JP2002289850A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2002289850A JP2002004467A JP2002004467A JP2002289850A JP 2002289850 A JP2002289850 A JP 2002289850A JP 2002004467 A JP2002004467 A JP 2002004467A JP 2002004467 A JP2002004467 A JP 2002004467A JP 2002289850 A JP2002289850 A JP 2002289850A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a transistor enabling micro- fabrication and performance increase in a simple structure by using a bulk semiconductor. SOLUTION: A gate electrode is formed via a gate insulation film on the surface of a semiconductor substrate and source and drain diffusion layers are formed, so as to face each other across a channel region right below the gate electrode. The source and drain diffusion layers are constituted of a low-resistance region and the shallow extension region of an impurity concentration lower than the one of the low resistance region; in the channel region between the source and drain diffusion layers, the first impurity doped layer of a first conductivity type, the second impurity doped layer of a second conductivity-type, formed under the first impurity doped layer and the third impurity doped layer of the first conductivity-type, formed under the second impurity doped layer are formed; for the first impurity doped layer, the junction depth is set to be the same or shallower than the one of the extension region of the source and drain diffusion layers; and for the second impurity doped layer, the impurity concentration and thickness are set so as to be fully depleted by built-in potential generated between the first and third impurity doped layers.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、バルク半導体を
用いてトランジスタの微細化と高性能化を図った半導体
装置とその製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device in which a transistor is miniaturized and its performance is improved by using a bulk semiconductor, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、微細化と高性能化に適したトラン
ジスタとして、SOI(Silicon On Ins
ulator)基板を用いてチャネル領域を完全空乏化
(Fully Depleted)したMISFETが
各所で研究開発されている。以下、このMISFET
を、FD−SOIFETという。この素子は基本的に、
チャネル領域となる酸化膜上のシリコン層が完全空乏化
するに必要な低不純物濃度と厚さをもって構成される。
2. Description of the Related Art At present, SOI (Silicon On Ins) is used as a transistor suitable for miniaturization and high performance.
MISFETs in which the channel region is completely depleted (Fully Depleted) using an ullator substrate have been researched and developed in various places. Hereinafter, this MISFET
Is called FD-SOIFET. This element is basically
The silicon layer on the oxide film serving as a channel region has a low impurity concentration and a thickness necessary for complete depletion.

【0003】FD−SOIFETにおいては、ゲート電
極からの垂直方向の電界がチャネル領域底部の埋め込み
酸化膜により一部分担され、その分チャネル領域にかか
る垂直方向電界が小さくなる。このチャネル領域の垂直
方向電界の緩和の結果として、チャネル領域のキャリア
移動度が大きくなり、高い電流駆動能力が得られるとい
うメリットを有する。
In the FD-SOIFET, the vertical electric field from the gate electrode is partially carried by the buried oxide film at the bottom of the channel region, and the vertical electric field applied to the channel region is reduced accordingly. As a result of the relaxation of the vertical electric field in the channel region, the carrier mobility in the channel region is increased, and there is an advantage that a high current driving capability can be obtained.

【0004】しかし、FD−SOIFETは更に微細化
を考えたときにデメリットも多い。例えば、短チャネル
効果を抑制するためには、非常に薄いシリコン層のSO
I基板を用いることが必要になること、薄いシリコン層
を用いると、寄生抵抗が大きくなること、チャネル領域
上下がシリコンに比べて熱伝導率の小さい酸化膜で囲ま
れるため、ドレイン近傍の自己加熱領域で発生する熱の
伝導が悪く、性能劣化が大きいこと等である。その他、
SOI基板の品質とゲート絶縁膜の信頼性に難があり、
プラズマダメージが大きい、といった問題もある。SO
I基板が現在のところ高価である点もデメリットの一つ
である。
However, the FD-SOIFET has many disadvantages when further miniaturization is considered. For example, in order to suppress the short channel effect, a very thin silicon layer SO
The need to use an I substrate, the use of a thin silicon layer increases the parasitic resistance, and the upper and lower portions of the channel region are surrounded by an oxide film having a lower thermal conductivity than silicon. Conduction of heat generated in the region is poor, and performance degradation is large. Others
Poor quality of SOI substrate and reliability of gate insulating film
There is also a problem that plasma damage is large. SO
One of the disadvantages is that the I substrate is expensive at present.

【0005】これに対して、バルク半導体を用いてFD
−SOIFETと同様の効果を発揮させながら、上述し
たFD−SOIFETのデメリットを解決しようとする
試みもなされている。具体的には、チャネル領域をp型
層としたとき、その下にビルトインポテンシャルによっ
て空乏化する低不純物濃度のn-型層を配置したp/n-
/p構造を用いることにより、擬似SOIFETを実現
しようという提案がなされている(T.Mizuno
et al,:1991 Symp. on VLSI Tech. p.109(1991),
M.Miyamoto et al,:IEDM Tech. Dig. p.411 (1998),
石井、宮本:特開平7−335837号公報等)。
On the other hand, an FD using a bulk semiconductor
Attempts have been made to solve the above-mentioned disadvantages of the FD-SOIFET while exhibiting the same effects as the -SOIFET. Specifically, when the channel region is a p-type layer, ap / n in which a low impurity concentration n -type layer that is depleted by a built-in potential is disposed below the channel region.
It has been proposed to realize a pseudo SOIFET by using a / p structure (T. Mizuno).
et al,: 1991 Symp.on VLSI Tech.p.109 (1991),
M. Miyamoto et al ,: IEDM Tech. Dig. P.411 (1998),
Ishii, Miyamoto: JP-A-7-335837 and the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されている擬似SOIFETには、まだ解決すべき問
題が多く、サブミクロンのにおいて十分な性能を得るこ
とは難しい。即ち、文献〜に示された疑似SOIF
ETは、チャネル領域の深さ(厚さ)がソース、ドレイ
ン拡散層深さより深くなっている。これは、更に微細化
したときに短チャネル効果を抑制する上で大きな妨げと
なる。また、チャネル領域の半導体層を完全空乏化素子
を実現するに必要な低不純物濃度層にすると、ゲート長
(チャネル長)がサブミクロンと短くなったときにパン
チスルーが問題になる。そしてパンチスルーを防止する
ためには、文献 , に示されているような複雑なド
レイン構造を必要とする。
However, there are still many problems to be solved in the conventionally proposed pseudo SOIFET, and it is difficult to obtain sufficient performance in the submicron range. That is, the pseudo SOIF shown in the literature
In ET, the depth (thickness) of the channel region is larger than the depth of the source / drain diffusion layers. This greatly hinders the suppression of the short channel effect when the device is further miniaturized. Further, if the semiconductor layer in the channel region is a low impurity concentration layer necessary for realizing a fully depleted element, punch-through becomes a problem when the gate length (channel length) is reduced to submicron. In order to prevent punch-through, a complicated drain structure is required as shown in the literatures.

【0007】また、文献,に示された構造では、カ
ウンタドーピングにより形成されるソース、ドレイン拡
散層底部がn-型層の下のp型層にまで達している。こ
のため、ソース及びドレインの接合容量が大きく、高速
動作が難しくなる。更に文献,では、チャネル領域
のp/n-/p構造を得る方法として、イオン注入法し
か考えられていない。しかし実際にイオン注入法のみで
p/n-/p構造を得ようとすると、チャネル領域の不
純物濃度低減と薄膜化には限界がある。
[0007] Also, in the structure of illustrated literature, the source is formed by a counter-doping, the drain diffusion layer bottom the n - reach the p-type layer underneath the -type layer. Therefore, the junction capacitance between the source and the drain is large, and high-speed operation becomes difficult. Further, in the literature, only an ion implantation method is considered as a method for obtaining the p / n / p structure of the channel region. However, if an attempt is made to actually obtain a p / n / p structure only by the ion implantation method, there is a limit in reducing the impurity concentration of the channel region and reducing the thickness thereof.

【0008】この発明は、上記した事情を考慮してなさ
れたもので、より簡単な構造で微細化と高性能化を可能
としたトランジスタを持つ半導体装置とその製造方法を
提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a transistor having a simpler structure and capable of miniaturization and high performance, and a method of manufacturing the same. I have.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面にゲート絶
縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記半導体基板
に前記ゲート電極直下のチャネル領域を挟んで対向する
ように形成された、低抵抗領域とこの低抵抗領域から前
記チャネル領域側に拡張するように形成された低抵抗領
域より低不純物濃度で浅い拡張領域とから構成されるソ
ース及びドレイン拡散層と、前記ソース及びドレイン拡
散層の間の前記チャネル領域に形成された第1導電型の
第1の不純物ドープ層と、前記第1の不純物ドープ層の
下に形成された第2導電型の第2の不純物ドープ層と、
前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第3の不純物ドープ層とを備え、前記第1の不純物ド
ープ層は、その接合深さが前記ソース及びドレイン拡散
層の拡張領域のそれと同じかより浅く設定され、前記第
2の不純物ドープ層は、前記第1及び第3の不純物ドー
プ層との間に生じるビルトインポテンシャルにより完全
空乏化するように不純物濃度と厚さが設定されているこ
とを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a gate electrode formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and a channel directly below the gate electrode on the semiconductor substrate. A source formed of a low-resistance region formed so as to face the region, and an extended region having a lower impurity concentration and shallower than the low-resistance region formed to extend from the low-resistance region toward the channel region; And a drain diffusion layer; a first conductivity type first impurity doped layer formed in the channel region between the source and drain diffusion layers; and a second impurity formed below the first impurity doped layer. A second impurity-doped layer of a conductivity type;
A third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the second impurity-doped layer, wherein the first impurity-doped layer has a junction depth extending from the source and drain diffusion layers. The impurity concentration and thickness of the second impurity-doped layer are set so as to be completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity-doped layers. It is characterized by having been done.

【0010】この発明に係る半導体装置はまた、半導体
基板と、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極と、前記半導体基板に前記ゲート
電極直下のチャネル領域を挟んで対向するように形成さ
れたソース及びドレイン拡散層と、前記ソース及びドレ
イン拡散層の間の前記チャネル領域に形成された第1導
電型の第1の不純物ドープ層と、前記第1の不純物ドー
プ層の下に形成された第2導電型の第2の不純物ドープ
層と、前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1
導電型の第3の不純物ドープ層とを備え、前記第1の不
純物ドープ層は、その接合深さが前記ソース及びドレイ
ン拡散層のそれと同じかより浅く設定され、前記第2の
不純物ドープ層は、前記第3の不純物ドープ層との接合
の深さが前記ソース及びドレイン拡散層の接合深さより
深く且つ、前記第1及び第3の不純物ドープ層との間に
生じるビルトインポテンシャルにより完全空乏化するよ
うに不純物濃度と厚さが設定されていることを特徴とす
る。この場合好ましくは、ソース及びドレイン拡散層
は、低抵抗領域と、この低抵抗領域からチャネル領域側
に拡張するように形成された低抵抗領域より低不純物濃
度で浅い拡張領域とから構成されるものとする。
The semiconductor device according to the present invention also includes a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and a semiconductor substrate with a channel region immediately below the gate electrode interposed therebetween. A first impurity-doped layer of a first conductivity type formed in the channel region between the source and drain diffusion layers; and a first impurity-doped layer formed in the channel region between the source and drain diffusion layers. A second conductivity type second impurity doped layer formed below the first conductive type second impurity doped layer; and a first impurity doped layer formed below the second impurity doped layer.
A third impurity-doped layer of a conductivity type, wherein the first impurity-doped layer has a junction depth set to be equal to or less than that of the source and drain diffusion layers, and the second impurity-doped layer has The junction depth with the third impurity-doped layer is deeper than the junction depth of the source and drain diffusion layers, and the junction is completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity-doped layers. The feature is that the impurity concentration and the thickness are set as described above. In this case, preferably, the source and drain diffusion layers include a low resistance region and an extension region having a lower impurity concentration and shallower than the low resistance region formed to extend from the low resistance region to the channel region side. And

【0011】この発明によると、バルク半導体を用いた
FETであって、ゲート電極直下にpnp(又はnp
n)の3層構造を、その中間層がビルトインポテンシャ
ルで完全空乏化するように形成することにより、疑似S
OIFETを得ることができる。特に、上記3層構造の
うちチャネル領域となる第1の半導体層を極めて薄く形
成することにより、微細化したときの短チャネル効果を
抑制して、しかもパンチスルー耐性を高いものとするこ
とができる。更に、ソース、ドレイン拡散層の拡散深さ
を、第2の半導体層と第3の半導体層の接合面より浅く
形成することにより、ソース、ドレインの接合容量及び
接合リークを小さく抑えることができる。
According to the present invention, there is provided an FET using a bulk semiconductor, wherein pnp (or np
n) by forming the three-layer structure such that the intermediate layer is completely depleted with a built-in potential.
An OIFET can be obtained. In particular, by forming the first semiconductor layer serving as a channel region in the three-layer structure to be extremely thin, the short channel effect when miniaturized can be suppressed and the punch-through resistance can be increased. . Further, by forming the diffusion depth of the source / drain diffusion layer shallower than the junction surface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, the junction capacitance and the junction leak of the source / drain can be reduced.

【0012】この発明において、第1の半導体層は例え
ば、チャネル反転層形成時に完全空乏化するように不純
物濃度及び厚さが設定される。これにより、完全空乏化
FETが得られる。或いはまた、第1の半導体層の不純
物濃度及び厚さを、チャネル反転層形成時に部分的に空
乏化するように設定することもでき、これにより部分的
空乏化FETが得られる。
In the present invention, for example, the impurity concentration and the thickness of the first semiconductor layer are set so as to be completely depleted when the channel inversion layer is formed. Thereby, a fully depleted FET is obtained. Alternatively, the impurity concentration and thickness of the first semiconductor layer can be set so as to be partially depleted when the channel inversion layer is formed, whereby a partially depleted FET is obtained.

【0013】この発明において、ゲート電極直下の3層
構造は、ゲート電極直下の領域のみに選択的に形成され
たものでもよい。またこの発明において、ソース及びド
レイン拡散層の拡張領域直下に第1導電型の第4の半導
体層が埋め込まれた構造とすることもでき、これによ
り、より高いパンチスルー耐性を得ることができる。更
にこの発明において、好ましくは、ソース及びドレイン
拡散層の低抵抗領域は、選択エピタキシャル成長により
ゲート絶縁膜位置より上方に突出しているものとする。
これにより、浅い拡散深さのソース、ドレイン拡散層を
形成することが可能になる。
In the present invention, the three-layer structure immediately below the gate electrode may be selectively formed only in a region immediately below the gate electrode. Further, in the present invention, a structure in which the fourth semiconductor layer of the first conductivity type is buried immediately below the extension region of the source and drain diffusion layers can be obtained, whereby higher punch-through resistance can be obtained. Further, in the present invention, it is preferable that the low resistance regions of the source and drain diffusion layers protrude above the position of the gate insulating film by selective epitaxial growth.
This makes it possible to form source and drain diffusion layers having a shallow diffusion depth.

【0014】この発明による疑似SOIFETが完全空
乏化FETの場合には、好ましくは、ゲート電極は、所
望のしきい値電圧を得るために必要な仕事関数を持つメ
タル電極により形成される。部分空乏化FETの場合に
は、多結晶シリコンゲートを用いることができる。
When the pseudo SOIFET according to the present invention is a fully-depleted FET, the gate electrode is preferably formed by a metal electrode having a work function necessary to obtain a desired threshold voltage. In the case of a partially depleted FET, a polycrystalline silicon gate can be used.

