JP2001313394A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001313394A JP2000129098A JP2000129098A JP2001313394A JP 2001313394 A JP2001313394 A JP 2001313394A JP 2000129098 A JP2000129098 A JP 2000129098A JP 2000129098 A JP2000129098 A JP 2000129098A JP 2001313394 A JP2001313394 A JP 2001313394A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a high-speed, highly integrated and highly reliable SOI type C-MOS semiconductor device. SOLUTION: The SOI type C-MOS semiconductor device has a following damascene double-gate type common metal source drain among different channel structures. First, second, and third metal source drain regions (6a, 6b, 6c) are formed partly in contact with opposite side faces of each of a pair of p type and n type SOI substrate (3, 4) which are laminated on a semiconductor substrate 1 via an insulation film 2 and are made thin and are insularly insulated and separated from each other. In the parts of the SOI substrates which are in contact with the metal source drain regions, heavily-doped and lightly-doped source drain regions (10, 11, 12, 13), having the opposite conductivity type from that of the SOI substrates are formed. Being insulated and separated from each metal source drain region, a first gate electrode 9 is embedded flat on the lower surface of both SOI substrates via a first gate oxide film 7 and a second gate electrode 16 is embedded flat on the upper surface via a second gate oxide film 14, with the first and second gate electrodes being connected to each other.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はSOI構造の半導体集積
回路に係り、特に高速、低電力、高信頼、高性能且つ高
集積なSOI構造のショートチャネルのC−MOS型半
導体装置(特にC−MOSのインバータ及びフリップフ
ロップを利用したC−MOSのSRAM)に関する。従
来、SOI構造のNチャネル及びPチャネルのMIS電
界効果トランジスタからなるC−MOSの半導体装置に
関しては、サイドウオールを利用したLDD構造のショ
ートチャネルのNチャネル及びPチャネルのMIS電界
効果トランジスタを周囲を絶縁膜で分離されたそれぞれ
のSOI基板に形成したもので、接合容量、ゲート空乏
層容量、閾値電圧等を低減することにより高速化及び低
電力化を計ったものであるが、薄膜のSOI基板に形成
するため、ソースドレイン領域のコンタクト抵抗が増大
すること及び各要素の抵抗の低減がなされていないこと
等から微細化を計っている割には高速化が達成されてい
ないこと、Nチャネル及びPチャネルのMIS電界効果
トランジスタの境界部に絶縁分離領域を設けなければな
らず、各素子を微細化している割には高集積化が計られ
ていないこと、またSOI基板下の導電体(半導体基
板)に一方のMIS電界効果トランジスタのオフ電圧を
印加した場合、他方のMIS電界効果トランジスタのS
OI基板底部が常にオン状態となり、ゲート電極に印加
される電圧のいかんにかかわらず、SOI基板底部にバ
ックチャネルが形成されることによる微小な電流リーク
の防止ができなかったことによる高性能及び高信頼性が
達成されていないこと等の欠点があった。そこで、素子
の微細化だけでなく、さらなる高集積化可能で、コンタ
クト抵抗を含む各要素の抵抗を低減でき、より高速化が
達成でき、しかもバックチャネルリークを完全に制御で
きるSOI構造のC−MOSの半導体装置を形成できる
手段が要望されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having an SOI structure, and more particularly to a short-channel C-MOS type semiconductor device having an SOI structure of high speed, low power, high reliability, high performance and high integration (especially C-MOS semiconductor device). C-MOS SRAM using a MOS inverter and a flip-flop). Conventionally, with respect to a C-MOS semiconductor device including N-channel and P-channel MIS field-effect transistors having an SOI structure, a short-channel N-channel and P-channel MIS field-effect transistor having an LDD structure using sidewalls are surrounded by It is formed on each SOI substrate separated by an insulating film, and is intended to achieve high speed and low power by reducing junction capacitance, gate depletion layer capacitance, threshold voltage and the like. Because the contact resistance of the source / drain region is increased and the resistance of each element is not reduced, high speed has not been achieved despite miniaturization. An isolation region must be provided at the boundary of the P-channel MIS field-effect transistor. Despite the thinning, high integration has not been achieved, and when an off voltage of one MIS field effect transistor is applied to a conductor (semiconductor substrate) under an SOI substrate, the other MIS field effect transistor S
The bottom of the OI substrate is always in the ON state, and regardless of the voltage applied to the gate electrode, high current and high performance due to the inability to prevent minute current leakage due to the formation of a back channel at the bottom of the SOI substrate. There are drawbacks such as lack of reliability. Therefore, not only miniaturization of elements but also higher integration can be achieved, the resistance of each element including contact resistance can be reduced, higher speed can be achieved, and back channel leakage can be completely controlled. There is a demand for means capable of forming a MOS semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は従来の半導体装置の模式側断面図
で、貼り合わせSOIウエハーを使用して形成したSO
I構造のNチャネル及びPチャネルのMIS電界効果ト
ランジスタからなるC−MOSの半導体集積回路の一部
を示しており、51はp型の第1のシリコン(Si)基板、52
は貼り合わせ用酸化膜、53はp型の第2のシリコン基板
(p型のSOI基板)、54はn型化された第2のシリコ
ン基板(n型のSOI基板)、55は素子分離領域形成用
トレンチ及び埋め込み酸化膜、56はn型ソースドレイン
領域、57はn+ 型ソースドレイン領域、58はp型ソース
ドレイン領域、59はp+ 型ソースドレイン領域、60はゲ
ート酸化膜(SiO2)、61はゲート電極、62は下地酸化
膜、63はサイドウオール、64は不純物ブロック用酸化
膜、65はPSG膜、66はバリアメタル(Ti/TiN )、67
はプラグ(W)、68はバリアメタル(Ti/TiN )、69は
AlCu配線、70はバリアメタル(Ti/TiN )を示してい
る。同図においては、p型の第1のシリコン基板51上に
酸化膜52を介して貼り合わせられ、素子分離領域形成用
トレンチ及び埋め込み酸化膜55により島状に絶縁分離さ
れた薄膜のp型の第2のシリコン基板(p型のSOI基
板)53及びn型化された第2のシリコン基板(n型のS
OI基板)54が形成され、このp型のSOI基板53には
ゲート電極61にセルフアライン形成されたn型ソースド
レイン領域56、サイドウオール63にセルフアライン形成
されたn+ 型ソースドレイン領域57からなるNチャネル
のLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形成さ
れ、n型のSOI基板54にはゲート電極61にセルフアラ
イン形成されたp型ソースドレイン領域58、サイドウオ
ール63にセルフアライン形成されたp+ 型ソースドレイ
ン領域59からなるPチャネルのLDD構造のMIS電界
効果トランジスタが形成されている。さらにn+ 型ソー
ス領域57はバリアメタル(Ti/TiN )66及びプラグ
(W)67を介して、上下にバリアメタル(Ti/TiN )
(68、70)を有するAlCu配線69に接続され、接地電圧が
印加されている。一方p+ 型ソース領域59はバリアメタ
ル(Ti/TiN )66及びプラグ(W)67を介して、上下に
バリアメタル(Ti/TiN )(68、70)を有するAlCu配線
69に接続され、電源電圧が印加されている。また、図に
は示されていないが、切断面の手前あるいは奥において
NチャネルのMIS電界効果トランジスタとPチャネル
のMIS電界効果トランジスタのゲート電極61は接続さ
れ、入力電圧が印加されており、隣り合うn+ 型ドレイ
ン領域57とp+ 型ドレイン領域59はそれぞれバリアメタ
ル(Ti/TiN )66及びプラグ(W)67を介して、上下に
バリアメタル(Ti/TiN )(68、70)を有するAlCu配線
69に接続され、出力電圧を取り出しているC−MOSの
インバータが構成されている。したがって、周囲を絶縁
膜で囲まれたソースドレイン領域を形成できることによ
る接合容量の低減、SOI基板を完全空乏化できること
による空乏層容量の低減及びサブスレッショルド特性を
改善できることによる閾値電圧の低減等により通常のバ
ルクウエハーに形成するNチャネル及びPチャネルのM
IS電界効果トランジスタからなるC−MOSのインバ
ータに比較し、高速化及び低電力化が可能となる。しか
し、SOI基板を完全空乏化させるため、かなりの薄膜
化(0.1μm程度)が必要で、電極コンタクト窓開孔時の
PSGのエッチングの際、ソースドレイン領域を形成し
ているSOI基板がオーバーエッチングされ、ソースド
レイン領域のコンタクト抵抗が増大してしまうこと、ソ
ースドレイン領域の抵抗が低減できないこと等によりシ
ョートチャネル化している割には高速化になっていない
こと、またNチャネルのMIS電界効果トランジスタの
ドレイン領域とPチャネルのMIS電界効果トランジス
タのドレイン領域とは同電圧が印加されるにもかかわら
ず、酸化膜を埋め込んだ素子分離領域を形成する必要が
あるため、素子を微細化する以外に高集積化できなかっ
たこと、さらにSOI基板下の導電体(p型の第1のシ
リコン基板)に接地電圧を印加するため、p型のSOI
基板に形成するNチャネルのMIS電界効果トランジス
タのバックチャネルはオフ状態が保たれるが、n型のS
OI基板に形成するPチャネルのMIS電界効果トラン
ジスタのバックチャネルは常にオン状態となってしま
う。この結果、NチャネルのMIS電界効果トランジス
タにおいては、ゲート電極に印加される電圧が接地電圧
でも電源電圧でも正常に動作するが、PチャネルのMI
S電界効果トランジスタにおいては、接地電圧ではフロ
ントチャネルにもバックチャネルにも電流が流れ、電源
電圧ではフロントチャネルはオフ(電流が流れない)で
あるが、バックチャネルには微小な電流リークがあり、
誤作動することが避けられないという欠点があった。
2. Description of the Related Art FIG. 13 is a schematic side sectional view of a conventional semiconductor device, and shows an SO formed by using a bonded SOI wafer.
A part of a C-MOS semiconductor integrated circuit comprising N-channel and P-channel MIS field-effect transistors having an I structure is shown, and a reference numeral 51 denotes a p-type first silicon (Si) substrate;
Is an oxide film for bonding, 53 is a p-type second silicon substrate (p-type SOI substrate), 54 is an n-type second silicon substrate (n-type SOI substrate), and 55 is an element isolation region. A trench for formation and a buried oxide film, 56 is an n-type source / drain region, 57 is an n + -type source / drain region, 58 is a p-type source / drain region, 59 is a p + -type source / drain region, and 60 is a gate oxide film (SiO 2 ), 61 is a gate electrode, 62 is a base oxide film, 63 is a sidewall, 64 is an oxide film for impurity blocking, 65 is a PSG film, 66 is a barrier metal (Ti / TiN), 67
Is a plug (W), 68 is a barrier metal (Ti / TiN), 69 is
AlCu wiring 70 indicates a barrier metal (Ti / TiN). In the figure, a p-type thin film is bonded on a p-type first silicon substrate 51 via an oxide film 52, and is insulated and isolated in an island shape by a trench for forming an isolation region and a buried oxide film 55. A second silicon substrate (p-type SOI substrate) 53 and an n-type second silicon substrate (n-type S
An OI substrate 54 is formed. On the p-type SOI substrate 53, an n-type source / drain region 56 self-aligned with the gate electrode 61 and an n + -type source / drain region 57 self-aligned with the sidewall 63 are formed. A MIS field-effect transistor having an N-channel LDD structure is formed. An n-type SOI substrate 54 has a p-type source / drain region 58 formed self-aligned with a gate electrode 61, and a p + formed self-aligned with a sidewall 63. A MIS field-effect transistor having a P-channel LDD structure including a source / drain region 59 is formed. Further, the n + -type source region 57 vertically extends through the barrier metal (Ti / TiN) via the barrier metal (Ti / TiN) 66 and the plug (W) 67.
