浅い素子分離領域とからなっている。したがって、上記浅い素子分離領域である絶縁層下には上記第2導電型の浅いウェル領域が存在することとなるので、上記第2導電型の浅いウェル領域の抵抗を低減することができる。したがって、上記ゲート電極に与えられた電位が上記第2導電型の浅いウェル領域に伝達する際の遅延時間を短くすることができるので、DTMOSの基板バイアス効果を有効に利用することができる。
【0026】
また、1実施の形態では、
上記ソース領域およびドレイン領域の一部をシリサイド化している。
【0027】
上記実施の形態によれば、上記ソース領域およびドレイン領域の一部がシリサイド化され、低抵抗化されている。したがって、半導体装置の駆動電流を更に大きくすることができる。
【0028】
また、1実施の形態では、
上記多結晶半導体の粒径が50nm以下である。
【0029】
上記実施の形態によれば、上記多結晶半導体の粒径が50nm以下であるので、上記多結晶半導体と単結晶半導体との拡散係数の差が極めて大きくなる。したがって、ソース領域およびドレイン領域となる拡散層領域の活性化アニールの温度を800℃以下に低温化できて、半導体装置の素子毎およびロット毎のばらつきをさらに小さくすることができる。多結晶半導体の粒径が50nmを越えると、拡散係数の差がそれ程大きくならなくて、ソース領域およびドレイン領域となる拡散層領域の活性化アニールの温度を800℃以下に低温化することができなくなるのである。
【0030】
また、1実施の形態では、
上記第2導電型のウェル領域中の第2導電型を与える不純物濃度は、10 18 cm −3 〜10 20 cm −3 であり、上記チャネル領域中の第2導電型を与える不純物濃度よりも10倍以上濃くしている。
【0031】
上記実施の形態によれば、不純物濃度が薄い上記チャネル領域下に不純物濃度が十分(10倍以上)濃い上記第2導電型の浅いウェル領域が形成されている。このように、上記第2導電型の浅いウェル領域の不純物濃度が濃いため、電界の減衰が急峻になって、上記ゲート電極から上記チャネル領域に伸びる空乏層の幅がより有効に抑制されるので、制御性良く基板バイアス効果を大きくすることができる。したがって、半導体装置の駆動電流を極めて大きくすることができる。
【0032】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板に第2導電型のウェル領域および素子分離領域を、上記第2導電型のウェル領域および素子分離領域が表面に露出した状態で形成する工程と、
上記第2導電型の浅いウェル領域が露出した領域では選択的に単結晶半導体膜がエピタキシャル成長する一方、上記素子分離領域上では選択的に多結晶半導体膜が成長する条件下で、かつ、上記単結晶半導体膜の厚さは、上記多結晶半導体膜の厚さと同一であり、かつ、上記単結晶半導体膜の一部は、上記素子分離領域の上にあり、上記多結晶半導体膜は、上記単結晶半導体膜の上記一部と接合を持つが、上記ウェル領域とは接合を持たないように、上記表面に半導体膜を堆積する工程と、
上記多結晶半導体膜中に第1導電型の不純物を導入する工程と、
上記第1導電型の不純物を拡散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記単結晶半導体膜からなるチャネル領域、上記ソース領域および上記ドレイン領域上にゲート絶縁膜を熱酸化法により形成する工程と
を備えることを特徴としている。
【0033】
上記発明によれば、上記素子分離領域および不純物濃度が濃い上記第2導電型のウェル領域を形成した後に、上記チャネル領域となる半導体膜を成膜するので、チャネル領域とウェル領域との界面付近で、不純物濃度分布の急峻なプロファイルを持たせることができる。したがって、MOSトランジスタやDTMOS等の半導体装置に所望の閾値を与え、かつ、上記第2導電型のウェル領域により空乏層幅を制限することが容易となる。
【0034】
また、上記発明によれば、上記第2導電型のウェル領域が露出した領域上では単結晶半導体膜を、上記素子分離領域上には多結晶半導体膜を自己整合的に形成し、上記第1導電型の不純物を上記多結晶半導体膜中に導入して拡散させることにより、上記ソース領域および上記ドレイン領域を形成している。そのため、特殊な装置、プロセスを用いることなく、上記ソース領域およびドレイン領域と、上記第2導電型のウェル領域とを接触しないようにすることができ、上記ソース領域および上記ドレイン領域に纏わる接合容量を非常に小さくすることができる。
【0035】
更にまた、上記ゲート絶縁膜を形成する前に、上記第1導電型の不純物を拡散させて上記ソース領域およびドレイン領域を形成するため、上記ソース領域およびドレイン領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分は、チャネル領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分の厚さよりも厚く形成される。このため、上記ゲート電極と、上記ソース領域およびドレイン領域とに纏わる容量を小さくすることができる。
【0036】
また、1実施の形態では、
上記半導体膜を表面に堆積する工程は、化学気相成長法により650℃以上の成長温度により上記半導体膜を形成する。
【0037】
上記実施の形態によれば、制御性良く50nm以下の上記多結晶半導体膜を形成することができる。
【0038】
また、1実施の形態では、
上記第1導電型の不純物を拡散させて上記ソース領域および上記ドレイン領域を形成する工程は酸素雰囲気にて行う。
【0039】
上記実施の形態によれば、酸素雰囲気中でアニールするので増速拡散現象が起こり、例えば窒素雰囲気中でのアニールと比べて多結晶シリコン膜中の不純物速度を大きくすることができる。これにより、アニール時間の短縮やアニール温度のさらなる低減が可能となる。
【0040】
また、1実施の形態では、
上記第1導電型の不純物を拡散させて上記ソース領域およびドレイン領域を形成する工程と上記ゲート絶縁膜を熱酸化法により形成する工程とは同時に行われる。
【0041】
上記実施の形態によれば、工程を簡略化することができる。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0043】
本発明に使用することができる半導体基板は、特に限定されないが、シリコン基板が好ましい。また、半導体基板は、P型またはN型の導電型を有していても良い。
【0044】
(実施の形態1)
本実施の形態1の半導体装置は、半導体基板上の活性領域上にチャネル領域を、素子分離領域上に拡散領域を、夫々自己整合的に形成することにより、拡散領域に纏わる接合容量を著しく小さくしたものである。本実施の形態1の半導体装置を、図1および図2を用いて説明する。図1は本実施の形態1の半導体装置のゲート電極長手方向に垂直な方向の断面図である。なお、図1においては、層間絶縁膜および上部配線を省略している。図2は、図1のNチャネル型MOSトランジスタ11のゲート電極117端を拡大した図で、ゲート電極117と、ソース領域114およびドレイン領域114とのオーバーラップ容量を詳細に説明するものである。
【0045】
まず、図1により本実施の形態1の半導体装置の構成を説明する。
【0046】
シリコン半導体基板101内には、N型の深いウェル領域104およびP型の深いウェル領域105が形成されている。上記N型の深いウェル領域104上には、N型の深いウェル領域104よりも濃度の濃いN型の浅いウェル領域107が形成されている。また、上記P型の深いウェル領域105上には、P型の深いウェル領域105よりも濃度の濃いP型の浅いウェル領域106が形成されている。上記浅いウェル領域106,107は、絶縁層の一例としてのシリコン酸化膜からなる素子分離領域103により素子毎に電気的に分離されている。P型の浅いウェル領域106とN型の浅いウェル領域107とが直接接続されることは、リーク電流および容量の増大という問題を引き起こすため避けるべきで、浅いウェル領域106,107の深さは素子分離領域103の深さよりも浅いのが好ましい。もっとも、素子間の距離に十分余裕がある場合は、浅いウェル領域106,107の深さは両者が直接接続されない限り、素子分離領域103より深くても構わない。
【0047】
上記P型の浅いウェル領域106の上面および素子分離領域103の上面の一部は半導体薄膜で覆われている。上記半導体薄膜は、P型の浅いウェル領域106上ではP型不純物を含む単結晶半導体薄膜のチャネル領域108となり、素子分離領域103上では多結晶半導体薄膜のN拡散層領域114となっている。チャネル領域108上およびP型の浅いウェル領域106上にはゲート絶縁膜116を介してゲート電極117が形成されている。
【0048】
一方、上記N型の浅いウェル領域107の上面および素子分離領域103の上面の一部は半導体薄膜で覆われている。上記半導体薄膜は、N型の浅いウェル領域107上ではN型不純物を含む単結晶半導体薄膜のチャネル領域108'となり、素子分離領域103上では多結晶半導体薄膜のP拡散層領域115となっている。チャネル領域108'上およびN型の浅いウェル領域107上にはゲート絶縁膜116を介してゲート電極117が形成されている。
【0049】
上記単結晶半導体薄膜のチャネル領域108,108’は、浅いウェル領域106,107の上面よりも少し幅が広がって、一部が素子分離領域103の上に在る。
【0050】
本半導体薄膜は、一般的なシリコンが用いられるが、ゲルマニウムやシリコンゲルマニウム(SiGe)、またはこれらからなる積層膜でも良い。
【0051】
上記ゲート絶縁膜116は、チャネル領域108,108'上に形成された部分116aの膜厚よりも拡散層領域114,115上に形成された部分116bの膜厚のほうが2〜5倍厚い。
【0052】
したがって、上記ゲート電極117と拡散層領域(ソース・ドレイン領域)114,115とのオーバーラップ容量を小さくすることができる。図2を用いてこれを説明する。上記ゲート電極117はチャネル幅のバラツキによる素子特性のバラツキを抑制するためにチャネル領域108に対してデザインマージン(DM:素子分離に対するゲート電極の位置決め合わせ寸法)を持ってオーバーラップするように形成する必要がある。そのため、上記ゲート電極117は素子分離領域103(またはソース・ドレイン領域114)に対して自己整合的に形成できないため、ゲート電極117とソース・ドレイン領域114との間のオーバーラップ容量の増大が懸念される。しかしながら、本実施の形態1においては、図1,2に示すように、拡散層領域114,115上には、チャネル領域108,108’上のゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)116の部分116aに対して2〜5倍の膜厚のゲート絶縁膜116の部分116bが形成されるため、ゲート電極117とソース・ドレイン領域114,115との間のオーバーラップ容量を小さくすることができる。
【0053】
上記チャネル領域108,108'の不純物濃度は、MOSトランジスタ11,12が所望の閾値を持つように決定すればよい。上記チャネル領域108,108'の最上層部には、MOSトランジスタ11,12がオン状態の時にはチャネル(反転層)が形成される。また、チャネル領域108,108'の厚さは、MOSトランジスタ11,12がオフ状態の時であっても完全に空乏化するように、チャネルが均一濃度の時の最大空乏層幅より小さく決定するのが好ましい。この場合、MOSトランジスタ11,12の基板バイアス効果を十分に引き出すことができる。具体的には、MOSトランジスタ11,12がオフ状態にあるとき、ゲート絶縁膜116側からチャネル領域108,108'中に伸びる空乏層の幅は、例えば、チャネル領域108,108'の不純物濃度が均一で1×1017cm−3のときの最大空乏層幅は約100nmである。したがって、チャネル領域108,108'の厚さは100nm以下であることが好ましい。チャネル領域108,108'の厚さと駆動電流との関係については実施の形態2において詳しく説明する。
【0054】
上記不純物濃度が濃い浅いウェル領域106,107で電界が急峻に減衰し、該ウェル領域106,107がグランドプレートの役割を果たすため、空乏層の伸びは該ウェル領域106,107表面近傍に留まる。したがって、上記浅いウェル領域106,107の濃度が濃いほど電界の減衰が急峻になり、より有効にチャネル領域108,108'から伸びる空乏層の伸びを抑制することができる。上記浅いウェル領域106,107の不純物濃度は、例えば、チャネル領域108,108'より10倍以上濃い1018cm−3〜1020cm−3とすることで、この空乏層の伸びを抑制する効果が大きくなるのでより望ましい。このように、上記ゲート電極117からチャネル領域108,108’に伸びる空乏層は、浅いウェル領域106,107によってその幅が抑制されるので、式(2)により、基板バイアス効果因子γを大きくすることができるのである。なお、上記チャネル領域108,108'と浅いウェル領域106,107との境界ではできるだけ急峻な不純物プロファイルを持つことが好ましい。なぜなら、プロファイルが緩慢に変化すると空乏層の伸びを阻止する能力が低下するからである。
【0055】