【0015】この発明に係る半導体装置は更に、半導体
基板と、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極と、前記半導体基板に前記ゲート
電極直下のチャネル領域を挟んで対向するように形成さ
れた、低抵抗領域とこの低抵抗領域から前記チャネル領
域側に拡張するように形成された低抵抗領域より低不純
物濃度で浅い拡張領域とから構成されるソース及びドレ
イン拡散層と、前記ソース及びドレイン拡散層の間の前
記チャネル領域に形成された第1導電型の第1の不純物
ドープ層と、前記第1の不純物ドープ層の下に形成され
た第2導電型の第2の不純物ドープ層と、前記第2の不
純物ドープ層の下に形成された第1導電型の第3の不純
物ドープ層とを備え、前記第1の不純物ドープ層は、そ
の接合深さが前記ソース及びドレイン拡散層の拡張領域
のそれより深い状態で選択的に形成され且つ、チャネル
反転層形成時に部分的に空乏化するように不純物濃度と
厚さが設定され、前記第2の不純物ドープ層は、その両
端部が前記ソース及びドレイン拡散層の拡張領域に接す
るように選択的に形成され且つ、前記第1及び第3の不
純物ドープとの間に生じるビルトインポテンシャルによ
り完全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定されて
いることを特徴とする。このような構造として、第1の
半導体層が、ソース及びドレインの拡張領域との間に形
成される空乏層と完全空乏化する第2の半導体層により
囲まれて、浮遊状態になる条件のもとでは、部分空乏化
FETが得られる。
The semiconductor device according to the present invention further comprises a semiconductor substrate, a gate electrode formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and a semiconductor substrate with a channel region immediately below the gate electrode interposed therebetween. A source and drain diffusion layer formed of a low resistance region and an extension region having a lower impurity concentration and shallower than the low resistance region formed to extend from the low resistance region to the channel region side. A first impurity-doped layer of a first conductivity type formed in the channel region between the source and drain diffusion layers, and a second impurity-doped second layer of a second conductivity type formed under the first impurity-doped layer And a third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the second impurity-doped layer. The first impurity-doped layer has a junction depth of An impurity concentration and a thickness are set so as to be selectively formed in a state deeper than that of the extended region of the source and drain diffusion layers and partially depleted when forming the channel inversion layer; The layer is selectively formed such that both ends thereof are in contact with the extended regions of the source and drain diffusion layers, and is completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity dopings. It is characterized in that the impurity concentration and the thickness are set. With such a structure, the first semiconductor layer is surrounded by a depletion layer formed between the source and drain extension regions and a second semiconductor layer that is completely depleted, so that the first semiconductor layer enters a floating state. Then, a partially depleted FET is obtained.

【0016】この発明に係る半導体装置は更に、半導体
基板と、前記半導体基板に互いに離隔して形成された第
1のソース及びドレイン拡散層及び前記半導体基板の前
記第1のソース及びドレイン拡散層の間にゲート絶縁膜
を介して形成された第1のゲート電極を有する第1のト
ランジスタと、前記半導体基板に互いに離隔して形成さ
れた第2のソース及びドレイン拡散層及び前記半導体基
板の前記第2のソース及びドレイン拡散層の間にゲート
絶縁膜を介して形成された第2のゲート電極を有する第
2のトランジスタとを備え、前記第1のトランジスタ
は、前記第1のソース及びドレイン拡散層の間のチャネ
ル領域に形成された第1導電型の第1の不純物ドープ層
と、前記第1の不純物ドープ層の下に形成された第2導
電型の第2の不純物ドープ層と、前記第2の不純物ドー
プ層の下に形成された第1導電型の第3の不純物ドープ
層とを備え、且つ前記第1の不純物ドープ層は、その接
合深さが前記第1のソース及びドレイン拡散層のそれと
同じかより浅く且つ、チャネル反転層形成時に完全空乏
化または部分空乏化するように不純物濃度と厚さが設定
され、前記第2の不純物ドープ層は、第3の不純物ドー
プ層との間の接合の深さが、前記第1のソース及びドレ
イン拡散層のそれより深く且つ、前記第1及び第3の不
純物ドープ層との間に生じるビルトインポテンシャルに
より完全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定され
ていることを特徴とする。
The semiconductor device according to the present invention further comprises a semiconductor substrate, a first source and drain diffusion layer formed on the semiconductor substrate so as to be separated from each other, and a first source and drain diffusion layer of the semiconductor substrate. A first transistor having a first gate electrode formed therebetween with a gate insulating film interposed therebetween, a second source and drain diffusion layer formed separately from each other on the semiconductor substrate, and a second transistor formed on the semiconductor substrate. A second transistor having a second gate electrode formed between the second source and drain diffusion layers with a gate insulating film interposed therebetween, wherein the first transistor includes the first source and drain diffusion layers. A first conductivity type first impurity-doped layer formed in a channel region between the first and second conductivity type second impurities formed below the first impurity-doped layer; And a third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the second impurity-doped layer, and the first impurity-doped layer has a junction depth of the third impurity-doped layer. The impurity concentration and thickness are set so as to be equal to or shallower than those of the first source and drain diffusion layers and to be completely depleted or partially depleted when the channel inversion layer is formed. Is deeper than that of the first source and drain diffusion layers, and is completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity doped layers. In this case, the impurity concentration and the thickness are set such that

【0017】この発明により、第1のトランジスタとし
て、微細化して且つ短チャネル効果が抑制できる疑似S
OIFETを用いたLSIを得ることができる。例えば
第2のトランジスタを、半導体基板の第2のゲート電極
直下の部分に、第2のソース及びドレイン拡散層より深
い不純物ドープ層である第1導電型のバルク層を有する
バルクFETとすれば、疑似SOIFET(完全空乏化
素子或いは部分空乏化素子)とバルクFETの集積化構
造が得られる。また第2のトランジスタを、第1のトラ
ンジスタと同様の構造の疑似SOIFETとすれば、第
1,第2のトランジスタの一方を完全空乏化素子、他方
を部分空乏素子とした組み合わせができる。
According to the present invention, a pseudo S which can be miniaturized and can suppress the short channel effect as the first transistor.
An LSI using the OIFET can be obtained. For example, if the second transistor is a bulk FET having a first conductivity type bulk layer which is an impurity doped layer deeper than the second source and drain diffusion layers in a portion immediately below the second gate electrode of the semiconductor substrate, An integrated structure of a pseudo SOI FET (fully depleted device or partially depleted device) and a bulk FET can be obtained. If the second transistor is a pseudo SOIFET having a structure similar to that of the first transistor, a combination in which one of the first and second transistors is a fully depleted element and the other is a partially depleted element can be obtained.

【0018】この発明による半導体装置の製造方法は、
少なくとも表面に第1導電型の第1の不純物ドープ層を
有する半導体基板に、不純物がドープされていない第1
の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、前記第
1の半導体層にイオン注入を行って前記第1の不純物ド
ープ層に接する第2導電型の第2の不純物ドープ層を形
成する工程と、前記第1の半導体層の表面部にイオン注
入を行って前記第2の不純物ドープ層に接する第1導電
型の第3の不純物ドープ層を形成する工程と、前記第3
の不純物ドープ層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を形成する工程と、前記半導体基板に前記ゲート電極に
自己整合された状態で、前記第3の不純物ドープ層と第
2の不純物ドープ層の接合面より深く且つ、前記第2の
不純物ドープ層と第1の不純物ドープ層の接合面より浅
い接合深さを持つソース及びドレイン拡散層を形成する
工程とを有することを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
A semiconductor substrate having a first impurity-doped layer of at least a first conductivity type on at least a surface thereof has a first impurity not doped with an impurity.
Epitaxially growing a semiconductor layer of the second type, ion-implanting the first semiconductor layer to form a second impurity-doped layer of a second conductivity type in contact with the first impurity-doped layer, Forming a third impurity-doped layer of the first conductivity type in contact with the second impurity-doped layer by performing ion implantation on a surface portion of the semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the impurity-doped layer with a gate insulating film interposed therebetween; and forming the third impurity-doped layer and the second impurity-doped layer on the semiconductor substrate while being self-aligned with the gate electrode. Forming a source and drain diffusion layer having a junction depth deeper than a junction surface and shallower than a junction surface between the second impurity-doped layer and the first impurity-doped layer.

【0019】この発明による半導体装置の製造方法はま
た、少なくとも表面に第1導電型の第1の不純物ドープ
層を有する半導体基板に、不純物がドープされていない
第1の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、前
記第1の半導体層にイオン注入を行って前記第1の不純
物ドープ層に接する第2導電型の第2の不純物ドープ層
を形成する工程と、前記第2の不純物ドープ層上に不純
物がドープされていない第2の半導体層をエピタキシャ
ル成長させる工程と、前記第2の半導体層にイオン注入
を行って前記第2の不純物ドープ層に接する第1導電型
の第3の不純物ドープ層を形成する工程と、前記第3の
不純物ドープ層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を
形成する工程と、前記半導体基板に前記ゲート電極に自
己整合された状態で、前記第3の不純物ドープ層と第2
の不純物ドープ層の接合面より深く且つ、前記第2の不
純物ドープ層と第1の不純物ドープ層の接合面より浅い
接合深さを持つソース及びドレイン拡散層を形成する工
程とを有することを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention also includes a step of epitaxially growing a first semiconductor layer not doped with an impurity on a semiconductor substrate having a first impurity doped layer of a first conductivity type on at least a surface thereof. Forming a second impurity-doped layer of a second conductivity type in contact with the first impurity-doped layer by ion-implanting the first semiconductor layer; and forming an impurity on the second impurity-doped layer. Epitaxially growing an undoped second semiconductor layer; and ion-implanting the second semiconductor layer to form a third impurity-doped layer of the first conductivity type in contact with the second impurity-doped layer. A step of forming a gate electrode on the third impurity-doped layer via a gate insulating film, and a state in which the gate electrode is self-aligned with the semiconductor substrate. , The third impurity doped layer of the second
Forming a source and drain diffusion layer having a junction depth deeper than the junction surface of the impurity-doped layer and shallower than the junction surface between the second impurity-doped layer and the first impurity-doped layer. And

【0020】この発明の製造方法によると、エピタキシ
ャル成長とイオン注入を用いることによって、疑似SO
IFETの低不純物濃度で浅いチャネル領域半導体層を
形成することができる。この発明の製造方法において、
ソース及びドレイン拡散層を形成する工程は好ましく
は、ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行って第3
の不純物拡散層より深い拡張領域を形成する工程と、ゲ
ート電極の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、ゲート
電極及び側壁絶縁膜をマスクとしてイオン注入を行っ
て、前記拡張領域より高不純物濃度であって、前記拡張
領域より深く且つ、第2の不純物拡散層と第1の不純物
拡散層の接合面より浅い低抵抗領域を形成する工程とを
有するものとする。
According to the manufacturing method of the present invention, by using the epitaxial growth and the ion implantation, the pseudo SO
A shallow channel region semiconductor layer can be formed with a low impurity concentration of the IFET. In the manufacturing method of the present invention,
The step of forming the source and drain diffusion layers is preferably performed by ion implantation using the gate electrode as a mask.
Forming an extension region deeper than the impurity diffusion layer, forming a side wall insulating film on the side wall of the gate electrode, and performing ion implantation using the gate electrode and the side wall insulating film as a mask to obtain a higher impurity concentration than the expansion region. And forming a low-resistance region deeper than the extension region and shallower than a junction surface between the second impurity diffusion layer and the first impurity diffusion layer.

【0021】また、この発明の製造方法において、素子
分離絶縁膜を形成する工程は、半導体層のエピタキシャ
ル成長工程に先立って行ってもよいし、或いはチャネル
領域の3層構造を形成した後に行ってもよい。特に後者
を利用すれば、素子分離後にエピタキシャル成長を行っ
た場合の隣接する素子領域の短絡等を防止することが可
能になる。
In the manufacturing method of the present invention, the step of forming an element isolation insulating film may be performed prior to the step of epitaxially growing a semiconductor layer, or may be performed after forming a three-layer structure of a channel region. Good. In particular, if the latter is used, it is possible to prevent a short circuit between adjacent element regions when epitaxial growth is performed after element isolation.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。以下の実施の形態ではすべて
nチャネルMISFETを示すが、各部の導電型を逆に
したpチャネルMISFETに同様にこの発明を適用で
きることは、いうまでもない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Although the following embodiments all show n-channel MISFETs, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to p-channel MISFETs in which the conductivity type of each part is reversed.

【0023】[第1実施の形態]図1は、第1実施の形
態によるMISFETの断面構造を示している。シリコ
ン基板1の表面部には、ウェルイオン注入等によりp型
層2が形成され、この上に低不純物濃度のn-型層3、
更にチャネル領域となるp型層4が形成されている。こ
れらのp/n-/p接合構造のうち、少なくとも上部の
p型層4とその下のn-型層3の部分は、後に説明する
ように、エピタキシャル成長工程とイオン注入工程を併
用して形成されたものである。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a MISFET according to a first embodiment. A p-type layer 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by well ion implantation or the like, and an n -type layer 3 having a low impurity concentration is formed thereon.
Further, a p-type layer 4 serving as a channel region is formed. Of these p / n / p junction structures, at least the upper p-type layer 4 and the lower n -type layer 3 are formed by using both an epitaxial growth step and an ion implantation step, as described later. It was done.

【0024】チャネル領域となるp型層4の上にゲート
絶縁膜5を介してゲート電極6が形成されている。ゲー
ト電極6は、所定の仕事関数を持つメタル電極6aを主
体として、この上に多結晶シリコン電極6bが重ねられ
ている。
A gate electrode 6 is formed on a p-type layer 4 serving as a channel region via a gate insulating film 5. The gate electrode 6 mainly includes a metal electrode 6a having a predetermined work function, and a polycrystalline silicon electrode 6b is superposed on the metal electrode 6a.

【0025】ソース、ドレイン拡散層7は、ゲート電極
6の側壁に設けられた側壁絶縁膜8とゲート電極6とを
マスクとしたイオン注入により形成された、n+型の低
抵抗領域7aと、側壁絶縁膜8を形成する前にゲート電
極6をマスクとしたイオン注入により、n+型低抵抗領
域7aからチャネル領域に拡張する形に形成された、低
抵抗領域7aより低不純物濃度で浅いn型拡張領域7b
とから構成されている。低抵抗領域7aは、ゲート絶縁
膜5の位置より上方に突出した状態に形成されている。
この構造は後述するように、ゲート電極6を形成した後
に選択エピタキシャル成長を行うことにより得られる。
そしてこの構造を利用することにより、低抵抗領域7a
の底部接合面が、p型層2に達しない位置、即ちn-
層3の内部に位置するようにしている。
The source / drain diffusion layers 7 are formed by ion implantation using the side wall insulating film 8 provided on the side walls of the gate electrode 6 and the gate electrode 6 as a mask, and have an n + -type low resistance region 7a; Before the sidewall insulating film 8 is formed, an ion implantation using the gate electrode 6 as a mask is performed so as to extend from the n + -type low-resistance region 7a to the channel region. Type extension area 7b
It is composed of The low resistance region 7a is formed so as to protrude above the position of the gate insulating film 5.
This structure is obtained by performing selective epitaxial growth after forming the gate electrode 6 as described later.
By utilizing this structure, the low-resistance region 7a
Is positioned so as not to reach the p-type layer 2, that is, inside the n -type layer 3.

【0026】ゲート電極下のp/n-/p接合構造のn-
型層3は、上下のp型層4,2との間のビルトインポテ
ンシャルにより完全空乏化するように、不純物濃度と厚
さが設定されている。これによりこの実施の形態のトラ
ンジスタは、チャネル領域下に埋め込み酸化膜があるS
OI構造と類似の疑似SOIFETとなる。以下、この
トランジスタをデプレション層上のシリコンを用いたF
ET(iliconDepletion
yer FET)という意味で、”SODELFET”
と称する。
[0026] under the gate electrode p / n - / p n of the joint structure -
The impurity concentration and thickness of the mold layer 3 are set such that the mold layer 3 is completely depleted by a built-in potential between the upper and lower p-type layers 4 and 2. As a result, the transistor according to this embodiment has a buried oxide film under the channel region.
It becomes a pseudo SOIFET similar to the OI structure. Hereinafter, this transistor will be referred to as F using silicon on the depletion layer.
ET (S ilicon O n De pletion L a
yer FET ), which means "SODELFET"
Called.

【0027】チャネル領域となるp型層4は、チャネル
反転層形成時に完全空乏化するように、その不純物濃度
と厚さが選択される。これにより、完全空乏化素子即
ち、FD−SODELFETとなる。特に、p型層4
は、短チャネル効果を抑制するために十分に薄くするこ
とが必要であり、その接合深さ(n-型層3との接合面
位置)を、ソース及びドレインの拡張領域7bのそれと
同じかそれより浅くする。図1の例は、p型層4の接合
深さが、ソース及びドレインの拡張領域7bのそれより
浅い場合を示している。
The impurity concentration and the thickness of the p-type layer 4 serving as a channel region are selected so as to be completely depleted when the channel inversion layer is formed. Thereby, a fully depleted element, that is, an FD-SODELFET is obtained. In particular, the p-type layer 4
Needs to be sufficiently thin in order to suppress the short channel effect, and the junction depth (the position of the junction surface with the n -type layer 3) is equal to or less than that of the source and drain extension regions 7b. Make it shallower. The example of FIG. 1 shows a case where the junction depth of the p-type layer 4 is shallower than that of the source and drain extension regions 7b.