It is connected to the AlCu wiring 69 having (68, 70), and a ground voltage is applied. On the other hand, the p + type source region 59 is an AlCu wiring having barrier metal (Ti / TiN) (68, 70) above and below via a barrier metal (Ti / TiN) 66 and a plug (W) 67.
Connected to 69, power supply voltage is applied. Although not shown in the drawing, the gate electrodes 61 of the N-channel MIS field-effect transistor and the P-channel MIS field-effect transistor are connected to the front or back of the cut surface, and the input voltage is applied to the gate electrode 61. The matching n + -type drain region 57 and p + -type drain region 59 have upper and lower barrier metals (Ti / TiN) (68, 70) via a barrier metal (Ti / TiN) 66 and a plug (W) 67, respectively. AlCu wiring
A C-MOS inverter that is connected to an output voltage output circuit 69 is configured. Therefore, a reduction in junction capacitance due to formation of a source / drain region surrounded by an insulating film, a reduction in depletion layer capacitance due to complete depletion of the SOI substrate, and a reduction in threshold voltage due to improvement in sub-threshold characteristics are usually achieved. N and P channel M formed on a bulk wafer
Compared to a C-MOS inverter including an IS field-effect transistor, higher speed and lower power can be achieved. However, in order to completely deplete the SOI substrate, it is necessary to make the SOI substrate considerably thin (about 0.1 μm). When etching the PSG at the time of opening the electrode contact window, the SOI substrate forming the source / drain region is over-etched. However, the speed is not increased in spite of the short channel due to an increase in the contact resistance of the source / drain region, the inability to reduce the resistance of the source / drain region, and an N-channel MIS field effect transistor. Although the same voltage is applied to the drain region of the P-channel MIS field effect transistor and the drain region of the P-channel MIS field effect transistor, it is necessary to form an element isolation region in which an oxide film is buried. The high integration could not be achieved, and the conductor (p-type first silicon substrate) under the SOI substrate For applying a ground voltage, p-type SOI of
The back channel of the N-channel MIS field-effect transistor formed on the substrate is kept off, but the n-type S
The back channel of the P-channel MIS field-effect transistor formed on the OI substrate is always on. As a result, the N-channel MIS field-effect transistor operates normally regardless of whether the voltage applied to the gate electrode is the ground voltage or the power supply voltage.
In the S field effect transistor, current flows in both the front channel and the back channel at the ground voltage, and the front channel is off (current does not flow) at the power supply voltage, but there is a small current leak in the back channel,
There is a drawback that erroneous operation cannot be avoided.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来例に示されるように、高速性を改善し
たMIS電界効果トランジスタを得るためには完全空乏
化させた薄膜のSOI基板が必要とされ、この薄膜化さ
れたSOI基板にソースドレイン領域を形成するため、
電極コンタクト窓開孔時の層間絶縁膜のエッチングの
際、ソースドレイン領域を形成しているSOI基板がオ
ーバーエッチングされることは避けられず、配線体との
コンタクトは取れるもののソースドレイン領域のコンタ
クト抵抗が増大してしまうこと、また容量の低減はでき
るものの薄層のソースドレイン領域の抵抗が低減できな
いこと等により微細化している割には高速化が達成でき
なかったこと及びC−MOSを形成する際、半導体基板
に印加する電圧によって、いずれか一方のMIS電界効
果トランジスタにおいては、ゲート電極にオフ電圧が印
加されているにもかかわらず、バックチャネルがオン状
態となり、電流リークを発生させるため、誤作動するこ
とが避けられなかったこと等より高速、高集積、高信頼
を合わせ持つSOI構造のショートチャネルのC−MO
S半導体装置を形成できなかったことである。
The problem to be solved by the present invention is that, as shown in the prior art, in order to obtain a MIS field-effect transistor with improved high-speed performance, a fully depleted thin film SOI substrate is required. Is required. In order to form a source / drain region on the thinned SOI substrate,
When etching the interlayer insulating film at the time of opening the electrode contact window, it is inevitable that the SOI substrate forming the source / drain region is over-etched, and the contact with the wiring body can be obtained, but the contact resistance of the source / drain region can be obtained. Increases, and the capacity can be reduced, but the resistance of the thin source / drain region cannot be reduced. For this reason, high speed cannot be achieved despite miniaturization, and a C-MOS is formed. In this case, depending on the voltage applied to the semiconductor substrate, in either one of the MIS field-effect transistors, the back channel is turned on even though the off voltage is applied to the gate electrode, and current leakage occurs. SOI that combines high speed, high integration, and high reliability because malfunctions cannot be avoided. C-MO elephant of short channel
That is, the S semiconductor device could not be formed.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体基板
と、前記半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜と、前
記第1の絶縁膜上に選択的に設けられた一導電型及び反
対導電型のSOI基板と、前記一導電型及び反対導電型
のSOI基板間に前記一導電型及び反対導電型のSOI
基板の側面に一部を接して設けられた第1のメタルソー
スドレイン領域(導電膜)と、前記第1のメタルソース
ドレイン領域に接する前記一導電型及び反対導電型のS
OI基板のそれぞれの反対側の側面に一部を接して設け
られた第2及び第3のメタルソースドレイン領域(導電
膜)と、対向する前記第1及び第3のメタルソースドレ
イン領域の接触部の前記一導電型のSOI基板に設けら
れた一対の反対導電型の不純物領域(ソースドレイン領
域の一部)と、対向する前記第1及び第2のメタルソー
スドレイン領域の接触部の前記反対導電型のSOI基板
に設けられた一対の一導電型の不純物領域(ソースドレ
イン領域の一部)と、少なくとも前記一導電型及び反対
導電型のSOI基板の下面に設けられた第1のゲート絶
縁膜と、前記第1、第2及び第3のメタルソースドレイ
ン領域と絶縁分離し、前記第1のゲート絶縁膜を介し
て、少なくとも前記一導電型及び反対導電型のSOI基
板下に埋設された第1のゲート電極と、少なくとも前記
一導電型及び反対導電型のSOI基板の上面に設けられ
た第2のゲート絶縁膜と、前記第1、第2及び第3のメ
タルソースドレイン領域と絶縁分離し、前記第2のゲー
ト絶縁膜を介して、少なくとも前記一導電型及び反対導
電型のSOI基板上に埋設された第2のゲート電極と、
前記第1、第2及び第3のメタルソースドレイン領域、
前記一導電型及び反対導電型のSOI基板、前記第1及
び第2のゲート絶縁膜の残りの側面に周設された第2の
絶縁膜とを備え、前記第1及び第2のゲート電極に同電
圧を印加する配線体が設けられている本発明のダマシン
二重ゲート型異チャネル間共通メタルソースドレイン構
造(厳密に言えば共通メタルドレイン構造)のSOI型
のC−MOS半導体装置によって解決される。
The object of the present invention is to provide a semiconductor substrate, a first insulating film provided on the semiconductor substrate, and one conductivity type selectively provided on the first insulating film. The one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate are disposed between the opposite conductivity type SOI substrate and the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate.
A first metal source / drain region (conductive film) provided partially in contact with a side surface of the substrate; and a S type of the one conductivity type and the opposite conductivity type in contact with the first metal source / drain region.
Second and third metal source / drain regions (conductive films) provided partially in contact with the respective opposite side surfaces of the OI substrate, and contact portions between the first and third metal source / drain regions facing each other. And a pair of opposite conductivity type impurity regions (part of the source / drain region) provided on the one conductivity type SOI substrate and the opposite conductivity of a contact portion between the opposed first and second metal source / drain regions. A pair of one conductivity type impurity regions (part of the source / drain region) provided on the SOI substrate of the first type and a first gate insulating film provided on at least the lower surface of the SOI substrate of the one conductivity type and the opposite conductivity type And at least one of the first, second and third metal source / drain regions buried under the SOI substrate of the one conductivity type and the opposite conductivity type via the first gate insulating film. A gate electrode, a second gate insulating film provided on at least an upper surface of the SOI substrate of one conductivity type and the opposite conductivity type, and insulated and separated from the first, second and third metal source / drain regions; A second gate electrode buried on at least the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate through the second gate insulating film;
The first, second, and third metal source / drain regions;
An SOI substrate of the one conductivity type and the opposite conductivity type, and a second insulating film provided on the remaining side surface of the first and second gate insulating films. The problem is solved by the SOI type C-MOS semiconductor device of the present invention having a damascene double-gate inter-channel common metal source / drain structure (strictly speaking, a common metal drain structure) provided with a wiring body for applying the same voltage. You.