本実施の形態1の半導体装置は、チャネル領の不純物濃度が均一な従来の素子と比較して、ソース・ドレイン領域114,115間の電界強度に対して半導体基板表面とは垂直な方向の電界強度が大きいため、短チャネル効果を抑制する効果がある。
【0056】
ところで、図1から明らかなように、上記拡散層領域114,115は、チャネル領域108,108'とごく小さな面積の接合を持つのみであり、浅いウェル領域106,107とは接合を持たない。また、多結晶半導体の粒径が50nm以下で、多結晶半導体の拡散係数を単結晶半導体のそれに比べて極めて大きくすることができるので、不純物は上記ソース・ドレイン領域(ソース領域およびドレイン領域)114,115となるべき領域(多結晶半導体からなる領域)には速やかに拡散し、上記チャネル領域108,108’となるべき領域(単結晶半導体からなる領域)にはほとんど拡散しない。また、上記拡散層領域(ソース・ドレイン領域)114,115は素子分離領域103上に、かつ、その素子分離領域103に対して自己整合的に形成されている。したがって、上記拡散層領域114,115に纏わる接合容量を非常に小さくすることができると共に、チャネル幅が再現性良く制御されるので半導体装置の素子毎およびロット毎のばらつきを小さくすることができる。
【0057】
なお、本実施の形態1の半導体装置の製造手順は、後述する実施の形態2の半導体装置の製造手順に対して、後述する深い素子分離領域102が存在しないこと、浅いウェル領域106,107の形成領域が異なること、および、ゲート電極117と浅いウェル領域106,107とが接続されていないこと以外は同じなので、ここでは省略する。
【0058】
(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体装置は、実施の形態1の半導体装置において、ゲート電極と浅いウェル領域が接続されたDTMOSにして基板バイアス効果を一層高めて、より大きな駆動力を得るものである。本実施の形態2の半導体装置を、図3〜図8を用いて説明する。図3は本実施の形態2の半導体装置の平面図であり、図4は図3の切断面線A−A’からみた断面図であり、図5は図3の切断面線B−B’からみた断面図である。なお、図3〜図5においては、層間絶縁膜および上部配線を省略している。図6および図7は、本実施の形態2の半導体装置を製造する手順を説明するものである。図8は、チャネル領域の厚さと駆動電流との関係を説明するものである。
【0059】
まず、図3〜図5により本実施の形態2の半導体装置の構成を説明する。
【0060】
図4に示すように、半導体基板101内には、N型の深いウェル領域104およびP型の深いウェル領域105が形成されている。このN型の深いウェル領域104上には、P型の浅いウェル領域106が形成されている。上記P型の深いウェル領域105上には、N型の浅いウェル領域107が形成されている。上記浅いウェル領域106,107は、絶縁層の一例としてのシリコン酸化膜からなる深い素子分離領域102により素子毎に電気的に分離されている。
【0061】
上記P型の浅いウェル領域106内には、絶縁層の一例としてのシリコン酸化膜からなる浅い素子分離領域103が形成されている。図3,4に示すように、上記P型の浅いウェル領域106の上面および素子分離領域102,103の上面の一部は半導体薄膜で覆われている。上記半導体薄膜は、P型の浅いウェル領域106上ではP型不純物を含む単結晶半導体薄膜からなるチャネル領域108となり、素子分離領域102,103上では多結晶半導体薄膜からなるN拡散層領域114となっている。上記拡散層領域114とP型の浅いウェル領域106との間に上記浅い素子分離領域103が位置している。上記チャネル領域108上およびP型の浅いウェル領域106上にはゲート絶縁膜116を介してゲート電極117が形成されている。図3,5に示すように、ゲート電極117の一部は除去されてP型の浅いウェル領域106が露出し(図3中の領域131を参照)、P型の浅いウェル領域106が露出した領域にはP拡散層132(図5参照)が形成されている。図示しないが、ゲート電極117とP拡散層132にまたがってコンタクトが形成されており、ゲート電極117とP型の浅いウェル領域106とがオーミック接続されている。かくして、Nチャネル型DTMOS21が構成されている。
【0062】
一方、上記N型の浅いウェル領域107内には、絶縁層の一例としてのシリコン酸化膜からなる浅い素子分離領域103が形成されている。上記N型の浅いウェル領域107の上面および素子分離領域102,103の上面の一部は半導体薄膜で覆われている。上記半導体薄膜は、N型の浅いウェル領域107上ではN型不純物を含む単結晶半導体薄膜からなるチャネル領域108'となり、素子分離領域102,103上では多結晶半導体薄膜からなるP拡散層領域115となっている。上記拡散層領域115とN型の浅いウェル領域107との間に上記浅い素子分離領域103が位置している。上記チャネル領域108'上およびN型の浅いウェル領域107上にはゲート絶縁膜116を介してゲート電極117が形成されている。図示しないが、ゲート電極117の一部は除去されてN型の浅いウェル領域107が露出し(図3中の領域131を参照)、N型の浅いウェル領域107が露出した領域にはN拡散層が形成されている。図示しないが、ゲート電極117とN拡散層にまたがってコンタクトが形成されており、ゲート電極117とN型の浅いウェル領域107とがオーミック接続されている。かくして、Pチャネル型DTMOS22が構成されている。
【0063】
上記浅いウェル領域106,107の不純物濃度は、実施の形態1の半導体装置と同様に、ゲート電極117からチャネル領域108,108に伸びる空乏層の幅を抑制して、基板バイアス効果因子γを大きくするために、チャネル領域108,108’の不純物濃度に比べて濃く形成されている。また、図示していないが、上記浅いウェル領域106,107と深いウェル領域104,105とに纏わる容量を低減するために、両者の間に浅いウェル領域106,107よりも不純物濃度が薄い浅いウェル領域と同じ導電型のウェル領域を形成しても良い。
【0064】
本半導体薄膜には、シリコンが用いられているが、ゲルマニウムやシリコンゲルマニウム(SiGe)、またはこれらからなる積層膜を用いても良い。
【0065】
素子分離領域は、深い素子分離領域102のみの単一の深さを持っていてもよいが、上述のように、深い素子分離領域102と浅い素子分離領域103とからなることが望ましい。上記浅い素子分離領域103を併用することにより、上記浅い素子分離領域103下に浅いウェル領域106,107が存することとなる。そのため、上記浅い素子分離領域103下の浅いウェル領域106,107の抵抗を低減することができる。上記ゲート電極117に印加された電位が浅いウェル106,107に伝達される際、浅いウェル領域106,107の抵抗と浅いウェル領域106,107に纏わる接合容量の積で表される遅延が発生し、この遅延が素子のスイッチング時間と比べて無視できない時は、基板バイアス効果が有効に得られない。
【0066】
したがって、上記浅い素子分離領域103を併用すれば上記遅延が短くなり、DTMOSの基板バイアス効果を有効に利用することができる。
【0067】
また、上記浅い素子分離領域103は、ソース・ドレイン領域つまり拡散層領域114,115と浅いウェル領域106,107との接触を防止する目的で形成されているので、これらを分離可能な絶縁層であれば良い。したがって、図示はしていないが、本実施の形態2の後述する製造方法には限るものではなく、例えば、シリコン膜を浅いウェル領域全面に形成した後、チャネル領域になる領域のシリコン酸化膜のみを除去して形成しても良い。また、その膜厚は、ソース・ドレイン領域への不純物注入時にその不純物が絶縁層を突き抜けて浅いウェル領域にドープされない膜厚に設定されれば良い。
【0068】
上記チャネル領域108,108'の不純物濃度は、DTMOS21,22が所望の閾値を持つように決定すればよい。上記チャネル領域108,108'の最上層部には、DTMOS21,22がオン状態のときにはチャネル(反転層)が形成される。また、上記チャネル領域108,108'の厚さは、DTMOS21,22がオフ状態のときであっても完全に空乏化するように、チャネル領域108,108'が均一濃度のときの最大空乏層幅より小さく決定するのが好ましい。この場合、DTMOS21,22の基板バイアス効果を十分に引き出すことができる。具体的には、DTMOS21,22がオフ状態にあるとき、ゲート絶縁膜116側からチャネル領域108,108'中に伸びる空乏層の幅は、例えば、チャネル領域108,108'の不純物濃度が均一で1×1017cm−3のときの最大空乏層幅は約100nmである。したがって、チャネル領域108,108'の厚さは100nm以下であることが好ましい。
【0069】
さらに、上記チャネル領域108,108'の厚さと駆動電流との関係について、より詳しく説明する。図8は、本発明によるDTMOSのオフリーク電流Ioffが1×10−11A/μmのときの駆動電流(μA/μm)と、チャネル領域108,108'の厚さD(nm)との関係を示している。実効チャネル長Leffは、200nm、ゲート酸化膜厚Toxは2nmである。従来構造のDTMOSの駆動電流も合わせて点線で示している。本実施の形態2によるDTMOSは従来のDTMOSと比べて大きな駆動電流を実現することができる。また、D=12nmのとき駆動電流は極大値を示し最適な膜厚であることがわかる。以上のように、本実施の形態2によるDTMOSは最大で約80%の駆動力の向上が実現できる。ここで、この結果は、Ioffが1×10−11A/μmになる様に閾値電圧を設定したLeff=200nmにおける一例であって、Leff、Tox、チャネル濃度、閾値電圧により最適なDの値も変化する。
【0070】
本実施の形態2の半導体装置は、実施の形態1の半導体装置と同様に、チャネル濃度が均一な従来構造の素子と比較して、ソース・ドレイン間の電界強度に対して半導体基板表面とは垂直な方向の電界強度が大きいため、短チャネル効果を抑制する効果がある。また、DTMOS21,22においては、ゲート電極117の電位(順方向バイアス)がチャネル領域108,108'からウェル領域106,107に伝わって、ドレイン114,115から伸びる空乏層の幅を小さくできるので、実施の形態1と比して、より一層、基板バイアス効果を大きくできると共に短チャネル効果を抑制する効果がある。
【0071】
次に、本実施の形態2の半導体装置を製造する手順を、図6および図7を用いて説明する。図6および図7は、作成途中の素子の断面図で、図3の切断面線A−A’からみた断面に相当する。
【0072】
まず、図6(a)に示すように、半導体基板101中に公知の方法で素子分離領域102,103、深いウェル領域104,105、および、浅いウェル領域106,107を形成する。このとき、上記浅いウェル領域106,107の露出した表面付近の不純物濃度はチャネル領域と比較して十分濃くしておく(例えば、チャネル領域の不純物濃度が1017cm−3の場合、上記露出した表面付近の不純物濃度は10倍以上の1018cm−3〜1020cm−3にしておく。)。
【0073】
次に、図6(b)に示すように、活性領域である浅いウェル領域106,107が露出した領域上には単結晶半導体膜108,108’をエピタキシャル成長させ、素子分離領域102,103上には多結晶半導体膜109を堆積させる。上記浅いウェル領域106,107が露出した活性領域上の単結晶半導体膜108,108’は、エピタキシャル成長しているため、図6(b)に示すように、上記活性領域よりも広がって、一部が浅い素子分離領域103上に在る。例として、シリコン基板を用いてシリコン膜を形成する場合には、HF(弗化水素)処理により活性領域の表面を清浄化した後、LPCVD(減圧化学的気相成長)法により、例えば、580〜700℃(より好ましくは650〜700℃)、SiもしくはSiHガスが20〜100Paの条件でシリコン膜を堆積すれば、上記活性領域上にはシリコン単結晶膜108,108’を、素子分離領域102,103上には多結晶シリコン膜109を自己整合的に形成することができる。650℃以上の成長温度により形成した場合、制御性良く粒径が50nm以下の多結晶半導体膜109を形成することができる。したがって、後の工程であるソース・ドレイン領域すなわち拡散層領域の不純物活性化およびチャネル領域108,108’付近までの拡散のためのアニール温度を800℃以下に低温化することができるので、不純物濃度の濃い浅いウェル領域106,107からチャネル領域108,108’へのオートドーピングを抑制して界面を急峻に保つことができる。
【0074】
次に、図6(c)に示すように、単結晶半導体膜108,108’および多結晶半導体膜109の一部をエッチングにより除去し、パターン加工する。次に、Pチャネル型DTMOSおよびNチャネル型DTMOSのチャネル領域108',108はレジスト110により覆い、Nチャネル型DTMOSのソース・ドレイン領域となる領域109にN型の不純物111(PやAsなど)を2×1015〜1×1016cm−2注入する。
【0075】