【0028】図3は、チャネル領域のp型層4の厚さと
しきい値電圧のロールオフ値δVth(短チャネル時の
しきい値電圧と長チャネル時のしきい値電圧の差)の関
係を、p型層4の不純物濃度をパラメータとして示して
いる。なおしきい値電圧のロールオフ値δVthは、図
13に示すように、ゲート長Lg(即ちチャネル長)が
小さくなるにつれて大きくなることが知られている。図
3のデータは、n-型層3の不純物濃度が、1E16/
cm3、ゲート酸化膜厚が3nm、電源がVdd=1.
2Vの場合の計算結果である。図3には比較のため、S
OIFETのデータを示し、また破線で囲んだデータは
均一ドープのp型バルクシリコンを用いた通常のbul
kFETの場合を示している。
FIG. 3 shows the relationship between the thickness of the p-type layer 4 in the channel region and the roll-off value δVth of the threshold voltage (the difference between the threshold voltage in the short channel and the threshold voltage in the long channel). The impurity concentration of the p-type layer 4 is shown as a parameter. It is known that the roll-off value δVth of the threshold voltage increases as the gate length Lg (that is, the channel length) decreases, as shown in FIG. The data in FIG. 3 shows that the impurity concentration of the n -type layer 3 is 1E16 /
cm 3 , the gate oxide film thickness is 3 nm, and the power supply is Vdd = 1.
It is a calculation result in the case of 2V. FIG. 3 shows S for comparison.
The data of the OIFET are shown, and the data surrounded by a broken line is a normal bul using a uniformly doped p-type bulk silicon.
The case of kFET is shown.

【0029】図3から、p型層4の厚さが小さくなる
程、しきい値電圧のロールオフ値δVthはゼロに近づ
き、短チャネル効果が抑制されることがわかる。これ
は、SOIFETと同様の効果であって、チャネル領域
を薄膜化することにより、ドレイン形状に沿ったポテン
シャル分布の二次元効果が弱くなり、垂直方向の一次元
ポテンシャル分布のみでしきい値電圧が決まるようにな
るためである。
FIG. 3 shows that as the thickness of the p-type layer 4 decreases, the roll-off value δVth of the threshold voltage approaches zero, and the short channel effect is suppressed. This is the same effect as that of the SOIFET. By thinning the channel region, the two-dimensional effect of the potential distribution along the drain shape is weakened, and the threshold voltage is reduced only by the one-dimensional potential distribution in the vertical direction. This is because it will be decided.

【0030】図3はまた、同じδVthであれば、この
実施の形態によるSODELFETの方がSOIFET
よりp型層4が厚くてよいことを示している。これは、
無理して薄膜を形成することなく、MISFETを作る
ことができること、p型層4の膜厚のばらつきに起因す
るしきい値電圧のばらつきを小さくできること、を意味
しており、実際の素子製造に有利であることを示してい
る。
FIG. 3 also shows that if the δVth is the same, the SODELFET according to this embodiment is
This indicates that the p-type layer 4 may be thicker. this is,
This means that the MISFET can be made without forcibly forming a thin film, and that the variation in the threshold voltage due to the variation in the thickness of the p-type layer 4 can be reduced. It shows that it is advantageous.

【0031】但し、以上の効果は、p型層4の不純物濃
度に依存している。図3に示すように、p型層4の不純
物濃度が1E17/cm3程度以上になると、薄膜化に
よる短チャネル効果抑制の効果が殆どなくなり、相当の
薄膜化をしないと効果が望めなくなる。これは、薄膜化
によりチャネル直下の空乏層の伸びが小さくなる結果で
ある。従って、チャネル領域となるp型層4は、不純物
濃度と厚さを最適化することが必要になる。
However, the above effects depend on the impurity concentration of the p-type layer 4. As shown in FIG. 3, when the impurity concentration of the p-type layer 4 is about 1E17 / cm 3 or more, the effect of suppressing the short channel effect by thinning is almost lost, and the effect cannot be expected unless the thinning is considerable. This is a result of the fact that the elongation of the depletion layer immediately below the channel is reduced by thinning. Therefore, it is necessary to optimize the impurity concentration and the thickness of the p-type layer 4 serving as the channel region.

【0032】また、チャネル領域となるp型層4の不純
物濃度と厚さ及びゲート電極6の仕事関数を選択するこ
とにより、チャネル反転層形成時にp型層4が部分的に
空乏化するようにすることもできる。これにより、部分
空乏化(artiallyepleted)素子で
ある、PD−SODELFETが得られる。
Further, by selecting the impurity concentration and thickness of the p-type layer 4 serving as a channel region and the work function of the gate electrode 6, the p-type layer 4 is partially depleted when the channel inversion layer is formed. You can also. Thus, a partially-depleted (P artially D epleted) elements, PD-SODELFET is obtained.

【0033】ビルトインポテンシャルにより完全空乏化
させる必要があるn-型層3も、不純物濃度と厚さの最
適化が必要である。n-型層3の一部が空乏化されずに
残ると、これによりソース、ドレイン間が短絡されてリ
ーク電流が増大するからである。一方、このn-型層3
の厚さでチャネル領域の垂直電界の緩和の程度が決ま
り、チャネル領域のキャリア移動度を大きく保つには、
-型層3の膜厚がある程度大きい方がよい。
The n -type layer 3 which needs to be completely depleted by the built-in potential also needs to be optimized for the impurity concentration and the thickness. This is because if a part of the n -type layer 3 remains without being depleted, the source and the drain are short-circuited and the leak current increases. On the other hand, this n - type layer 3
To determine the degree of relaxation of the vertical electric field in the channel region by the thickness of the channel region, and to maintain a large carrier mobility in the channel region,
It is preferable that the thickness of the n - type layer 3 is large to some extent.

【0034】図4は、このn-型層3の厚さと短チャネ
ル効果を示すδVth及びキャリア移動度(電子移動度
μe)の関係を示す。図示のように、n-型層3が厚く
なるにつれて、電子移動度μeは大きくなるが、δVt
hも大きくなる。即ち、短チャネル効果の抑制とキャリ
ア移動度改善とがトレードオフの関係にあることを示し
ている。
FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the n -type layer 3, δVth indicating the short channel effect, and carrier mobility (electron mobility μe). As shown, as the n -type layer 3 becomes thicker, the electron mobility μe increases, but δVt
h also increases. That is, it indicates that there is a trade-off relationship between the suppression of the short channel effect and the improvement of the carrier mobility.

【0035】ソース、ドレインの低抵抗領域であるn+
型層7aの接合深さは、前述のように、n-型層3とp
型層2の接合面より浅く設定されている。これにより、
+型層7aがp型層2に達する深さに形成された場合
に比べて、ソース、ドレインの接合容量及び接合リーク
が小さく抑えられる他、低しきい値電圧でも高いパンチ
スルー耐圧が得られるという効果が期待できる。また、
ソース、ドレインの接合容量が小さくなる結果、トラン
ジスタの高速動作が可能になる。
N +, which is a low resistance region of the source and the drain,
The junction depth of the mold layer 7a, as described above, n - -type layer 3 and p
It is set shallower than the bonding surface of the mold layer 2. This allows
Compared to the case where the n + -type layer 7a is formed to a depth reaching the p-type layer 2, the junction capacitance and the junction leakage of the source and the drain can be suppressed small, and a high punch-through withstand voltage can be obtained even at a low threshold voltage. The effect of being able to be expected can be expected. Also,
As a result, the junction capacitance between the source and the drain is reduced, so that the transistor can operate at high speed.

【0036】以上のようにp/n-/p構造の不純物濃
度分布と厚さを適正化するには、プロセス条件を最適化
することが必要である。本発明者のプロセスシミュレー
ションによれば、p/n-/pの3層構造を従来のよう
にイオン注入工程のみで形成することは困難であること
が明らかになった。即ち、図1のp型層2をイオン注入
により1E18/cm3程度の不純物濃度をもって形成
しようとすると、大きなドーズ量で且つ高加速エネルギ
ーで行わなければならず、その不純物分布の深さ方向の
裾が大きく拡がる。そうすると、形成されたp型層2の
表面部に更にイオン注入により低不純物濃度のn-層3
及びp型層4を形成しようとしても、所望の不純物プロ
ファイルとはかけ離れたものとなってしまう。
As described above, in order to optimize the impurity concentration distribution and the thickness of the p / n / p structure, it is necessary to optimize the process conditions. According to the process simulation of the present inventor, it has become clear that it is difficult to form a three-layer structure of p / n / p only by the ion implantation process as in the related art. That is, in order to form the p-type layer 2 of FIG. 1 with an impurity concentration of about 1E18 / cm 3 by ion implantation, it must be performed with a large dose and a high acceleration energy. The hem expands greatly. Then, the n layer 3 having a low impurity concentration is further implanted into the surface of the formed p-type layer 2 by ion implantation.
And the formation of the p-type layer 4 is far from the desired impurity profile.

【0037】そこでこの発明の製造工程では、図1にお
いてチャネル領域となるp型層4及びその下のn-型層
3について、エピタキシャル成長層を利用する。具体的
に、図1のp/n-/p接合構造を得るための製造工程
例を、以下に説明する。
Therefore, in the manufacturing process of the present invention, an epitaxial growth layer is used for the p-type layer 4 to be a channel region in FIG. 1 and the n -type layer 3 thereunder. Specifically, an example of a manufacturing process for obtaining the p / n / p junction structure of FIG. 1 will be described below.

【0038】図5A〜図5Dは、具体的なLSIへの適
用を考慮して、素子分離工程を含めたp/n-/p接合
構造を得るための一つの製造工程例を示している。ま
ず、図5Aに示すように、シリコン基板1の表面にバッ
ファ酸化膜21とシリコン窒化膜22の積層マスクを形
成し、素子分離領域にRIEにより溝を形成して、この
溝に素子分離絶縁膜23を埋め込む。
FIGS. 5A to 5D show an example of a manufacturing process for obtaining a p / n / p junction structure including an element isolation process in consideration of a specific application to an LSI. First, as shown in FIG. 5A, a laminated mask of the buffer oxide film 21 and the silicon nitride film 22 is formed on the surface of the silicon substrate 1, a groove is formed in the element isolation region by RIE, and the element isolation insulating film is formed in the groove. Embed 23.

【0039】この後、シリコン窒化膜22とバッファ酸
化膜21を除去して、図5Bに示すように、ボロン
(B)イオン注入を行ってp型層2を形成する。具体的
に、ボロン(B)を加速電圧20keV、ドーズ量5×
1013/cm2でイオン注入する。そしてこのp型層2
の上に、アンドープのシリコン層10を例えば80nm
の厚さにエピタキシャル成長させる。
Thereafter, the silicon nitride film 22 and the buffer oxide film 21 are removed, and boron (B) ions are implanted to form the p-type layer 2 as shown in FIG. 5B. Specifically, boron (B) is accelerated at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 5 ×.
Ion implantation is performed at 10 13 / cm 2 . And this p-type layer 2
An undoped silicon layer 10 of, for example, 80 nm
Epitaxially grown to a thickness of

【0040】次いで、図5Cに示すように、このシリコ
ン層10に、砒素(As)イオン注入を行って、n-
層3を形成する。Asイオン注入条件は例えば、加速電
圧20keV、ドーズ量5×1011/cm2とする。続
いて、図5Dに示すように、Bイオン注入を行って、n
-型層3の表面部にチャネル領域となるp型層4を形成
する。このBイオン注入条件は例えば、加速電圧5ke
V、ドーズ量6×10 11/cm2とする。
Next, as shown in FIG.
Arsenic (As) ion implantation is performed on the-Type
The layer 3 is formed. As ion implantation conditions are, for example,
Pressure 20 keV, dose 5 × 1011/ CmTwoAnd Continued
Then, as shown in FIG. 5D, B ion implantation is performed to
-Forming p-type layer 4 serving as a channel region on the surface of mold layer 3
I do. This B ion implantation condition is, for example, an acceleration voltage of 5 ke.
V, dose 6 × 10 11/ CmTwoAnd

【0041】図6A〜図6Eは、p/n-/p接合構造
の形成のために、2段階のエピタキシャル成長を利用す
る例を示している。図6Aは、図5Aと同じ素子分離工
程を示している。素子分離後、図6Bに示すように、シ
リコン基板1の表面にBイオン注入によりp型層2を形
成した後、この上にアンドープのシリコン層10をエピ
タキシャル成長させる。そして、図6Cに示すように、
このシリコン層10に、Asイオン注入を行って、n-
型層3を形成する。続いて図6Dに示すように、再度エ
ピタキシャル成長を行って、n-型層3上にアンドープ
のシリコン層11を形成する。続いて、図6Eに示すよ
うに、シリコン層11にBイオン注入を行って、チャネ
ル領域となるp型層4を形成する。
FIGS. 6A to 6E show an example in which two-stage epitaxial growth is used to form a p / n / p junction structure. FIG. 6A shows the same element isolation process as FIG. 5A. After the element isolation, as shown in FIG. 6B, a p-type layer 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by B ion implantation, and an undoped silicon layer 10 is epitaxially grown thereon. And as shown in FIG. 6C,
As ions are implanted into the silicon layer 10 to obtain n
The mold layer 3 is formed. Subsequently, as shown in FIG. 6D, epitaxial growth is performed again to form an undoped silicon layer 11 on the n -type layer 3. Subsequently, as shown in FIG. 6E, B ions are implanted into the silicon layer 11 to form the p-type layer 4 serving as a channel region.

【0042】図2は、以上のような工程により形成され
るp/n-/p接合構造の不純物プロファイルを示して
いる。エピタキシャル成長工程を組み合わせることによ
り、完全空乏化させるに必要な低不純物濃度と厚さを持
つn-型層3及びp型層4を形成することが可能にな
る。
FIG. 2 shows an impurity profile of the p / n / p junction structure formed by the above steps. By combining the epitaxial growth steps, it becomes possible to form the n -type layer 3 and the p-type layer 4 having a low impurity concentration and a thickness necessary for complete depletion.

【0043】上述のように素子分離工程を、p/n-
p構造を形成する前に行うことは、素子分離工程での熱
によるp/n-/p構造の不純物の再拡散を防止する上
で好ましい。しかしこの工程では、素子分離領域が狭い
場合には、シリコン層のエピタキシャル成長工程で隣接
する素子領域のシリコン層が素子分離領域上でつながっ
てしまう可能性がある。この様な事態を確実に防止する
ためには、p/n-/p構造を形成した後に素子分離工
程を入れればよい。
As described above, the element isolation step is performed by p / n /
It is preferable to perform the step before forming the p-type structure in order to prevent re-diffusion of the p / n / p-type impurity due to heat in the element isolation step. However, in this step, when the element isolation region is narrow, there is a possibility that the silicon layers of the adjacent element regions are connected on the element isolation region in the epitaxial growth step of the silicon layer. In order to reliably prevent such a situation, an element isolation step may be performed after forming the p / n / p structure.

【0044】その様な素子分離工程を持つ場合につい
て、具体的なSODELFETの集積化の工程を、図7
〜図12を参照して説明する。図7に示すシリコン基板
1上のp型層2、n-型層3及びp型層4は、素子分離
工程前に、先の図5A〜図5D或いは図6A〜図6Eで
説明したエピタキシャル成長工程とイオン注入工程の組
み合わせにより作られたものとする。この様なp/n-
/p構造が形成された基板に、図7に示すように、バッ
ファ酸化膜21とシリコン窒化膜22によるマスクをト
ランジスタ領域にパターン形成し、RIEによりp型層
2に達する深さに素子分離溝を形成して、ここに素子分
離絶縁膜23を埋め込む。
In the case where such an element isolation step is provided, a specific SODELFET integration step is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. The p-type layer 2, the n -type layer 3 and the p-type layer 4 on the silicon substrate 1 shown in FIG. 7 are subjected to the epitaxial growth step described with reference to FIGS. 5A to 5D or 6A to 6E before the element separation step. And an ion implantation process. Such p / n -
As shown in FIG. 7, a mask made of a buffer oxide film 21 and a silicon nitride film 22 is formed in the transistor region on the substrate on which the / p structure is formed, and an element isolation groove is formed to a depth reaching the p-type layer 2 by RIE. Is formed, and the element isolation insulating film 23 is buried therein.