【0005】[0005]

【作 用】即ち、本発明の半導体装置においては、p
型のシリコン基板上に設けられた酸化膜上に選択的にp
型及びn型のSOI基板が設けられ、この両SOI基板
間に一部を両SOI基板の側面に接して第1のメタルソ
ースドレイン領域が設けられ、第1のメタルソースドレ
イン領域に接する両SOI基板のそれぞれの反対側の側
面に一部を接して第2及び第3のメタルソースドレイン
領域が設けられている。また対向する第1及び第3のメ
タルソースドレイン領域の接触部のp型のSOI基板に
一対のn+ 型及びn型ソースドレイン領域が設けられ、
一方対向する第1及び第2のメタルソースドレイン領域
の接触部のn型のSOI基板に一対のp + 型及びp型ソ
ースドレイン領域が設けられている。また両SOI基板
の下面及びそれぞれ対向するメタルソースドレイン領域
(第1と第3、第1と第2)の下部側面には第1のゲー
ト酸化膜(SiO2/Ta2O5 )が設けられ、この第1のゲー
ト酸化膜を介してバリアメタル(TiN )を有する第1の
ゲート電極(W)が平坦に埋め込まれており、一方両S
OI基板の上面には第2のゲート酸化膜(SiO2/Ta 2O
5 )が設けられ、それぞれ対向するメタルソースドレイ
ン領域(第1と第3、第1と第2)の上部側面には側壁
絶縁膜(SiO2)が設けられ、この第2のゲート酸化膜及
び側壁絶縁膜を介してバリアメタル(TiN )を有する第
2のゲート電極(W)が平坦に埋め込まれている。さら
に各メタルソースドレイン領域、第1及び第2のゲート
電極(同電位に接続される)にはバリアメタル(Ti/Ti
N )及びプラグ(W)を介して、上下にバリアメタル
(Ti/TiN )を有するAlCu配線が接続される構造に形成
されているダマシン二重ゲート型異チャネル間共通メタ
ルソースドレイン構造のSOI型のC−MOS半導体装
置が構成されている。(本発明のメタルソースドレイン
領域とは通常のメタルソースドレイン領域とは異なり、
不純物領域を含まない金属膜又は合金膜のみからなる領
域である。)また素子の周囲は素子分離領域形成用トレ
ンチ及び埋め込み酸化膜(SiO2)によって完全に絶縁分
離されている。したがって、従来、素子分離領域形成用
のトレンチ及び埋め込み酸化膜により分離され、別々の
領域として形成されたn+ 型ドレイン領域及びp+ 型ド
レイン領域を微細な共通のドレイン領域とする低抵抗な
導電膜(金属膜又は合金膜)によって形成が可能であ
る。またp型及びn型のSOI基板にはそれぞれのチャ
ネル領域、低濃度のソースドレイン領域及び極めて微小
な高濃度のソースドレイン領域のみを形成し、大部分の
ソースドレイン領域を不純物領域ではなく導電膜(金属
膜又は合金膜)で形成できるため、接合容量の低減(ほ
とんど零)及びソースドレイン領域の抵抗の低減が可能
である。さらに厚膜のメタルソースドレイン領域で配線
体との接続がとれるため、コンタクト抵抗の低減も可能
である。そのうえ高誘電率を有するTa2O5 膜をゲート酸
化膜として使用できるため、ゲート酸化膜の厚膜化が可
能で、ゲート電極とSOI基板間の微小な電流リークの
改善及びゲート容量の低減も可能である。また薄膜のS
OI基板上にゲート構造を形成しているので、SOI基
板を完全に空乏化できるため、ゲート酸化膜下の反転層
と基板との間の空乏層容量を除去することが可能であ
り、ゲート電極に加えた電圧がゲート電極と反転層の間
だけに印加できることになり、サブスレッショルド特性
を改善できるので閾値電圧を低減できる。さらに両SO
I基板の上下に第1及び第2のゲート電極を形成できる
ため(若干の構造の変形により両サイドにも)、接続さ
れた第1及び第2のゲート電極の印加電圧に連動して、
一方のMIS電界効果トランジスタのフロントチャネル
及びバックチャネルを(サイドゲート電極がある場合は
サイドチャネルをも)完全にオフ状態としリーク電流を
防止し、他方のMIS電界効果トランジスタのフロント
チャネル及びバックチャネルを(サイドゲート電極があ
る場合はサイドチャネルをも)完全にオン状態とし可能
な限り十分な駆動電流を流すことが可能である。そのう
え第1及び第2のゲート電極の接続用の引き出し部を除
き、酸化膜を埋め込んだ素子分離領域に位置合わせし
て、第1のゲート酸化膜を介して形成した第1のゲート
電極に自己整合して各要素(各メタルソースドレイン領
域、p型及びn型のSOI基板、第2のゲート酸化膜及
び側壁絶縁膜を介した第2のゲート電極、低濃度及び高
濃度のp型及びn型の不純物ソースドレイン領域)を形
成することもできる。また素子分離領域の第2の絶縁
膜、各メタルソースドレイン領域及び第2のゲート電極
の上面を段差がない連続した平坦面に形成できることに
より、極めて信頼性の高い層間絶縁膜及び配線体を形成
することもできる。即ち、極めて高速、低電力、高信
頼、高性能且つ高集積な半導体集積回路の形成を可能と
するダマシン二重ゲート型異チャネル間共通メタルソー
スドレイン構造のSOI型のC−MOS半導体装置を得
ることができる。
[Operation] That is, in the semiconductor device of the present invention, p
Selectively on an oxide film provided on a silicon substrate of
Type and n-type SOI substrates are provided.
Part of the first metal source is in contact with the side surfaces of both SOI substrates.
A source drain region, and a first metal source drain.
Opposite sides of both SOI substrates in contact with the in-region
A second and a third metal source / drain partially contacting the surface
An area is provided. In addition, the first and third facing
For the p-type SOI substrate at the contact part of the source / drain region
A pair of n+ Type and n-type source / drain regions are provided,
On the other hand, opposed first and second metal source / drain regions
A pair of p-types is provided on the n-type SOI substrate + Mold and p-type
A source drain region is provided. Also, both SOI substrates
Lower surface and metal source / drain regions facing each other
(1st and 3rd, 1st and 2nd)
Oxide film (SiOTwo/ TaTwoOFive ) Is provided, and the first game
1st having barrier metal (TiN) through an oxide film
The gate electrode (W) is buried flat, while both S
On the upper surface of the OI substrate, a second gate oxide film (SiOTwo/ Ta TwoO
Five ) Are provided, each facing the metal source drain
Side walls on the upper side surfaces of the first and third regions (first and third, first and second).
Insulating film (SiOTwo) Is provided, and the second gate oxide film and
Having barrier metal (TiN)
Two gate electrodes (W) are buried flat. Further
Metal source drain region, first and second gates
The electrode (connected to the same potential) has a barrier metal (Ti / Ti
N) and barrier metal up and down via plug (W)
Formed in a structure to connect AlCu wiring with (Ti / TiN)
Metamachine Double Gate Type Common Meta for Different Channels
SOI type C-MOS semiconductor device having a source-drain structure
Is configured. (Metal source drain of the present invention
Regions are different from normal metal source / drain regions,
A region consisting only of a metal film or alloy film that does not contain impurity regions
Area. ) In addition, around the element,
And buried oxide film (SiOTwo) By completely insulated
Separated. Therefore, conventionally, for forming an element isolation region,
Separated by trenches and buried oxide
N formed as a region+ Type drain region and p+ Type
Low resistance with the rain region as a fine common drain region
Can be formed by conductive film (metal film or alloy film)
You. The p-type and n-type SOI substrates have their respective channels.
Tunnel region, low concentration source / drain region and extremely small
Only high-concentration source / drain regions
The source / drain region is not an impurity region but a conductive film (metal
Film or alloy film) to reduce the junction capacitance
Resistance of source and drain regions can be reduced.
It is. Wiring in thicker metal source / drain region
Can be connected to the body, reducing contact resistance
It is. Furthermore, Ta with a high dielectric constantTwoOFive Gate acid membrane
Gate oxide film can be made thicker
Small current leakage between the gate electrode and the SOI substrate.
Improvements and reductions in gate capacitance are also possible. In addition, S of the thin film
Since the gate structure is formed on the OI substrate,
The inversion layer under the gate oxide can be completely depleted
It is possible to remove the depletion layer capacitance between
Voltage between the gate electrode and the inversion layer
Can be applied only to the sub-threshold
Can be improved, so that the threshold voltage can be reduced. Furthermore, both SO
First and second gate electrodes can be formed above and below the I-substrate
Because of this (on both sides due to slight structural deformation)
In conjunction with the applied voltage of the first and second gate electrodes,
Front channel of one MIS field-effect transistor
And back channel (if there is a side gate electrode
To completely turn off the side channel)
Prevent the front of the other MIS field effect transistor
Channel and back channel (side gate electrode
Can be turned on completely even if the side channel
It is possible to supply as much drive current as possible. Sou
The lead-out portion for connecting the first and second gate electrodes is removed.
Alignment with the element isolation region where the oxide film is embedded.
A first gate formed through a first gate oxide film
Each element (each metal source / drain area)
Region, p-type and n-type SOI substrates, second gate oxide film and
A second gate electrode with a low concentration and a high
Concentration p-type and n-type impurity source / drain regions)
It can also be done. Also, the second insulation of the element isolation region
Film, each metal source / drain region and second gate electrode
That the upper surface of the surface can be formed as a continuous flat surface with no steps
Highly reliable interlayer insulating film and wiring body formed
You can also. In other words, extremely high speed, low power, high signal
Reliable, high performance and highly integrated semiconductor integrated circuits can be formed.