次に、図7(a)に示すように、レジスト110を除去後、図6(c)と同様にして、Nチャネル型DTMOSおよびPチャネル型DTMOSのチャネル領域108,108’はレジスト112により覆い、Pチャネル型DTMOSのソース・ドレイン領域となる領域109にP型の不純物113(B(ボロン)やBFなど)を2×1015〜1×1016cm−2注入する。
【0076】
このとき、上記単結晶半導体膜108,108’および多結晶半導体膜109の一部をエッチングによりパターン加工した後に、5〜20nmのシリコン酸化膜を形成して、注入時のスクリーン酸化膜として使用しても良い。また、チャネル領域108,108’上のレジストは、チャネル領域108,108’に不純物が直接注入されないようにチャネル領域108,108’に対してデザインマージン(DM)ほど余裕を持たせてチャネル領域108,108’を完全に覆うように形成されている。
【0077】
次に、図7(b)に示すように、上記レジスト112を除去後、アニール処理を施すことにより、Nチャネル型DTMOSにはN+拡散層領域114が、Pチャネル型DTMOSにはP+拡散層領域115がそれぞれ形成される。アニール処理は、例えば、700〜800℃の温度が好ましい。不純物はチャネル領域108,108’に直接注入されるのを防ぐために、チャネル領域108,108’からデザインマージンほど離れた位置に注入されるが、多結晶半導体膜109は拡散係数が非常に大きいため、本アニール処理により不純物は速やかに拡散する。一方、単結晶半導体膜108,108’中では不純物はゆっくりと拡散する。このため、アニール条件を適切に定めることにより、不純物が多結晶半導体膜109から単結晶半導体膜108,108’中にわずかに染み出した状態にすることができる。したがって、素子分離領域102,103に対して拡散層領域114,115つまりソース・ドレイン領域114,115を自己整合的に形成することができると共に、チャネル幅が再現性良く制御されるので半導体装置の素子毎およびロット毎のばらつきを小さくすることができる。また、上記拡散層領域114,115と浅いウェル領域106,107とをほとんど接触しないようにすることができるので、接合容量を小さくすることができる。ここで、本アニール処理は、酸素雰囲気中で行っても良い。酸素雰囲気中でアニールすると増速拡散現象により、例えば窒素雰囲気中と比べて多結晶シリコン膜109中の不純物拡散速度を大きくすることができる。これにより、アニール時間の短縮やアニール温度のさらなる低減が可能となる。また、この後に形成するゲート絶縁膜116を熱酸化法によるシリコン酸化膜で形成した場合、このシリコン酸化膜116の形成工程は、ソース・ドレイン領域つまり拡散層領域114,115の活性化のためのアニール工程と兼ねることができるので工程を簡略化することができる。
【0078】
次に、図7(c)に示すように、ゲート絶縁膜116a、116bおよびゲート電極117を形成する。ゲート絶縁膜は熱酸化法を用いてシリコン酸化膜を形成することにより得られる。そうすると、チャネル領域108、108’上にはゲート酸化膜116aが、ソース、ドレイン拡散層上にはチャネル領域108、108’上に形成されるゲート酸化膜116aよりも膜厚が2〜5倍程厚いゲート酸化膜116bがそれぞれ形成される。これは、不純物が高濃度にドープされたソース、ドレイン拡散層114、115のような領域上の熱酸化膜の成長速度は、不純物が低濃度しかドープされていないチャネル領域108、108’のような領域上よりも大きいからである。このように、ゲート酸化工程の前に不純物が高濃度にドープされたソース、ドレイン拡散層114、115を形成しているので、ソース、ドレイン拡散層領域114、115上にチャネル領域108、108’上よりも厚いゲート酸化膜を形成することができる。したがって、ゲート電極とソース、ドレイン電極とに纏わる容量を低減することができる。また、これを新たなプロセスステップを追加することなく、ゲート酸化工程のみで行うことができるので、生産コストを低減することができる。なお、図示していないが、ゲート電極117の一部(図3の領域131)が除去されてゲート電極117と浅いウェル領域106,107とを接続する領域が形成される。
【0079】
その後、公知の方法で上部配線等を形成して半導体装置が完成する。
【0080】
上記製造手順によれば、不純物濃度が濃い浅いウェル領域106,107を形成した後に、チャネル領域108,108’となる半導体膜を成膜するので、浅いウェル領域106,107とチャネル領域108,108’との界面付近で不純物濃度分布の急峻なプロファイルを持たせることができる。したがって、DTMOSに所望の閾値を与え、かつ、浅いウェル領域106,107により空乏層幅を制限することが容易にできる。
【0081】
また、上記製造手順によれば、実施の形態2の半導体装置の拡散層領域(ソース・ドレイン領域)114,115を自己整合的に形成することができる。すなわち、活性領域上では単結晶半導体膜108,108’を、素子分離領域102,103上には多結晶半導体膜109を自己整合的に形成し、その多結晶半導体膜109中に不純物を導入して拡散させることにより、拡散層領域114,115を形成している。そのため、上記拡散層領域114,115と浅いウェル領域106,107とはほとんど接触しないので、拡散層領域114,115に纏わる接合容量を非常に小さくすることができる。また、特殊なプロセス装置を用いること無く、所望の構造の半導体装置を得ることができる。
【0082】
(実施の形態3)
本実施の形態3の半導体装置は、本実施の形態2の半導体装置において、拡散層領域の一部およびゲート電極の上部をシリサイド化して抵抗を低減したものである。図9は、本実施の形態3の半導体装置の断面図である。
【0083】
図9中、既出の符号は、図4に示す実施の形態2で説明した構成部と同一構成部を指すので、詳しい説明は省略する。
【0084】
ゲート電極117の側壁にはゲート側壁絶縁膜118が形成されている。また、拡散層領域114,115のうち、ゲート側壁絶縁膜118で覆われていない部分はシリサイド化されると共に、ゲート電極117の上部もシリサイド化されて、それぞれ高融点のシリサイド層119が形成されている。上記ゲート側壁絶縁膜118は、ゲート電極117と拡散層領域114,115との短絡を防止する機能と、シリサイド層119が拡散層領域114,115とチャネル領域108,108’との接合に達するのを防止する機能とを持つ。
【0085】
本実施の形態3の半導体装置においては、拡散層領域114,115の一部およびゲート電極117の上部がシリサイド化されているので、これらの抵抗を低減することができる。特に、拡散層領域114,115は薄膜であり、もともと抵抗が大きいのでシリサイド化による低抵抗化の効果は大きい。したがって、DTMOSの駆動電流を更に大きくすることができる。
【0086】
なお、図示しないが、本実施の形態3の半導体装置のゲート側壁絶縁膜118およびシリサイド層119を用いる構成は、実施の形態1の半導体装置にも適用可能である。
【0087】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置によれば、不純物濃度が薄い第2導電型のチャネル領域下に、不純物濃度が濃い第2導電型の浅いウェル領域を形成して、ゲート電極から上記チャネル領域に伸びる空乏層を、上記第2導電型のウェル領域によってその幅を抑制するので、基板バイアス効果を大きくして、半導体装置の駆動電流を大きくすることができる。
【0088】
また、ソース領域およびドレイン領域を、素子分離領域上に形成しているので、上記ソース領域およびドレイン領域に纏わる接合容量を非常に小さくすることができると共に、上記ソース領域およびドレイン領域上に形成されたゲート絶縁膜の部分は、チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜の部分よりも厚く形成されているので、上記ゲート電極と、上記ソース領域およびドレイン領域とに纏わる容量を小さくすることができる。したがって、半導体装置を低消費電力化し、高速化することができる。
【0089】
また、1実施の形態の半導体装置は、上記ゲート電極と上記第2導電型の浅いウェル領域とを電気的に接続して、DTMOS構造にしているため、一層大きな基板バイアス効果を得ることができて、駆動電流を更に大きくすることができて、低消費電力で、高速化されたDTMOSを実現することができる。
【0090】
また、この発明の半導体装置の製造方法によれば、素子分離領域および不純物濃度が濃い第2導電型のウェル領域を形成した後に、チャネル領域となる半導体膜を成膜するので、上記チャネル領域と浅いウェル領域との界面付近で、不純物濃度分布の急峻なプロファイルを持たせることができる。したがって、MOSトランジスタやDTMOS等の半導体装置に所望の閾値を与え、かつ、上記第2導電型のウェル領域により空乏層幅を制限することが容易となる。
【0091】
また、上記第2導電型のウェル領域が露出した領域上では単結晶半導体膜を、上記素子分離領域上には多結晶半導体膜を自己整合的に形成し、上記第1導電型の不純物を上記多結晶半導体膜中に導入して拡散させることにより、ソース領域およびドレイン領域を形成しているので、特殊な装置、プロセスを用いることなく、上記ソース領域およびドレイン領域と、上記第2導電型の浅いウェル領域とを接触しないようにすることができ、上記ソース領域およびドレイン領域に纏わる接合容量を非常に小さくすることができる。
【0092】
更にまた、上記ゲート絶縁膜を形成する前に、第1導電型の不純物を拡散させて上記ソース領域およびドレイン領域を形成するため、上記ソース領域およびドレイン領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分は、チャネル領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分の厚さよりも厚く形成して、上記ゲート電極と、上記ソース領域およびドレイン領域とに纏わる容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の半導体装置の断面図である。
【図2】 本発明のゲート電極と、ソース領域およびドレイン領域とのオーバーラップ容量を詳細に説明する図である。
【図3】 本発明の実施の形態2の半導体装置の平面図である。
【図4】 図3の切断面線A−A’からみた断面図である。
【図5】 図3の切断面線B−B’からみた断面図である。
【図6】 図6(a)、(b)、(c)は本発明の実施の形態2の半導体装置の製造手順を説明する図である。
【図7】 図7(a)、(b)、(c)は本発明の実施の形態2の半導体装置の製造手順を説明する図である。
【図8】 本発明の実施の形態2の半導体装置における駆動電流とチャネル厚さの関係を説明する図である。
【図9】 本発明の実施の形態3の半導体装置の断面図である。
【図10】 従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
101 半導体基板
102、103 素子分離領域
104 N型の深いウェル領域
105 P型の深いウェル領域
106 P型の浅いウェル領域
107 N型の浅いウェル領域
108、108' 単結晶半導体膜
109 多結晶半導体膜
110、112 レジスト
111 N型不純物
113 P型不純物
114 N+拡散層領域
115、132 P+拡散層領域
116 ゲート絶縁膜
117 ゲート電極
118 ゲート側壁絶縁膜
119 シリサイド層
131 P型の浅いウェルが露出している領域
11 Nチャネル型MOS
12 Pチャネル型MOS
21 Nチャネル型DTMOS
22 Pチャネル型DTMOS
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, for example, the present invention relates to a semiconductor device using a substrate bias effect such as a dynamic threshold transistor in which a gate electrode and a well region are connected, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a bulk substrate has been used as a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) technology capable of low-voltage driving, low power consumption, and high-speed operation utilizing the substrate bias effect generated by changing the bias in the well region. Dynamic threshold operation transistors (hereinafter referred to as DTMOS) have been proposed.