【0045】次いで、図8に示すように、ゲート酸化膜
5を形成し、ゲート電極6を形成する。ゲート電極6
は、所定のしきい値電圧を得るに必要な仕事関数を持つ
メタル電極6aと多結晶シリコン電極6bの積層電極と
する。この積層電極は、シリコン窒化膜24をマスクと
してパターン形成する。そして、ゲート電極6をマスク
としてAsイオン注入を行って、ソース、ドレインの拡
張領域7bとなるn型層を形成する。拡張領域7bはそ
の接合深さを、p型層4より深くする。但し、拡張領域
7bの接合深さを、p型層4のそれと同じ程度としても
よい。
Next, as shown in FIG. 8, a gate oxide film 5 is formed, and a gate electrode 6 is formed. Gate electrode 6
Is a laminated electrode of a metal electrode 6a and a polycrystalline silicon electrode 6b having a work function required to obtain a predetermined threshold voltage. This stacked electrode is patterned using the silicon nitride film 24 as a mask. Then, As ions are implanted using the gate electrode 6 as a mask to form an n-type layer to be the source and drain extension regions 7b. The extension region 7 b has a junction depth greater than that of the p-type layer 4. However, the junction depth of the extension region 7b may be approximately the same as that of the p-type layer 4.

【0046】次に、図9に示すように、ゲート電極6の
側壁にシリコン窒化膜25からなる側壁絶縁膜を形成す
る。そして、図10に示すように、ソース、ドレイン領
域のシリコン表面を露出させ、ここに選択エピタキシャ
ル成長によりシリコン層26を形成する。これは、次に
形成される高濃度のソース、ドレイン領域の拡散深さに
比べて、p型層2とn-型層3の接合面位置を深く保つ
ためである。
Next, as shown in FIG. 9, a sidewall insulating film made of a silicon nitride film 25 is formed on the sidewall of the gate electrode 6. Then, as shown in FIG. 10, the silicon surfaces of the source and drain regions are exposed, and a silicon layer 26 is formed thereon by selective epitaxial growth. This is for keeping the junction surface position between the p-type layer 2 and the n -type layer 3 deeper than the diffusion depth of the high-concentration source and drain regions to be formed next.

【0047】この後、図11に示すように、Asイオン
注入を行って、ソース、ドレインのn+型低抵抗領域7
aを形成する。上述のように、低抵抗領域7aの拡散深
さは、p型層2に達しないようにする。以上により、S
ODELFETが完成する。その後、図12に示すよう
に、層間絶縁膜27を堆積し、これに必要なコンタクト
孔を形成して、W等のコンタクトプラグ28を埋め込
む。この後は示さないが、層間絶縁膜27上にメタル配
線を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 11, As ion implantation is performed to form n + -type low-resistance regions 7 of source and drain.
a is formed. As described above, the diffusion depth of the low-resistance region 7a is set so as not to reach the p-type layer 2. From the above, S
ODELFET is completed. Thereafter, as shown in FIG. 12, an interlayer insulating film 27 is deposited, a necessary contact hole is formed therein, and a contact plug 28 such as W is buried. Although not shown thereafter, a metal wiring is formed on the interlayer insulating film 27.

【0048】以上のようにこの実施の形態によるSOD
ELFETは、チャネル領域のp型層4の接合深さを、
ソース、ドレインの拡張領域7bのそれより浅く形成し
且つ、ソース、ドレインの低抵抗領域7aの底面が、n
-型3内に位置するようにn-型層3の厚さを比較的大き
く設定している。これにより、垂直電界緩和の効果によ
りチャネル領域の高キャリア移動度が保証され、またサ
ブミクロン領域でも短チャネル効果を十分に抑制するこ
とが可能になる。そしてこれらの効果は、p/n-/p
接合構造を得るのに、エピタキシャル成長工程を組み合
わせることにより初めて得られる。また、ソース、ドレ
インの低抵抗領域7aの底面は、ビルトインポテンシャ
ルで完全空乏化するn-型層3内にあって、p型層2に
は接しないようにしているから、接合容量が小さく、高
速動作が可能になり、また高いパンチスルー耐圧が得ら
れる。
As described above, the SOD according to this embodiment
In the ELFET, the junction depth of the p-type layer 4 in the channel region is
The source / drain extension region 7b is formed shallower than that of the source / drain extension region 7b, and the bottom surface of the source / drain low resistance region 7a is n
- have relatively large thickness of the mold layer 3 - n to lie within mold 3. Thereby, high carrier mobility in the channel region is ensured by the effect of relaxation of the vertical electric field, and the short channel effect can be sufficiently suppressed even in the submicron region. And these effects are p / n / p
It can be obtained only by combining an epitaxial growth step to obtain a junction structure. In addition, the bottom surface of the low resistance region 7a of the source and the drain is in the n -type layer 3 which is completely depleted by the built-in potential and is not in contact with the p-type layer 2, so that the junction capacitance is small. High-speed operation is possible, and a high punch-through withstand voltage is obtained.

【0049】この実施の形態の場合、完全空乏化素子を
実現してしかもしきい値電圧を最適条件に設定するに
は、ゲート電極6にメタル電極6aを用いることも重要
である。具体的に、メタル電極6aとしては、TiN,
WN等が用いられる。また二つの仕事関数を持つメタル
電極6aとしては、二種の材料の組み合わせである(T
iN,WN)、(W,WN)等が用いられる。即ち、必
要とするしきい値電圧に応じて適当な仕事関数のメタル
電極6aを用いることによって、所望のしきい値電圧を
得ることが可能になる。
In the case of this embodiment, it is also important to use a metal electrode 6a for the gate electrode 6 in order to realize a fully depleted element and to set the threshold voltage to an optimum condition. Specifically, as the metal electrode 6a, TiN,
WN or the like is used. The metal electrode 6a having two work functions is a combination of two materials (T
iN, WN) and (W, WN). That is, a desired threshold voltage can be obtained by using the metal electrode 6a having an appropriate work function according to a required threshold voltage.

【0050】一方、部分空乏化素子を形成する場合に
は、ゲート電極6として多結晶シリコン電極を用いて、
所望のしきい値を得ることができる。
On the other hand, when forming a partially depleted element, a polycrystalline silicon electrode is used as the gate electrode 6,
A desired threshold can be obtained.

【0051】なお、上記実施の形態において、チャネル
領域のキャリア移動度をより改善するためには、p型層
4として、SiGe歪み合金層或いは、Si/SiGe
歪み合金層を用いることも有効である。これにより、よ
り高い電流駆動能力のSODELFETが得られる。以
下の各実施の形態についても同様である。
In the above embodiment, in order to further improve the carrier mobility in the channel region, as the p-type layer 4, a SiGe strained alloy layer or Si / SiGe
It is also effective to use a strained alloy layer. As a result, a SODELFET having higher current driving capability can be obtained. The same applies to the following embodiments.

【0052】[第2実施の形態]上記第1実施の形態に
おいて、p/n-/p接合構造の不純物濃度及び厚さを
最適化したとしても、ゲート長Lgが50nm或いはそ
れ以下の世代になると、ソース、ドレイン間のパンチス
ルー現象が無視できなくなる。
[0052] [Second Embodiment] mode of the first embodiment, p / n - / p be the impurity concentration and thickness of the bonding structure as to optimize the gate length Lg to 50nm or less generations Then, the punch-through phenomenon between the source and the drain cannot be ignored.

【0053】図14は、この様な事情を考慮して、確実
なパンチスルー防止を可能とした第2実施の形態のSO
DELFET構造を図1に対応させて示している。ソー
ス、ドレインの拡張領域7bの直下に、ハロ領域である
p型層9が埋め込まれている点が図1と異なる。その他
第1実施の形態と同様であり、p型層4の不純物濃度と
厚みを設定することにより、FD−SODELFETを
得ることができる。またp型層4の不純物濃度をより高
濃度に設定すれば、PD−SODELFETを得ること
もできる。
FIG. 14 shows the SO 2 according to the second embodiment which can reliably prevent punch-through in consideration of such circumstances.
The DELFET structure is shown corresponding to FIG. The difference from FIG. 1 is that the p-type layer 9 as a halo region is buried immediately below the source and drain extension regions 7b. The other features are the same as in the first embodiment. By setting the impurity concentration and the thickness of the p-type layer 4, an FD-SODELFET can be obtained. If the impurity concentration of the p-type layer 4 is set higher, a PD-SODELFET can be obtained.

【0054】従来、パンチスルー防止を目的としてチャ
ネル領域の中央部の不純物濃度を高くするために、斜め
イオン注入を利用する方法が提案されている。しかしこ
の発明の場合、チャネル領域中央部の不純物濃度を高め
ることは、基板垂直方向の電界を緩和して高いキャリア
移動度を実現する上で障害となる。従って、図14の構
造を得るためには、ゲート電極6をマスクとした垂直方
向のイオン注入により、拡張領域7bの直下にp型層9
を形成する。
Conventionally, a method has been proposed in which oblique ion implantation is used to increase the impurity concentration at the center of the channel region for the purpose of preventing punch-through. However, in the case of the present invention, increasing the impurity concentration in the central portion of the channel region is an obstacle to reducing the electric field in the direction perpendicular to the substrate and realizing high carrier mobility. Therefore, in order to obtain the structure of FIG. 14, the p-type layer 9 is formed immediately below the extension region 7b by ion implantation in the vertical direction using the gate electrode 6 as a mask.
To form

【0055】斜めイオン注入によりハロ領域を形成する
方法では、ゲート電極が微細ピッチで配列されるLSI
の場合、隣接するゲート電極が影になってイオン注入が
できない素子、従って短チャネル効果が改善されない素
子が部分的に現れる。これに対して、上述のように垂直
方向のイオン注入によりハロ領域であるp型層9を形成
すれば、ゲート電極が微細ピッチで形成される場合にも
支障なく、図14の素子構造を得ることができる。即
ち、微細化したときの短チャネル効果の抑制とパンチス
ルー耐圧の保証が可能になる。
In the method of forming a halo region by oblique ion implantation, an LSI in which gate electrodes are arranged at a fine pitch is used.
In the case of (1), an element in which the adjacent gate electrode is shaded and cannot be ion-implanted, that is, an element in which the short channel effect is not improved partially appears. On the other hand, if the p-type layer 9 which is a halo region is formed by ion implantation in the vertical direction as described above, there is no problem even when the gate electrodes are formed at a fine pitch, and the device structure of FIG. 14 is obtained. be able to. That is, it is possible to suppress the short channel effect when miniaturized and to guarantee the punch-through breakdown voltage.

【0056】ここまでの実施の形態では、一つの素子領
域のみに着目して説明を行った。同じ素子構造のSOD
ELFETを集積したLSIを作る場合には、上述した
p/n-/p構造を、基板全面へのエピタキシャル成長
とイオン注入により一律に作ればよい。しかし、選択的
なイオン注入を利用することにより、各素子のチャネル
領域毎にp/n-/p接合構造を作るようにすることも
できる。
In the embodiments described so far, the description has been made focusing on only one element region. SOD of the same element structure
When manufacturing an LSI in which ELFETs are integrated, the above-described p / n / p structure may be formed uniformly by epitaxial growth and ion implantation over the entire surface of the substrate. However, by using selective ion implantation, a p / n / p junction structure can be formed for each channel region of each element.

【0057】[第3実施の形態]図15は、選択的なイ
オン注入により、p/n-/p接合構造をゲート電極直
下の領域に選択的に作った実施の形態のSODELFE
Tの構造を図1に対応させて示している。図1と異な
り、エピタキシャル成長させたアンドープのシリコン層
10の、チャネル領域を形成する部分のみに選択的にA
sイオン注入を行って、n-型層3を形成している。従
って、ソース及びドレイン拡散層7の拡張領域7bは、
その底面がn-型層3に接し、低抵抗領域7aは、その
底面がアンドープシリコン層10内部に位置する。
[Third Embodiment] FIG. 15 shows a SODELFE according to an embodiment in which a p / n / p junction structure is selectively formed in a region immediately below a gate electrode by selective ion implantation.
The structure of T is shown corresponding to FIG. Unlike FIG. 1, the undoped silicon layer 10 grown epitaxially has a selective A
The n -type layer 3 is formed by performing s ion implantation. Therefore, the extension region 7b of the source and drain diffusion layers 7
The bottom surface is in contact with n type layer 3, and low resistance region 7 a has its bottom surface located inside undoped silicon layer 10.

【0058】チャネル領域となるp型層4についても、
同様に選択的なBイオン注入により形成することができ
る。この様に、n-型層3をチャネル領域直下のみに形
成することにより、ソース、ドレインの低抵抗領域7a
の底面はアンドープ(i)シリコン層10の内部に位置
し、ソース、ドレインの接合容量を更に低減することが
可能になる。
The p-type layer 4 serving as a channel region is also
Similarly, it can be formed by selective B ion implantation. In this manner, by forming the n -type layer 3 only immediately below the channel region, the source and drain low-resistance regions 7a are formed.
Is located inside the undoped (i) silicon layer 10, and the junction capacitance of the source and drain can be further reduced.

【0059】ここまでの実施の形態は、主として完全空
乏化素子であるFD−SODELFETを説明した。従
ってしきい値電圧はゲート電極の仕事関数で決まり、調
整の自由度は小さい。しかしLSIの場合一般に、しき
い値電圧の異なるMISFETを混載することにより回
路設計を適正化して、高性能化を図ることが望まれる。
そのためには、完全空乏化素子のみでは都合が悪いこと
もある。
The above embodiments have mainly described the FD-SODELFET which is a fully depleted element. Therefore, the threshold voltage is determined by the work function of the gate electrode, and the degree of freedom in adjustment is small. However, in the case of LSI, generally, it is desired to improve circuit performance by mixing MISFETs having different threshold voltages to achieve higher performance.
For that purpose, it may be inconvenient to use only the fully depleted element.

【0060】これに対しては、第3実施の形態で説明し
た選択イオン注入法を利用すれば、チャネル領域の不純
物濃度や厚さを異ならせてしきい値電圧を異ならせた複
数のMISFETを集積することができる。そのような
実施の形態を次に説明する。
On the other hand, if the selective ion implantation method described in the third embodiment is used, a plurality of MISFETs having different threshold voltages by changing the impurity concentration and thickness of the channel region can be used. Can be integrated. Such an embodiment will now be described.

【0061】[第4実施の形態]図16は、FD−SO
DELFETと、bulkFETとを集積した構造を示
している。FD−SODELFETは、第3実施の形態
で説明した構造を有する。これを製造工程に従って説明
すれば、第1実施の形態の製造工程で説明したと同様
に、まずp型層2が形成されたシリコン基板1にアンド
ープのシリコン層10をエピタキシャル成長させる。そ
の後、素子分離領域にSTIにより素子分離絶縁膜30
を埋め込む。但しp型層2は、基板全面に形成すること
なく、SODELFET領域のみに選択的にイオン注入
して形成してもよい。
[Fourth Embodiment] FIG. 16 shows an FD-SO
1 shows a structure in which a DELFET and a bulkFET are integrated. The FD-SODELFET has the structure described in the third embodiment. If this is described according to the manufacturing process, as in the manufacturing process of the first embodiment, first, an undoped silicon layer 10 is epitaxially grown on the silicon substrate 1 on which the p-type layer 2 is formed. After that, the element isolation insulating film 30 is formed in the element isolation region by STI.
Embed However, the p-type layer 2 may be formed by selectively ion-implanting only the SODELFET region without forming the entire surface of the substrate.

【0062】その後FD−SODELFETの領域に
は、ゲート電極6の形成前に、第4実施の形態で説明し
たと同様の選択イオン注入により、n-型層3及びp型
層4を順次形成する。bulkFET領域には、エピタ
キシャル成長により形成されたアンドープのシリコン層
10に対して別の選択イオン注入工程により、p型層2
に達する深さにp型層31を形成する。更に、必要に応
じてチャネルイオン注入を行う。その後、各素子領域に
ゲート電極6を形成して、ソース、ドレインの拡張領域
7b及び低抵抗領域7aを同時に形成する。これによ
り、しきい値電圧の異なるFD−SODELFETとb
ulkFETを集積することができる。
Thereafter, in the region of the FD-SODELFET, before forming the gate electrode 6, the n -type layer 3 and the p-type layer 4 are sequentially formed by the same selective ion implantation as described in the fourth embodiment. . In the bulkFET region, the p-type layer 2 is formed by another selective ion implantation process into the undoped silicon layer 10 formed by epitaxial growth.
The p-type layer 31 is formed to a depth that reaches. Further, channel ion implantation is performed as needed. Thereafter, a gate electrode 6 is formed in each element region, and a source / drain extension region 7b and a low resistance region 7a are simultaneously formed. Thereby, FD-SODELFETs having different threshold voltages and b
UlkFETs can be integrated.