Damascene double gate type common metal saw between different channels
Obtaining SOI type C-MOS semiconductor device having drain structure
Can be

【0006】[0006]

【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明の半導体装置における第1の実施
例の模式平面図、図2は本発明の半導体装置における第
1の実施例の模式側断面図(図1のp−p矢視断面
図)、図3は本発明の半導体装置における第1の実施例
の模式側断面図(図1のq−q矢視断面図)、図4は本
発明の半導体装置における第2の実施例の模式平面図、
図5は本発明の半導体装置における第2の実施例の模式
側断面図(図4のq−q矢視断面図)、図6は本発明の
半導体装置における第3の実施例の模式側断面図、図7
〜図12は本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図である。全図を通じ同一対象物は同一
符号で示す。図1〜図3は本発明の半導体装置における
第1の実施例で、図1は模式平面図、図2は模式側断面
図(図1のp−p矢視断面図、Nチャネル及びPチャネ
ルのMIS電界効果トランジスタのチャネル長方向)、
図3は模式側断面図(図1のq−q矢視断面図、Nチャ
ネルのMIS電界効果トランジスタのチャネル幅方向)
で、貼り合わせSOI技術を使用して形成したSOI構
造のショートチャネルのNチャネル及びPチャネルのM
IS電界効果トランジスタからなるC−MOSのインバ
ータを含む半導体集積回路の一部を示しており、1は10
15cm-3程度のp型の第1のシリコン基板、2は0.5μm
程度の貼り合わせ用酸化膜(SiO2)、3は厚さ0.1μm
程度のp型の第2のシリコン基板(p型のSOI基
板)、4は厚さ0.1μm 程度のn型化された第2のシリ
コン基板(n型のSOI基板)、5は素子分離領域形成
用トレンチ及び埋め込み酸化膜(SiO2)、6a、6b、6c
は厚さ0.5μm 程度の第1、第2及び第3のメタルソー
スドレイン領域(W)、7は15nm程度の第1のゲート酸
化膜(SiO2/Ta2O5 )、8は20nm程度のバリアメタル
(TiN )、9はゲート長0.2 μm程度の第1のゲート電
極(W)、10は1017cm-3程度のn型ソースドレイン領
域、11は1020cm-3程度のn+ 型ソースドレイン領域、12
は1017cm-3程度のp型ソースドレイン領域、13は1020cm
-3程度のp+ 型ソースドレイン領域、14は15nm程度の第
2のゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )、15は20nm程度のバ
リアメタル(TiN )、16はゲート長0.2 μm程度の第2
のゲート電極(W)、17は15nm程度の側壁絶縁膜(Si
O2)、18は0.8μm 程度の燐珪酸ガラス(PSG)膜、19は
50nm程度のバリアメタル(Ti/TiN )、20はプラグ
(W)、21は50nm程度のバリアメタル(Ti/TiN )、22
は0.8 μm程度のAlCu配線、23は50nm程度のバリアメタ
ル(Ti/TiN )を示している。同図においては、p型の
シリコン基板上1に設けられた酸化膜2上に選択的にp
型及びn型のSOI基板(3、4)が設けられ、この両
SOI基板(3、4)間に一部を両SOI基板(3、
4)の側面に接して第1のメタルソースドレイン領域6
a が設けられ、第1のメタルソースドレイン領域6a に
接する両SOI基板(3、4)のそれぞれの反対側の側
面に一部を接して第2及び第3のメタルソースドレイン
領域(6b、6c )が設けられている。また対向する第1
及び第3のメタルソースドレイン領域(6a、6c )の接
触部のp型のSOI基板3に互いに離間してn+ 型ソー
スドレイン領域11が設けられ、それぞれのn+ 型ソース
ドレイン領域11に接してn型ソースドレイン領域10が設
けられ、一方対向する第1及び第2のメタルソースドレ
イン領域(6a、6b )の接触部のn型のSOI基板4に
互いに離間してp+ 型ソースドレイン領域13が設けら
れ、それぞれのp+ 型ソースドレイン領域13に接してp
型ソースドレイン領域12が設けられている。また両SO
I基板(3、4)の下面及びそれぞれ対向するメタルソ
ースドレイン領域(6a と6c 、6a と6b )の下部側
面には第1のゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5)7が設けら
れ、この第1のゲート酸化膜7を介してバリアメタル
(TiN )8を有する第1のゲート電極(W)9が平坦に
埋め込まれており、一方両SOI基板(3、4)の上面
には第2のゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )14が設けら
れ、それぞれ対向するメタルソースドレイン領域(6a
と6c 、6a と6b )の上部側面には側壁絶縁膜(Si
O2)17が設けられ、この第2のゲート酸化膜14及び側壁
絶縁膜17を介してバリアメタル(TiN )15を有する第2
のゲート電極(W)16が平坦に埋め込まれている構造に
形成されているNチャネル及びPチャネルのLDD構造
のMIS電界効果トランジスタが形成されている。さら
に各メタルソースドレイン領域(6a、6b、6c )、第1
及び第2のゲート電極(9、16)(同電位に接続され
る)にはバリアメタル(Ti/TiN )19及びプラグ(W)
20を介して、上下にバリアメタル(Ti/TiN )(21、2
3)を有するAlCu配線22が接続され、第2のメタルソー
スドレイン領域6b には電源電圧(Vdd)が印加さ
れ、第3のメタルソースドレイン領域6c には接地電圧
(Vss)が印加され、接続された第1及び第2のゲー
ト電極(9、16)には入力電圧(Vin)が印加されて
おり、第1のメタルソースドレイン領域6a から出力電
圧(Vout)を取り出しているダマシン二重ゲート型
異チャネル間共通メタルソースドレイン構造のSOI型
のC−MOSインバータが構成されている。また素子の
周囲は素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜
(SiO2)5によって完全に絶縁分離されている。なおp
型及びn型のSOI基板(3、4)には電圧は印加され
ていない。したがって、従来、素子分離領域形成用のト
レンチ及び埋め込み酸化膜により分離され、別々の領域
として形成されたn+ 型ドレイン領域及びp+ 型ドレイ
ン領域を微細な共通のドレイン領域とする低抵抗な導電
膜(金属膜又は合金膜)によって形成が可能である。ま
たp型及びn型のSOI基板にはそれぞれのチャネル領
域、低濃度のソースドレイン領域及び極めて微小な高濃
度のソースドレイン領域のみを形成し、大部分のソース
ドレイン領域を不純物領域ではなく導電膜(金属膜又は
合金膜)で形成できるため、接合容量の低減(ほとんど
零)及びソースドレイン領域の抵抗の低減が可能であ
る。さらに厚膜のメタルソースドレイン領域で配線体と
の接続がとれるため、コンタクト抵抗の低減も可能であ
る。そのうえ高誘電率を有するTa2O5 膜をゲート酸化膜
として使用できるため、ゲート酸化膜の厚膜化が可能
で、ゲート電極とSOI基板間の微小な電流リークの改
善及びゲート容量の低減も可能である。また薄膜のSO
I基板上にゲート構造を形成しているので、SOI基板
を完全に空乏化できるため、ゲート酸化膜下の反転層と
基板との間の空乏層容量を除去することが可能であり、
ゲート電極に加えた電圧がゲート電極と反転層の間だけ
に印加できることになり、サブスレッショルド特性を改
善できるので閾値電圧を低減できる。さらに両SOI基
板の上下に第1及び第2のゲート電極を形成できるた
め、接続された第1及び第2のゲート電極の印加電圧に
連動して、一方のMIS電界効果トランジスタのフロン
トチャネル及びバックチャネルを完全にオフ状態としリ
ーク電流を防止し、他方のMIS電界効果トランジスタ
のフロントチャネル及びバックチャネルを完全にオン状
態とし可能な限り十分な駆動電流を流すことが可能であ
る。そのうえ第1及び第2のゲート電極の接続用の引き
出し部を除き、酸化膜を埋め込んだ素子分離領域に位置
合わせして、第1のゲート酸化膜を介して形成した第1
のゲート電極に自己整合して各要素(各メタルソースド
レイン領域、p型及びn型のSOI基板、第2のゲート
酸化膜及び側壁絶縁膜を介した第2のゲート電極、低濃
度及び高濃度のp型及びn型の不純物ソースドレイン領
域)を形成することもできる。また素子分離領域の第2
の絶縁膜、各メタルソースドレイン領域及び第2のゲー
ト電極の上面を段差がない連続した平坦面に形成できる
ことにより、極めて信頼性の高い層間絶縁膜及び配線体
を形成することもできる。この結果、高速、低電力、高
信頼、高性能及び高集積を併せ持つダマシン二重ゲート
型異チャネル間共通メタルソースドレイン構造のSOI
型のC−MOS半導体装置を得ることができる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of the semiconductor device of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side sectional view of the first embodiment of the semiconductor device of the present invention (sectional view taken along the line pp in FIG. 1). FIG. 3 is a schematic side sectional view of a first embodiment of the semiconductor device of the present invention (a cross-sectional view taken along the line qq in FIG. 1), and FIG. 4 is a schematic plan view of a second embodiment of the semiconductor device of the present invention. Figure,
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention (cross-sectional view taken along line qq in FIG. 4), and FIG. 6 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 7
FIG. 12 to FIG. 12 are process cross-sectional views of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. The same objects are denoted by the same reference numerals throughout the drawings. 1 to 3 show a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view, FIG. 2 is a schematic side sectional view (sectional view taken along the line pp in FIG. 1, N-channel and P-channel). Channel direction of the MIS field-effect transistor),
FIG. 3 is a schematic side sectional view (a sectional view taken along the line qq in FIG. 1, a channel width direction of an N-channel MIS field-effect transistor).
Then, the short channel N channel and the P channel M of the SOI structure formed using the bonding SOI technique
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a C-MOS inverter composed of IS field-effect transistors, where 1 is 10
15 cm -3 p-type first silicon substrate, 2 0.5 μm
Oxide film for bonding (SiO 2 ), thickness of 0.1 μm
A second p-type silicon substrate (p-type SOI substrate), 4 an n-type second silicon substrate (n-type SOI substrate) having a thickness of about 0.1 μm, 5 an element isolation region formation Trenches and buried oxide films (SiO 2 ), 6a, 6b, 6c
Is a first, second and third metal source / drain regions (W) each having a thickness of about 0.5 μm, 7 is a first gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) of about 15 nm, and 8 is a first gate oxide film of about 20 nm. Barrier metal (TiN), 9 is a first gate electrode (W) having a gate length of about 0.2 μm, 10 is an n-type source / drain region of about 10 17 cm -3 , 11 is an n + type of about 10 20 cm -3 Source drain region, 12
Is a p-type source / drain region of about 10 17 cm -3 and 13 is 10 20 cm
A p + type source / drain region of about -3, a second gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) of about 15 nm, a barrier metal (TiN) of about 20 nm, and a gate length of about 0.2 μm Second
Gate electrode (W), 17 is a sidewall insulating film (Si
O 2 ), 18 is a phosphosilicate glass (PSG) film of about 0.8 μm, 19 is
Barrier metal (Ti / TiN) of about 50 nm, 20 is a plug (W), 21 is a barrier metal (Ti / TiN) of about 50 nm, 22
Denotes an AlCu wiring of about 0.8 μm, and 23 denotes a barrier metal (Ti / TiN) of about 50 nm. In FIG. 1, an oxide film 2 provided on a p-type silicon substrate 1 is selectively formed on an oxide film 2.
And n-type SOI substrates (3, 4) are provided, and a part of the SOI substrates (3, 4) is interposed between the SOI substrates (3, 4).
A first metal source / drain region 6 in contact with the side surface of 4);
is provided, and the second and third metal source / drain regions (6b, 6c) are partially in contact with the respective opposite side surfaces of the SOI substrates (3, 4) in contact with the first metal source / drain region 6a. ) Is provided. In addition, the first
An n + -type source / drain region 11 is provided apart from the p-type SOI substrate 3 at a contact portion of the third metal source / drain region (6a, 6c), and is in contact with each n + -type source / drain region 11. An n-type source / drain region 10 is provided, while the p + -type source / drain region is separated from the n-type SOI substrate 4 at the contact portion of the first and second metal source / drain regions (6a, 6b) facing each other. 13 are provided, and p.sup. +
A type source / drain region 12 is provided. Also both SO
A first gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 7 is provided on the lower surface of the I-substrate (3, 4) and the lower side surface of the metal source / drain regions (6a and 6c, 6a and 6b) facing each other. A first gate electrode (W) 9 having a barrier metal (TiN) 8 is buried flat through the first gate oxide film 7, while the upper surfaces of both SOI substrates (3, 4) are A second gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 14 is provided, and the opposing metal source / drain regions (6a
And 6c, 6a and 6b) on the upper side surface, a sidewall insulating film (Si
O 2 ) 17, and a second gate oxide film 14 and a second barrier film (TiN) 15
An MIS field-effect transistor having an N-channel and P-channel LDD structure is formed in which the gate electrode (W) 16 is buried flat. Further, each metal source / drain region (6a, 6b, 6c), the first
A barrier metal (Ti / TiN) 19 and a plug (W) are connected to the second gate electrodes (9, 16) (connected to the same potential).
20 through the barrier metal (Ti / TiN) (21, 2
3), the power supply voltage (Vdd) is applied to the second metal source / drain region 6b, and the ground voltage (Vss) is applied to the third metal source / drain region 6c. An input voltage (Vin) is applied to the first and second gate electrodes (9, 16) thus obtained, and a damascene double gate extracting an output voltage (Vout) from the first metal source / drain region 6a. An SOI C-MOS inverter having a common metal source / drain structure between different types of channels is configured. The periphery of the device is completely insulated and separated by a trench for forming a device isolation region and a buried oxide film (SiO 2 ) 5. Note that p
No voltage is applied to the n-type and n-type SOI substrates (3, 4). Therefore, conventionally, a low-resistance conductive region in which an n + -type drain region and a p + -type drain region separated by a trench for forming an element isolation region and a buried oxide film and formed as separate regions is a fine common drain region. It can be formed by a film (metal film or alloy film). On the p-type and n-type SOI substrates, only the respective channel regions, low-concentration source / drain regions and extremely minute high-concentration source / drain regions are formed, and most of the source / drain regions are formed of conductive films instead of impurity regions. (A metal film or an alloy film), so that the junction capacitance can be reduced (almost zero) and the resistance of the source / drain region can be reduced. Further, since the connection with the wiring body can be established in the thick metal source / drain region, the contact resistance can be reduced. In addition, since a Ta 2 O 5 film having a high dielectric constant can be used as a gate oxide film, the thickness of the gate oxide film can be increased, and a small current leak between the gate electrode and the SOI substrate can be improved and the gate capacitance can be reduced. It is possible. In addition, SO of thin film
Since the gate structure is formed on the I substrate, the SOI substrate can be completely depleted, so that the depletion layer capacitance between the inversion layer below the gate oxide film and the substrate can be removed.