[0003]
Here, the effect of DTMOS will be considered. Here, the N-channel type DTMOS is considered, but the P-channel type DTMOS is the same except that the sign is different.
[0004]
In the DTMOS, the gate electrode and the well region are electrically connected. Therefore, the potential of the well region rises only when a high level potential is applied to the gate electrode, the effective threshold decreases due to the substrate bias effect, and the drive current increases as compared with the case of a normal MOSFET. Therefore, a large drive current can be obtained while maintaining a low leakage current with a low power supply voltage. Therefore, a low voltage drive and low power consumption MOSFET is realized.
[0005]
Here, the substrate bias effect of DTMOS will be described. The substrate bias effect is an effect that when a bias is applied to the well region, the threshold value of the transistor changes and the drain current increases or decreases. It is convenient to use the substrate bias effect factor γ as an amount representing the magnitude of the substrate bias effect. Hereinafter, a case where a forward bias is applied as a substrate bias realized by DTMOS (a forward bias for a source / drain junction) will be described.
[0006]
γ = | ΔVt / Vb | (1)
Here, Vb is a voltage applied to the shallow well region with reference to the potential of the source region, and ΔVt is a threshold shift amount (negative value) due to the application of the voltage Vb to the shallow well region. It should be noted that the threshold here is a threshold when the voltage Vb is always applied to the shallow well region, and is different from an effective threshold of DTMOS in which the voltage of the well region varies. In DTMOS, γ is obtained from ΔVt when Vb is the power supply voltage Vdd.
[0007]
From equation (1), it can be seen that when a constant voltage Vb is applied to the shallow well region, the threshold shift amount ΔVt increases as γ increases, and a larger drive current flows.
[0008]
Meanwhile, it is known that the threshold shift amount ΔVt has the following relationship with the width Xd of the depletion layer extending from the gate oxide film to the substrate side.
[0009]
ΔVt∝ToxVdd / Xd (2)
Here, Tox is a gate insulating film thickness. Therefore, it can be seen from Equation (2) that it is effective to suppress the width Xd of the depletion layer extending from the gate insulating film to the substrate side in order to increase the substrate bias effect.
[0010]
A method for increasing the substrate bias effect factor γ by suppressing the width Xd of the depletion layer extending from the gate insulating film to the substrate side has been proposed (Channel Profile Optimization and Low-Power High Performance Dynamic MOSFET). Wann et al., IEDM Tech. Dig., P113, 1996). The structure shown in the above document will be described with reference to FIG. In FIG. 10, 31 is a P-channel DTMOS, 32 is an N-channel DTMOS, 301 is a P-type substrate, 302 is an N-type deep well region, 303 is an N-type shallow well region, and 304 is a P-type shallow well region. 305, a region with a high N-type impurity concentration, 306, a region with a high P-type impurity concentration, 307, a channel region of P-channel DTMOS, 308, a channel region of N-channel DTMOS, and 309, P+Diffusion region, 310 is N+A diffusion region, 311 is a gate insulating film, 312 is a gate electrode, and 313 is an element isolation region. Although not shown, in each DTMOS, the gate electrode 312 and the shallow well regions 303 and 304 are electrically connected to each other.
[0011]
The electric field sharply attenuates in the regions 305 and 306 having a high impurity concentration, and the regions 305 and 306 serve as a ground plate. Therefore, the extension of the depletion layer remains in the vicinity of the surfaces of the regions 305 and 306. Therefore, the depletion layer width Xd extending from the gate oxide film 311 toward the channel regions 307 and 308 is limited if the channel regions 307 and 308 are sufficiently thin and the regions 305 and 306 having a high impurity concentration serve as stoppers. . Therefore, the substrate bias effect factor γ becomes larger than the equations (1) and (2). Therefore, the drive current of the dynamic threshold transistors 31 and 32 can be further increased.
[0012]
[Non-Patent Document 1]
C. Wann et al., “Channel Profile Optimization and Device Design for Low Power High Performance Dynamic Threshold MOSFET (Channel Profile Optimization and Device Design). for Low-Power High Performance Dynamic Threshold MOSFET) ", IDM Tech. Dig., 1996, p113.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above prior art, P+Diffusion region 309 (N+There is a problem that the junction capacitance between the diffusion region 310) and the N-type shallow well region 303 (P-type shallow well region 304) is large. In particular, a region 305 having a high N-type impurity concentration (region 306 having a high P-type impurity concentration) and P+Diffusion region 309 (N+The diffusion region 310) is in contact with the junction region, and the junction capacitance is further increased. This increases the power consumption of the DTMOS and slows down the operation speed.
[0014]
The present invention has been made to solve the above problems, and its main purpose is to provide a junction capacitance between a diffusion layer region and a shallow well region in a DTMOS or the like in which the gate depletion layer is suppressed to increase the drive current. Is to enable high-speed operation with lower power consumption. In addition to the DTMOS, it is to provide a semiconductor device having a structure in which the substrate bias effect factor γ increases as shown in the equations (1) and (2).
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention includes:
  A semiconductor substrate;
  A second conductivity type well region formed in the semiconductor substrate;
  An element isolation region;
  A source region and a drain region of a first conductivity type formed on the element isolation region;
  A second conductivity type channel region formed between the source region and the drain region and formed on the second conductivity type well region;
  A gate insulating film formed on the channel region, source region and drain region;
  A gate electrode formed on the gate insulating film;
With
  The channel region is made of a single crystal semiconductor, the source region and the drain region are made of a polycrystalline semiconductor,
  The thickness of the channel region is the same as the thickness of the source region and drain region,
  A part of the channel region is on the element isolation region,
  The source region and drain region have a junction with the part of the channel region, but have no junction with the well region,
  The impurity concentration giving the second conductivity type in the well region is higher than the impurity concentration giving the second conductivity type in the channel region, and
  The portion of the gate insulating film formed on the source region and the drain region is thicker than the portion of the gate insulating film formed on the channel region.
[0017]
In the present specification, the first conductivity type means P type or N type. The second conductivity type means N type when the first conductivity type is P type, and P type when the first conductivity type is N type.
[0018]
According to the above configuration, the shallow second region of the second conductivity type having a high impurity concentration is formed under the channel region of the second conductivity type having a low impurity concentration. Therefore, since the width of the depletion layer extending from the gate electrode to the channel region is suppressed by the well region of the second conductivity type, the substrate bias effect can be increased. Therefore, the drive current of the semiconductor device (element) can be increased.
[0019]
  In addition, since the source region and the drain region are formed on the element isolation region, the junction capacitance associated with the source region and the drain region can be extremely reduced, and the source region and the drain region are formed on the source region and the drain region. Since the portion of the gate insulating film formed is thicker than the portion of the gate insulating film formed on the channel region, the capacity of the gate electrode, the source region, and the drain region can be reduced. it can. Accordingly, the power consumption of the semiconductor device can be reduced and the speed can be increased.Further, since the source region and the drain region are made of a polycrystalline semiconductor, the impurity diffusion can be easily controlled. That is, since a polycrystalline semiconductor has a very large diffusion coefficient (100 times or more) compared to a single crystal semiconductor, impurities diffuse quickly into the source region and the region to be the drain region (region made of the polycrystalline semiconductor). However, it hardly diffuses into the region to be the channel region (region made of a single crystal semiconductor). Therefore, since the channel width is controlled with good reproducibility, the variation of each element and lot of the semiconductor device can be reduced.
[0020]
In addition, the semiconductor device of one embodiment
A first conductivity type deep well region formed in the semiconductor substrate;
The second conductivity type well region is a second conductivity type shallow well region formed on the first conductivity type deep well region,
The gate electrode and the second conductivity type shallow well region are electrically connected.
[0021]
According to the above configuration, since the width of the depletion layer extending from the gate electrode to the channel region is suppressed by the shallow well region of the second conductivity type, the above effect that the substrate bias effect can be increased. In addition, since the gate electrode and the second conductivity type shallow well region are electrically connected to form a DTMOS structure, a larger substrate bias effect can be obtained and the drive current can be reduced. Can be very large. Therefore, it is possible to realize a DTMOS that has a very large driving current, low power consumption, and high speed.
[0022]
In one embodiment,
The element isolation region is
A deep isolation region having a depth deeper than a junction depth between the first conductivity type deep well region and the second conductivity type shallow well region;
A shallow element isolation region which is an insulating layer having a depth shallower than a junction depth between the deep well region of the first conductivity type and the shallow well region of the second conductivity type;
Consists of
The shallow element isolation region is located between the source region and the drain region and the shallow well region of the second conductivity type.
[0023]
According to the embodiment, the element isolation region includes the deep element isolation region for isolating the second conductivity type shallow well region for each element, the source region and the drain region, and the second conductive region. It consists of a shallow element isolation region which is the insulating layer separating the shallow well region of the mold. Accordingly, since the second conductivity type shallow well region exists under the insulating layer which is the shallow element isolation region, the resistance of the second conductivity type shallow well region can be reduced. Therefore, since the delay time when the potential applied to the gate electrode is transmitted to the shallow well region of the second conductivity type can be shortened, the substrate bias effect of the DTMOS can be used effectively.
[0026]
In one embodiment,
Part of the source region and drain region is silicided.
[0027]
According to the embodiment, a part of the source region and the drain region is silicided to reduce the resistance. Therefore, the drive current of the semiconductor device can be further increased.
[0028]
In one embodiment,
The polycrystalline semiconductor has a particle size of 50 nm or less.
[0029]
According to the above embodiment, since the grain size of the polycrystalline semiconductor is 50 nm or less, the difference in diffusion coefficient between the polycrystalline semiconductor and the single crystal semiconductor becomes extremely large. Therefore, the temperature of activation annealing of the diffusion layer region serving as the source region and the drain region can be lowered to 800 ° C. or less, and variation among elements and lots of the semiconductor device can be further reduced. When the grain size of the polycrystalline semiconductor exceeds 50 nm, the difference in diffusion coefficient does not increase so much, and the activation annealing temperature of the diffusion layer region that becomes the source region and the drain region can be lowered to 800 ° C. or lower. It will disappear.
[0030]
  In one embodiment,
The impurity concentration giving the second conductivity type in the second conductivity type well region is:10 18 cm -3 -10 20 cm -3 AndThe impurity concentration of the second conductivity type in the channel region is set to 10 times or more higher.
[0031]
According to the above-described embodiment, the shallow well region of the second conductivity type having a sufficiently high impurity concentration (10 times or more) is formed under the channel region having a low impurity concentration. As described above, since the impurity concentration of the second well type shallow well region is high, the electric field attenuation becomes steep, and the width of the depletion layer extending from the gate electrode to the channel region is more effectively suppressed. The substrate bias effect can be increased with good controllability. Therefore, the driving current of the semiconductor device can be extremely increased.