【0063】[第5実施の形態]図17は、FD−SO
DELFETと共に、チャネル反転層形成時にもチャネ
ル領域が完全には空乏化しない、PD−SODELFE
Tを集積した構造を示している。FD−SODELFE
Tは、図16のそれと同様の工程で形成する。PD−S
ODELFETについては、FD−SODELFETと
異なるイオン注入条件で、n-型層3a及びp型層4a
を順次形成する。但し、PD−SODELFETのn-
型層3aと、FD−SODELFET側のn-型層3と
は同じ条件でもよい。少なくとも、PD−SODELF
ETのp型層4aは、FD−SODELFETのp型層
4より高不純物濃度で厚く形成する。
[Fifth Embodiment] FIG. 17 shows an FD-SO
Along with the DELFET, the channel region is not completely depleted even when the channel inversion layer is formed.
2 shows a structure in which T is integrated. FD-SODELFE
T is formed by a process similar to that of FIG. PD-S
For the ODELFET, under the ion implantation conditions different from those of the FD-SODELFET, the n -type layer 3a and the p-type layer 4a
Are sequentially formed. However, the PD-SODELFET n -
The same conditions may be applied to the mold layer 3a and the n -type layer 3 on the FD-SODELFET side. At least, PD-SODELF
The p-type layer 4a of ET is formed with a higher impurity concentration and thicker than the p-type layer 4 of FD-SODELFET.

【0064】図17の場合、p型層4aは、ソース、ド
レインの拡張領域7bの拡散深さよりは深く、低抵抗領
域7aよりは浅く形成している。また、p型層4aとn
-型層3aは、チャネル領域直下に選択的に形成されて
おり、n-型層3aの両端部は、拡張領域7bに接して
いる。
In the case of FIG. 17, the p-type layer 4a is formed to be deeper than the diffusion depth of the source / drain extension region 7b and shallower than the low resistance region 7a. Further, the p-type layers 4a and n
The − type layer 3 a is selectively formed immediately below the channel region, and both ends of the n type layer 3 a are in contact with the extension region 7 b.

【0065】PD−SODELFETのp/n-/p構
造部の不純物濃度分布を、FD−SODELの図2と比
較して示すと、例えば図18のようになる。p型層4a
のボロン濃度は、図2の場合に比べて、1桁程度高くし
ている。これにより、FD−SODELFETよりしき
い値電圧が高く、チャネル反転層形成時にp型層4aが
部分的に空乏化するPD−SODELFETが得られ
る。このときp型層4aは、拡張領域7bとの間の空乏
層及び、完全空乏化するn-型層3aにより囲まれて、
浮遊状態のp型層となる。
FIG. 18 shows the impurity concentration distribution of the p / n / p structure portion of the PD-SODELFET in comparison with FIG. 2 of the FD-SODEL. p-type layer 4a
Is higher by about one digit than that of FIG. Thus, a PD-SODELFET having a higher threshold voltage than that of the FD-SODELFET and in which the p-type layer 4a is partially depleted when the channel inversion layer is formed can be obtained. At this time, the p-type layer 4a is surrounded by the depletion layer between the extension region 7b and the fully depleted n -type layer 3a.
It becomes a floating p-type layer.

【0066】図19は、上述したPD−SODELFE
Tのドレイン電圧Vd−ドレイン電流Id特性を、ゲー
ト電圧Vgをパラメータとして計算により求めた結果を
示している。ゲート長はLg=70nm、電源電圧はV
dd=1V、オフ電流はIoff=22.5nA/μm
としている。図から明らかなように、ドレイン電圧Vd
の途中からドレイン電流Idが急上昇するキンク特性が
得られている。このキンク特性は、p型層4aの部分空
乏化の結果、しきい値電圧が見かけ上低くなることによ
り得られるPD−SODELFETに特有の特性であ
る。具体的にこのキンク特性は、あるドレイン電圧を越
えると、インパクトイオン化により発生したホールがp
型層4aに蓄積されて、しきい値電圧が見かけ上低くな
ることにより得られる。
FIG. 19 shows the above-mentioned PD-SODELFE.
The graph shows the result obtained by calculating the drain voltage Vd-drain current Id characteristic of T by using the gate voltage Vg as a parameter. The gate length is Lg = 70 nm, and the power supply voltage is V
dd = 1 V, OFF current Ioff = 22.5 nA / μm
And As is apparent from the figure, the drain voltage Vd
A kink characteristic in which the drain current Id sharply rises in the middle of the process is obtained. This kink characteristic is a characteristic peculiar to PD-SODELFET obtained by apparently lowering the threshold voltage as a result of the partial depletion of the p-type layer 4a. Specifically, the kink characteristic is such that when a certain drain voltage is exceeded, holes generated by impact ionization become p-type.
It is obtained by accumulating in the mold layer 4a and apparently lowering the threshold voltage.

【0067】また、図20は、PD−SODELFET
について、ゲート電圧をVg=1V固定とし、ドレイン
電圧Vdを破線で示すようにパルス的に時間変化させた
ときの、ボディ領域(p型層4a)の電位Vbの変化
を、エピタキシャル成長させたシリコン層10の厚さを
パラメータとして示している。ドレイン電圧Vdに追随
してボディ電位Vbが変化しており、これがp型層4a
が実質フローティングになっていることを示している。
FIG. 20 shows a PD-SODELFET.
The change of the potential Vb of the body region (p-type layer 4a) when the gate voltage is fixed to Vg = 1V and the drain voltage Vd is time-varied in a pulsed manner as indicated by a broken line is shown in FIG. The thickness of 10 is shown as a parameter. The body potential Vb changes following the drain voltage Vd, and this changes with the p-type layer 4a.
Indicates that it is substantially floating.

【0068】[第6実施の形態]図21は、PD−SO
DELFETとbulkFETを集積化した構造を示
す。PD−SODELFET及びbulkFETのチャ
ネルボディ構造は、図16の実施の形態と同様である
が、p型層4の不純物濃度を最適設定して、PD−SO
DELFETを形成している。PD−SODELFET
の場合、ゲート電極6として多結晶シリコン電極を用い
ることができる。図21では、PD−SODELFET
及びbulkFET共に、多結晶シリコンゲートとして
いる。一般にbulkFETは、メタル電極を用いる
と、しきい値が高くなりすぎる。この実施の形態による
と、bulkFETを低しきい値として、高い電流駆動
能力を得ることができる。
[Sixth Embodiment] FIG. 21 shows a PD-SO
1 shows a structure in which a DELFET and a bulkFET are integrated. The channel body structure of the PD-SODELFET and the bulkFET is the same as that of the embodiment shown in FIG. 16, except that the impurity concentration of the p-type
DELFET is formed. PD-SODELFET
In this case, a polycrystalline silicon electrode can be used as the gate electrode 6. In FIG. 21, the PD-SODELFET
And the bulkFET are polycrystalline silicon gates. In general, when a bulk FET uses a metal electrode, the threshold becomes too high. According to this embodiment, it is possible to obtain a high current driving capability by setting the bulk FET to a low threshold.

【0069】なお、図16,図17及び図21における
FD−SODELFET及びPD−SODELFETに
ついて、図14の実施の形態と同様に、ソース、ドレイ
ン拡張領域7bの直下にハロ領域としてp型層9を埋め
込む構造を用いてもよい。
In the FD-SODELFET and PD-SODELFET in FIGS. 16, 17 and 21, the p-type layer 9 is formed as a halo region immediately below the source / drain extension region 7b as in the embodiment of FIG. An embedded structure may be used.

【0070】次に、この発明によるFD−SODELF
ET或いはPD−SODELFETとbulkFETを
組み合わせる好ましい回路例を説明する。
Next, the FD-SODELF according to the present invention
A preferred circuit example combining an ET or PD-SODELFET and a bulkFET will be described.

【0071】[第7実施の形態]図22は、直列接続さ
れたnチャネルトランジスタQN1〜QN3と並列接続
されたpチャネルトランジスタQP1〜QP3により構
成されるNANDゲートである。nチャネルトランジス
タQN1〜QN3は、それぞれゲートが入力端子に接続
されて、出力端子と基準電位端子の間に直列接続されて
いる。pチャネルトランジスタQP1〜QP3は、電源
端子と出力端子の間に並列接続されて、それぞれのゲー
トが対応する入力端子に接続されている。この様な回路
では、通常のMISFETを用いた場合、縦積みされた
トランジスタQN1〜QN3の部分がそれぞれ異なる基
板バイアスがかかり、見かけ上しきい値電圧が異なるこ
とになる。
[Seventh Embodiment] FIG. 22 shows a NAND gate constituted by n-channel transistors QN1 to QN3 connected in series and p-channel transistors QP1 to QP3 connected in parallel. Each of the n-channel transistors QN1 to QN3 has a gate connected to the input terminal and is connected in series between the output terminal and the reference potential terminal. The p-channel transistors QP1 to QP3 are connected in parallel between a power supply terminal and an output terminal, and each gate is connected to a corresponding input terminal. In such a circuit, when a normal MISFET is used, different substrate biases are applied to the vertically stacked transistors QN1 to QN3, and the threshold voltages are apparently different.

【0072】そこで、nチャネルトランジスタQN1〜
QN3の部分には、bulkFETに比べて基板バイア
スの影響が小さい、図1に示した構造のFD−SODE
LFET又はPD−SODELFET或いは図17に示
したPD−SODELFETを用いる。一方、pチャネ
ルトランジスタQP1〜QP3の部分には、寄生バイポ
ーラトランジスタによるリークが小さい、図16に示し
たbulkFETと同様の構造のpチャネルbulkF
ETを用いる。これにより、動作の安定性と高いノイズ
マージンを得ることができる。
Therefore, n-channel transistors QN1-QN1
In the QN3 part, the influence of the substrate bias is smaller than that of the bulk FET, and the FD-SODE of the structure shown in FIG.
An LFET, a PD-SODELFET, or the PD-SODELFET shown in FIG. 17 is used. On the other hand, the p-channel transistors QP1 to QP3 have a p-channel bulkFQ having a structure similar to that of the bulkFET shown in FIG.
Use ET. As a result, operation stability and a high noise margin can be obtained.

【0073】[第8実施の形態]図23は、ダイナミッ
クドミノ回路である。ノードN1,N2の間に並列接続
されたnチャネルトランジスタQN11〜QN13は、
ゲートをそれぞれ入力端子A,B,Cとするスイッチン
グ素子である。ノードN1と電源端子の間には、プリチ
ャージ信号PREによりゲートが制御されるプリチャー
ジ用pチャネルトランジスタQP11が設けられてい
る。ノードN2と基準電位端子の間には、クロックCK
により駆動される活性化用のnチャネルトランジスタQ
N14が設けられている。ノードN1は、インバータI
NVを介して出力端子OUTにつながる。ノードN1と
電源端子Vddの間には更に、出力端子OUTの電圧に
より制御されるpチャネルトランジスタQP12が設け
られる。
[Eighth Embodiment] FIG. 23 shows a dynamic domino circuit. The n-channel transistors QN11 to QN13 connected in parallel between the nodes N1 and N2 are:
Switching elements whose gates are input terminals A, B, and C, respectively. A precharge p-channel transistor QP11 whose gate is controlled by a precharge signal PRE is provided between the node N1 and the power supply terminal. The clock CK is provided between the node N2 and the reference potential terminal.
N-channel transistor Q for activation driven by
N14 is provided. Node N1 is connected to inverter I
It is connected to the output terminal OUT via NV. A p-channel transistor QP12 controlled by the voltage of the output terminal OUT is further provided between the node N1 and the power supply terminal Vdd.

【0074】この様なクロックにより駆動されるダイナ
ミック回路では、ノードN1のキャパシタンスが大きい
と高速動作が難しくなる。また、トランジスタQN11
〜QN13のソース、ドレインの接合容量が大きいと、
プリチャージ用トランジスタQP11及びクロック用ト
ランジスタQN14がオフの状態で且つ、A,B,Cの
入力が“H”のとき、ノードN1の蓄積電荷が分配され
て、“H”レベル=Vddを保持すべきノードN1の電
位がVddより大きく低下してしまう。逆にキャパシタ
ンスが小さいとノイズマージンが低下する。従って、ト
ランジスタQN11〜QN13の駆動能力との関係でノ
ードN1のキャパシタンスを最適化することが必要であ
る。
In such a dynamic circuit driven by a clock, high-speed operation becomes difficult if the capacitance of the node N1 is large. Also, the transistor QN11
When the junction capacitance of the source and drain of QN13 is large,
When the precharge transistor QP11 and the clock transistor QN14 are off and the inputs of A, B, and C are at "H", the accumulated charge at the node N1 is distributed, and the "H" level = Vdd is maintained. The potential of the power node N1 drops significantly below Vdd. Conversely, when the capacitance is small, the noise margin decreases. Therefore, it is necessary to optimize the capacitance of the node N1 in relation to the driving capability of the transistors QN11 to QN13.

【0075】そこで例えば、トランジスタQN11〜Q
N13の部分には、ノードN1のキャパシタンスを比較
的小さく保つことができる、図1に示す構造のFD−S
ODELFET又はPD−SODELFETを用いる。
トランジスタQN14,QP11,QP12の部分に
は、図16に示すbulkFETと同様の構造のbul
kFETを用いる。
Therefore, for example, transistors QN11-QN
In the portion of N13, the FD-S having the structure shown in FIG. 1 can keep the capacitance of the node N1 relatively small.
ODELFET or PD-SODELFET is used.
The transistors QN14, QP11, and QP12 have a bul having the same structure as the bulk FET shown in FIG.
A kFET is used.

【0076】これにより、ノイズマージンを低下させる
ことなく、高速動作が可能な回路を得ることができる。
即ち、bulkFETのみを用いて図23のダイナミッ
ク回路を構成した場合には、ノードN1のキャパシタン
スが大きくなり、これを高速で充放電することが難しい
が、トランジスタQN11〜QN13の部分には、ノー
ドN1のキャパシタンスを比較的小さく保つことができ
るSODELFETを用いることにより、高速動作が可
能になる。また、ノードN1の保持すべき電位を確実に
保持することが可能になる。
Thus, it is possible to obtain a circuit capable of high-speed operation without lowering the noise margin.
That is, when the dynamic circuit of FIG. 23 is configured using only the bulk FET, the capacitance of the node N1 becomes large and it is difficult to charge and discharge the node N1 at high speed. However, the node N1 is connected to the transistors QN11 to QN13. By using a SODELFET that can keep the capacitance of the SODEL FET relatively small, high-speed operation can be achieved. Further, it is possible to reliably hold the potential to be held at the node N1.

【0077】一方、図23のダイナミック回路を全て、
SODELFETにより構成すると、ボディ領域が浮遊
状態にある結果、寄生バイポーラトランジスタ効果が発
生すること、またノードN1が蓄積できる電荷量が少な
くなることから、ノイズ耐性が悪くなる。そこで、トラ
ンジスタQN11〜QN13の部分にはSODELFE
Tを用い、それ以外の部分にはbulkFETを用いる
ことにより、トレードオフの関係にあるノイズマージン
と高速性能を最適化することができる。
On the other hand, all the dynamic circuits of FIG.
With the SODELFET, since the body region is in a floating state, a parasitic bipolar transistor effect occurs, and the amount of charge that can be stored in the node N1 decreases, so that the noise resistance deteriorates. Therefore, SODELFE is added to the transistors QN11 to QN13.
By using T and using a bulkFET in other portions, it is possible to optimize the noise margin and the high-speed performance, which are in a trade-off relationship.

【0078】また、アナログ回路やメモリのセンスアン
プ回路等には、差動アンプが多く用いられる。例えば二
つのCMOS回路で構成される差動アンプは、二つのC
MOS回路のしきい値が揃っていることが重要である。
しかし、この発明によるSODELFETの場合、チャ
ネルボディ領域がフローティングであることから、過去
の履歴に影響されてしきい値がずれることがあり、二つ
のCMOS回路のしきい値を常に揃えておくことが簡単
ではない。従って、この発明によるSODELFETを
用いたLSIにおいても、差動アンプについてはbul
kFETを用いるといった、使い分けを行うことが好ま
しい。
Further, differential amplifiers are often used for analog circuits, memory sense amplifier circuits, and the like. For example, a differential amplifier composed of two CMOS circuits has two C
It is important that the threshold values of the MOS circuits are uniform.
However, in the case of the SODELFET according to the present invention, since the channel body region is floating, the threshold value may be deviated due to the past history, and the threshold values of the two CMOS circuits must always be aligned. It is not easy. Therefore, even in the LSI using the SODELFET according to the present invention, the difference amplifier
It is preferable to selectively use such as using a kFET.