The voltage applied to the gate electrode can be applied only between the gate electrode and the inversion layer, and the sub-threshold characteristic can be improved, so that the threshold voltage can be reduced. Furthermore, since the first and second gate electrodes can be formed above and below both SOI substrates, the front channel and the back channel of one MIS field-effect transistor can be linked to the voltage applied to the connected first and second gate electrodes. The channel can be completely turned off to prevent leakage current, and the front channel and the back channel of the other MIS field-effect transistor can be completely turned on so that a drive current as sufficient as possible can flow. In addition, except for a lead-out portion for connection of the first and second gate electrodes, the first gate oxide film is formed via the first gate oxide film in alignment with the element isolation region in which the oxide film is embedded.
Self-aligned with the gate electrode of each element (each metal source / drain region, p-type and n-type SOI substrates, a second gate electrode with a second gate oxide film and a side wall insulating film interposed therebetween, a low concentration and a high concentration P-type and n-type impurity source / drain regions). Also, the second element isolation region
By forming the upper surfaces of the insulating film, the metal source / drain regions, and the second gate electrode on a continuous flat surface without any step, an extremely reliable interlayer insulating film and wiring body can be formed. As a result, a SOI of a damascene double-gate type inter-channel common metal source / drain structure having high speed, low power, high reliability, high performance and high integration.
Type C-MOS semiconductor device can be obtained.

【0007】図4及び図5は本発明の半導体装置におけ
る第2の実施例で、図4は模式平面図、図5は模式側断
面図(図4のq−q矢視断面図でNチャネルのMIS電
界効果トランジスタのチャネル幅方向を示す。図4のp
−p矢視断面図はNチャネル及びPチャネルのMIS電
界効果トランジスタのチャネル長方向で図2と同じ)
で、貼り合わせSOI技術を使用して形成したSOI構
造のショートチャネルのNチャネル及びPチャネルのM
IS電界効果トランジスタからなるC−MOSのインバ
ータを含む半導体集積回路の一部を示し、1〜23は図1
〜図3と同じ物を示している。同図においては、第1及
び第2のゲート電極の両端で第1及び第2のゲート電極
を接続する配線体を設けており、この配線体(厳密には
バリアメタルを介したプラグ)をサイドゲート電極(た
だし、ゲート酸化膜は素子分離領域形成用の厚い酸化膜
となる)としている以外は第1の実施例と同じ構造のN
チャネル及びPチャネルのMIS電界効果トランジスタ
からなるC−MOSのインバータが形成されている。本
実施例においては、第1の実施例の効果に加え、印加さ
れるゲート電圧に連動して、一方のMIS電界効果トラ
ンジスタのフロントチャネル、バックチャネル及びサイ
ドチャネルを完全にオフ状態とし、リーク電流を防止
し、他方のMIS電界効果トランジスタのフロントチャ
ネル、バックチャネル及びサイドチャネルを完全にオン
状態とし、フロントチャネル及びバックチャネルには可
能な限り十分な駆動電流を流すことができ、またサイド
チャネルには微小な電流を流すことが可能である。
4 and 5 show a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. FIG. 4 is a schematic plan view, and FIG. 5 is a schematic side sectional view (an N-channel sectional view taken along the line qq in FIG. 4). 4 shows a channel width direction of the MIS field-effect transistor shown in FIG.
(The cross section taken along arrow -p is the same as FIG. 2 in the channel length direction of the N-channel and P-channel MIS field-effect transistors.)
Then, the short channel N channel and the P channel M of the SOI structure formed using the bonding SOI technique
1 to 23 show a part of a semiconductor integrated circuit including a C-MOS inverter composed of IS field-effect transistors.
3 to FIG. 3 are shown. In the figure, a wiring body for connecting the first and second gate electrodes at both ends of the first and second gate electrodes is provided, and this wiring body (strictly, a plug via a barrier metal) is connected to the side. Except that the gate electrode (the gate oxide film is a thick oxide film for forming an element isolation region),
A C-MOS inverter composed of channel and P-channel MIS field-effect transistors is formed. In this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the front channel, back channel and side channel of one MIS field-effect transistor are completely turned off in conjunction with the applied gate voltage, and the leakage current , The front channel, the back channel and the side channel of the other MIS field-effect transistor are completely turned on, the drive current can be supplied to the front channel and the back channel as much as possible. Can pass a small current.

【0008】図6は本発明の半導体装置における第3の
実施例の模式側断面図(模式平面図は図4と同じで、図
4のq−q矢視断面図でNチャネルのMIS電界効果ト
ランジスタのチャネル幅方向を示す。図4のp−p矢視
断面図はNチャネル及びPチャネルのMIS電界効果ト
ランジスタのチャネル長方向で図2と同じ)で、貼り合
わせSOI技術を使用して形成したSOI構造のショー
トチャネルのNチャネル及びPチャネルのMIS電界効
果トランジスタからなるC−MOSのインバータを含む
半導体集積回路の一部を示し、1〜23は図1〜図3と同
じ物を示している。同図においては、第1及び第2のゲ
ート電極の両端で第1及び第2のゲート電極を接続する
配線体を設けており、第2のゲート電極を凹構造に形成
し、第1のゲート電極とともに第1及び第2のゲート酸
化膜を介してSOI基板を覆うような構造のゲート電極
を形成した以外は第1の実施例と同じ構造のNチャネル
及びPチャネルのMIS電界効果トランジスタからなる
C−MOSのインバータが形成されている。本実施例に
おいては、第1の実施例の効果に加え、印加されるゲー
ト電圧に連動して、一方のMIS電界効果トランジスタ
のフロントチャネル、バックチャネル及びサイドチャネ
ルを完全にオフ状態とし、リーク電流を防止し、他方の
MIS電界効果トランジスタのフロントチャネル、バッ
クチャネル及びサイドチャネルを完全にオン状態とし、
可能な限り十分な駆動電流を流すことが可能で、より高
信頼性及び高速化が達成できる。なお本願発明は上記説
明に限定されることなく、例えば、メタルソースドレイ
ン領域の形成にはバリアメタルを含む2種以上のメタル
層によってもよいし、ゲート電極は通常のポリサイドゲ
ート(polySi/WSi)でもよく、不純物からなるソース
ドレイン領域の形成は、低濃度領域を含まない高濃度の
みからなるソースドレイン領域を形成しても、またNチ
ャネルのMIS電界効果トランジスタは低濃度及び高濃
度のソースドレイン領域を形成し、PチャネルのMIS
電界効果トランジスタは低濃度領域を含まない高濃度の
みからなるソースドレイン領域を形成しても本願発明は
成立する。
FIG. 6 is a schematic side sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention (the schematic plan view is the same as that of FIG. 4 and the N-channel MIS field effect is taken along the line qq in FIG. 4). 4 shows the channel width direction of the transistor (the cross-sectional view taken along the line pp in FIG. 4 is the same as that of FIG. 2 in the channel length direction of the N-channel and P-channel MIS field-effect transistors), and is formed using the bonding SOI technique. 1 to 23 show a part of a semiconductor integrated circuit including a C-MOS inverter composed of short-channel N-channel and P-channel MIS field-effect transistors having an SOI structure. I have. In the figure, a wiring body for connecting the first and second gate electrodes at both ends of the first and second gate electrodes is provided, the second gate electrode is formed in a concave structure, and the first gate is formed. An N-channel and P-channel MIS field-effect transistor having the same structure as that of the first embodiment except that a gate electrode is formed so as to cover the SOI substrate via the first and second gate oxide films together with the electrodes. A C-MOS inverter is formed. In this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the front channel, back channel and side channel of one MIS field-effect transistor are completely turned off in conjunction with the applied gate voltage, and the leakage current And the front channel, back channel and side channel of the other MIS field-effect transistor are completely turned on,
As much drive current as possible can flow, and higher reliability and higher speed can be achieved. The present invention is not limited to the above description. For example, the metal source / drain region may be formed by using two or more metal layers including a barrier metal, and the gate electrode may be formed by a general polycide gate (polySi / WSi). The source / drain region made of impurities may be formed by forming a source / drain region consisting only of a high concentration not including a low concentration region. A drain region is formed and a P-channel MIS is formed.
Even if the field effect transistor forms a source / drain region consisting only of a high concentration without including a low concentration region, the present invention is also satisfied.