[0032]
  In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
  Forming a second conductivity type well region and an element isolation region on a semiconductor substrate in a state where the second conductivity type well region and the element isolation region are exposed on the surface;
  Under the condition that the single crystal semiconductor film is selectively grown epitaxially in the region where the shallow well region of the second conductivity type is exposed, while the polycrystalline semiconductor film is selectively grown on the element isolation region,The thickness of the single crystal semiconductor film is the same as the thickness of the polycrystalline semiconductor film, and a part of the single crystal semiconductor film is on the element isolation region, and the polycrystalline semiconductor film Has a junction with the part of the single crystal semiconductor film, but does not have a junction with the well region.Depositing a semiconductor film on the surface;
  Introducing a first conductivity type impurity into the polycrystalline semiconductor film;
  Diffusing the first conductivity type impurity to form a source region and a drain region;
  Forming a gate insulating film on the channel region, the source region, and the drain region of the single crystal semiconductor film by a thermal oxidation method;
It is characterized by having.
[0033]
According to the invention, since the semiconductor film to be the channel region is formed after the element isolation region and the second conductivity type well region having a high impurity concentration are formed, the vicinity of the interface between the channel region and the well region is formed. Thus, a steep profile of the impurity concentration distribution can be provided. Therefore, it is easy to give a desired threshold value to a semiconductor device such as a MOS transistor or a DTMOS and to limit the depletion layer width by the well region of the second conductivity type.
[0034]
According to the invention, a single crystal semiconductor film is formed in a self-aligned manner on the region where the well region of the second conductivity type is exposed, and a polycrystalline semiconductor film is formed on the element isolation region in a self-aligned manner. The source region and the drain region are formed by introducing and diffusing conductive impurities into the polycrystalline semiconductor film. Therefore, it is possible to prevent the source region and the drain region from coming into contact with the second conductivity type well region without using a special device or process, and a junction capacitance associated with the source region and the drain region. Can be made very small.
[0035]
Further, the gate insulating film formed on the source region and the drain region in order to form the source region and the drain region by diffusing the impurity of the first conductivity type before forming the gate insulating film. This portion is formed thicker than the thickness of the portion of the gate insulating film formed on the channel region. For this reason, the capacity | capacitance put together in the said gate electrode and the said source region and drain region can be made small.
[0036]
In one embodiment,
In the step of depositing the semiconductor film on the surface, the semiconductor film is formed by a chemical vapor deposition method at a growth temperature of 650 ° C. or higher.
[0037]
According to the embodiment, the polycrystalline semiconductor film having a thickness of 50 nm or less can be formed with good controllability.
[0038]
In one embodiment,
The step of diffusing the first conductivity type impurity to form the source region and the drain region is performed in an oxygen atmosphere.
[0039]
According to the above embodiment, since the annealing is performed in an oxygen atmosphere, an accelerated diffusion phenomenon occurs, and for example, the impurity speed in the polycrystalline silicon film can be increased as compared with annealing in a nitrogen atmosphere. Thereby, the annealing time can be shortened and the annealing temperature can be further reduced.
[0040]
In one embodiment,
The step of diffusing the first conductivity type impurity to form the source region and the drain region and the step of forming the gate insulating film by a thermal oxidation method are performed simultaneously.
[0041]
According to the above embodiment, the process can be simplified.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0043]
The semiconductor substrate that can be used in the present invention is not particularly limited, but a silicon substrate is preferable. The semiconductor substrate may have a P-type or N-type conductivity type.
[0044]
(Embodiment 1)
In the semiconductor device according to the first embodiment, a channel region is formed on an active region on a semiconductor substrate, and a diffusion region is formed on an element isolation region in a self-aligned manner, thereby significantly reducing the junction capacitance associated with the diffusion region. It is a thing. The semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 1, the interlayer insulating film and the upper wiring are omitted. FIG. 2 is an enlarged view of the end of the gate electrode 117 of the N-channel MOS transistor 11 of FIG. 1, and illustrates the overlap capacitance between the gate electrode 117 and the source region 114 and drain region 114 in detail.
[0045]
First, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
[0046]
An N-type deep well region 104 and a P-type deep well region 105 are formed in the silicon semiconductor substrate 101. An N-type shallow well region 107 having a concentration higher than that of the N-type deep well region 104 is formed on the N-type deep well region 104. A P-type shallow well region 106 having a higher concentration than the P-type deep well region 105 is formed on the P-type deep well region 105. The shallow well regions 106 and 107 are electrically isolated for each element by an element isolation region 103 made of a silicon oxide film as an example of an insulating layer. The direct connection between the P-type shallow well region 106 and the N-type shallow well region 107 should be avoided because it causes a problem of an increase in leakage current and capacitance. The depth is preferably shallower than the depth of the isolation region 103. Of course, if there is a sufficient margin between the elements, the shallow well regions 106 and 107 may be deeper than the element isolation region 103 as long as they are not directly connected.
[0047]
The upper surface of the P-type shallow well region 106 and a part of the upper surface of the element isolation region 103 are covered with a semiconductor thin film. The semiconductor thin film becomes a channel region 108 of a single crystal semiconductor thin film containing P-type impurities on the P-type shallow well region 106, and N on the polycrystalline semiconductor thin film on the element isolation region 103.+A diffusion layer region 114 is formed. A gate electrode 117 is formed on the channel region 108 and the P-type shallow well region 106 with a gate insulating film 116 interposed therebetween.
[0048]
On the other hand, the upper surface of the N-type shallow well region 107 and a part of the upper surface of the element isolation region 103 are covered with a semiconductor thin film. The semiconductor thin film becomes a channel region 108 ′ of a single crystal semiconductor thin film containing N-type impurities on the N-type shallow well region 107, and the polycrystalline semiconductor thin film P on the element isolation region 103.+A diffusion layer region 115 is formed. A gate electrode 117 is formed on the channel region 108 ′ and the N-type shallow well region 107 via a gate insulating film 116.
[0049]
The channel regions 108 and 108 ′ of the single crystal semiconductor thin film are slightly wider than the upper surfaces of the shallow well regions 106 and 107, and a part thereof is on the element isolation region 103.
[0050]
The semiconductor thin film is made of general silicon, but may be germanium, silicon germanium (SiGe), or a laminated film made of these.
[0051]
In the gate insulating film 116, the thickness of the portion 116b formed on the diffusion layer regions 114 and 115 is 2 to 5 times thicker than the thickness of the portion 116a formed on the channel regions 108 and 108 '.
[0052]
Therefore, the overlap capacitance between the gate electrode 117 and the diffusion layer regions (source / drain regions) 114 and 115 can be reduced. This will be described with reference to FIG. The gate electrode 117 is formed so as to overlap with the channel region 108 with a design margin (DM: positioning dimension of the gate electrode with respect to element isolation) in order to suppress variation in element characteristics due to variation in channel width. There is a need. Therefore, since the gate electrode 117 cannot be formed in a self-aligned manner with respect to the element isolation region 103 (or the source / drain region 114), there is a concern about an increase in overlap capacitance between the gate electrode 117 and the source / drain region 114. Is done. However, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, on the diffusion layer regions 114 and 115, a portion 116a of the gate insulating film (silicon oxide film) 116 on the channel regions 108 and 108 ′ is formed. On the other hand, since the portion 116b of the gate insulating film 116 having a thickness 2 to 5 times larger is formed, the overlap capacitance between the gate electrode 117 and the source / drain regions 114 and 115 can be reduced.
[0053]
The impurity concentration of the channel regions 108 and 108 ′ may be determined so that the MOS transistors 11 and 12 have a desired threshold value. Channels (inversion layers) are formed in the uppermost layer portions of the channel regions 108 and 108 'when the MOS transistors 11 and 12 are on. Further, the thickness of the channel regions 108 and 108 'is determined to be smaller than the maximum depletion layer width when the channels have a uniform concentration so that the channel regions 108 and 108' are completely depleted even when the MOS transistors 11 and 12 are off. Is preferred. In this case, the substrate bias effect of the MOS transistors 11 and 12 can be sufficiently obtained. Specifically, when the MOS transistors 11 and 12 are in the off state, the width of the depletion layer extending from the gate insulating film 116 side into the channel regions 108 and 108 ′ is, for example, the impurity concentration of the channel regions 108 and 108 ′. Uniform 1x1017cm-3In this case, the maximum depletion layer width is about 100 nm. Accordingly, the thickness of the channel regions 108 and 108 ′ is preferably 100 nm or less. The relationship between the thickness of the channel regions 108 and 108 'and the drive current will be described in detail in the second embodiment.
[0054]
Since the electric field sharply attenuates in the shallow well regions 106 and 107 having a high impurity concentration and the well regions 106 and 107 serve as a ground plate, the depletion layer extends only in the vicinity of the surfaces of the well regions 106 and 107. Therefore, the higher the concentration of the shallow well regions 106 and 107, the sharper the electric field is attenuated, so that the depletion layer extending from the channel regions 108 and 108 ′ can be more effectively suppressed. The impurity concentration of the shallow well regions 106 and 107 is, for example, 10 times higher than that of the channel regions 108 and 108 ′.18cm-3-1020cm-3By doing so, the effect of suppressing the growth of the depletion layer is increased, which is more desirable. Thus, since the width of the depletion layer extending from the gate electrode 117 to the channel regions 108 and 108 ′ is suppressed by the shallow well regions 106 and 107, the substrate bias effect factor γ is increased by the equation (2). It can be done. It is preferable that the impurity profile be as steep as possible at the boundary between the channel regions 108 and 108 'and the shallow well regions 106 and 107. This is because the ability to prevent the depletion layer from growing decreases when the profile changes slowly.
[0055]
The semiconductor device according to the first embodiment has an electric field in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate with respect to the electric field strength between the source / drain regions 114 and 115, as compared with a conventional element having a uniform impurity concentration in the channel region. Since the strength is large, there is an effect of suppressing the short channel effect.
[0056]
As is apparent from FIG. 1, the diffusion layer regions 114 and 115 only have junctions with a very small area with the channel regions 108 and 108 ′, and do not have junctions with the shallow well regions 106 and 107. In addition, since the polycrystalline semiconductor has a grain size of 50 nm or less and the diffusion coefficient of the polycrystalline semiconductor can be made extremely larger than that of the single crystal semiconductor, the impurity is the source / drain region (source region and drain region) 114. , 115 quickly diffuses into a region (region made of a polycrystalline semiconductor), and hardly diffuses into regions (regions made of a single crystal semiconductor) that should become the channel regions 108 and 108 ′. The diffusion layer regions (source / drain regions) 114 and 115 are formed on the element isolation region 103 and in a self-aligned manner with respect to the element isolation region 103. Therefore, the junction capacitance associated with the diffusion layer regions 114 and 115 can be made very small, and the channel width can be controlled with good reproducibility, so that the variation of each element and lot of the semiconductor device can be reduced.
[0057]
The manufacturing procedure of the semiconductor device according to the first embodiment is different from the manufacturing procedure of the semiconductor device according to the second embodiment described later in that there is no deep element isolation region 102 described later, and shallow well regions 106 and 107. Since the formation regions are different and the gate electrode 117 and shallow well regions 106 and 107 are not connected to each other, the description is omitted here.
[0058]
(Embodiment 2)
The semiconductor device according to the present second embodiment is a DTMOS in which the gate electrode and the shallow well region are connected to the semiconductor device according to the first embodiment, thereby further increasing the substrate bias effect and obtaining a larger driving force. The semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 is a plan view of the semiconductor device according to the second embodiment, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional line BB ′ in FIG. It is sectional drawing seen from. 3 to 5, the interlayer insulating film and the upper wiring are omitted. 6 and 7 illustrate a procedure for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 8 explains the relationship between the thickness of the channel region and the drive current.