【0079】また、この発明によるFD−SODELF
ETを用いたLSIにおいて、p/n-/p構造を素子
毎に分離して設けた場合に、選択的に下部のp型層にし
きい値電圧を調整するための基板バイアスを印加する基
板バイアス印加回路を備えることも有効である。特に、
図14に示したように、ソース、ドレインの拡張領域7
bの下にハロ領域であるp型層9を形成したFD−SO
DELFETについては、p型層2にバイアスを印加す
ることにより、しきい値を調整できることが確認されて
いる。図24は、図14に示すFD−SODELFET
について、p型層2に印加する基板バイアス電圧Vsu
bを変えたときのドレイン電流Id−ゲート電圧Vg特
性を示している。この特性から、p型層2を素子毎に分
離して設けてここに基板バイアス印加回路を接続すれ
ば、しきい値電圧の異なるFD−SODELFETを集
積したLSIを得ることができる。
The FD-SODELF according to the present invention
In an LSI using ET, when a p / n / p structure is provided separately for each element, a substrate bias for selectively applying a substrate bias for adjusting a threshold voltage to a lower p-type layer is provided. It is also effective to provide an application circuit. In particular,
As shown in FIG. 14, the source and drain extension regions 7
FD-SO in which a p-type layer 9 which is a halo region is formed below
It has been confirmed that the threshold value of the DELFET can be adjusted by applying a bias to the p-type layer 2. FIG. 24 shows the FD-SODELFET shown in FIG.
The substrate bias voltage Vsu applied to the p-type layer 2
The graph shows a drain current Id-gate voltage Vg characteristic when b is changed. From this characteristic, if the p-type layer 2 is provided separately for each element and a substrate bias applying circuit is connected thereto, an LSI in which FD-SODELFETs having different threshold voltages are integrated can be obtained.

【0080】[第9実施の形態]図22のNANDゲー
ト回路及び図23のダイナミックドミノ回路は、部分S
OI基板を用いたSOIFETとbulkFETの組み
合わせにより構成することができる。図25は、部分S
OI基板を用いたSOIFETとbulkFETの集積
化構造を示している。部分SOI基板は、シリコン基板
101上の薄いシリコン層103の下にシリコン酸化膜
等の絶縁膜102が埋め込まれたSOI領域と、絶縁膜
が埋め込まれていないバルク領域とを有する。
Ninth Embodiment The NAND gate circuit shown in FIG. 22 and the dynamic domino circuit shown in FIG.
It can be configured by a combination of SOIFET and bulkFET using an OI substrate. FIG.
1 shows an integrated structure of an SOIFET and a bulkFET using an OI substrate. The partial SOI substrate has an SOI region in which an insulating film 102 such as a silicon oxide film is buried under a thin silicon layer 103 on a silicon substrate 101, and a bulk region in which an insulating film is not buried.

【0081】この様な部分SOI基板のSOI領域のシ
リコン層103に、SOIFETが形成される。SOI
FETは、シリコン層103上にゲート絶縁膜201を
介して形成されたゲート電極202を有する。ソース,
ドレイン拡散層203は、絶縁膜102に達する深さに
形成される。シリコン層103が薄い場合には、SOI
FETは、完全空乏化素子となる。
An SOIFET is formed on the silicon layer 103 in the SOI region of such a partial SOI substrate. SOI
The FET has a gate electrode 202 formed on a silicon layer 103 with a gate insulating film 201 interposed therebetween. Source,
The drain diffusion layer 203 is formed at a depth reaching the insulating film 102. When the silicon layer 103 is thin, the SOI
The FET becomes a fully depleted element.

【0082】バルク領域には、n型(またはp型)ウェ
ル301が形成され、このウェル301上にゲート絶縁
膜302を介してゲート電極303が形成され、ソー
ス、ドレイン拡散層304が形成される。
In the bulk region, an n-type (or p-type) well 301 is formed, a gate electrode 303 is formed on the well 301 via a gate insulating film 302, and a source / drain diffusion layer 304 is formed. .

【0083】図22のNANDゲート回路のnチャネル
トランジスタQN1−Q3は、図25のSOIFETに
より形成する。pチャネルトランジスタQP1−QP3
は、図25のバルクFETにより形成する。これによ
り、第7実施の形態及び第8実施の形態で説明したと同
様の理由で高い安定性と高いノイズマージンが得られ
る。
The n-channel transistors QN1-Q3 of the NAND gate circuit of FIG. 22 are formed by the SOIFET of FIG. P-channel transistors QP1-QP3
Is formed by the bulk FET of FIG. As a result, high stability and a high noise margin can be obtained for the same reasons as described in the seventh and eighth embodiments.

【0084】図23のダイナミックドミノ回路のnチャ
ネルトランジスタQN11−QN13は、図25のSO
IFETにより形成する。pチャネルトランジスタQP
11,QP12及びnチャネルトランジスタQN14
は、図25のバルクFETにより形成する。これによ
り、第8実施の形態で説明したと同様の理由で、ノイズ
マージンを低下させることなく、高速動作を行うことが
できる。
The n-channel transistors QN11 to QN13 of the dynamic domino circuit of FIG.
It is formed by an IFET. p-channel transistor QP
11, QP12 and n-channel transistor QN14
Is formed by the bulk FET of FIG. Thus, high-speed operation can be performed without reducing the noise margin for the same reason as described in the eighth embodiment.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、バ
ルク半導体を用いてより簡単な構造で微細化と高性能化
を可能としたトランジスタを持つ半導体装置を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having a transistor capable of miniaturization and high performance with a simpler structure using a bulk semiconductor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態によるSODELFET
の構造を示す断面図である。
FIG. 1 shows a SODELFET according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of FIG.

【図2】同SODELFETのチャネル領域の深さ方向
の不純物濃度分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration distribution in a depth direction of a channel region of the SODELFET.

【図3】この発明によるSODELFETのしきい値電
圧ロールオフ値δVthとp型層厚さの関係をSOIF
ETと比較して示す図である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the threshold voltage roll-off value δVth of a SODELFET according to the present invention and the thickness of a p-type layer;
It is a figure shown in comparison with ET.

【図4】この発明によるSODELFETのしきい値電
圧ロールオフ値δVth及び電子移動度μeとn-型層
厚さとの関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a threshold voltage roll-off value δVth and an electron mobility μe of an SODELFET according to the present invention and an n -type layer thickness.

【図5A】同実施の形態のSODELFETのp/n-
/p構造を得る製造工程における素子分離工程を示す断
面図である。
FIG. 5A is a diagram showing p / n of the SODELFET of the embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an element isolation step in a manufacturing step for obtaining a / p structure.

【図5B】同製造工程におけるp型層イオン注入工程及
びシリコン層エピタキシャル成長工程を示す断面図であ
る。
FIG. 5B is a cross-sectional view showing a p-type layer ion implantation step and a silicon layer epitaxial growth step in the same manufacturing process.

【図5C】同製造工程におけるn-型層イオン注入工程
を示す断面図である。
FIG. 5C is a sectional view showing an n -type layer ion implantation step in the same manufacturing step.

【図5D】同製造工程におけるp型層イオン注入工程を
示す断面図である。
FIG. 5D is a sectional view showing a p-type layer ion implantation step in the same manufacturing step.

【図6A】同実施の形態のSODELFETのp/n-
/p構造を得るための他の製造工程における素子分離工
程を示す断面図である。
FIG. 6A is a diagram showing p / n of the SODELFET of the embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an element isolation step in another manufacturing step for obtaining a / p structure.

【図6B】同製造工程における第1回目シリコン層エピ
タキシャル工程を示す断面図である。
FIG. 6B is a sectional view showing a first silicon layer epitaxial step in the manufacturing process.

【図6C】同製造工程におけるn-層イオン注入工程を
示す断面図である。
FIG. 6C is a sectional view showing an n layer ion implantation step in the same manufacturing step.

【図6D】同製造工程における第2回目シリコン層エピ
タキシャル工程を示す断面図である。
FIG. 6D is a sectional view showing a second silicon layer epitaxial step in the manufacturing process.

【図6E】同製造工程におけるp層イオン注入工程を示
す断面図である。
FIG. 6E is a sectional view showing the p-layer ion implantation step in the same manufacturing step.

【図7】同実施の形態のSODELFETを集積化する
ための製造工程におけるp/n -/p構造形成工程及び
素子分離工程を示す断面図である。
FIG. 7 integrates the SODELFET of the embodiment.
/ N in the manufacturing process for -/ P structure forming step;
It is sectional drawing which shows an element isolation process.

【図8】同製造工程のゲート電極形成工程及びソース、
ドレイン拡張領域形成工程を示す断面図である。
FIG. 8 shows a gate electrode forming step and a source in the same manufacturing step.
It is sectional drawing which shows a drain extension region formation process.

【図9】同製造工程のゲート側壁絶縁膜形成工程を示す
断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of forming a gate sidewall insulating film in the same manufacturing process.

【図10】同製造工程のソース、ドレイン領域の選択エ
ピタキシャル成長工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of selectively epitaxially growing source and drain regions in the same manufacturing process.

【図11】同製造工程のソース、ドレイン低抵抗領域の
形成工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of forming source and drain low-resistance regions in the same manufacturing process.

【図12】同製造工程の層間絶縁膜及びコンタクトプラ
グ形成工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step of forming an interlayer insulating film and a contact plug in the same manufacturing process.

【図13】ゲート長としきい値電圧ロールオフ値の関係
を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a gate length and a threshold voltage roll-off value.

【図14】他の実施の形態によるSODELFETの構
造を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a structure of a SODELFET according to another embodiment.

【図15】他の実施の形態によるSODELFETの構
造を示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing a structure of a SODELFET according to another embodiment.

【図16】FD−SODELFETとバルクFETの集
積化構造を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an integrated structure of an FD-SODELFET and a bulk FET.

【図17】FD−SODELFETとPD−SODEL
FETの集積化構造を示す断面図である。
FIG. 17: FD-SODELFET and PD-SODEL
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an integrated structure of the FET.

【図18】図17のPD−SODELFETのチャネル
領域不純物濃度分布を示す図である。
18 is a diagram showing a channel region impurity concentration distribution of the PD-SODELFET of FIG. 17;

【図19】図17のPD−SODELFETのドレイン
電圧−ドレイン電流特性を示す図である。
19 is a diagram showing drain voltage-drain current characteristics of the PD-SODELFET of FIG.

【図20】図18のPD−SODELFETのボディ電
位のドレイン電圧依存性を示す図である。
20 is a diagram showing the drain voltage dependence of the body potential of the PD-SODELFET of FIG.

【図21】他の実施の形態によるPD−SODELFE
TとバルクFETの集積化構造を示す断面図である。
FIG. 21 is a PD-SODELFE according to another embodiment.
It is sectional drawing which shows the integrated structure of T and bulk FET.

【図22】この発明を適用するに好ましい回路例を示す
図である。
FIG. 22 is a diagram showing a preferred circuit example to which the present invention is applied.

【図23】この発明を適用するに好ましい他の回路例を
示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing another preferred circuit example to which the present invention is applied.

【図24】この発明によるFD−SODELFETの基
板バイアス印加の効果を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing the effect of applying a substrate bias to the FD-SODELFET according to the present invention.

【図25】他の実施の形態によるSOIFETとバルク
FETの集積化構造を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing an integrated structure of an SOIFET and a bulk FET according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…p型層、3…n-型層、4…p
型層(チャネル領域)、5…ゲート絶縁膜、6…ゲート
電極、6a…メタル電極、6b…多結晶シリコン電極、
7…ソース、ドレイン拡散層、7a…低抵抗領域、7b
…拡張領域、8…側壁絶縁膜、10,11…シリコン層
(エピタキシャル成長層)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... p-type layer, 3 ... n - type layer, 4 ... p
Mold layer (channel region), 5: gate insulating film, 6: gate electrode, 6a: metal electrode, 6b: polycrystalline silicon electrode,
7: source and drain diffusion layers, 7a: low resistance region, 7b
... Extended region, 8... Sidewall insulating film, 10, 11... Silicon layer (epitaxially grown layer).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/092 Fターム(参考) 5F048 AA00 AA01 AA05 AA08 AB03 AC00 AC01 AC03 BA02 BA03 BA05 BA07 BA09 BB05 BB09 BB12 BB14 BB19 BC06 BD04 BD09 BE04 BF07 BG14 5F140 AA21 AA39 AB01 AB03 AC16 AC28 BA01 BA16 BA17 BB13 BC06 BC12 BF07 BF10 BF11 BF14 BF17 BF20 BF21 BF24 BG08 BG14 BH06 BH15 BH36 BH38 BH40 BJ01 BJ07 BJ27 BK02 BK10 BK13 BK17 BK18 CB04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/092 F-term (Reference) 5F048 AA00 AA01 AA05 AA08 AB03 AC00 AC01 AC03 BA02 BA03 BA05 BA07 BA09 BB05 BB09 BB12 BB14 BB19 BC06 BD04 BD09 BE04 BF07 BG14 5F140 AA21 AA39 AB01 AB03 AC16 AC28 BA01 BA16 BA17 BB13 BC06 BC12 BF07 BF10 BF11 BF14 BF17 BF20 BF21 BF24 BG08 BG14 BH06 BH15 BH36 BH38 BH40 BJ17BK

Claims (46)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 前記半導体基板に前記ゲート電極直下のチャネル領域を
挟んで対向するように形成された、低抵抗領域とこの低
抵抗領域から前記チャネル領域側に拡張するように形成
された低抵抗領域より低不純物濃度で浅い拡張領域とか
ら構成されるソース及びドレイン拡散層と、 前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネル領域
に形成された第1導電型の第1の不純物ドープ層と、 前記第1の不純物ドープ層の下に形成された第2導電型
の第2の不純物ドープ層と、 前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第3の不純物ドープ層とを備え、 前記第1の不純物ドープ層は、その接合深さが前記ソー
ス及びドレイン拡散層の拡張領域のそれと同じかより浅
く設定され、 前記第2の不純物ドープ層は、前記第1及び第3の不純
物ドープ層との間に生じるビルトインポテンシャルによ
り完全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定されて
いることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate; a gate electrode formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film; and a semiconductor substrate formed to face the semiconductor substrate with a channel region immediately below the gate electrode interposed therebetween. A source and drain diffusion layer comprising a low resistance region, an extension region having a lower impurity concentration and shallower than the low resistance region formed to extend from the low resistance region to the channel region side; and the source and drain diffusion layers A first impurity-doped layer of a first conductivity type formed in the channel region between the first and second impurity-doped layers of a second conductivity type formed below the first impurity-doped layer; A third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the second impurity-doped layer; and a junction depth of the first impurity-doped layer is larger than that of the source and drain diffusion layers. The second impurity-doped layer has an impurity concentration and a thickness such that the second impurity-doped layer is completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity-doped layers. A semiconductor device characterized by being set.
【請求項2】 前記第1の不純物ドープ層は、チャネル
反転層形成時に完全空乏化するように不純物濃度及び厚
さが設定されていることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first impurity-doped layer has an impurity concentration and a thickness set so as to be completely depleted when a channel inversion layer is formed.
【請求項3】 前記第1の不純物ドープ層は、チャネル
反転層形成時に部分的に空乏化するように不純物濃度及
び厚さが設定されていることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first impurity-doped layer has an impurity concentration and a thickness set so as to be partially depleted when a channel inversion layer is formed.
【請求項4】 前記第1及び第2の不純物ドープ層は、
前記第3の不純物ドープ層が形成された前記半導体基板
上にエピタキシャル成長させたアンドープ半導体層に不
純物をイオン注入して形成されていることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。
4. The first and second impurity doped layers,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity is ion-implanted into an undoped semiconductor layer epitaxially grown on the semiconductor substrate on which the third impurity-doped layer is formed.
【請求項5】 前記第2の不純物ドープ層は、前記ゲー
ト電極直下の領域に選択的に形成されていることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said second impurity-doped layer is selectively formed in a region immediately below said gate electrode.
【請求項6】 前記第2の不純物ドープ層は、前記アン
ドープ半導体層の前記ゲート電極直下の領域に選択的に
形成されており、 前記ソース及びドレイン拡散層は、前記低抵抗領域の底
面が前記アンドープ半導体層内に位置し且つ、前記拡張
領域の底面が前記第2の不純物ドープ層に接するように
形成されていることを特徴とする請求項4記載の半導体
装置。
6. The second impurity-doped layer is selectively formed in a region directly below the gate electrode in the undoped semiconductor layer, and the source and drain diffusion layers have a bottom surface of the low-resistance region, 5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is located in the undoped semiconductor layer, and a bottom surface of the extension region is formed so as to be in contact with the second impurity doped layer.
【請求項7】 前記ソース及びドレイン拡散層の拡張領
域に接して第1導電型の第4の不純物ドープ層が埋め込
まれていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein a fourth impurity-doped layer of a first conductivity type is buried in contact with an extended region of said source and drain diffusion layers.
【請求項8】 前記ソース及びドレイン拡散層の低抵抗
領域は、前記ゲート絶縁膜位置より上方に突出して形成
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the low resistance regions of the source and drain diffusion layers are formed to protrude above the position of the gate insulating film.
【請求項9】 前記ゲート電極は、ゲート絶縁膜に接す
る金属膜を有することを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode has a metal film in contact with a gate insulating film.
【請求項10】 前記ゲート電極は、メタル電極である
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 2, wherein said gate electrode is a metal electrode.
【請求項11】 前記ゲート電極は、多結晶シリコン電
極であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 3, wherein said gate electrode is a polycrystalline silicon electrode.
【請求項12】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 前記半導体基板に前記ゲート電極直下のチャネル領域を
挟んで対向するように形成されたソース及びドレイン拡
散層と、 前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネル領域
に形成された第1導電型の第1の不純物ドープ層と、 前記第1の不純物ドープ層の下に形成された第2導電型
の第2の不純物ドープ層と、 前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第3の不純物ドープ層とを備え、 前記第1の不純物ドープ層は、その接合深さが前記ソー
ス及びドレイン拡散層のそれと同じかより浅く設定さ
れ、 前記第2の不純物ドープ層は、前記第3の不純物ドープ
層との接合の深さが前記ソース及びドレイン拡散層の接
合深さより深く且つ、前記第1及び第3の不純物ドープ
層との間に生じるビルトインポテンシャルにより完全空
乏化するように不純物濃度と厚さが設定されていること
を特徴とする半導体装置。
12. A source formed to face a semiconductor substrate, a gate electrode formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and a channel region immediately below the gate electrode on the semiconductor substrate. And a drain diffusion layer; a first conductivity type first impurity doped layer formed in the channel region between the source and drain diffusion layers; and a second impurity layer formed below the first impurity doped layer. A second impurity-doped layer of a conductivity type; and a third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the second impurity-doped layer; The depth is set to be the same as or shallower than that of the source and drain diffusion layers. The second impurity-doped layer has a junction depth with the third impurity-doped layer that is in contact with the source and drain diffusion layers. Deeper than the depth and semiconductor device characterized by being set the impurity concentration and thickness so as to fully depleted by a built-in potential occurring between the first and third impurity doped layer of.
【請求項13】 前記ソース及びドレイン拡散層は、低
抵抗領域と、この低抵抗領域から前記チャネル領域側に
拡張するように形成された低抵抗領域より低不純物濃度
で浅い拡張領域とから構成され且つ、前記低抵抗領域の
底面が前記第2の不純物ドープ層内部に位置することを
特徴とする請求項12記載の半導体装置。
13. The source and drain diffusion layers include a low resistance region and an extension region having a lower impurity concentration and shallower than the low resistance region formed to extend from the low resistance region to the channel region side. 13. The semiconductor device according to claim 12, wherein a bottom surface of said low-resistance region is located inside said second impurity-doped layer.
【請求項14】 前記第1の不純物ドープ層は、チャネ
ル反転層形成時に完全空乏化するように不純物濃度及び
厚さが設定されていることを特徴とする請求項12記載
の半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 12, wherein the first impurity-doped layer has an impurity concentration and a thickness set so as to be completely depleted when a channel inversion layer is formed.
【請求項15】 前記第1の不純物ドープ層は、チャネ
ル反転層形成時に部分的に空乏化するように不純物濃度
及び厚さが設定されていることを特徴とする請求項12
記載の半導体装置。
15. An impurity concentration and a thickness of the first impurity-doped layer are set so as to be partially depleted when a channel inversion layer is formed.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項16】 前記第1及び第2の不純物ドープ層
は、前記第3の不純物ドープ層が形成された半導体基板
上にエピタキシャル成長させたアンドープ半導体層に不
純物をイオン注入して形成されていることを特徴とする
請求項12記載の半導体装置。
16. The first and second impurity-doped layers are formed by ion-implanting impurities into an undoped semiconductor layer epitaxially grown on a semiconductor substrate on which the third impurity-doped layer has been formed. The semiconductor device according to claim 12, wherein:
【請求項17】 前記第2の不純物ドープ層は、前記ゲ
ート電極直下の領域に選択的に形成されていることを特
徴とする請求項12記載の半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 12, wherein said second impurity-doped layer is selectively formed in a region immediately below said gate electrode.
【請求項18】 前記第2の不純物ドープ層は、前記ア
ンドープ半導体層の前記ゲート電極直下の領域に選択的
に形成されており、且つ前記ソース及びドレイン拡散層
は、底面が前記アンドープ半導体層内に位置する低抵抗
領域と、この低抵抗領域から前記チャネル領域側に拡張
するように形成されて底面が前記第2の不純物ドープ層
に接する、低抵抗領域より低不純物濃度で浅い拡張領域
とから構成されていることを特徴とする請求項16記載
の半導体装置。
18. The undoped semiconductor layer, wherein the second impurity-doped layer is selectively formed in a region directly below the gate electrode of the undoped semiconductor layer, and the source and drain diffusion layers have a bottom surface in the undoped semiconductor layer. A low-resistance region, and an extended region formed to extend from the low-resistance region toward the channel region and having a bottom surface in contact with the second impurity-doped layer and having a lower impurity concentration and shallower than the low-resistance region. 17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the semiconductor device is configured.
【請求項19】 前記ソース及びドレイン拡散層の拡張
領域に接して第1導電型の第4の不純物ドープ層が埋め
込まれていることを特徴とする請求項13記載の半導体
装置。
19. The semiconductor device according to claim 13, wherein a fourth impurity-doped layer of a first conductivity type is buried in contact with the extended region of said source and drain diffusion layers.
【請求項20】 前記ソース及びドレイン拡散層の低抵
抗領域は、前記ゲート絶縁膜位置より上方に突出して形
成されていることを特徴とする請求項13記載の半導体
装置。
20. The semiconductor device according to claim 13, wherein the low resistance regions of the source and drain diffusion layers are formed to protrude above the position of the gate insulating film.
【請求項21】 前記ゲート電極は、ゲート絶縁膜に接
する金属膜を有することを特徴とする請求項12記載の
半導体装置。
21. The semiconductor device according to claim 12, wherein said gate electrode has a metal film in contact with a gate insulating film.
【請求項22】 前記ゲート電極は、メタル電極である
ことを特徴とする請求項14記載の半導体装置。
22. The semiconductor device according to claim 14, wherein said gate electrode is a metal electrode.
【請求項23】 前記ゲート電極は、多結晶シリコン電
極であることを特徴とする請求項15記載の半導体装
置。
23. The semiconductor device according to claim 15, wherein said gate electrode is a polycrystalline silicon electrode.
【請求項24】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 前記半導体基板に前記ゲート電極直下のチャネル領域を
挟んで対向するように形成された、低抵抗領域とこの低
抵抗領域から前記チャネル領域側に拡張するように形成
された低抵抗領域より低不純物濃度で浅い拡張領域とか
ら構成されるソース及びドレイン拡散層と、 前記ソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネル領域
に形成された第1導電型の第1の不純物ドープ層と、 前記第1の不純物ドープ層の下に形成された第2導電型
の第2の不純物ドープ層と、 前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第3の不純物ドープ層とを備え、 前記第1の不純物ドープ層は、その接合深さが前記ソー
ス及びドレイン拡散層の拡張領域のそれより深い状態で
選択的に形成され且つ、チャネル反転層形成時に部分的
に空乏化するように不純物濃度と厚さが設定され、 前記第2の不純物ドープ層は、その両端部が前記ソース
及びドレイン拡散層の拡張領域に接するように選択的に
形成され且つ、前記第1及び第3の不純物ドープとの間
に生じるビルトインポテンシャルにより完全空乏化する
ように不純物濃度と厚さが設定されていることを特徴と
する半導体装置。
24. A semiconductor substrate, a gate electrode formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and formed so as to face the semiconductor substrate with a channel region immediately below the gate electrode interposed therebetween. A source and drain diffusion layer comprising a low resistance region, an extension region having a lower impurity concentration and shallower than the low resistance region formed to extend from the low resistance region to the channel region side; and the source and drain diffusion layers A first impurity-doped layer of a first conductivity type formed in the channel region between the first and second impurity-doped layers of a second conductivity type formed below the first impurity-doped layer; A third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the second impurity-doped layer, wherein the first impurity-doped layer has a junction depth of the source and drain diffusion layers. The impurity concentration and the thickness are set so as to be selectively formed in a state deeper than that of the extension region and to be partially depleted when forming the channel inversion layer. The impurity concentration and the thickness are selectively formed so as to be in contact with the extended regions of the source and drain diffusion layers, and are set to be completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity dopings. A semiconductor device characterized by being performed.
【請求項25】 前記第1の不純物ドープ層は、前記ソ
ース及びドレイン拡散層の拡張領域との間に形成される
空乏層と完全空乏化する前記第2の不純物ドープ層によ
り囲まれて、浮遊状態になることを特徴とする請求項2
4記載の半導体装置。
25. The first impurity-doped layer is surrounded by a depletion layer formed between the extended region of the source and drain diffusion layers and the second impurity-doped layer that is completely depleted, and floats. 3. The state of claim 2
5. The semiconductor device according to 4.
【請求項26】 半導体基板と、前記半導体基板に互い
に離隔して形成された第1のソース及びドレイン拡散層
及び前記半導体基板の前記第1のソース及びドレイン拡
散層の間にゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲー
ト電極を有する第1のトランジスタと、前記半導体基板
に互いに離隔して形成された第2のソース及びドレイン
拡散層及び前記半導体基板の前記第2のソース及びドレ
イン拡散層の間にゲート絶縁膜を介して形成された第2
のゲート電極を有する第2のトランジスタとを備え、 前記第1のトランジスタは、 前記第1のソース及びドレイン拡散層の間のチャネル領
域に形成された第1導電型の第1の不純物ドープ層と、 前記第1の不純物ドープ層の下に形成された第2導電型
の第2の不純物ドープ層と、 前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第3の不純物ドープ層とを備え、且つ前記第1の不純
物ドープ層は、その接合深さが前記第1のソース及びド
レイン拡散層のそれと同じかより浅く且つ、チャネル反
転層形成時に完全空乏化または部分空乏化するように不
純物濃度と厚さが設定され、 前記第2の不純物ドープ層は、第3の不純物ドープ層と
の間の接合の深さが、前記第1のソース及びドレイン拡
散層のそれより深く且つ、前記第1及び第3の不純物ド
ープ層との間に生じるビルトインポテンシャルにより完
全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定されている
ことを特徴とする半導体装置。
26. A gate insulating film interposed between a semiconductor substrate, a first source and drain diffusion layer formed apart from each other on the semiconductor substrate, and the first source and drain diffusion layer of the semiconductor substrate. A first transistor having a first gate electrode formed thereon, a second source and drain diffusion layer formed apart from the semiconductor substrate and the second source and drain diffusion layer of the semiconductor substrate The second formed between the gate insulating film
A second transistor having a gate electrode of the first type, wherein the first transistor has a first impurity-doped layer of a first conductivity type formed in a channel region between the first source and drain diffusion layers; A second conductivity type second impurity doped layer formed below the first impurity doped layer; and a first conductivity type third impurity doped layer formed below the second impurity doped layer. And the first impurity-doped layer has a junction depth equal to or smaller than that of the first source and drain diffusion layers, and is completely depleted or partially depleted when a channel inversion layer is formed. The second impurity-doped layer has a junction depth between the second impurity-doped layer and the third impurity-doped layer that is deeper than that of the first source and drain diffusion layers. , The first and 3 wherein a impurity concentration and thickness are set to fully depleted by a built-in potential created between the impurity-doped layer.
【請求項27】 前記第2のトランジスタは、前記半導
体基板の前記第2のゲート電極直下の部分に、前記第2
のソース及びドレイン拡散層より深い不純物ドープ層で
ある第1導電型のバルク層を有することを特徴とする請
求項26記載の半導体装置。
27. The semiconductor device according to claim 27, wherein the second transistor is provided on a portion of the semiconductor substrate immediately below the second gate electrode.
27. The semiconductor device according to claim 26, further comprising a first conductivity type bulk layer that is an impurity doped layer deeper than the source and drain diffusion layers.
【請求項28】 前記第2のトランジスタは、 前記第2のソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネ
ル領域に形成された第1導電型の第4の不純物ドープ層
と、 前記第4の不純物ドープ層の下に形成された第2導電型
の第5の不純物ドープ層と、 前記第5の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第6の不純物ドープ層とを備え、 前記第4の不純物ドープ層は、その接合深さが前記第1
のトランジスタの第1の不純物ドープ層のそれより深く
且つ、チャネル反転層形成時に部分的に空乏化するよう
に不純物濃度と厚さが設定され、 前記第5の不純物ドープ層は、前記第6の不純物ドープ
層と間の接合の深さが前記第2のソース及びドレイン拡
散層の接合深さより深く且つ、前記第4及び第6の不純
物ドープ層との間に生じるビルトインポテンシャルによ
り完全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定されて
いることを特徴とする請求項26記載の半導体装置。
28. The second transistor, wherein: a fourth impurity-doped layer of a first conductivity type formed in the channel region between the second source and drain diffusion layers; and a fourth impurity-doped layer. A fifth impurity-doped layer of the second conductivity type formed below the layer; and a sixth impurity-doped layer of the first conductivity type formed below the fifth impurity-doped layer. 4 has a junction depth of the first impurity doped layer.
The impurity concentration and the thickness are set so as to be deeper than that of the first impurity-doped layer of the transistor and to be partially depleted when the channel inversion layer is formed, and the fifth impurity-doped layer is The junction depth with the impurity-doped layer is deeper than the junction depth of the second source and drain diffusion layers, and is completely depleted by a built-in potential generated between the fourth and sixth impurity-doped layers. 27. The semiconductor device according to claim 26, wherein an impurity concentration and a thickness are set in the semiconductor device.
【請求項29】 半導体基板に形成されたNANDゲー
ト回路であって、基準端子と出力端子の間に直列接続さ
れそれぞれのゲートが入力端子に接続された複数のnチ
ャネルトランジスタと、前記出力端子と電源端子の間に
並列接続されそれぞれのゲートが対応する入力端子に接
続された複数のpチャネルトランジスタとを有し、 前記nチャネルトランジスタは、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
た第1のゲート電極と、 前記半導体基板に前記第1のゲート電極直下のチャネル
領域を挟んで対向するように形成された第1のソース及
びドレイン拡散層と、 前記第1のソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネ
ル領域に形成された第1のp型不純物ドープ層と、 前記第1のp型不純物ドープ層の下に形成されたn型不
純物ドープ層と、 前記n型不純物ドープ層の下に形成された第2のp型不
純物ドープ層とを備え、 前記第1のp型不純物ドープ層は、その接合深さが前記
第1のソース及びドレイン拡散層のそれと同じかより浅
く設定され、 前記n型不純物ドープ層は、前記第2のp型不純物ドー
プ層との接合の深さが前記第1のソース及びドレイン拡
散層の接合深さより深く且つ、前記第1及び第2のp型
不純物ドープ層との間に生じるビルトインポテンシャル
により完全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定さ
れており、 前記pチャネルトランジスタは、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
た第2のゲート電極と、 前記半導体基板に前記第2のゲート電極直下のチャネル
領域を挟んで対向するように形成された第2のソース及
びドレイン拡散層と、 前記第2のソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネ
ル領域に形成された第2のソース及びドレイン拡散層よ
り深いp型のバルク層とを有することを特徴とするNA
NDゲート回路。
29. A NAND gate circuit formed on a semiconductor substrate, comprising: a plurality of n-channel transistors connected in series between a reference terminal and an output terminal, each gate being connected to an input terminal; A plurality of p-channel transistors connected in parallel between power supply terminals and having respective gates connected to corresponding input terminals, wherein the n-channel transistor is formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film. A first gate electrode, a first source and drain diffusion layer formed so as to face the semiconductor substrate with a channel region immediately below the first gate electrode interposed therebetween, and a first source and drain diffusion layer. A first p-type impurity-doped layer formed in the channel region between the layers, and an n-type impurity layer formed under the first p-type impurity-doped layer. And a second p-type impurity-doped layer formed below the n-type impurity-doped layer, wherein the first p-type impurity-doped layer has a junction depth of the first source. The n-type impurity-doped layer has a junction depth with the second p-type impurity-doped layer greater than a junction depth of the first source and drain diffusion layers. The impurity concentration and the thickness are set to be deep and completely depleted by a built-in potential generated between the first and second p-type impurity-doped layers. A second gate electrode formed on the surface via a gate insulating film, a second source and a second source electrode formed on the semiconductor substrate so as to face each other with a channel region immediately below the second gate electrode interposed therebetween; NA to the drain diffusion layer, characterized in that it has a second source and drain diffusion layers bulk layer of the second source and the deep p-type than the drain diffusion layer formed in the channel region between the
ND gate circuit.
【請求項30】 半導体基板に形成されたダイナミック
回路であって、第1のノードと第2のノードの間に併設
されて、ゲートに入力信号が与えられる複数のスイッチ
ングトランジスタと、前記第1のノードを所定電位にプ
リチャージするためのプリチャージ用トランジスタと、
クロック信号によりゲートが制御されて前記第2のノー
ドを基準端子に接続するための活性化トランジスタとを
備え、 前記スイッチングトランジスタは、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
た第1のゲート電極と、 前記半導体基板に前記第1のゲート電極直下のチャネル
領域を挟んで対向するように形成された第1のソース及
びドレイン拡散層と、 前記第1のソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネ
ル領域に形成された第1導電型の第1の不純物ドープ層
と、 前記第1の不純物ドープ層の下に形成された第2導電型
の第2の不純物ドープ層と、 前記第2の不純物ドープ層の下に形成された第1導電型
の第3の不純物ドープ層とを備え、 前記第1の不純物ドープ層は、その接合深さが前記第1
のソース及びドレイン拡散層のそれと同じかより浅く設
定され、 前記第2の不純物ドープ層は、前記第3の不純物ドープ
層との接合の深さが前記第1のソース及びドレイン拡散
層の接合深さより深く且つ、前記第1及び第3の不純物
ドープ層との間に生じるビルトインポテンシャルにより
完全空乏化するように不純物濃度と厚さが設定されてお
り、 前記プリチャージ用トランジスタ及び活性化用トランジ
スタはそれぞれ、 前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され
た第2のゲート電極と、 前記半導体基板に前記第2のゲート電極直下のチャネル
領域を挟んで対向するように形成された第2のソース及
びドレイン拡散層と、 前記第2のソース及びドレイン拡散層の間の前記チャネ
ル領域に形成された第2のソース及びドレイン拡散層よ
り深いバルク層とを有することを特徴とするダイナミッ
ク回路。
30. A dynamic circuit formed on a semiconductor substrate, comprising: a plurality of switching transistors provided between a first node and a second node, the gates receiving an input signal; A transistor for precharging the node to a predetermined potential;
An activation transistor whose gate is controlled by a clock signal to connect the second node to a reference terminal; wherein the switching transistor is formed on a surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film. A first source and drain diffusion layer formed so as to oppose the semiconductor substrate with a channel region immediately below the first gate electrode interposed therebetween; and a first source and drain diffusion layer. A first impurity-doped layer of a first conductivity type formed in the channel region, a second impurity-doped layer of a second conductivity type formed under the first impurity-doped layer, And a third impurity-doped layer of a first conductivity type formed below the impurity-doped layer of (i).
The second impurity-doped layer has a junction depth with the third impurity-doped layer that is equal to or smaller than that of the source and drain diffusion layers. The impurity concentration and the thickness are set so as to be completely depleted by a built-in potential generated between the first and third impurity-doped layers. A second gate electrode formed on the surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and a second gate electrode formed to face the semiconductor substrate with a channel region immediately below the second gate electrode interposed therebetween. Source and drain diffusion layers, and second source and drain formed in the channel region between the second source and drain diffusion layers Dynamic circuit, characterized in that it comprises a deeper bulk layer goldenrod.
【請求項31】 半導体基板に形成されたNANDゲー
ト回路であって、基準端子と出力端子の間に直列接続さ
れそれぞれのゲートが入力端子に接続された複数のnチ
ャネルトランジスタと、前記出力端子と電源端子の間に
並列接続されそれぞれのゲートが対応する入力端子に接
続された複数のpチャネルトランジスタとを有し、 前記半導体基板は、所定深さ位置に絶縁膜が埋め込まれ
たSOI構造領域とバルク領域とを有し、 前記nチャネルトランジスタは、前記SOI構造領域に
SOIFETとして形成され、 前記pチャネルトランジスタは、前記バルク領域にバル
クFETとして形成されていることを特徴とするNAN
Dゲート回路。
31. A NAND gate circuit formed on a semiconductor substrate, comprising: a plurality of n-channel transistors connected in series between a reference terminal and an output terminal, each gate being connected to an input terminal; A plurality of p-channel transistors connected in parallel between power supply terminals and having respective gates connected to corresponding input terminals, wherein the semiconductor substrate has an SOI structure region in which an insulating film is embedded at a predetermined depth position; A bulk region, wherein the n-channel transistor is formed as a SOIFET in the SOI structure region, and the p-channel transistor is formed as a bulk FET in the bulk region.
D gate circuit.
【請求項32】 半導体基板に形成されたダイナミック
回路であって、第1のノードと第2のノードの間に併設
されて、ゲートに入力信号が与えられる複数のスイッチ
ングトランジスタと、前記第1のノードを所定電位にプ
リチャージするためのプリチャージ用トランジスタと、
クロック信号によりゲートが制御されて前記第2のノー
ドを基準端子に接続するための活性化トランジスタとを
備え、 前記半導体基板は、所定深さ位置に絶縁膜が埋め込まれ
たSOI構造領域とバルク領域とを有し、 前記スイッチングトランジスタは、前記SOI構造領域
にSOIFETとして形成され、 前記プリチャージ用トランジスタ及び活性化用トランジ
スタは、前記バルク領域にバルクFETとして形成され
ていることを特徴とするダイナミック回路。
32. A dynamic circuit formed on a semiconductor substrate, comprising: a plurality of switching transistors provided between a first node and a second node, the gates receiving an input signal; A transistor for precharging the node to a predetermined potential;
An activation transistor whose gate is controlled by a clock signal to connect the second node to a reference terminal, wherein the semiconductor substrate has an SOI structure region in which an insulating film is buried at a predetermined depth position and a bulk region Wherein the switching transistor is formed as an SOIFET in the SOI structure region, and the precharge transistor and the activation transistor are formed as a bulk FET in the bulk region. .
【請求項33】 少なくとも表面に第1導電型の第1の
不純物ドープ層を有する半導体基板に、不純物がドープ
されていない第1の半導体層をエピタキシャル成長させ
る工程と、 前記第1の半導体層にイオン注入を行って前記第1の不
純物ドープ層に接する第2導電型の第2の不純物ドープ
層を形成する工程と、 前記第1の半導体層の表面部にイオン注入を行って前記
第2の不純物ドープ層に接する第1導電型の第3の不純
物ドープ層を形成する工程と、 前記第3の不純物ドープ層上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を形成する工程と、 前記半導体基板に前記ゲート電極に自己整合された状態
で、前記第3の不純物ドープ層と第2の不純物ドープ層
の接合面より深く且つ、前記第2の不純物ドープ層と第
1の不純物ドープ層の接合面より浅い接合深さを持つソ
ース及びドレイン拡散層を形成する工程とを有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
33. A step of epitaxially growing a first semiconductor layer not doped with an impurity on a semiconductor substrate having a first impurity-doped layer of a first conductivity type on at least a surface thereof; Implanting a second impurity-doped layer of a second conductivity type in contact with the first impurity-doped layer; and ion-implanting a surface portion of the first semiconductor layer to form the second impurity-doped layer. Forming a first conductivity type third impurity doped layer in contact with the doped layer; forming a gate electrode on the third impurity doped layer via a gate insulating film; and forming the gate on the semiconductor substrate. In a state of being self-aligned with the electrode, it is deeper than the junction surface between the third impurity-doped layer and the second impurity-doped layer and from the junction surface between the second impurity-doped layer and the first impurity-doped layer. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of forming source and drain diffusion layers having had junction depth.
【請求項34】 前記ソース及びドレイン拡散層を形成
する工程は、 前記ゲート電極をマスクとして前記第3の不純物ドープ
層にイオン注入を行って前記第3の不純物ドープ層より
深い、ソース及びドレイン拡張領域となる第4の不純物
ドープ層を形成する工程と、 前記ゲート電極の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、 前記第4の不純物ドープ層上に第2の半導体層を選択エ
ピタキシャル成長させる工程と、 前記ゲート電極及び側壁絶縁膜をマスクとして前記第2
の半導体層にイオン注入を行って、前記第4の不純物ド
ープ層より高不純物濃度で深い、ソース及びドレイン低
抵抗領域となる第5の不純物ドープ層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項33記載の半導体装置
の製造方法。
34. The step of forming the source and drain diffusion layers comprises: ion-implanting the third impurity-doped layer using the gate electrode as a mask to make the source and drain extension deeper than the third impurity-doped layer. Forming a fourth impurity-doped layer to be a region, forming a sidewall insulating film on a sidewall of the gate electrode, and selectively epitaxially growing a second semiconductor layer on the fourth impurity-doped layer; Using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask,
Forming a fifth impurity-doped layer that is deeper with a higher impurity concentration than the fourth impurity-doped layer and that becomes a source and drain low-resistance region by performing ion implantation into the semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 33.
【請求項35】 前記第1の半導体層のエピタキシャル
成長工程に先立って、前記半導体基板に素子分離絶縁膜
を形成する工程を有することを特徴とする請求項33記
載の半導体装置の製造方法。
35. The method according to claim 33, further comprising a step of forming an element isolation insulating film on the semiconductor substrate prior to the step of epitaxially growing the first semiconductor layer.
【請求項36】 前記第3の不純物ドープ層の形成工程
の後に、前記半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工
程を有することを特徴とする請求項33記載の半導体装
置の製造方法。
36. The method according to claim 33, further comprising a step of forming an element isolation insulating film on the semiconductor substrate after the step of forming the third impurity-doped layer.
【請求項37】 前記第2の不純物ドープ層は、前記第
1及び第3の不純物ドープ層との間のビルトインポテン
シャルにより完全空乏化する不純物濃度と厚さをもって
形成することを特徴とする請求項33記載の半導体装置
の製造方法。
37. The semiconductor device according to claim 37, wherein the second impurity-doped layer has an impurity concentration and a thickness that are completely depleted by a built-in potential between the first and third impurity-doped layers. 34. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 33.
【請求項38】 前記第3の不純物ドープ層は、チャネ
ル反転層形成時に完全空乏化するに必要な不純物濃度と
厚さをもって形成することを特徴とする請求項33記載
の半導体装置の製造方法。
38. The method according to claim 33, wherein the third impurity-doped layer is formed with an impurity concentration and a thickness necessary for complete depletion when forming the channel inversion layer.
【請求項39】 前記第3の不純物ドープ層は、チャネ
ル反転層形成時に部分的に空乏化するに必要な不純物濃
度と厚さをもって形成することを特徴とする請求項33
記載の半導体装置の製造方法。
39. The method according to claim 33, wherein the third impurity-doped layer is formed with an impurity concentration and a thickness necessary for partially depleting the channel inversion layer.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項40】 少なくとも表面に第1導電型の第1の
不純物ドープ層を有する半導体基板に、不純物がドープ
されていない第1の半導体層をエピタキシャル成長させ
る工程と、 前記第1の半導体層にイオン注入を行って前記第1の不
純物ドープ層に接する第2導電型の第2の不純物ドープ
層を形成する工程と、 前記第2の不純物ドープ層上に不純物がドープされてい
ない第2の半導体層をエピタキシャル成長させる工程
と、 前記第2の半導体層にイオン注入を行って前記第2の不
純物ドープ層に接する第1導電型の第3の不純物ドープ
層を形成する工程と、 前記第3の不純物ドープ層上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を形成する工程と、 前記半導体基板に前記ゲート電極に自己整合された状態
で、前記第3の不純物ドープ層と第2の不純物ドープ層
の接合面より深く且つ、前記第2の不純物ドープ層と第
1の不純物ドープ層の接合面より浅い接合深さを持つソ
ース及びドレイン拡散層を形成する工程とを有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
40. A step of epitaxially growing a first semiconductor layer not doped with an impurity on a semiconductor substrate having a first impurity-doped layer of a first conductivity type on at least a surface thereof; Implanting to form a second impurity-doped layer of a second conductivity type in contact with the first impurity-doped layer; and a second semiconductor layer having no impurity doped on the second impurity-doped layer Epitaxially growing, a step of performing ion implantation into the second semiconductor layer to form a third impurity doped layer of a first conductivity type in contact with the second impurity doped layer, and a step of performing the third impurity doping. Forming a gate electrode on the layer with a gate insulating film interposed therebetween; and forming the third impurity-doped layer and the second Forming source and drain diffusion layers deeper than the junction surface of the pure doped layer and shallower than the junction surface between the second impurity-doped layer and the first impurity-doped layer. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項41】 前記ソース及びドレイン拡散層を形成
する工程は、 前記ゲート電極をマスクとして前記第3の不純物ドープ
層にイオン注入を行って前記第3の不純物ドープ層より
深い、ソース及びドレイン拡張領域となる第4の不純物
ドープ層を形成する工程と、 前記ゲート電極の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、 前記第4の不純物ドープ層上に第3の半導体層を選択エ
ピタキシャル成長させる工程と、 前記ゲート電極及び側壁絶縁膜をマスクとして前記第3
の半導体層にイオン注入を行って、前記第4の不純物ド
ープ層より高不純物濃度で深い、ソース及びドレイン低
抵抗領域となる第5の不純物ドープ層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項40記載の半導体装置
の製造方法。
41. The step of forming the source and drain diffusion layers comprises: ion-implanting the third impurity-doped layer using the gate electrode as a mask, so that the source and drain extensions are deeper than the third impurity-doped layer. Forming a fourth impurity-doped layer to be a region, forming a sidewall insulating film on a sidewall of the gate electrode, and selectively epitaxially growing a third semiconductor layer on the fourth impurity-doped layer; Using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask,
Forming a fifth impurity-doped layer that is deeper with a higher impurity concentration than the fourth impurity-doped layer and that becomes a source and drain low-resistance region by performing ion implantation into the semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 40.
【請求項42】 前記第1の半導体層のエピタキシャル
成長工程に先立って、前記半導体基板に素子分離絶縁膜
を形成する工程を有することを特徴とする請求項40記
載の半導体装置の製造方法。
42. The method according to claim 40, further comprising a step of forming an element isolation insulating film on the semiconductor substrate prior to the step of epitaxially growing the first semiconductor layer.
【請求項43】 前記第3の不純物ドープ層の形成工程
の後に、前記半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工
程を有することを特徴とする請求項40記載の半導体装
置の製造方法。
43. The method according to claim 40, further comprising a step of forming an element isolation insulating film on the semiconductor substrate after the step of forming the third impurity-doped layer.
【請求項44】 前記第2の不純物ドープ層は、前記第
1及び第3の不純物ドープ層との間のビルトインポテン
シャルにより完全空乏化する不純物濃度と厚さをもって
形成することを特徴とする請求項40記載の半導体装置
の製造方法。
44. The semiconductor device according to claim 44, wherein the second impurity-doped layer is formed with an impurity concentration and a thickness that are completely depleted by a built-in potential between the first and third impurity-doped layers. 40. The method for manufacturing a semiconductor device according to 40.
【請求項45】 前記第3の不純物ドープ層は、チャネ
ル反転層形成時に完全空乏化するに必要な不純物濃度と
厚さをもって形成することを特徴とする請求項40記載
の半導体装置の製造方法。
45. The method according to claim 40, wherein the third impurity-doped layer is formed with an impurity concentration and a thickness necessary for complete depletion when forming a channel inversion layer.
【請求項46】 前記第3の不純物ドープ層は、チャネ
ル反転層形成時に部分的に空乏化するに必要な不純物濃
度と厚さをもって形成することを特徴とする請求項40
記載の半導体装置の製造方法。
46. The semiconductor device according to claim 40, wherein the third impurity-doped layer is formed with an impurity concentration and a thickness necessary to partially deplete the channel inversion layer.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
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