【0009】次いで本発明に係る半導体装置の製造方法
の一実施例について図7〜図12及び図2を参照して説
明する。ただし、ここでは本発明の半導体装置の形成に
関する製造方法のみを記述し、一般の半導体集積回路に
搭載される各種の素子(他のトランジスタ、抵抗、容量
等)の形成に関する製造方法の記述は省略する。 図7 通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジスト
(図示せず)をマスク層として、p型の第2のシリコン
基板3を選択的に異方性ドライエッチングして第1のト
レンチを形成する。(位置合わせ用パターンもこの第1
のトレンチにより形成する。)次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を
成長し、異方性ドライエッチングして、第1のトレンチ
に埋め込み素子分離領域5を形成する。 図8 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、素子分離領域5の
一部の酸化膜(後に形成する第1のゲート電極の接続用
の引き出し部)を0.2μm 程度異方性ドライエッチング
する。連続して、p型の第2のシリコン基板3を0.2μm
程度異方性ドライエッチングして第2のトレンチを形
成する。次いでレジスト(図示せず)を除去する。次い
で15nm程度の第1のゲート酸化膜7(SiO2/Ta2O5 )を
成長する。次いで20nm程度のバリアメタル(TiN )8及
び0.2μm 程度の第1のゲート電極となるタングステン
膜(W)9を連続スパッタにより成長する。次いで化学
的機械研磨(hemical echanical
olishing 以後CMPと略称する)により
第1のゲート電極用の第2のトレンチに埋め込み、第1
のゲート酸化膜7、バリアメタル8及び第1のゲート電
極9からなる埋め込みゲート電極構造を形成する。この
際不要部の第1のゲート電極9、バリアメタル8及び第
1のゲート酸化膜7も除去される。次いで酸化膜5、第
1のゲート酸化膜7、バリアメタル8及び第1のゲート
電極9をマスク層として、残されたp型の第2のシリコ
ン基板3を0.5μm 程度異方性ドライエッチングして第
3のトレンチを形成する。次いで化学気相成長により、
タングステン膜(W)を成長し、化学的機械研磨(CM
P)により第3のトレンチに埋め込み、第1、第2及び
第3のメタルソースドレイン領域(W)(6a、6b、6c
)を形成する。 図9 次いで素子分離領域5、メタルソースドレイン領域(6
a、6b、6c )及び第1のゲート電極9等が形成されたp
型の第2のシリコン基板3に化学気相成長により、0.5
μm 程度の膜厚の貼りあわせ用の酸化膜(SiO2)2を成
長する。次いでp型の第1のシリコン基板1上に貼りあ
わせ用の酸化膜(SiO2)2を形成した方を下にしてp型
の第2のシリコン基板3を重ね、1000°C程度のア
ニールを加えることにより、p型の第2のシリコン基板
3をp型の第1のシリコン基板1上に貼り合わせる。次
いでp型の第2のシリコン基板3を数μm程度まで機械
研削(終点の目安は素子分離領域5の埋め込み酸化膜の
露出)し、以後埋め込まれたメタルソースドレイン領域
5が露出するまで化学的機械研磨(CMP)し、0.3μm
程度の膜厚の平坦なp型の第2のシリコン基板(p型
のSOI基板)3を形成する。こうしてp型の第2のシ
リコン基板3下面(図8までは上面)に形成した、酸化
膜を埋め込んだ第1のトレンチにより形成した位置合わ
せ用パターンをp型の第2のシリコン基板3の上面に形
成できる。以後この位置合わせ用パターンを使用してp
型の第2のシリコン基板3の上面に各要素を形成するこ
とができる。 図10 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及びメタルソースドレイン領域(6a、
6b、6c )をマスク層として、素子分離領域5の一部の
酸化膜(後に形成する第2のゲート電極の接続用の引き
出し部)を0.2μm程度異方性ドライ程度エッチングす
る。連続して、p型の第2のシリコン基板3を0.2μm
程度異方性ドライエッチングして第4のトレンチを形成
する。(ここで残された0.1μm 程度の膜厚のp型の第
2のシリコン基板がp型のSOI基板となる。)次いで
レジスト(図示せず)を除去する。次いで通常のフォト
リソグラフィー技術を利用し、レジスト(図示せず)、
素子分離領域の酸化膜5及びメタルソースドレイン領域
(6a、6b )をマスク層として、選択的にp型の第2の
シリコン基板(p型のSOI基板)3に燐をイオン注入
し、n型化した第2のシリコン基板(n型のSOI基
板)4を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除去
する。次いで15nm程度の第2のゲート酸化膜14(SiO2
Ta2O5 )を成長する。次いで20nm程度のバリアメタル
(TiN )15及び0.2μm 程度の第2のゲート電極となる
W膜16を連続スパッタにより成長する。次いで化学的機
械研磨(CMP)により第2のゲート電極用の第4のト
レンチに埋め込み、第2のゲート酸化膜14、バリアメタ
ル15及び第2のゲート電極16からなる埋め込みゲート電
極構造を形成する。この際不要部の第2のゲート電極1
6、バリアメタル15及び第2のゲート酸化膜14も除去さ
れる。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、レジスト(図示せず)及びメタルソースドレイン領
域(6a、6c )をマスク層として、メタルソースドレイ
ン領域(6a、6c )の側面に形成した第2のゲート酸化
膜14を異方性ドライエッチングして第5のトレンチを形
成する。次いで第5のトレンチ下に露出したp型のSO
I基板3に燐をイオン注入する。次いでレジスト(図示
せず)を除去する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)及びメタルソース
ドレイン領域(6a、6b )をマスク層として、メタルソ
ースドレイン領域(6a、6b )の側面に形成した第2の
ゲート酸化膜14を異方性ドライエッチングして第6のト
レンチを形成する。次いで第6のトレンチ下に露出した
n型のSOI基板4に硼素をイオン注入する。次いでレ
ジスト(図示せず)を除去する。次いで950°C程度
のN2アニールを加えることにより横方向に拡散させ、n
型ソースドレイン領域10及びp型ソースドレイン領域12
を形成する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を
利用し、レジスト(図示せず)及びメタルソースドレイ
ン領域(6a、6c )をマスク層として、p型のSOI基
板3に砒素をイオン注入する。次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで通常のフォトリソグラフィー技
術を利用し、レジスト(図示せず)及びメタルソースド
レイン領域(6a、6b )をマスク層として、n型のSO
I基板4に硼素をイオン注入する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。次いで900°C程度のN2アニー
ルを加えることにより、若干の横方向拡散を含むn+
ソースドレイン領域11及びp+ 型ソースドレイン領域13
を形成する。 図11 次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)17を成長する。次い
で化学的機械研磨(CMP)により第5の及び第6のト
レンチに埋め込む。次いで化学気相成長により、0.8μm
程度の燐珪酸ガラス(PSG )膜18を成長する。 図12 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、PSG膜18を異方
性ドライエッチングして選択的に電極コンタクト窓を開
孔する。連続して通常のフォトリソグラフィー技術を利
用し、レジスト(図示せず)をマスク層(2層のレジス
トのマスク層)として、第1及び第2のゲート電極
(9、16)の接続を取る電極コンタクト窓のみを開孔し
(図3参照)、第2のゲート電極16、バリアメタル15、
第2のゲート酸化膜14、酸化膜5及び第1のゲート酸化
膜7を順次異方性ドライエッチングする。次いでレジス
ト(図示せず)を除去する。次いでスパッタにより、バ
リアメタルとなるTi、TiN 19を順次成長する。次いで化
学気相成長のブランケット法により全面にW膜を成長
し、異方性ドライエッチングして埋め込みプラグ(W)
20を形成する。この際不要部のW膜20及びバリアメタル
19もエッチング除去される。 図2 次いでスパッタにより、バリアメタルとなるTi、TiN を
順次成長する。次いでスパッタにより、配線となるAl
(数%のCuを含む)を0.8μm 程度成長する。次いでス
パッタにより、バリアメタルとなるTi、TiN を順次成長
する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、レジスト(図示せず)をマスク層として、バリアメ
タル、Al(数%のCuを含む)及びバリアメタルを異方性
ドライエッチングしてAlCu配線22を形成し、半導体装置
を完成する。なお上記製造方法においては、一部の工程
において異方性のドライエッチングにより埋め込み層を
形成しているが、これらの工程をすべて化学的機械研磨
(CMP)によりおこなっても差し支えないし、またN
チャネルのMIS電界効果トランジスタの閾値電圧の決
定に際して、p型のSOI基板そのままを使用している
が、硼素のイオン注入によりSOI基板の濃度を制御し
てもよい。また上記製造方法においては、SOI基板の
膜厚の制御に関し、p型の第2のシリコン基板の上面及
び下面の双方をエッチングすることによりおこなってい
るが、p型の第2のシリコン基板の上面(最終図面では
下面)に形成する薄い酸化膜及び0.2 μm程度の窒化膜
(Si3N4 )を利用し、窒化膜及び酸化膜をエッチングし
てできる段差部に第1のゲート酸化膜及び第1のゲート
電極を埋め込むように形成すれば、p型の第2のシリコ
ン基板の下面(最終図面では上面)のみのエッチングに
より薄膜のSOI基板の制御をおこなうこともできる。
また上記製造方法においては、第2のゲート電極形成後
に不純物によるソースドレイン領域を形成しているが、
上記ゲート電極をダミー電極とし、不純物によるソース
ドレイン領域を形成後、一旦ダミー電極及びダミーのゲ
ート酸化膜をエッチング除去して後、第2のゲート酸化
膜及び低融点金属からなるより低抵抗の第2のゲート電
極(Al等)を形成してもよい。この場合は製造工程がや
や多くなり、第1のゲート電極(W等)と第2のゲート
電極(Al等)は異なるが、メモリ等でゲート電極配線を
ワードラインとしたい場合は特に有効である。
Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 12 and FIG. However, here, only the manufacturing method relating to the formation of the semiconductor device of the present invention is described, and description of the manufacturing method relating to the formation of various elements (other transistors, resistors, capacitors, etc.) mounted on a general semiconductor integrated circuit is omitted. I do. FIG. 7 A first trench is formed by selectively anisotropically dry-etching the p-type second silicon substrate 3 using a resist (not shown) as a mask layer by using ordinary photolithography technology. (The alignment pattern is also the first
Of the trench. Next, the resist (not shown) is removed. Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) is grown and anisotropically dry-etched to form a buried element isolation region 5 in the first trench. Next, using a normal photolithography technique, using a resist (not shown) as a mask layer, a part of the oxide film (lead portion for connecting a first gate electrode to be formed later) of the element isolation region 5 is formed. Perform anisotropic dry etching of about 0.2 μm. Continuously, the p-type second silicon substrate 3 is
A second trench is formed by anisotropic dry etching to a degree. Next, the resist (not shown) is removed. Next, a first gate oxide film 7 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) of about 15 nm is grown. Next, a barrier metal (TiN) 8 of about 20 nm and a tungsten film (W) 9 of about 0.2 μm as a first gate electrode are grown by continuous sputtering. Then chemical mechanical polishing (C hemical M echanical
P Olishing after abbreviated as CMP) by embedding a second trench for a first gate electrode, the first
Buried gate electrode structure including the gate oxide film 7, the barrier metal 8 and the first gate electrode 9 is formed. At this time, the unnecessary portions of the first gate electrode 9, the barrier metal 8, and the first gate oxide film 7 are also removed. Next, using the oxide film 5, the first gate oxide film 7, the barrier metal 8, and the first gate electrode 9 as a mask layer, the remaining p-type second silicon substrate 3 is subjected to anisotropic dry etching of about 0.5 μm. To form a third trench. Then, by chemical vapor deposition,
Tungsten film (W) is grown and chemically mechanically polished (CM
P) to fill the third trench, and to form first, second, and third metal source / drain regions (W) (6a, 6b, 6c).
) Is formed. Next, the device isolation region 5, the metal source drain region (6
a, 6b, 6c) and the p on which the first gate electrode 9 and the like are formed.
Is formed on the second silicon substrate 3 of the mold by chemical vapor deposition.