[0059]
First, the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0060]
As shown in FIG. 4, an N-type deep well region 104 and a P-type deep well region 105 are formed in the semiconductor substrate 101. A P-type shallow well region 106 is formed on the N-type deep well region 104. On the P-type deep well region 105, an N-type shallow well region 107 is formed. The shallow well regions 106 and 107 are electrically isolated element by element by a deep element isolation region 102 made of a silicon oxide film as an example of an insulating layer.
[0061]
In the P-type shallow well region 106, a shallow element isolation region 103 made of a silicon oxide film as an example of an insulating layer is formed. As shown in FIGS. 3 and 4, the upper surface of the P-type shallow well region 106 and part of the upper surfaces of the element isolation regions 102 and 103 are covered with a semiconductor thin film. The semiconductor thin film becomes a channel region 108 made of a single crystal semiconductor thin film containing a P-type impurity on the P-type shallow well region 106, and N made of a polycrystalline semiconductor thin film on the element isolation regions 102 and 103.+A diffusion layer region 114 is formed. The shallow element isolation region 103 is located between the diffusion layer region 114 and the P-type shallow well region 106. A gate electrode 117 is formed on the channel region 108 and the P-type shallow well region 106 with a gate insulating film 116 interposed therebetween. 3 and 5, a part of the gate electrode 117 is removed to expose the P-type shallow well region 106 (see the region 131 in FIG. 3), and the P-type shallow well region 106 is exposed. P in the area+A diffusion layer 132 (see FIG. 5) is formed. Although not shown, the gate electrode 117 and P+A contact is formed across the diffusion layer 132, and the gate electrode 117 and the P-type shallow well region 106 are ohmically connected. Thus, the N channel type DTMOS 21 is configured.
[0062]
On the other hand, a shallow element isolation region 103 made of a silicon oxide film as an example of an insulating layer is formed in the N-type shallow well region 107. The upper surface of the N-type shallow well region 107 and part of the upper surfaces of the element isolation regions 102 and 103 are covered with a semiconductor thin film. The semiconductor thin film becomes a channel region 108 ′ made of a single crystal semiconductor thin film containing an N-type impurity on the N-type shallow well region 107, and P made of a polycrystalline semiconductor thin film on the element isolation regions 102 and 103.+A diffusion layer region 115 is formed. The shallow element isolation region 103 is located between the diffusion layer region 115 and the N-type shallow well region 107. A gate electrode 117 is formed on the channel region 108 ′ and the N-type shallow well region 107 via a gate insulating film 116. Although not shown, a part of the gate electrode 117 is removed to expose the N-type shallow well region 107 (see the region 131 in FIG. 3), and the region where the N-type shallow well region 107 is exposed is exposed to N+A diffusion layer is formed. Although not shown, the gate electrode 117 and N+A contact is formed across the diffusion layer, and the gate electrode 117 and the N-type shallow well region 107 are ohmically connected. Thus, the P channel type DTMOS 22 is configured.
[0063]
The impurity concentration of the shallow well regions 106 and 107 increases the substrate bias effect factor γ by suppressing the width of the depletion layer extending from the gate electrode 117 to the channel regions 108 and 108 as in the semiconductor device of the first embodiment. In order to achieve this, the channel regions 108 and 108 'are formed to be deeper than the impurity concentration. Although not shown, in order to reduce the capacity of the shallow well regions 106 and 107 and the deep well regions 104 and 105, a shallow well having an impurity concentration lower than that of the shallow well regions 106 and 107 between them. A well region having the same conductivity type as the region may be formed.
[0064]
Silicon is used for the semiconductor thin film, but germanium, silicon germanium (SiGe), or a laminated film made of these may be used.
[0065]
Although the element isolation region may have a single depth only of the deep element isolation region 102, it is desirable that the element isolation region includes the deep element isolation region 102 and the shallow element isolation region 103 as described above. By using the shallow element isolation region 103 in combination, shallow well regions 106 and 107 exist under the shallow element isolation region 103. Therefore, the resistance of the shallow well regions 106 and 107 under the shallow element isolation region 103 can be reduced. When the potential applied to the gate electrode 117 is transmitted to the shallow wells 106 and 107, a delay expressed by the product of the resistance of the shallow well regions 106 and 107 and the junction capacitance associated with the shallow well regions 106 and 107 occurs. When this delay cannot be ignored compared with the switching time of the element, the substrate bias effect cannot be obtained effectively.
[0066]
Therefore, when the shallow element isolation region 103 is used in combination, the delay is shortened, and the substrate bias effect of DTMOS can be used effectively.
[0067]
The shallow element isolation region 103 is formed for the purpose of preventing contact between the source / drain regions, that is, the diffusion layer regions 114 and 115, and the shallow well regions 106 and 107. I just need it. Therefore, although not shown, the present invention is not limited to the manufacturing method described later in the second embodiment. For example, after the silicon film is formed on the entire surface of the shallow well region, only the silicon oxide film in the region that becomes the channel region is used. It may be formed by removing. Further, the film thickness may be set so that the impurity does not penetrate the insulating layer and is not doped into the shallow well region when the impurity is implanted into the source / drain regions.
[0068]
The impurity concentration of the channel regions 108 and 108 ′ may be determined so that the DTMOSs 21 and 22 have a desired threshold value. Channels (inversion layers) are formed in the uppermost layer portions of the channel regions 108 and 108 'when the DTMOSs 21 and 22 are in an on state. The channel regions 108 and 108 'have a maximum depletion layer width when the channel regions 108 and 108' have a uniform concentration so that the channel regions 108 and 108 'are completely depleted even when the DTMOSs 21 and 22 are off. It is preferable to determine smaller. In this case, the substrate bias effect of the DTMOSs 21 and 22 can be sufficiently obtained. Specifically, when the DTMOSs 21 and 22 are in the off state, the width of the depletion layer extending from the gate insulating film 116 side into the channel regions 108 and 108 ′ is, for example, that the impurity concentrations of the channel regions 108 and 108 ′ are uniform. 1 × 1017cm-3In this case, the maximum depletion layer width is about 100 nm. Accordingly, the thickness of the channel regions 108 and 108 ′ is preferably 100 nm or less.
[0069]
Further, the relationship between the thickness of the channel regions 108 and 108 'and the drive current will be described in more detail. FIG. 8 shows that the off-leakage current Ioff of the DTMOS according to the present invention is 1 × 10.-11The relationship between the drive current (μA / μm) at A / μm and the thickness D (nm) of the channel regions 108 and 108 ′ is shown. The effective channel length Leff is 200 nm, and the gate oxide film thickness Tox is 2 nm. The driving current of the DTMOS having the conventional structure is also shown by a dotted line. The DTMOS according to the second embodiment can realize a larger driving current than the conventional DTMOS. In addition, it can be seen that when D = 12 nm, the drive current has a maximum value and an optimum film thickness. As described above, the DTMOS according to the second embodiment can improve the driving force by about 80% at the maximum. Here, the result is that Ioff is 1 × 10-11This is an example at Leff = 200 nm where the threshold voltage is set to be A / μm, and the optimum value of D also varies depending on Leff, Tox, channel concentration, and threshold voltage.
[0070]
Similar to the semiconductor device of the first embodiment, the semiconductor device of the second embodiment is different from the surface of the semiconductor substrate with respect to the electric field strength between the source and the drain as compared with the conventional structure element having a uniform channel concentration. Since the electric field strength in the vertical direction is large, there is an effect of suppressing the short channel effect. In the DTMOSs 21 and 22, the potential of the gate electrode 117 (forward bias) is transmitted from the channel regions 108 and 108 ′ to the well regions 106 and 107, so that the width of the depletion layer extending from the drains 114 and 115 can be reduced. As compared with the first embodiment, the substrate bias effect can be further increased and the short channel effect can be suppressed.
[0071]
Next, a procedure for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views of the element in the process of being produced, and correspond to the cross section seen from the section line A-A 'in FIG.
[0072]
First, as shown in FIG. 6A, element isolation regions 102 and 103, deep well regions 104 and 105, and shallow well regions 106 and 107 are formed in a semiconductor substrate 101 by a known method. At this time, the impurity concentration in the vicinity of the exposed surfaces of the shallow well regions 106 and 107 is sufficiently higher than that of the channel region (for example, the impurity concentration of the channel region is 10%).17cm-3In this case, the impurity concentration in the vicinity of the exposed surface is 10 times or more.18cm-3-1020cm-3Keep it. ).
[0073]
Next, as shown in FIG. 6B, single crystal semiconductor films 108 and 108 ′ are epitaxially grown on the regions where the shallow well regions 106 and 107, which are active regions, are exposed, and on the element isolation regions 102 and 103. Deposits a polycrystalline semiconductor film 109. Since the single crystal semiconductor films 108 and 108 ′ on the active regions where the shallow well regions 106 and 107 are exposed are epitaxially grown, as shown in FIG. Is on the shallow element isolation region 103. As an example, when a silicon film is formed using a silicon substrate, the surface of the active region is cleaned by HF (hydrogen fluoride) treatment, and then, for example, 580 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). ~ 700 ° C (more preferably 650-700 ° C), Si2H6Or SiH4If a silicon film is deposited under a condition of gas of 20 to 100 Pa, a silicon single crystal film 108, 108 'is formed on the active region, and a polycrystalline silicon film 109 is formed on the element isolation regions 102, 103 in a self-aligned manner. Can be formed. When formed at a growth temperature of 650 ° C. or higher, the polycrystalline semiconductor film 109 having a grain size of 50 nm or less can be formed with good controllability. Accordingly, the annealing temperature for the impurity activation of the source / drain region, that is, the diffusion layer region and the diffusion up to the vicinity of the channel regions 108 and 108 ′, which are the subsequent steps, can be lowered to 800 ° C. or lower. It is possible to suppress the auto-doping from the deep shallow well region 106, 107 to the channel region 108, 108 'and keep the interface sharp.
[0074]
Next, as shown in FIG. 6C, parts of the single crystal semiconductor films 108 and 108 'and the polycrystalline semiconductor film 109 are removed by etching, and pattern processing is performed. Next, the channel regions 108 'and 108 of the P channel type DTMOS and the N channel type DTMOS are covered with a resist 110, and an N type impurity 111 (P, As, etc.) 2 × 1015~ 1x1016cm-2inject.
[0075]
Next, as shown in FIG. 7A, after removing the resist 110, the channel regions 108 and 108 ′ of the N-channel type DTMOS and the P-channel type DTMOS are covered with the resist 112 in the same manner as in FIG. The P-type impurity 113 (B (boron) or BF) is added to the region 109 which becomes the source / drain region of the P-channel DTMOS.3Etc.) 2 × 1015~ 1x1016cm-2inject.
[0076]
At this time, a part of the single crystal semiconductor films 108 and 108 ′ and the polycrystalline semiconductor film 109 is patterned by etching, and then a silicon oxide film of 5 to 20 nm is formed and used as a screen oxide film at the time of implantation. May be. In addition, the resist on the channel regions 108 and 108 ′ has a design margin (DM) that allows the channel regions 108 and 108 ′ to have a design margin (DM) so that impurities are not directly implanted into the channel regions 108 and 108 ′. , 108 'are completely covered.