An oxide film (SiO 2 ) 2 for bonding having a thickness of about μm is grown. Next, the p-type second silicon substrate 3 is stacked with the side on which the oxide film (SiO 2 ) 2 for bonding is formed on the p-type first silicon substrate 1 facing down, and annealed at about 1000 ° C. With this addition, the p-type second silicon substrate 3 is bonded onto the p-type first silicon substrate 1. Next, the p-type second silicon substrate 3 is mechanically ground to about several μm (the end point is estimated by exposing the buried oxide film of the element isolation region 5), and thereafter, chemical etching is performed until the buried metal source / drain region 5 is exposed. Mechanical polishing (CMP), 0.3μm
A p-type second silicon substrate (p-type SOI substrate) 3 having a flat thickness is formed. The alignment pattern formed by the first trench in which the oxide film is buried is thus formed on the lower surface of the p-type second silicon substrate 3 (the upper surface up to FIG. 8). Can be formed. Thereafter, using this alignment pattern, p
Each element can be formed on the upper surface of the second silicon substrate 3 of the mold. Next, using a normal photolithography technique, a resist (not shown) and metal source / drain regions (6a,
Using 6b, 6c) as a mask layer, a part of the oxide film (lead portion for connecting a second gate electrode to be formed later) of the element isolation region 5 is anisotropically dry about 0.2 μm. Continuously, the p-type second silicon substrate 3 is
A fourth trench is formed by anisotropic dry etching to a degree. (The remaining p-type second silicon substrate having a thickness of about 0.1 μm becomes a p-type SOI substrate.) Then, the resist (not shown) is removed. Then, using normal photolithography technology, a resist (not shown),
Using the oxide film 5 in the element isolation region and the metal source / drain regions (6a, 6b) as mask layers, phosphorus is ion-implanted selectively into the p-type second silicon substrate (p-type SOI substrate) 3, and n-type. A second silicon substrate (n-type SOI substrate) 4 is formed. Next, the resist (not shown) is removed. Next, a second gate oxide film 14 (SiO 2 /
Ta 2 O 5) to grow. Next, a barrier metal (TiN) 15 of about 20 nm and a W film 16 of about 0.2 μm as a second gate electrode are grown by continuous sputtering. Next, the fourth gate for the second gate electrode is buried by chemical mechanical polishing (CMP) to form a buried gate electrode structure including the second gate oxide film 14, the barrier metal 15, and the second gate electrode 16. . At this time, the unnecessary portion of the second gate electrode 1
6, the barrier metal 15 and the second gate oxide film 14 are also removed. Next, the second gate oxide formed on the side surfaces of the metal source / drain regions (6a, 6c) by using a resist (not shown) and the metal source / drain regions (6a, 6c) as a mask layer by using a usual photolithography technique. The film 14 is anisotropically dry etched to form a fifth trench. Then, the p-type SO exposed under the fifth trench
Phosphorus ions are implanted into the I substrate 3. Next, the resist (not shown) is removed. Next, the second gate oxidation formed on the side surfaces of the metal source / drain regions (6a, 6b) by using a resist (not shown) and the metal source / drain regions (6a, 6b) as a mask layer by using a normal photolithography technique. The film 14 is anisotropically dry etched to form a sixth trench. Next, boron is ion-implanted into the n-type SOI substrate 4 exposed under the sixth trench. Next, the resist (not shown) is removed. Then, by applying N 2 annealing at about 950 ° C., the film is diffused in the lateral direction,
-Type source / drain region 10 and p-type source / drain region 12
To form Then, arsenic is ion-implanted into the p-type SOI substrate 3 by using a resist (not shown) and the metal source / drain regions (6a, 6c) as a mask layer by using a usual photolithography technique. Next, the resist (not shown) is removed. Next, using a normal photolithography technique, using a resist (not shown) and the metal source / drain regions (6a, 6b) as a mask layer, an n-type SO
Boron is ion-implanted into the I-substrate 4. Next, the resist (not shown) is removed. Next, N 2 annealing at about 900 ° C. is performed to form the n + -type source / drain region 11 and the p + -type
To form Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) 17 is grown. Next, the fifth and sixth trenches are buried by chemical mechanical polishing (CMP). Next, by chemical vapor deposition, 0.8 μm
A degree of phosphosilicate glass (PSG) film 18 is grown. Next, the PSG film 18 is anisotropically dry-etched using a resist (not shown) as a mask layer to selectively open an electrode contact window using a normal photolithography technique. An electrode for connecting the first and second gate electrodes (9, 16) using a resist (not shown) as a mask layer (mask layer of two resists) continuously using a normal photolithography technique Only the contact window is opened (see FIG. 3), and the second gate electrode 16, the barrier metal 15,
The second gate oxide film 14, the oxide film 5, and the first gate oxide film 7 are sequentially subjected to anisotropic dry etching. Next, the resist (not shown) is removed. Next, Ti and TiN 19 serving as barrier metals are sequentially grown by sputtering. Next, a W film is grown on the entire surface by a blanket method of chemical vapor deposition, and anisotropically dry-etched to form a buried plug (W).
Form 20. At this time, the W film 20 and the barrier metal of the unnecessary part
19 is also etched away. FIG. 2 Next, Ti and TiN serving as barrier metals are sequentially grown by sputtering. Next, by sputtering, Al
(Including several% of Cu) is grown to about 0.8 μm. Next, Ti and TiN serving as barrier metals are sequentially grown by sputtering. Next, using normal photolithography technology, a resist (not shown) is used as a mask layer, and an AlCu wiring 22 is formed by anisotropically dry-etching the barrier metal, Al (including several percent of Cu) and the barrier metal. Then, a semiconductor device is completed. In the above manufacturing method, the buried layer is formed by anisotropic dry etching in some steps, but all of these steps may be performed by chemical mechanical polishing (CMP).
In determining the threshold voltage of the channel MIS field-effect transistor, the p-type SOI substrate is used as it is, but the concentration of the SOI substrate may be controlled by boron ion implantation. In the above manufacturing method, the thickness of the SOI substrate is controlled by etching both the upper surface and the lower surface of the p-type second silicon substrate. Using a thin oxide film and a nitride film (Si 3 N 4 ) of about 0.2 μm formed on the lower surface (the bottom surface in the final drawing), a first gate oxide film and a second gate oxide film are formed on a step formed by etching the nitride film and the oxide film. By forming the first gate electrode so as to be embedded, it is possible to control the thin SOI substrate by etching only the lower surface (the upper surface in the final drawing) of the p-type second silicon substrate.
In the above manufacturing method, the source / drain regions are formed by impurities after the formation of the second gate electrode.
The gate electrode is used as a dummy electrode, and after forming the source / drain region by the impurity, the dummy electrode and the dummy gate oxide film are once removed by etching, and then the second gate oxide film and the lower-resistance second metal oxide film made of a low melting point metal are used. Two gate electrodes (such as Al) may be formed. In this case, the number of manufacturing steps is slightly increased, and the first gate electrode (W and the like) and the second gate electrode (Al and the like) are different. However, it is particularly effective when the gate electrode wiring is to be a word line in a memory or the like. .

【0010】第3の実施例の半導体装置を製造する場合
は、図10において第4のトレンチを形成する際、第1
のゲート電極の接続用の引き出し部が露出するまで素子
分離領域を形成している酸化膜及び第1のゲート酸化膜
を異方性ドライエッチングし、連続してp型の第2のシ
リコン基板を0.2 μm程度異方性ドライエッチングする
ことにより第4のトレンチを形成し、レジスト除去後、
第2のゲート酸化膜を介して第4のトレンチを第2のゲ
ート電極で埋め込めば、SOI基板の周囲を第1及び第
2のゲート酸化膜を介して第1及び第2のゲート電極で
覆うような構造に形成できる。以後前述した工程と同様
の工程をおこなえば第3の実施例の半導体装置を製造す
ることが可能である。
In manufacturing the semiconductor device of the third embodiment, when forming the fourth trench in FIG.
The oxide film forming the element isolation region and the first gate oxide film are subjected to anisotropic dry etching until the lead-out portion for connection of the gate electrode is exposed, and the p-type second silicon substrate is continuously formed. A fourth trench is formed by anisotropic dry etching of about 0.2 μm, and after removing the resist,
When the fourth trench is filled with the second gate electrode via the second gate oxide film, the periphery of the SOI substrate is covered with the first and second gate electrodes via the first and second gate oxide films. Such a structure can be formed. Thereafter, if the same steps as those described above are performed, the semiconductor device of the third embodiment can be manufactured.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明のように、本発明の半導体装置
によれば、半導体基板上に絶縁膜を介して貼り合わせら
れ、薄膜化され且つ島状に絶縁分離された一対のp型及
びn型のSOI基板のそれぞれ対向する側面に一部を接
して3つのメタルソースドレイン領域が設けられ、各メ
タルソースドレイン領域との接触部のp型のSOI基板
には一対のn+ 型及びn型ソースドレイン領域が設けら
れ、n型のSOI基板には一対のp+ 型及びp型ソース
ドレイン領域が設けられ、各メタルソースドレイン領域
と絶縁分離して、両SOI基板の下面に第1のゲート酸
化膜を介し第1のゲート電極を、上面に第2のゲート酸
化膜を介し第2のゲート電極をそれぞれ平坦に埋め込
み、第1及び第2のゲート電極を接続した構造に形成し
たダマシン二重ゲート型異チャネル間共通メタルソース
ドレイン構造のSOI型のC−MOS半導体装置が形成
されている。したがって、SOI構造において、メタル
ソースドレイン領域の形成によるソースドレイン領域の
低抵抗化、接合容量の低減及びコンタクト抵抗の低減、
高誘電率のTa2O5 のゲート酸化膜使用によるゲート電極
とSOI基板間の微小な電流リークの改善及びゲート容
量の低減、完全空乏化したSOI基板の使用による空乏
層容量の除去及びサブスレッショルド特性の改善による
閾値電圧の低減、Nチャネル及びPチャネルのMIS電
界効果トランジスタ間の共通ソースドレイン領域の金属
膜又は合金膜による微細な形成、接続した第1及び第2
のゲート電極によるバックチャネル及びサイドチャネル
の制御及び各要素のセルフアラインによる微細な形成等
が可能である。即ち、極めて高速、低電力、高信頼、高
性能且つ高集積な半導体集積回路の形成を可能とするダ
マシン二重ゲート型異チャネル間共通メタルソースドレ
イン構造のSOI型のC−MOS半導体装置を得ること
ができる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, a pair of p-type and n-type semiconductor layers which are bonded on a semiconductor substrate via an insulating film, are thinned, and are insulated and isolated in an island shape. Three metal source / drain regions are provided in partial contact with the respective side surfaces of the SOI substrate of the n-type, and a pair of n + -type and n-type are provided on the p-type SOI substrate at a contact portion with each metal source / drain region. A source / drain region is provided, and a pair of p + -type and p-type source / drain regions are provided on the n-type SOI substrate. A first gate electrode is buried via an oxide film, and a second gate electrode is buried flatly on a top surface via a second gate oxide film to form a structure in which the first and second gate electrodes are connected. Gate An SOI C-MOS semiconductor device having a common metal source / drain structure between different types of channels is formed. Therefore, in the SOI structure, the resistance of the source / drain region is reduced by forming the metal source / drain region, the junction capacitance is reduced, and the contact resistance is reduced.
Improvement of minute current leakage between gate electrode and SOI substrate and reduction of gate capacitance by using gate oxide film of high dielectric constant Ta 2 O 5 , removal of depletion layer capacitance and sub-threshold by using fully depleted SOI substrate Reduction of threshold voltage due to improvement of characteristics, fine formation of a common source / drain region between N-channel and P-channel MIS field-effect transistors by metal film or alloy film, first and second connected
It is possible to control the back channel and the side channel by the gate electrode, and to finely form each element by self-alignment. That is, an SOI C-MOS semiconductor device having a damascene double-gate type inter-channel common metal source / drain structure capable of forming a semiconductor integrated circuit with extremely high speed, low power, high reliability, high performance and high integration is obtained. be able to.

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

【図1】 本発明の半導体装置における第1の実施例の
模式平面図
FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】 本発明の半導体装置における第1の実施例の
模式側断面図(図1のp−p矢視断面図)
FIG. 2 is a schematic side sectional view of a first embodiment of the semiconductor device according to the present invention (a sectional view taken along the line pp in FIG. 1);

【図3】 本発明の半導体装置における第1の実施例の
模式側断面図(図1のq−q矢視断面図)
FIG. 3 is a schematic side sectional view of a first embodiment of the semiconductor device of the present invention (a sectional view taken along the line qq in FIG. 1);

【図4】 本発明の半導体装置における第2の実施例の
模式平面図
FIG. 4 is a schematic plan view of a second embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図5】 本発明の半導体装置における第2の実施例の
模式側断面図(図4のq−q矢視断面図)
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the semiconductor device of the present invention (a sectional view taken along the line qq in FIG. 4);

【図6】 本発明の半導体装置における第3の実施例の
模式側断面図
FIG. 6 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図7】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
FIG. 7 is a process cross-sectional view of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図8】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
FIG. 8 is a process sectional view of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図9】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
FIG. 9 is a process cross-sectional view of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図10】 本発明の半導体装置における製造方法の一
実施例の工程断面図
FIG. 10 is a process cross-sectional view of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図11】 本発明の半導体装置における製造方法の一
実施例の工程断面図
FIG. 11 is a process sectional view of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図12】 本発明の半導体装置における製造方法の一
実施例の工程断面図
FIG. 12 is a process cross-sectional view of one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図13】 従来の半導体装置の模式側断面図FIG. 13 is a schematic side sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型の第1のシリコン(Si)基板 2 貼り合わせ用酸化膜(SiO2) 3 p型の第2のシリコン基板(p型のSOI基板) 4 n型化された第2のシリコン基板(n型のSOI基
板) 5 素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜
(SiO2) 6a 第1のメタルソースドレイン領域(W) 6b 第2のメタルソースドレイン領域(W) 6c 第3のメタルソースドレイン領域(W) 7 第1のゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 ) 8 バリアメタル(TiN ) 9 第1のゲート電極(W) 10 n型ソースドレイン領域 11 n+ 型ソースドレイン領域 12 p型ソースドレイン領域 13 p+ 型ソースドレイン領域 14 第2のゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 ) 15 バリアメタル(TiN ) 16 第2のゲート電極(W) 17 側壁絶縁膜(SiO2) 18 燐珪酸ガラス(PSG )膜 19 バリアメタル(Ti/TiN ) 20 プラグ(W) 21 バリアメタル(Ti/TiN ) 22 AlCu配線 23 バリアメタル(Ti/TiN )
1 p-type first silicon (Si) substrate 2 bonding oxide film (SiO 2 ) 3 p-type second silicon substrate (p-type SOI substrate) 4 n-type second silicon substrate ( n-type SOI substrate 5 element isolation region forming trench and buried oxide film (SiO 2 ) 6a first metal source / drain region (W) 6b second metal source / drain region (W) 6c third metal source / drain Region (W) 7 First gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 8 Barrier metal (TiN) 9 First gate electrode (W) 10 n-type source / drain region 11 n + -type source / drain region 12 p Type source / drain region 13 p + type source / drain region 14 second gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 15 barrier metal (TiN) 16 second gate electrode (W) 17 sidewall insulating film (SiO 2 ) 18 Phosphosilicate glass (PSG) film 19 Barrier metal Ti / TiN) 20 plug (W) 21 barrier metal (Ti / TiN) 22 AlCu wiring 23 barrier metal (Ti / TiN)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/41 H01L 29/78 616S 21/336 617J 617N 627D Fターム(参考) 4M104 AA09 BB01 BB14 BB18 BB30 CC01 CC05 DD08 DD37 EE03 EE16 FF01 FF18 FF22 FF27 GG09 GG10 GG14 5F033 GG03 HH04 HH09 HH18 HH19 HH28 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK19 MM01 MM08 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 QQ08 QQ09 QQ16 QQ37 QQ48 RR04 RR14 SS11 VV06 VV16 XX00 5F048 AA01 AA07 AB04 AC04 BA16 BB02 BB05 BB08 BB09 BB11 BB12 BB19 BC01 BC06 BC11 BF00 BF02 BF07 BF15 BF16 BG14 5F110 AA02 AA03 AA04 AA06 AA18 BB04 BB07 DD05 DD13 EE01 EE03 EE04 EE05 EE09 EE14 EE30 EE32 EE44 FF01 FF02 FF09 GG02 GG12 GG25 GG28 GG32 GG52 HJ01 HJ04 HJ13 HJ23 HK02 HK04 HK34 HL01 HL04 HL06 HL12 HL14 HL23 HM15 NN04 NN25 NN35 NN62 NN65 QQ11 QQ16 QQ19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/41 H01L 29/78 616S 21/336 617J 617N 627D F-term (Reference) 4M104 AA09 BB01 BB14 BB18 BB30 CC01 CC05 DD08 DD37 EE03 EE16 FF01 FF18 FF22 FF27 GG09 GG10 GG14 5F033 GG03 HH04 HH09 HH18 HH19 HH28 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK19 MM01 MM08 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 Q1611 AQ04 Q16 Q14 A BB08 BB09 BB11 BB12 BB19 BC01 BC06 BC11 BF00 BF02 BF07 BF15 BF16 BG14 5F110 AA02 AA03 AA04 AA06 AA18 BB04 BB07 DD05 DD13 EE01 EE03 EE04 EE05 EE09 EE14 EE30 J04 GG02 FF02 GG01 HL04 HL06 HL12 HL14 HL23 HM15 NN04 NN25 NN35 NN62 NN65 QQ11 QQ16 QQ19

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、前記半導体基板上に設けら
れた第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に選択的に設
けられた一導電型及び反対導電型のSOI基板と、前記
一導電型及び反対導電型のSOI基板間に前記一導電型
及び反対導電型のSOI基板の側面に一部を接して設け
られた第1のメタルソースドレイン領域(導電膜)と、
前記第1のメタルソースドレイン領域に接する前記一導
電型及び反対導電型のSOI基板のそれぞれの反対側の
側面に一部を接して設けられた第2及び第3のメタルソ
ースドレイン領域(導電膜)と、対向する前記第1及び
第3のメタルソースドレイン領域の接触部の前記一導電
型のSOI基板に設けられた一対の反対導電型の不純物
領域(ソースドレイン領域の一部)と、対向する前記第
1及び第2のメタルソースドレイン領域の接触部の前記
反対導電型のSOI基板に設けられた一対の一導電型の
不純物領域(ソースドレイン領域の一部)と、少なくと
も前記一導電型及び反対導電型のSOI基板の下面に設
けられた第1のゲート絶縁膜と、前記第1、第2及び第
3のメタルソースドレイン領域と絶縁分離し、前記第1
のゲート絶縁膜を介して、少なくとも前記一導電型及び
反対導電型のSOI基板下に埋設された第1のゲート電
極と、少なくとも前記一導電型及び反対導電型のSOI
基板の上面に設けられた第2のゲート絶縁膜と、前記第
1、第2及び第3のメタルソースドレイン領域と絶縁分
離し、前記第2のゲート絶縁膜を介して、少なくとも前
記一導電型及び反対導電型のSOI基板上に埋設された
第2のゲート電極と、前記第1、第2及び第3のメタル
ソースドレイン領域、前記一導電型及び反対導電型のS
OI基板、前記第1及び第2のゲート絶縁膜の残りの側
面に周設された第2の絶縁膜とを備え、前記第1及び第
2のゲート電極に同電圧を印加する配線体が設けられて
いることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate, a first insulating film provided on the semiconductor substrate, an SOI substrate of one conductivity type and an opposite conductivity type selectively provided on the first insulating film; A first metal source / drain region (conductive film) provided between the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate so as to partially contact a side surface of the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate;
Second and third metal source / drain regions (conductive film) provided partially in contact with the opposite side surfaces of the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate in contact with the first metal source / drain region, respectively. ) And a pair of opposite conductivity type impurity regions (part of the source / drain region) provided on the one conductivity type SOI substrate at a contact portion of the opposed first and third metal source / drain regions. A pair of one conductivity type impurity regions (part of the source / drain region) provided on the opposite conductivity type SOI substrate at a contact portion between the first and second metal source / drain regions; And a first gate insulating film provided on the lower surface of the SOI substrate of the opposite conductivity type, and insulated and separated from the first, second and third metal source / drain regions.
A first gate electrode buried under at least the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate via the gate insulating film, and at least the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate
A second gate insulating film provided on the upper surface of the substrate is insulated from and separated from the first, second and third metal source / drain regions, and at least the one conductivity type is interposed via the second gate insulating film. A second gate electrode buried on an SOI substrate of the opposite conductivity type, the first, second, and third metal source / drain regions;
An OI substrate, a second insulating film provided on the remaining side surfaces of the first and second gate insulating films, and a wiring body for applying the same voltage to the first and second gate electrodes is provided. A semiconductor device characterized in that:
【請求項2】前記第1及び第2のゲート電極に同電圧を
印加する配線体をチャネル幅方向の前記第2の半導体基
板の両側面に前記第2の絶縁膜を介して設け、側面ゲー
ト電極となしたことを特徴とする特許請求の範囲請求項
1記載の半導体装置。
2. A wiring body for applying the same voltage to the first and second gate electrodes is provided on both side surfaces of the second semiconductor substrate in a channel width direction via the second insulating film, and a side gate is provided. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is an electrode.
【請求項3】前記一導電型及び反対導電型のSOI基板
の周囲に覆設された前記第1及び第2のゲート絶縁膜を
介して前記第1及び第2のゲート電極が覆設されている
ことを特徴とする特許請求の範囲請求項1記載の半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first and second gate electrodes are covered via said first and second gate insulating films provided around said one conductivity type and opposite conductivity type SOI substrates. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記第1のゲート電極に自己整合して前記
第1、第2及び第3のメタルソースドレイン領域、前記
一導電型及び反対導電型のSOI基板、前記一導電型及
び反対導電型の不純物領域及び前記第2のゲート電極が
設けられていることを特徴とする特許請求の範囲請求項
1記載の半導体装置。
4. The first, second and third metal source / drain regions self-aligned with the first gate electrode, the one conductivity type and the opposite conductivity type SOI substrate, the one conductivity type and the opposite conductivity type. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second impurity region and said second gate electrode.
【請求項5】前記第2のメタルソースドレイン領域に電
源電圧を印加し、前記第3のメタルソースドレイン領域
に接地電圧を印加し、前記第1及び第2のゲート電極に
入力電圧を印加し、前記第1のメタルソースドレイン領
域から出力電圧を取り出したことを特徴とする特許請求
の範囲請求項1記載の半導体装置。
5. A power supply voltage is applied to the second metal source / drain region, a ground voltage is applied to the third metal source / drain region, and an input voltage is applied to the first and second gate electrodes. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an output voltage is taken out from said first metal source / drain region.
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