[0077]
Next, as shown in FIG. 7B, after removing the resist 112, an annealing process is performed so that the N-channel DTMOS has an N+The diffusion layer region 114 is P for the P-channel DTMOS.+Diffusion layer regions 115 are formed respectively. The annealing treatment is preferably performed at a temperature of 700 to 800 ° C., for example. In order to prevent impurities from being directly implanted into the channel regions 108 and 108 ′, the impurities are implanted at a position that is separated from the channel regions 108 and 108 ′ by a design margin. However, the polycrystalline semiconductor film 109 has a very large diffusion coefficient. Impurities are quickly diffused by this annealing treatment. On the other hand, impurities diffuse slowly in the single crystal semiconductor films 108 and 108 '. Therefore, by appropriately setting the annealing conditions, the impurity can be slightly exuded from the polycrystalline semiconductor film 109 into the single crystal semiconductor films 108 and 108 ′. Accordingly, the diffusion layer regions 114 and 115, that is, the source / drain regions 114 and 115 can be formed in a self-aligned manner with respect to the element isolation regions 102 and 103, and the channel width is controlled with good reproducibility. Variations between elements and lots can be reduced. Further, since the diffusion layer regions 114 and 115 and the shallow well regions 106 and 107 can be hardly contacted, the junction capacitance can be reduced. Here, this annealing treatment may be performed in an oxygen atmosphere. When annealing is performed in an oxygen atmosphere, the diffusion rate of impurities in the polycrystalline silicon film 109 can be increased as compared with, for example, a nitrogen atmosphere due to the accelerated diffusion phenomenon. Thereby, the annealing time can be shortened and the annealing temperature can be further reduced. When the gate insulating film 116 to be formed later is formed of a silicon oxide film by thermal oxidation, the silicon oxide film 116 is formed in order to activate the source / drain regions, that is, the diffusion layer regions 114 and 115. Since it can serve as an annealing process, the process can be simplified.
[0078]
Next, as shown in FIG. 7C, gate insulating films 116a and 116b and a gate electrode 117 are formed. The gate insulating film is obtained by forming a silicon oxide film using a thermal oxidation method. Then, the gate oxide film 116a is formed on the channel regions 108 and 108 ', and the film thickness is about 2 to 5 times that of the gate oxide film 116a formed on the channel regions 108 and 108' on the source and drain diffusion layers. A thick gate oxide film 116b is formed. This is because the growth rate of the thermal oxide film on the regions such as the source and drain diffusion layers 114 and 115 doped with the impurity at a high concentration is similar to that of the channel regions 108 and 108 ′ where the impurity is doped at a low concentration. It is because it is larger than the above-mentioned area. Thus, since the source and drain diffusion layers 114 and 115 doped with impurities at a high concentration are formed before the gate oxidation step, the channel regions 108 and 108 ′ are formed on the source and drain diffusion layer regions 114 and 115. A thicker gate oxide film can be formed. Therefore, the capacity of the gate electrode, the source, and the drain electrode can be reduced. Further, since this can be performed only by the gate oxidation step without adding a new process step, the production cost can be reduced. Although not shown, a part of the gate electrode 117 (region 131 in FIG. 3) is removed to form a region connecting the gate electrode 117 and the shallow well regions 106 and 107.
[0079]
Thereafter, the upper wiring and the like are formed by a known method to complete the semiconductor device.
[0080]
According to the above manufacturing procedure, the shallow well regions 106 and 107 having a high impurity concentration are formed, and then the semiconductor film to be the channel regions 108 and 108 'is formed. Therefore, the shallow well regions 106 and 107 and the channel regions 108 and 108 are formed. It is possible to have a steep profile of impurity concentration distribution near the interface with '. Therefore, a desired threshold value can be given to the DTMOS, and the depletion layer width can be easily limited by the shallow well regions 106 and 107.
[0081]
Further, according to the above manufacturing procedure, the diffusion layer regions (source / drain regions) 114 and 115 of the semiconductor device of the second embodiment can be formed in a self-aligned manner. That is, a single crystal semiconductor film 108, 108 ′ is formed on the active region and a polycrystalline semiconductor film 109 is formed on the element isolation regions 102, 103 in a self-aligned manner, and impurities are introduced into the polycrystalline semiconductor film 109. Diffusion layer regions 114 and 115 are formed. Therefore, since the diffusion layer regions 114 and 115 and the shallow well regions 106 and 107 are hardly in contact with each other, the junction capacitance associated with the diffusion layer regions 114 and 115 can be made very small. In addition, a semiconductor device having a desired structure can be obtained without using a special process device.
[0082]
(Embodiment 3)
The semiconductor device according to the third embodiment is the same as the semiconductor device according to the second embodiment except that a part of the diffusion layer region and the upper part of the gate electrode are silicided to reduce the resistance. FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment.
[0083]
In FIG. 9, the above-mentioned reference numerals indicate the same components as those described in the second embodiment shown in FIG.
[0084]
A gate sidewall insulating film 118 is formed on the sidewall of the gate electrode 117. In addition, in the diffusion layer regions 114 and 115, the portion not covered with the gate sidewall insulating film 118 is silicided, and the upper portion of the gate electrode 117 is also silicided to form a high melting point silicide layer 119, respectively. ing. The gate sidewall insulating film 118 functions to prevent a short circuit between the gate electrode 117 and the diffusion layer regions 114 and 115, and the silicide layer 119 reaches the junction between the diffusion layer regions 114 and 115 and the channel regions 108 and 108 ′. With the function to prevent.
[0085]
In the semiconductor device according to the third embodiment, a part of diffusion layer regions 114 and 115 and the upper part of gate electrode 117 are silicided, so that these resistances can be reduced. In particular, since the diffusion layer regions 114 and 115 are thin films and originally have high resistance, the effect of reducing resistance by silicidation is great. Therefore, the drive current of DTMOS can be further increased.
[0086]
Although not shown, the configuration using gate sidewall insulating film 118 and silicide layer 119 of the semiconductor device of the third embodiment is also applicable to the semiconductor device of the first embodiment.
[0087]
【The invention's effect】
As apparent from the above, according to the semiconductor device of the present invention, the second conductivity type shallow well region having a high impurity concentration is formed under the second conductivity type channel region having a low impurity concentration, and the gate electrode is formed. Since the width of the depletion layer extending to the channel region is suppressed by the well region of the second conductivity type, the substrate bias effect can be increased and the driving current of the semiconductor device can be increased.
[0088]
Further, since the source region and the drain region are formed on the element isolation region, the junction capacitance associated with the source region and the drain region can be extremely reduced, and the source region and the drain region are formed on the source region and the drain region. Since the portion of the gate insulating film is formed thicker than the portion of the gate insulating film formed on the channel region, the capacity of the gate electrode and the source and drain regions can be reduced. . Accordingly, the power consumption of the semiconductor device can be reduced and the speed can be increased.
[0089]
In addition, since the semiconductor device according to one embodiment has a DTMOS structure in which the gate electrode and the second well-conducting shallow well region are electrically connected to each other, a larger substrate bias effect can be obtained. Thus, the drive current can be further increased, and a high speed DTMOS can be realized with low power consumption.
[0090]
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the element isolation region and the second conductivity type well region having a high impurity concentration are formed, the semiconductor film to be the channel region is formed. A steep profile of impurity concentration distribution can be provided in the vicinity of the interface with the shallow well region. Therefore, it is easy to give a desired threshold value to a semiconductor device such as a MOS transistor or a DTMOS and to limit the depletion layer width by the well region of the second conductivity type.
[0091]
A single crystal semiconductor film is formed in a self-aligned manner on the region where the well region of the second conductivity type is exposed, and a polycrystalline semiconductor film is formed on the element isolation region, and the impurity of the first conductivity type is formed on the element isolation region. Since the source region and the drain region are formed by introducing and diffusing into the polycrystalline semiconductor film, the source region and the drain region and the second conductivity type can be formed without using a special device or process. The shallow well region can be prevented from contacting, and the junction capacitance associated with the source region and the drain region can be extremely reduced.
[0092]
Furthermore, before forming the gate insulating film, the source region and the drain region are formed by diffusing impurities of the first conductivity type, so that the gate insulating film formed on the source region and the drain region is formed. The portion can be formed thicker than the thickness of the portion of the gate insulating film formed on the channel region, so that the capacity of the gate electrode, the source region, and the drain region can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining in detail an overlap capacitance between a gate electrode of the present invention and a source region and a drain region.
FIG. 3 is a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along section line A-A ′ of FIG. 3;
5 is a cross-sectional view taken along a cutting plane line B-B ′ in FIG. 3;
FIGS. 6A, 6B, and 6C are views for explaining a manufacturing procedure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are views for explaining a manufacturing procedure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a relationship between a drive current and a channel thickness in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
101 Semiconductor substrate
102, 103 element isolation region
104 N-type deep well region
105 P-type deep well region
106 P-type shallow well region
107 N-type shallow well region
108, 108 ′ single crystal semiconductor film
109 Polycrystalline semiconductor film
110, 112 resist
111 N-type impurities
113 P-type impurities
114 N+Diffusion layer area
115, 132 P+Diffusion layer area
116 Gate insulating film
117 Gate electrode
118 Gate sidewall insulating film
119 Silicide layer
131 P-type shallow well exposed area
11 N-channel MOS
12 P-channel MOS
21 N-channel DTMOS
22 P-channel DTMOS

Claims (9)

半導体基板と、
上記半導体基板内に形成された第2導電型のウェル領域と、
素子分離領域と、
上記素子分離領域上に形成された第1導電型のソース領域およびドレイン領域と、
上記ソース領域と上記ドレイン領域との間にあって、上記第2導電型のウェル領域上に形成された第2導電型のチャネル領域と、
上記チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
を備え、
上記チャネル領域は単結晶半導体からなり、上記ソース領域およびドレイン領域は多結晶半導体からなり、
上記チャネル領域の厚さは、上記ソース領域およびドレイン領域の厚さと同一であり、
上記チャネル領域の一部は、上記素子分離領域の上にあり、
上記ソース領域およびドレイン領域は、上記チャネル領域の上記一部と接合を持つが、上記ウェル領域とは接合を持たなく、
上記ウェル領域中の第2導電型を与える不純物濃度は、上記チャネル領域中の第2導電型を与える不純物濃度よりも濃く、かつ、
上記ソース領域およびドレイン領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分は、上記チャネル領域上に形成された上記ゲート絶縁膜の部分よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A second conductivity type well region formed in the semiconductor substrate;
An element isolation region;
A source region and a drain region of a first conductivity type formed on the element isolation region;
A second conductivity type channel region formed between the source region and the drain region and formed on the second conductivity type well region;
A gate insulating film formed on the channel region, source region and drain region;
A gate electrode formed on the gate insulating film,
The channel region is made of a single crystal semiconductor, the source region and the drain region are made of a polycrystalline semiconductor,
The thickness of the channel region is the same as the thickness of the source region and drain region,
A part of the channel region is on the element isolation region,
The source region and drain region have a junction with the part of the channel region, but have no junction with the well region,
The impurity concentration giving the second conductivity type in the well region is higher than the impurity concentration giving the second conductivity type in the channel region, and
The semiconductor device according to claim 1, wherein a portion of the gate insulating film formed on the source region and the drain region is thicker than a portion of the gate insulating film formed on the channel region.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記半導体基板内に形成された第1導電型の深いウェル領域を備え、
上記第2導電型のウェル領域は、上記第1導電型の深いウェル領域上に形成された第2導電型の浅いウェル領域であり、
上記ゲート電極と上記第2導電型の浅いウェル領域とは電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A first conductivity type deep well region formed in the semiconductor substrate;
The second conductivity type well region is a second conductivity type shallow well region formed on the first conductivity type deep well region,
A semiconductor device, wherein the gate electrode and the second conductivity type shallow well region are electrically connected.
請求項2に記載の半導体装置において、
上記素子分離領域は、
上記第1導電型の深いウェル領域と上記第2導電型の浅いウェル領域との接合の深さより深い深さを有する深い素子分離領域と、
上記第1導電型の深いウェル領域と上記第2導電型の浅いウェル領域との接合の深さより浅い深さを有する絶縁層である浅い素子分離領域と
からなり、
上記浅い素子分離領域は、上記ソース領域およびドレイン領域と、上記第2導電型の浅いウェル領域との間に位置することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The element isolation region is
A deep isolation region having a depth deeper than a junction depth between the first conductivity type deep well region and the second conductivity type shallow well region;
A shallow element isolation region which is an insulating layer having a depth shallower than a junction depth between the first conductivity type deep well region and the second conductivity type shallow well region;
The shallow device isolation region is located between the source region and the drain region and the shallow well region of the second conductivity type.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記ソース領域およびドレイン領域の一部をシリサイド化したことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a part of the source region and the drain region is silicided.
請求項に記載の半導体装置において、
上記多結晶半導体の粒径が50nm以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 ,
A semiconductor device, wherein the polycrystalline semiconductor has a particle size of 50 nm or less.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記第2導電型のウェル領域中の第2導電型を与える不純物濃度は、10 18 cm −3 〜10 20 cm −3 であり、上記チャネル領域中の第2導電型を与える不純物濃度よりも10倍以上濃いことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The impurity concentration giving the second conductivity type in the well region of the second conductivity type is 10 18 cm −3 to 10 20 cm −3 , which is 10 than the impurity concentration giving the second conductivity type in the channel region. A semiconductor device characterized by being darker than twice.
半導体基板に第2導電型のウェル領域および素子分離領域を、上記第2導電型のウェル領域および素子分離領域が表面に露出した状態で形成する工程と、
上記第2導電型の浅いウェル領域が露出した領域では選択的に単結晶半導体膜がエピタキシャル成長する一方、上記素子分離領域上では選択的に多結晶半導体膜が成長する条件下で、かつ、上記単結晶半導体膜の厚さは、上記多結晶半導体膜の厚さと同一であり、か つ、上記単結晶半導体膜の一部は、上記素子分離領域の上にあり、上記多結晶半導体膜は、上記単結晶半導体膜の上記一部と接合を持つが、上記ウェル領域とは接合を持たないように、上記表面に半導体膜を堆積する工程と、
上記多結晶半導体膜中に第1導電型の不純物を導入する工程と、
上記第1導電型の不純物を拡散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記単結晶半導体膜からなるチャネル領域、上記ソース領域および上記ドレイン領域上にゲート絶縁膜を熱酸化法により形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a second conductivity type well region and an element isolation region on a semiconductor substrate in a state where the second conductivity type well region and the element isolation region are exposed on the surface;
While the selectively-single crystalline semiconductor film in the second shallow well region conductivity type is exposed region is epitaxially grown, in the isolation region under the growing selectively polycrystalline semiconductor film, and the single the thickness of the crystalline semiconductor film is the same as the thickness of the polycrystalline semiconductor film, or one, the part of the single crystal semiconductor film, is on the element isolation region, the polycrystalline semiconductor film, the Depositing a semiconductor film on the surface so as to have a bond with the part of the single crystal semiconductor film but not with the well region ;
Introducing a first conductivity type impurity into the polycrystalline semiconductor film;
Diffusing the first conductivity type impurity to form a source region and a drain region;
And a step of forming a gate insulating film on the channel region, the source region, and the drain region made of the single crystal semiconductor film by a thermal oxidation method.
請求項に記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体膜を表面に堆積する工程は、化学気相成長法により650℃以上の成長温度により上記半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7 ,
The step of depositing the semiconductor film on the surface comprises forming the semiconductor film at a growth temperature of 650 ° C. or higher by chemical vapor deposition.
請求項に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第1導電型の不純物を拡散させて上記ソース領域およびドレイン領域を形成する工程は酸素雰囲気にて行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7 ,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of diffusing the first conductivity type impurity to form the source region and the drain region is performed in an oxygen atmosphere.
JP2002245114A 2002-08-26 2002-08-26 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4020730B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002245114A JP4020730B2 (en) 2002-08-26 2002-08-26 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002245114A JP4020730B2 (en) 2002-08-26 2002-08-26 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004087671A JP2004087671A (en) 2004-03-18
JP4020730B2 true JP4020730B2 (en) 2007-12-12

Family

ID=32053405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002245114A Expired - Fee Related JP4020730B2 (en) 2002-08-26 2002-08-26 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4020730B2 (en)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006344809A (en) 2005-06-09 2006-12-21 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5498011B2 (en) 2008-11-13 2014-05-21 株式会社東芝 Nonvolatile semiconductor memory device
CN102640269B (en) * 2009-09-30 2015-08-12 苏沃塔公司 Electronic installation and system and production and preparation method thereof
US8273617B2 (en) 2009-09-30 2012-09-25 Suvolta, Inc. Electronic devices and systems, and methods for making and using the same
US8421162B2 (en) 2009-09-30 2013-04-16 Suvolta, Inc. Advanced transistors with punch through suppression
US8530286B2 (en) 2010-04-12 2013-09-10 Suvolta, Inc. Low power semiconductor transistor structure and method of fabrication thereof
US8569128B2 (en) 2010-06-21 2013-10-29 Suvolta, Inc. Semiconductor structure and method of fabrication thereof with mixed metal types
US8759872B2 (en) 2010-06-22 2014-06-24 Suvolta, Inc. Transistor with threshold voltage set notch and method of fabrication thereof
US8377783B2 (en) 2010-09-30 2013-02-19 Suvolta, Inc. Method for reducing punch-through in a transistor device
US8404551B2 (en) 2010-12-03 2013-03-26 Suvolta, Inc. Source/drain extension control for advanced transistors
US8461875B1 (en) 2011-02-18 2013-06-11 Suvolta, Inc. Digital circuits having improved transistors, and methods therefor
US8525271B2 (en) 2011-03-03 2013-09-03 Suvolta, Inc. Semiconductor structure with improved channel stack and method for fabrication thereof
US8400219B2 (en) 2011-03-24 2013-03-19 Suvolta, Inc. Analog circuits having improved transistors, and methods therefor
US8748270B1 (en) 2011-03-30 2014-06-10 Suvolta, Inc. Process for manufacturing an improved analog transistor
US8999861B1 (en) 2011-05-11 2015-04-07 Suvolta, Inc. Semiconductor structure with substitutional boron and method for fabrication thereof
US8796048B1 (en) 2011-05-11 2014-08-05 Suvolta, Inc. Monitoring and measurement of thin film layers
US8811068B1 (en) 2011-05-13 2014-08-19 Suvolta, Inc. Integrated circuit devices and methods
US8569156B1 (en) 2011-05-16 2013-10-29 Suvolta, Inc. Reducing or eliminating pre-amorphization in transistor manufacture
US8735987B1 (en) 2011-06-06 2014-05-27 Suvolta, Inc. CMOS gate stack structures and processes
US8629016B1 (en) 2011-07-26 2014-01-14 Suvolta, Inc. Multiple transistor types formed in a common epitaxial layer by differential out-diffusion from a doped underlayer
KR101891373B1 (en) 2011-08-05 2018-08-24 엠아이이 후지쯔 세미컨덕터 리미티드 Semiconductor devices having fin structures and fabrication methods thereof
US8614128B1 (en) 2011-08-23 2013-12-24 Suvolta, Inc. CMOS structures and processes based on selective thinning
US8645878B1 (en) 2011-08-23 2014-02-04 Suvolta, Inc. Porting a circuit design from a first semiconductor process to a second semiconductor process
US8713511B1 (en) 2011-09-16 2014-04-29 Suvolta, Inc. Tools and methods for yield-aware semiconductor manufacturing process target generation
JP5742631B2 (en) 2011-09-28 2015-07-01 富士通セミコンダクター株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US8895327B1 (en) 2011-12-09 2014-11-25 Suvolta, Inc. Tipless transistors, short-tip transistors, and methods and circuits therefor
US8883600B1 (en) 2011-12-22 2014-11-11 Suvolta, Inc. Transistor having reduced junction leakage and methods of forming thereof
US8877619B1 (en) 2012-01-23 2014-11-04 Suvolta, Inc. Process for manufacture of integrated circuits with different channel doping transistor architectures and devices therefrom
US8970289B1 (en) * 2012-01-23 2015-03-03 Suvolta, Inc. Circuits and devices for generating bi-directional body bias voltages, and methods therefor
US9093550B1 (en) 2012-01-31 2015-07-28 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Integrated circuits having a plurality of high-K metal gate FETs with various combinations of channel foundation structure and gate stack structure and methods of making same
US9406567B1 (en) 2012-02-28 2016-08-02 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Method for fabricating multiple transistor devices on a substrate with varying threshold voltages
US8863064B1 (en) 2012-03-23 2014-10-14 Suvolta, Inc. SRAM cell layout structure and devices therefrom
US9299698B2 (en) 2012-06-27 2016-03-29 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor structure with multiple transistors having various threshold voltages
JP6003389B2 (en) * 2012-08-17 2016-10-05 株式会社ソシオネクスト Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US8637955B1 (en) 2012-08-31 2014-01-28 Suvolta, Inc. Semiconductor structure with reduced junction leakage and method of fabrication thereof
US9112057B1 (en) 2012-09-18 2015-08-18 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor devices with dopant migration suppression and method of fabrication thereof
US9041126B2 (en) 2012-09-21 2015-05-26 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Deeply depleted MOS transistors having a screening layer and methods thereof
US9093997B1 (en) 2012-11-15 2015-07-28 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Slew based process and bias monitors and related methods
US9112484B1 (en) 2012-12-20 2015-08-18 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Integrated circuit process and bias monitors and related methods
US8994415B1 (en) 2013-03-01 2015-03-31 Suvolta, Inc. Multiple VDD clock buffer
US8988153B1 (en) 2013-03-09 2015-03-24 Suvolta, Inc. Ring oscillator with NMOS or PMOS variation insensitivity
US9299801B1 (en) 2013-03-14 2016-03-29 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Method for fabricating a transistor device with a tuned dopant profile
US9449967B1 (en) 2013-03-15 2016-09-20 Fujitsu Semiconductor Limited Transistor array structure
US9112495B1 (en) 2013-03-15 2015-08-18 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Integrated circuit device body bias circuits and methods
US9478571B1 (en) 2013-05-24 2016-10-25 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Buried channel deeply depleted channel transistor
US8976575B1 (en) 2013-08-29 2015-03-10 Suvolta, Inc. SRAM performance monitor
US9710006B2 (en) 2014-07-25 2017-07-18 Mie Fujitsu Semiconductor Limited Power up body bias circuits and methods

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004087671A (en) 2004-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4020730B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7494861B2 (en) Method for metal gated ultra short MOSFET devices
US7018901B1 (en) Method for forming a semiconductor device having a strained channel and a heterojunction source/drain
US9842897B2 (en) Bulk finFET with partial dielectric isolation featuring a punch-through stopping layer under the oxide
US6399993B1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US7067868B2 (en) Double gate device having a heterojunction source/drain and strained channel
CN101604691B (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2009065177A (en) Multifaceted gate MOSFET devices
KR20090055011A (en) Complementary SOI junction field effect transistor and its manufacturing method
JP2701762B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2003060992A1 (en) Semiconductor device and its production method
JP3664704B2 (en) Semiconductor device
JPH07131007A (en) Semiconductor device
JP2003298047A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JPH1174538A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2000150886A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP2002009170A (en) Analog circuit and its manufacturing method
JP4096416B2 (en) Field effect semiconductor device and method for manufacturing the same
JPH11168211A (en) Semiconductor device
US20240030071A1 (en) Method for making elevated source-drain structure of pmos in fdsoi process
CN102738155A (en) Mixed crystal face double polycrystal BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor) integrated device and manufacturing method thereof
JP2000091576A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2003086794A (en) Semiconductor device, method of manufacturing the same, and portable electronic device
JP3953033B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH10144914A (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070615

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070626

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070827

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070918

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070925

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121005

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131005

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees