JP2002203969A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2002203969A
JP2002203969A JP2000400825A JP2000400825A JP2002203969A JP 2002203969 A JP2002203969 A JP 2002203969A JP 2000400825 A JP2000400825 A JP 2000400825A JP 2000400825 A JP2000400825 A JP 2000400825A JP 2002203969 A JP2002203969 A JP 2002203969A
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Japan
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gate electrode
region
semiconductor substrate
gate
misfet
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JP2000400825A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Sudo
裕之 須藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device where the freedom in the structure of a gate electrode or a channel part increases by making the gate electrode which specifies the channel region of a MISFIT into a new structure which enables in its turn the reduction of the surface area of the board occupied by single MISFIT, or the increase of the drain current of the MISFIT, and the control of a multivalent digital signal with a single MISFIT. SOLUTION: This semiconductor device possesses the gate electrode G of a MOSFET whose one part at least is buried in the semiconductor substrate 300, a gate insulating film 308 which covers the surface of the gate electrode within the semiconductor substrate, the channel regions 306 of the MOSFET which are made in contact with the gate insulating film within the semiconductor substrate and lie along both flanks of the gate electrode within the semiconductor substrate, and the source region S and the drain region D of the MOSFET which range from the channel region.

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】本発明は、半導体装置に係
り、特に埋め込みゲート電極構造を有するMIS 型電界効
果トランジスタ(MISFET)に関するもので、大規模集積回
路(LSI) に使用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MIS field-effect transistor (MISFET) having a buried gate electrode structure, which is used for a large-scale integrated circuit (LSI).

【0002】[0002]

【従来の技術】図23は、従来のLSI に形成されている
MOSFETの構造を示す。
2. Description of the Related Art FIG. 23 shows a conventional LSI.
1 shows the structure of a MOSFET.

【0003】このMOSFETは、ソース領域101 、チャネル
領域102 およびドレイン領域103 が半導体基板100 の表
面に隣接して配置され、チャネル領域102 の直上の半導
体表面にゲート絶縁膜104 を介してゲート電極105 が平
面的に接触している平面型の構造を有する。
In this MOSFET, a source region 101, a channel region 102, and a drain region 103 are arranged adjacent to the surface of a semiconductor substrate 100, and a gate electrode 105 is formed on a semiconductor surface immediately above the channel region 102 via a gate insulating film 104. Have a planar structure in which they are in planar contact.

【0004】このような平面型の構造では、素子を微細
化するためにはソース、ドレイン、チャネルの各領域の
面積をそれぞれ縮小させる必要がある。
In such a planar structure, it is necessary to reduce the area of each of the source, drain and channel regions in order to miniaturize the device.

【0005】しかし、MOSFETに要請されている微細化の
スピードは、現実の微細加工技術の進展の速度では追随
が困難になりつつある。現在の微細化技術では、特に微
細化の要請が厳しいチャネル部の長さ、もしくはその直
上に配置されたゲート電極の長さに対する微細化要求の
スケジュールに追随することが次第に困難になりつつあ
る。
[0005] However, the speed of miniaturization required for MOSFETs is becoming difficult to follow with the speed of progress of actual fine processing technology. With the current miniaturization technology, it is becoming increasingly difficult to follow the schedule of the miniaturization request for the length of the channel portion where the miniaturization is strictly required or the length of the gate electrode disposed immediately above.

【0006】また、素子の微細化に伴い、チャネルの幅
が狭められてきたことや電流の駆動力自体も低下しつつ
あることから、ドレイン電流の減少が顕在化してきた。
よって、現在のような平面型の構造のままでは、MOSFET
の微細化には限界がある。
[0006] Further, with the miniaturization of elements, the width of the channel has been narrowed, and the driving force of the current itself has been decreasing, so that the drain current has been reduced.
Therefore, with the current planar structure, MOSFET
There is a limit to the miniaturization of.

【0007】これらの問題に対する実際的な解決策の一
つとして、MOSFETの構造を変更することで、素子の面積
を縮小したり、チャネル幅を広げることが考えられる。
As one of practical solutions to these problems, it is conceivable to change the structure of the MOSFET to reduce the area of the device or increase the channel width.

【0008】一方、現在のデジタル回路に使われている
MOSFETは、ゲート電極に印加した電圧の大きさにより、
ドレイン電流が流れる状態、流れない状態の二つの動作
状態がある。現在のデジタル回路の信号は"0" または"
1" (ONまたはOFF )の二値だけであるので、MOSFETも
現在のように閾値電圧は一つで良かった。
On the other hand, currently used digital circuits
MOSFETs are driven by the magnitude of the voltage applied to the gate electrode.
There are two operating states: a state where the drain current flows and a state where the drain current does not flow. The current digital circuit signal is "0" or "
Since there are only two values of 1 "(ON or OFF), the MOSFET has only one threshold voltage as it is now.

【0009】しかし、今後、三値以上の信号(多値信
号)を取り扱う多値のデジタル回路が採用されると考え
られる。LSI の集積度を増すためには、現在のMOSFETで
構成した回路により多値信号を扱うのではなく、単一の
素子自体が多値信号を制御するすることが望ましく、そ
のためには二つ以上の動作状態を持つMOSFETが必要であ
る。
However, it is considered that a multi-valued digital circuit that handles signals of three or more values (multi-valued signal) will be adopted in the future. In order to increase the degree of integration of LSI, it is desirable that a single device itself controls multi-level signals instead of handling multi-level signals by a circuit composed of current MOSFETs. A MOSFET having the above operation state is required.

【0010】以上列記した現在のMOSFETの限界を克服す
るためには、MOSFETの構造、特に素子内の電流を制御す
るチャネル部(またはゲート電極)の構造を変更する必
要がある。
In order to overcome the limitations of the current MOSFETs listed above, it is necessary to change the structure of the MOSFET, especially the structure of the channel (or gate electrode) for controlling the current in the device.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
MOSFETの構造は、微細化要求のスケジュールに追随する
ことが次第に困難になりつつあり、また多値のデジタル
回路への適用が困難であるという問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, the conventional
The structure of the MOSFET is becoming increasingly difficult to keep up with the schedule of miniaturization requirements, and there is a problem that it is difficult to apply it to multivalued digital circuits.

【0012】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、MISFETのチャネル領域を規定するゲート電極
を新規な構造とすることで、ゲート電極またはチャネル
部の構造の自由度が飛躍的に増大し、ひいては単一のMI
SFETが占有する基板表面面積の縮小、あるいはMISFETの
ドレイン電流の増加や、単一のMISFETでの多値のデジタ
ル信号の制御が可能になる半導体装置を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the degree of freedom of the structure of the gate electrode or the channel portion is greatly increased by adopting a novel structure for the gate electrode defining the channel region of the MISFET. And a single MI
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of reducing the substrate surface area occupied by the SFET, increasing the drain current of the MISFET, and controlling a multi-level digital signal with a single MISFET.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置は、半導体基板と、前記半導体基板中に少なくとも一
部が埋め込まれたMISFETのゲート電極と、前記半導体基
板中のゲート電極表面を覆うゲート絶縁膜と、前記半導
体基板中で前記ゲート絶縁膜に接して形成されるMISFET
のチャネル領域と、前記半導体基板に形成され、前記チ
ャネル領域に連なるMISFETのソース領域およびドレイン
領域とを具備してなり、前記チャネル領域はMISFETのチ
ャネル幅方向に関し、前記ゲート電極の外周面に沿って
ゲート絶縁膜の膜厚方向にも広がるように形成されてい
ることを特徴とする。
A first semiconductor device according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a gate electrode of a MISFET at least partially embedded in the semiconductor substrate, and a surface of the gate electrode in the semiconductor substrate. A gate insulating film to cover and a MISFET formed in contact with the gate insulating film in the semiconductor substrate
And a source region and a drain region of the MISFET formed on the semiconductor substrate and connected to the channel region, wherein the channel region extends along the outer peripheral surface of the gate electrode in a channel width direction of the MISFET. Thus, the gate insulating film is formed so as to spread also in the thickness direction of the gate insulating film.

【0014】本発明の第2の半導体装置は、半導体基板
に設けられた第1の溝の内面に形成された第1の絶縁膜
と、前記第1の溝の内部に埋め込まれた第1の半導体層
と、前記第1の半導体層に設けられた第2の溝の内側面
に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の溝の内部に埋
め込まれた第2の半導体層と、前記第1の溝の底部の前
記第1の半導体層に連なるように形成されたMISFETのソ
ース領域と、前記第2の溝の内部で前記ソース領域上に
縦方向に順次形成されたMISFETのチャネル領域およびド
レイン領域と、前記ドレイン領域を貫通し、少なくとも
前記ソース領域に近接する深さ以上に設けられた第3の
溝の内面に形成されたMISFETのゲート絶縁膜と、前記ゲ
ート絶縁膜を介して前記第3の溝の内部に略垂直状態に
埋め込まれたMISFETのゲート電極とを具備し、前記半導
体基板、第1の絶縁膜および第1の半導体層によりトレ
ンチ型のキャパシタが形成されてなることを特徴とす
る。
According to a second semiconductor device of the present invention, a first insulating film formed on an inner surface of a first groove provided in a semiconductor substrate, and a first insulating film embedded in the first groove are formed. A semiconductor layer, a second insulating film formed on an inner surface of a second groove provided in the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer embedded in the second groove. A source region of the MISFET formed so as to be continuous with the first semiconductor layer at the bottom of the first groove, and a channel of the MISFET sequentially formed vertically on the source region inside the second groove; A region and a drain region, a gate insulating film of a MISFET formed on an inner surface of a third groove penetrating the drain region and provided at least at a depth close to the source region, and via the gate insulating film. Of the MISFET embedded substantially vertically inside the third groove. Comprising an electrode, wherein the semiconductor substrate, wherein the trench capacitor is formed by the first insulating film and first semiconductor layer.

【0015】本発明の第3の半導体装置は、半導体基板
と、前記半導体基板中に形成されたMISFETのソース領域
およびドレイン領域と、前記半導体基板中に少なくとも
一部が埋め込まれ、一端が前記ソース領域に近接して形
成されたMISFETの第1のゲート電極と、前記半導体基板
中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端が前記ドレイン
領域に近接して形成されたMISFETの第2のゲート電極
と、前記半導体基板中の各ゲート電極の表面をそれぞれ
覆うように形成されたゲート絶縁膜とを具備し、前記第
1のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成され
る第1のチャネル領域が前記ソース領域に連なり、前記
第2のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成さ
れる第2のチャネル領域が前記ドレイン領域に連なり、
前記第1のチャネル領域および第2のチャネル領域が前
記ソース領域・ドレイン領域間で直列状に連なることを
特徴とする。
According to a third semiconductor device of the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a source region and a drain region of a MISFET formed in the semiconductor substrate, at least a part of which is buried in the semiconductor substrate, and one end of which is connected to the source substrate. A first gate electrode of the MISFET formed close to the region, a second gate electrode of the MISFET at least partially embedded in the semiconductor substrate and having one end formed close to the drain region; A gate insulating film formed so as to cover the surface of each gate electrode in the semiconductor substrate, wherein a first channel region formed when a gate voltage is applied to the first gate electrode is A second channel region connected to the source region and formed when a gate voltage is applied to the second gate electrode, connected to the drain region;
The first channel region and the second channel region are connected in series between the source region and the drain region.

【0016】本発明の第4の半導体装置は、半導体基板
と、前記半導体基板中に形成されたMISFETのソース領域
およびドレイン領域と、前記半導体基板中に少なくとも
一部が埋め込まれ、一端が前記ソース領域に接近接して
形成されたMISFETの第1のゲート電極と、前記半導体基
板中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端が前記ドレイ
ン領域に近接して形成されたMISFETの第2のゲート電極
と、前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれ、
一端が前記第1のゲート電極に近接し、他端が前記第2
のゲート電極に近接して形成されたMISFETの第3のゲー
ト電極と、前記半導体基板中の各ゲート電極の表面をそ
れぞれ覆うように形成されたゲート絶縁膜とを具備し、
前記第1のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形
成される第1のチャネル領域が前記ソース領域に連な
り、前記第2のゲート電極にゲート電圧が印加された時
に形成される第2のチャネル領域が前記ドレイン領域に
連なり、前記第3のゲート電極にゲート電圧が印加され
た時に形成される第3のチャネル領域が前記第1のチャ
ネル領域および第2のチャネル領域に連なり、前記第1
のチャネル領域、第3のチャネル領域および第2のチャ
ネル領域が前記ソース領域・ドレイン領域間で直列状に
連なることを特徴とする。
In a fourth semiconductor device according to the present invention, a semiconductor substrate, a source region and a drain region of a MISFET formed in the semiconductor substrate, at least a part of which is buried in the semiconductor substrate, and one end of which is connected to the source substrate. A first gate electrode of the MISFET formed in close proximity to the region, a second gate electrode of the MISFET at least partially embedded in the semiconductor substrate and having one end formed near the drain region; At least a portion is embedded in the semiconductor substrate,
One end is close to the first gate electrode and the other end is the second gate electrode.
A third gate electrode of the MISFET formed in close proximity to the gate electrode of the MISFET, and a gate insulating film formed to respectively cover the surface of each gate electrode in the semiconductor substrate,
A first channel region formed when a gate voltage is applied to the first gate electrode is continuous with the source region, and a second channel formed when a gate voltage is applied to the second gate electrode A region connected to the drain region; a third channel region formed when a gate voltage is applied to the third gate electrode connected to the first channel region and the second channel region;
The third channel region, the third channel region and the second channel region are connected in series between the source region and the drain region.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0018】<第1の実施形態>図1(a)乃至図4
(c)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に
おける基板中にゲート電極を埋め込んだMOSFETの製造工
程を説明するために断面構造を示している。
<First Embodiment> FIGS. 1A to 4
(C) shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, for explaining a manufacturing process of a MOSFET in which a gate electrode is embedded in a substrate.

【0019】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板200 の表面を酸化して酸化膜201を形成し、フォトリ
ソグラフィによるレジストパターンと反応性イオンエッ
チング(Reactive Ion Etcing;RIE )を用いて、基板表
面に埋め込みゲート電極用の溝202 を掘る。
First, as shown in FIG. 1A, the surface of a semiconductor substrate 200 is oxidized to form an oxide film 201, and a resist pattern by photolithography and reactive ion etching (RIE) are used. Then, a trench 202 for a buried gate electrode is dug in the substrate surface.

【0020】次に、図1(b)に示すように、溝202 の
内壁を酸化してゲート絶縁膜用の酸化膜203 を形成し、
さらに全面にポリシリコン層204 を堆積した後、化学的
機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP )を用
いて、ポリシリコン層204 の一部と溝202 内壁以外の基
板表面の酸化膜201 を除去して基板表面の一部を露呈さ
せる。
Next, as shown in FIG. 1B, the inner wall of the groove 202 is oxidized to form an oxide film 203 for a gate insulating film.
Further, after a polysilicon layer 204 is deposited on the entire surface, a part of the polysilicon layer 204 and the oxide film 201 on the substrate surface other than the inner wall of the groove 202 are removed by chemical mechanical polishing (CMP). Exposing a part of the substrate surface.

【0021】次に、図1(c)に示すように、全面にゲ
ート絶縁膜用の酸化膜206 を形成した後、レジストパタ
ーンとRIE を用いて、上記酸化膜206 のうちで一部(MO
SFETのゲート絶縁膜になる部分)以外を除去して基板表
面の一部205 を露呈させる。
Next, as shown in FIG. 1C, after an oxide film 206 for a gate insulating film is formed on the entire surface, a portion (MO) of the oxide film 206 is formed using a resist pattern and RIE.
Except for the portion that becomes the gate insulating film of the SFET), a portion 205 of the substrate surface is exposed.

【0022】次に、図1(d)に示すように、基板表面
の露呈部205 から単結晶シリコン層207 を成長させる。
この際、前記ゲート絶縁膜206 になる部分の表面があま
り広くなければ、その上を覆うように全面に単結晶シリ
コン層207 が成長する。もし、ゲート絶縁膜206 になる
部分の表面が広くてその上を単結晶シリコン層207 が覆
い尽くせない場合には、多結晶シリコンやアモルファス
・シリコンを堆積して加熱する。
Next, as shown in FIG. 1D, a single-crystal silicon layer 207 is grown from the exposed portion 205 on the substrate surface.
At this time, if the surface of the portion to be the gate insulating film 206 is not too large, a single-crystal silicon layer 207 is grown on the entire surface so as to cover it. If the surface of the portion to be the gate insulating film 206 is too wide to cover the single crystal silicon layer 207, polycrystalline silicon or amorphous silicon is deposited and heated.

【0023】次に、図1(e)に示すように、レジスト
パターン230 とRIE を用いて、前記ポリシリコン層204
に達する穴208 を前記単結晶シリコン層207 および酸化
膜206 に開ける。
Next, as shown in FIG. 1E, the polysilicon layer 204 is formed by using a resist pattern 230 and RIE.
Is formed in the single-crystal silicon layer 207 and the oxide film 206.

【0024】次に、前記レジストパターン230 を剥離し
た後、図2(a)に示すように、前記穴208 の内面を含
む全面にゲート絶縁膜用の酸化膜209 を形成した後、CM
P を用いて、単結晶シリコン層207 表面の酸化膜を除去
する。
Next, after the resist pattern 230 is stripped, an oxide film 209 for a gate insulating film is formed on the entire surface including the inner surface of the hole 208 as shown in FIG.
The oxide film on the surface of the single crystal silicon layer 207 is removed using P 2.

【0025】次に、図2(b)に示すように、全面にポ
リシリコン層210 を堆積する。
Next, as shown in FIG. 2B, a polysilicon layer 210 is deposited on the entire surface.

【0026】次に、図2(c)に示すように、レジスト
パターン231 とRIE を用いて、前記穴208 の内側面の酸
化膜209 を損傷しないように、前記ポリシリコン層204
に達するまでの穴211 を開ける。
Next, as shown in FIG. 2C, the polysilicon layer 204 is formed by using a resist pattern 231 and RIE so as not to damage the oxide film 209 on the inner surface of the hole 208.
Drill holes 211 to reach.

【0027】次に、前記レジストパターン231 を剥離し
た後、図2(d)に示すように、ウェットエッチングに
より、前記穴211 の底面周辺の余分な酸化膜209 を後退
させる。この後退部分には溝212 が形成される。
Next, after the resist pattern 231 is peeled off, as shown in FIG. 2D, the excess oxide film 209 around the bottom surface of the hole 211 is receded by wet etching. A groove 212 is formed in this recessed portion.

【0028】次に、図3(a)に示すように、全面に単
結晶シリコン層213 を成長させる。次に、図3(b)に
示すように、CMP を用いて、前記単結晶シリコン層207
表面を露呈させるように平坦化を行う、次に、図3
(c)に示すように、全面を酸化してゲート絶縁膜用の
酸化膜215を形成した後、前記平坦化した基板表面の一
部を露呈させ、その露呈部(図示せず)から単結晶シリ
コン層216 を全面に成長させる。
Next, as shown in FIG. 3A, a single crystal silicon layer 213 is grown on the entire surface. Next, as shown in FIG. 3B, the single crystal silicon layer 207 is formed using CMP.
Planarization is performed to expose the surface, and then FIG.
As shown in (c), after the entire surface is oxidized to form an oxide film 215 for a gate insulating film, a part of the flattened substrate surface is exposed, and a single crystal is formed from the exposed portion (not shown). A silicon layer 216 is grown over the entire surface.

【0029】次に、図3(d)に示すように、レジスト
パターン232 とRIE を用いて、前記単結晶シリコン層21
6 のうちでソース形成領域217 とドレイン形成領域218
を残して、他の領域およびその下部の酸化膜215 を除去
する。
Next, as shown in FIG. 3D, using the resist pattern 232 and RIE, the single crystal silicon layer 21 is formed.
Out of 6, the source forming region 217 and the drain forming region 218
, The other region and the oxide film 215 thereunder are removed.

【0030】次に、前記レジストパターン232 を剥離し
た後、図4(a)に示すように、単結晶シリコン層219
を全面に成長させる。
Next, after the resist pattern 232 is peeled off, as shown in FIG.
Is grown over the entire surface.

【0031】次に、図4(b)に示すように、単結晶シ
リコン層219 の表面の一部にゲート引き出し電極用の穴
220 を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a hole for a gate extraction electrode is formed in a part of the surface of the single crystal silicon layer 219.
Form 220.

【0032】次に、図4(c)に示すように、全面を酸
化して表面酸化膜221 を形成した後、単結晶シリコン層
219 中に素子分離領域(図示せず)を形成し、さらに、
ソース領域(S)222 、ドレイン領域(D)223 をそれ
ぞれ不純物イオン注入により形成し、これらのソース領
域222 、ドレイン領域223 および前記ゲート絶縁膜用の
酸化膜203 、206 、209 、215 により覆われたゲート電
極Gにそれぞれコンタクトするようにソース配線(図示
せず)、ドレイン配線(図示せず)、ゲート配線(図示
せず)を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, after the entire surface is oxidized to form a surface oxide film 221, a single crystal silicon layer is formed.
219, an element isolation region (not shown) is formed,
A source region (S) 222 and a drain region (D) 223 are formed by impurity ion implantation, respectively, and are covered with the source region 222, the drain region 223 and the oxide films 203, 206, 209 and 215 for the gate insulating film. A source wiring (not shown), a drain wiring (not shown), and a gate wiring (not shown) are formed so as to be in contact with the gate electrodes G respectively.

【0033】上記構造のMOSFETによれば、半導体基板中
にゲート電極Gを埋め込んでいるので、従来例の平面型
の構造のMOSFETと比べて、ゲート電極Gの構造の自由度
を広げることが可能であるので、ソース領域S・ドレイ
ン領域D・ゲート電極Gをあたかも独立した素子のよう
に自由な位置に配置することができるようになる。
According to the MOSFET having the above structure, the gate electrode G is buried in the semiconductor substrate, so that the degree of freedom of the structure of the gate electrode G can be increased as compared with the conventional planar type MOSFET. Therefore, the source region S, the drain region D, and the gate electrode G can be arranged at free positions as if they were independent elements.

【0034】また、チャネル領域は、基板中のゲート電
極Gの上面、側面および下面に沿ってゲート絶縁膜に接
して形成され、そのチャネル幅方向の長さはポリシリコ
ン層204 、210 の外周面に沿って酸化膜206 の膜厚方向
(基板の深さ方向)や酸化膜209 の膜厚方向(基板の面
内方向)にも拡張されている。このとき、ドレイン電流
Idは、例えば図中に矢印で示す経路のようにソース領域
S・ドレイン領域D間の最短距離部分を主として流れ
る。
The channel region is formed along the upper surface, the side surface and the lower surface of the gate electrode G in the substrate and in contact with the gate insulating film. The length in the channel width direction is the outer peripheral surface of the polysilicon layers 204 and 210. Along the thickness direction of the oxide film 206 (the depth direction of the substrate) and the thickness direction of the oxide film 209 (the in-plane direction of the substrate). At this time, the drain current
Id flows mainly in the shortest distance between the source region S and the drain region D, for example, as indicated by the path indicated by the arrow in the drawing.

【0035】<第2の実施形態>図5(a)乃至図7
(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置に
おける基板中にゲート電極のゲート幅(チャネル幅)が
基板表面に対して垂直に向くように埋め込んだMOSFETの
製造工程を説明するために断面構造または平面パターン
を示している。
<Second Embodiment> FIGS. 5A to 7
(C) illustrates a process for manufacturing a MOSFET in which a gate width (channel width) of a gate electrode is buried in a substrate of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention so as to be perpendicular to a substrate surface. Therefore, a sectional structure or a planar pattern is shown.

【0036】まず、図5(a)に示すように、半導体基
板300 に深い素子分離領域(例えばSTI )301 を形成し
た後、基板表面を薄く酸化して犠牲酸化膜302 を形成す
る。
First, as shown in FIG. 5A, after forming a deep element isolation region (for example, STI) 301 in a semiconductor substrate 300, the surface of the substrate is thinly oxidized to form a sacrificial oxide film 302.

【0037】次に、図5(b)に示す断面および図5
(c)に示す上面のように、ウェル領域303 、ソース領
域304 、ドレイン領域305 、チャネル領域306 をそれぞ
れ不純物イオン注入により形成する。この場合、ウェル
領域303 内の両端側にソース領域304 およびドレイン領
域305 が位置し、ソース領域304 ・ドレイン領域305間
にチャネル領域306 が位置する。
Next, the cross section shown in FIG.
As shown in the upper surface of FIG. 3C, a well region 303, a source region 304, a drain region 305, and a channel region 306 are formed by impurity ion implantation. In this case, a source region 304 and a drain region 305 are located on both ends in the well region 303, and a channel region 306 is located between the source region 304 and the drain region 305.

【0038】次に、図6(a)に示すように、レジスト
パターン320 とRIE を用いて、ソース領域304 、ドレイ
ン領域305 、チャネル領域306 の一部にゲート電極埋め
込み用の穴307 を掘る。
Next, as shown in FIG. 6A, a hole 307 for embedding a gate electrode is dug in a part of the source region 304, the drain region 305, and the channel region 306 by using a resist pattern 320 and RIE.

【0039】次に、前記レジストパターン320 を剥離し
た後、図6(b)に示す断面および図6(c)に示す上
面のように、前記穴307 の内壁を酸化してゲート絶縁膜
用の酸化膜308 を形成する。
Next, after removing the resist pattern 320, the inner wall of the hole 307 is oxidized to oxidize the inner wall of the hole 307 as shown in the cross section shown in FIG. 6B and the upper surface shown in FIG. 6C. An oxide film 308 is formed.

【0040】次に、図7(a)に示すように、前記穴30
7 の内部を含む全面にポリシリコン層309 を堆積する。
Next, as shown in FIG.
A polysilicon layer 309 is deposited on the entire surface including the inside of FIG.

【0041】次に、図7(b)に示すように、CMP を用
いて、前記ソース領域304 、ドレイン領域305 の上面が
露呈するように、前記ポリシリコン層309 の一部および
前記酸化膜308 および犠牲酸化膜302 の一部を除去す
る。
Next, as shown in FIG. 7B, a part of the polysilicon layer 309 and the oxide film 308 are exposed by CMP so that the upper surfaces of the source region 304 and the drain region 305 are exposed. And a part of the sacrificial oxide film 302 is removed.

【0042】次に、図7(c)に示すように、前記ポリ
シリコン層309 をゲート電極Gとするために不純物イオ
ンを導入した後、ソース領域(S)304 、ドレイン領域
(D)305 およびゲート電極Gにそれぞれコンタクトす
るようにソース配線(図示せず)、ドレイン配線(図示
せず)、ゲート配線(図示せず)を形成する。そして、
全面に保護膜310 を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, after introducing impurity ions to make the polysilicon layer 309 a gate electrode G, the source region (S) 304, the drain region (D) 305 and A source wiring (not shown), a drain wiring (not shown), and a gate wiring (not shown) are formed so as to be in contact with the gate electrode G, respectively. And
A protective film 310 is formed on the entire surface.

【0043】上記構造のMOSFETによれば、ゲート電極埋
め込み用の深い穴307 の中にゲート電極Gを埋め込んだ
構造を有し、チャネル幅は穴307 の深さに対応する。つ
まり、従来例の平面型の構造のMOSFETは、チャネル幅を
広げようとすると、その分だけ基板表面のパターン面積
(素子の面積)が広くなるのに対して、このMOSFETで
は、基板表面のパターン面積を増やすことなく、穴の深
さを変えることによってチャネル幅を広げることが可能
である。また、ゲート電極Gの両面(平坦面)側で酸化
膜308 の膜厚方向(基板の面内方向)にチャネル領域が
積層形成されてチャネル幅が拡大されるので、基板表面
のパターン面積を増やすことなく、実効的に二倍のチャ
ネル幅を持つことができる。
According to the MOSFET having the above structure, the gate electrode G is buried in the deep hole 307 for burying the gate electrode, and the channel width corresponds to the depth of the hole 307. In other words, in the conventional MOSFET having a planar structure, when the channel width is increased, the pattern area (element area) on the substrate surface is correspondingly increased. The channel width can be increased by changing the depth of the hole without increasing the area. In addition, since the channel region is formed on both sides (flat surface) of the gate electrode G in the thickness direction of the oxide film 308 (in-plane direction of the substrate) and the channel width is increased, the pattern area on the substrate surface is increased. Without having to effectively double the channel width.

【0044】<第2の実施形態の変形例>図8は、第2
の実施形態の変形例に係るMOSFETの構造の平面パターン
の要部を示している。
<Modification of Second Embodiment> FIG.
15 shows a main part of a plane pattern of a MOSFET structure according to a modification of the embodiment.

【0045】第2の実施形態では、ソース領域S・ドレ
イン領域D間に1つのゲート電極Gが形成されている場
合を示したが、図8に示すように、ゲート電極埋め込み
用の穴を複数個並列に平行に開けてそれぞれにゲート電
極Gを埋め込むことにより、複数個のゲート電極Gを並
列に形成してもよい。なお、図8中、311 は素子分離領
域であり、図7(c)中と同一部分には同一符号を付し
ている。
In the second embodiment, one gate electrode G is formed between the source region S and the drain region D. However, as shown in FIG. 8, a plurality of holes for embedding the gate electrode are formed. A plurality of gate electrodes G may be formed in parallel by opening them in parallel and embedding the gate electrodes G in each. In FIG. 8, reference numeral 311 denotes an element isolation region, and the same portions as those in FIG. 7C are denoted by the same reference numerals.

【0046】上記構造のMOSFETによれば、第2の実施形
態のMOSFETと基本的に同様な効果が得られるほか、さら
に、複数個のゲート電極Gに同じゲート電圧を印加する
ことで実効的なチャネルの幅を拡大でき、電流の経路を
増やすことが可能である。
According to the MOSFET having the above structure, basically the same effects as those of the MOSFET of the second embodiment can be obtained, and furthermore, by applying the same gate voltage to the plurality of gate electrodes G, the effective effect can be obtained. The width of the channel can be increased, and the number of current paths can be increased.

【0047】この場合、複数個のゲート電極Gにそれぞ
れ独立にゲート電圧を印加すると、一つのMOSFETに、従
来の複数のMOSFETを並列に並べた回路と同等の機能を持
たせることが可能になる。また、単一のMOSFETでありな
がら、オン状態になったゲートの数に比例して階段状に
ドレイン電流を制御することができる。したがって、多
値のデジタル信号に応じて電流量を制御することが可能
になる。
In this case, when a gate voltage is independently applied to the plurality of gate electrodes G, one MOSFET can have the same function as a conventional circuit in which a plurality of MOSFETs are arranged in parallel. . Further, the drain current can be controlled in a stepwise manner in proportion to the number of gates turned on, even though the MOSFET is a single MOSFET. Therefore, the amount of current can be controlled according to the multi-valued digital signal.

【0048】さらに、複数個のゲート電極Gのうちの配
列の一端側あるいは両端側のゲート電極と、MOSFETの周
囲の素子分離領域311 との間隔を狭める(ゲート電極G
と素子分離領域311 とを接近させる)ことによって、Si
licon on Insulator(SOI) と同様に空乏化素子実現の効
果も期待できる。
Further, the distance between the gate electrode at one end or both ends of the array of the plurality of gate electrodes G and the element isolation region 311 around the MOSFET is reduced (the gate electrode G
And the element isolation region 311 are brought close to each other),
As with the licon on insulator (SOI), the effect of realizing the depletion element can be expected.

【0049】<第3の実施形態>図9(a)乃至図11
は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置における
基板中にゲート電極が基板表面に対して平行に向くよう
に埋め込んだMOSFETの製造工程を説明するために断面構
造を示している。
<Third Embodiment> FIGS. 9A to 11
9 shows a cross-sectional structure for explaining a manufacturing process of a MOSFET in which a gate electrode is buried in a substrate in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention so as to be parallel to a substrate surface.

【0050】まず、図9(a)に示すように、半導体基
板400 の表面を酸化してゲート絶縁膜用の酸化膜401 を
形成した後、半導体基板400 内のウェル領域402 部分お
よびその内部のチャネル領域403 部分に不純物イオンを
注入する。
First, as shown in FIG. 9A, after the surface of the semiconductor substrate 400 is oxidized to form an oxide film 401 for a gate insulating film, the well region 402 in the semiconductor substrate 400 and the inside thereof are removed. Impurity ions are implanted into the channel region 403.

【0051】次に、図9(b)に示すように、全面にポ
リシリコン層404 を堆積する。
Next, as shown in FIG. 9B, a polysilicon layer 404 is deposited on the entire surface.

【0052】次に、図9(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィによるレジストパターン420 とRIE を用い
て、前記ポリシリコン層404 および酸化膜401 をパター
ン加工してゲート電極Gの形状にする。
Next, as shown in FIG. 9C, the polysilicon layer 404 and the oxide film 401 are patterned into the shape of the gate electrode G by using a resist pattern 420 and RIE by photolithography.

【0053】次に、前記レジストパターン420 を剥離し
た後、図9(d)に示すように、全面を酸化してゲート
絶縁膜用の酸化膜405 を形成した後、レジストパターン
とRIE を用いて、ゲート電極表面以外の酸化膜を除去す
る。
Next, after the resist pattern 420 is peeled off, as shown in FIG. 9D, the entire surface is oxidized to form an oxide film 405 for a gate insulating film, and then the resist pattern and RIE are used. Then, the oxide film other than the surface of the gate electrode is removed.

【0054】次に、図9(e)に示すように、単結晶シ
リコン層406 を成長させる。この際、前記ゲート電極G
表面の酸化膜405 の表面があまり広くなければ、その上
を覆うように全面に単結晶シリコン層406 が成長する。
もし、ゲート電極G表面の酸化膜405 の表面が広くてそ
の上を単結晶シリコン層406 が覆い尽くせない場合に
は、多結晶シリコンやアモルファス・シリコンを堆積し
て加熱する。この後、CMP を用いて、単結晶シリコン層
406 を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 9E, a single crystal silicon layer 406 is grown. At this time, the gate electrode G
If the surface of the oxide film 405 on the surface is not very wide, a single-crystal silicon layer 406 is grown over the entire surface so as to cover the surface.
If the surface of the oxide film 405 on the surface of the gate electrode G is too wide to cover the single crystal silicon layer 406, polycrystalline silicon or amorphous silicon is deposited and heated. After this, the single-crystal silicon layer is
406 is flattened.

【0055】次に、図10(a)に示すように、前記単
結晶シリコン層406 の表面を酸化して酸化膜407 を形成
した後、ウェル領域408 部分およびその内部のチャネル
領域409 部分に不純物イオンを注入する。
Next, as shown in FIG. 10A, after the surface of the single crystal silicon layer 406 is oxidized to form an oxide film 407, impurities are added to the well region 408 and the channel region 409 therein. Implant ions.

【0056】次に、図10(b)に示すように、レジス
トパターン421 とRIE を用いて、ゲート電極Gの上部以
外の酸化膜407 および単結晶シリコン層406 を除去す
る。
Next, as shown in FIG. 10B, the oxide film 407 and the single crystal silicon layer 406 other than those above the gate electrode G are removed by using the resist pattern 421 and RIE.

【0057】次に、前記レジストパターン421 を剥離し
た後、図10(c)に示すように、単結晶シリコン層41
0 を成長させる。
Next, after the resist pattern 421 is removed, as shown in FIG.
Grow 0

【0058】次に、図11に示すように、単結晶シリコ
ン層410 中に素子分離領域(図示せず)を形成し、さら
に、ウェル領域411 、ソース領域(S)412 、ドレイン
領域(D)413 をそれぞれ不純物イオン注入により形成
し、これらのソース領域S、ドレイン領域Dおよび前記
ゲート電極Gにそれぞれコンタクトするようにソース配
線(図示せず)、ドレイン配線(図示せず)、ゲート配
線(図示せず)を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, an element isolation region (not shown) is formed in the single crystal silicon layer 410, and a well region 411, a source region (S) 412, and a drain region (D) are formed. 413 are respectively formed by impurity ion implantation, and a source wiring (not shown), a drain wiring (not shown), and a gate wiring (not shown) are formed so as to be in contact with the source region S, the drain region D and the gate electrode G, respectively. (Not shown).

【0059】上記構造のMOSFETによれば、ゲート電極G
上に半導体層406 を堆積し、その部分にもチャネル領域
409 を形成している。すなわち、ゲート電極Gの上下面
側で酸化膜401 、405 の膜厚方向(基板の深さ方向)に
チャネル領域が積層形成されてチャネル幅が拡大されて
いるので、基板表面のパターン面積を広げずに、チャネ
ル幅を実効的に倍増することが可能である。
According to the MOSFET having the above structure, the gate electrode G
A semiconductor layer 406 is deposited on the
409. That is, since the channel region is formed on the upper and lower surfaces of the gate electrode G in the thickness direction of the oxide films 401 and 405 (in the depth direction of the substrate) and the channel width is increased, the pattern area on the substrate surface is increased. Instead, the channel width can be effectively doubled.

【0060】<第3の実施形態の変形例>図12は、第
3の実施形態の変形例に係るMOSFETの断面構造の要部を
示している。
<Modification of Third Embodiment> FIG. 12 shows a main part of a sectional structure of a MOSFET according to a modification of the third embodiment.

【0061】第3の実施形態では、半導体基板400 中で
ソース領域S・ドレイン領域D間に1つのゲート電極G
が形成されている場合を示したが、図12に示すよう
に、ゲート電極Gを複数個並列に形成してもよい。な
お、図12中、図11中と同一部分には同一符号を付し
ている。
In the third embodiment, one gate electrode G is provided between a source region S and a drain region D in a semiconductor substrate 400.
Is shown, but a plurality of gate electrodes G may be formed in parallel as shown in FIG. 12, the same parts as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals.

【0062】上記構造のMOSFETによれば、第3の実施形
態のMOSFETと基本的に同様な効果が得られるほか、さら
に、複数個のゲート電極Gに同じゲート電圧を印加する
ことで実効的なチャネルの幅を拡大でき、電流の経路を
増やすことが可能である。
According to the MOSFET having the above-described structure, basically the same effects as those of the MOSFET of the third embodiment can be obtained, and furthermore, by applying the same gate voltage to a plurality of gate electrodes G, the effective effect can be obtained. The width of the channel can be increased, and the number of current paths can be increased.

【0063】この場合、複数個のゲート電極Gにそれぞ
れ独立にゲート電圧を印加すると、一つのMOSFETに、従
来の複数のMOSFETを並列に並べた回路と同等の機能を持
たせることが可能になる。また、単一のMOSFETでありな
がら、オン状態になったゲートの数に比例して階段状に
ドレイン電流を制御することができる。
In this case, when a gate voltage is independently applied to the plurality of gate electrodes G, one MOSFET can have the same function as a conventional circuit in which a plurality of MOSFETs are arranged in parallel. . Further, the drain current can be controlled in a stepwise manner in proportion to the number of gates turned on, even though the MOSFET is a single MOSFET.

【0064】また、ゲート電極Gの上面側が反転層を形
成する閾値と下面側が反転層を形成する閾値とを独立に
決定し、かつ、各ゲート電極Gが反転層を形成する閾値
を独立に決定することが可能であり、単一のMOSFETであ
りながら、ゲート電極Gに印加した電圧の大きさに応じ
てオン状態になるゲート数に対応してドレイン電流を階
段状に制御することが可能である。
Further, the upper surface of the gate electrode G determines the threshold value for forming the inversion layer and the lower surface side independently determines the threshold value for forming the inversion layer, and each gate electrode G independently determines the threshold value for forming the inversion layer. It is possible to control the drain current stepwise in accordance with the number of gates that are turned on in accordance with the magnitude of the voltage applied to the gate electrode G, even though it is a single MOSFET. is there.

【0065】<第4の実施形態>図13(a)乃至図1
7(c)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置
における基板中に縦方向にソース・チャネル・ドレイン
が並んだMOSFETの製造工程を説明するために断面構造ま
たは平面パターンを示している。
<Fourth Embodiment> FIGS. 13 (a) to 1
FIG. 7C shows a cross-sectional structure or a plane pattern for describing a manufacturing process of a MOSFET in which a source, a channel, and a drain are arranged in a substrate in a vertical direction in a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. I have.

【0066】まず、図13(a)に示すように、半導体
基板500 の表面を酸化して酸化膜501 を形成した後、フ
ォトリソグラフィによるレジストパターン530 とRIE を
用いて、深い第1の穴502 を掘る。
First, as shown in FIG. 13A, after the surface of the semiconductor substrate 500 is oxidized to form an oxide film 501, a resist pattern 530 by photolithography and a deep first hole 502 using RIE. Dig.

【0067】次に、図13(b)に示すように、穴502
の内壁を酸化して酸化膜503 を形成した後、レジストパ
ターンとRIE を用いて、前記酸化膜503 のうちで穴502
の内壁および穴502 の周縁部を残して他の部分を除去す
る。
Next, as shown in FIG.
After oxidizing the inner wall of the oxide film 503 to form an oxide film 503, a hole 502 in the oxide film 503 is formed using a resist pattern and RIE.
Other portions are removed except for the inner wall of the hole and the periphery of the hole 502.

【0068】次に、図13(c)に示すように、全面に
単結晶シリコン層504 を成長させる。この際、前記穴50
2 の内壁の酸化膜503 の表面があまり広くなければ、そ
の上を覆うように全面に単結晶シリコン層504 が成長す
る。もし、穴502 の内壁の酸化膜503 の表面が広くてそ
の上を単結晶シリコン層504 が覆い尽くせない場合に
は、多結晶シリコンやアモルファス・シリコンを堆積し
て加熱する。
Next, as shown in FIG. 13C, a single-crystal silicon layer 504 is grown on the entire surface. At this time, the hole 50
If the surface of the oxide film 503 on the inner wall of No. 2 is not very wide, a single-crystal silicon layer 504 is grown on the entire surface so as to cover the surface. If the surface of the oxide film 503 on the inner wall of the hole 502 is too large to cover the single crystal silicon layer 504, polycrystalline silicon or amorphous silicon is deposited and heated.

【0069】次に、図14(a)に示すように、CMP を
用いて、基板表面が露呈するように平坦化する。
Next, as shown in FIG. 14A, the substrate is flattened using CMP so that the substrate surface is exposed.

【0070】次に、図14(b)に示すように、レジス
トパターン531 とRIE を用いて、単結晶シリコン層504
内に穴505 を開ける。
Next, as shown in FIG. 14B, a single-crystal silicon layer 504 is formed by using a resist pattern 531 and RIE.
Drill a hole 505 inside.

【0071】次に、前記レジストパターン531 を剥離し
た後、図14(c)に示すように、全面に流動性の高い
絶縁物質(例えばTEOS)506 を堆積して穴505 内を埋め
る。
Next, after the resist pattern 531 is peeled off, as shown in FIG. 14C, a highly fluid insulating material (for example, TEOS) 506 is deposited on the entire surface to fill the hole 505.

【0072】次に、図15(a)に示すように、レジス
トパターン532 とRIE を用いて、前記単結晶シリコン層
504 に達するように前記絶縁物質506 に浅い第2の穴50
7 を開ける。
Next, as shown in FIG. 15A, a resist pattern 532 and RIE are used to form the single-crystal silicon layer.
A second hole 50 shallow in said insulating material 506 so as to reach 504;
Open 7.

【0073】次に、前記レジストパターン532 を剥離し
た後、図15(b)に示すように、全面に単結晶シリコ
ン層508 を成長させる。
Next, after the resist pattern 532 is stripped, a single-crystal silicon layer 508 is grown on the entire surface as shown in FIG.

【0074】次に、図15(c)に示すように、CMP を
用いて、前記絶縁物質506 の表面が露呈するように平坦
化する。
Next, as shown in FIG. 15C, the surface of the insulating material 506 is flattened using CMP so as to be exposed.

【0075】次に、図16(a)に示すように、単結晶
シリコン層508 内にウェル領域509を形成し、その中に
ソース領域(S)510 、チャネル領域512 、ドレイン領
域(D)511 を縦方向に順次形成するようにそれぞれ不
純物イオンを注入する。
Next, as shown in FIG. 16A, a well region 509 is formed in the single crystal silicon layer 508, and a source region (S) 510, a channel region 512, and a drain region (D) 511 are formed therein. Are sequentially implanted in the vertical direction.

【0076】次に、図16(b)に示すように、レジス
トパターン533 とRIE を用いて、前記ドレイン領域Dを
貫通して少なくともソース領域Sの近傍にに達するゲー
ト電極埋め込み用の穴513 を開ける。このゲート電極埋
め込み用の穴513 は、チャネル領域512 を貫通して酸化
膜503 に至るまで形成することもできる。
Next, as shown in FIG. 16B, using the resist pattern 533 and RIE, a hole 513 for embedding a gate electrode that penetrates through the drain region D and reaches at least the vicinity of the source region S is formed. Open. The hole 513 for embedding the gate electrode can be formed through the channel region 512 to the oxide film 503.

【0077】次に、前記レジストパターン533 を剥離し
た後、図17(a)に示すように、ゲート電極用の穴51
3 の内壁を酸化して酸化膜514 を形成する。
Next, after removing the resist pattern 533, as shown in FIG. 17A, a hole 51 for a gate electrode is formed.
3 is oxidized to form an oxide film 514.

【0078】次に、図17(b)に示す断面のように全
面に多結晶シリコン層515 を堆積した後、図17(c)
に平面パターンを示すようにCMP を用いて穴513 の内部
の多結晶シリコン層515 をゲート電極Gとして残すよう
に平坦化する。
Next, after a polycrystalline silicon layer 515 is deposited over the entire surface as shown in the cross section shown in FIG.
Then, the surface is planarized using CMP so as to leave the polycrystalline silicon layer 515 inside the hole 513 as a gate electrode G as shown in a plane pattern in FIG.

【0079】さらに、ドレイン領域Dおよびゲート電極
Gにそれぞれコンタクトするようにドレイン配線(図示
せず)、ゲート配線(図示せず)を形成する。
Further, a drain wiring (not shown) and a gate wiring (not shown) are formed so as to be in contact with the drain region D and the gate electrode G, respectively.

【0080】このようにして得られるMOSFETの構造は、
図17(c)に上面を示すように、前記浅い第2の穴50
7 (例えば円形)の内部において、ウェル領域509 のゲ
ート電極用の穴513 (例えば円形)に、内壁の酸化膜
(ゲート絶縁膜)514 を介してゲート電極Gが埋め込ま
れている。さらに、穴513 の底面の下方にソース領域S
が存在し、穴513 の開口部にドレイン領域Dが存在し、
このドレイン領域Dと前記ソース領域Sとの間で穴513
の内面に沿ってチャネル領域512 が存在しており、その
チャネル幅は基板と平行な面内で酸化膜514 の膜厚方向
と同様360°に亘っている。この場合、MOSFETのソー
ス領域S、チャネル領域512 、ドレイン領域Dは縦方向
に配置されているので、素子の面積が小さくなる。
The structure of the MOSFET thus obtained is
As shown in the top view of FIG.
7 (for example, a circle), a gate electrode G is buried in a gate electrode hole 513 (for example, a circle) of the well region 509 via an oxide film (gate insulating film) 514 on the inner wall. Further, the source region S is located below the bottom surface of the hole 513.
And a drain region D exists in the opening of the hole 513,
A hole 513 is formed between the drain region D and the source region S.
A channel region 512 exists along the inner surface of the oxide film 514, and its channel width extends 360 ° in the plane parallel to the substrate, similarly to the thickness direction of the oxide film 514. In this case, since the source region S, the channel region 512, and the drain region D of the MOSFET are arranged in the vertical direction, the area of the element is reduced.

【0081】さらに、前記深い第1の穴502 の内壁の酸
化膜503 を基板500 および単結晶シリコン層504 が挟む
構造のキャパシタが形成されており、上記単結晶シリコ
ン層504 は前記MOSFETのソース領域Sに連なっているの
で、これらのキャパシタおよびMOSFETは、DRAMのメモリ
セルとして使用することが可能である。この場合、キャ
パシタの内部にMOSFETが存在するので、省スペース化が
可能になる。
Further, a capacitor having a structure in which the oxide film 503 on the inner wall of the deep first hole 502 is sandwiched between the substrate 500 and the single crystal silicon layer 504 is formed, and the single crystal silicon layer 504 is formed in the source region of the MOSFET. Since these capacitors are connected to S, these capacitors and MOSFETs can be used as DRAM memory cells. In this case, since the MOSFET exists inside the capacitor, the space can be saved.

【0082】また、深い第1の穴502 の内面に沿ってト
レンチキャパシタ自体を大きく形成することができるの
で、大きな容量を実現することができる。この場合、ソ
ース領域とキャパシタの一方の電極とが直接に連なって
いるので、キャパシタに対する迅速な充放電が可能にな
る。
Further, since the trench capacitor itself can be formed large along the inner surface of the deep first hole 502, a large capacitance can be realized. In this case, since the source region and one electrode of the capacitor are directly connected, quick charging and discharging of the capacitor can be performed.

【0083】<第5の実施形態>図18は、本発明の第
5の実施形態に係る半導体装置における基板中において
ソース領域S・ドレイン領域D間で複数(本例では2
個)の埋め込みゲート電極Gを直列状に配置したMOSFET
の構造の平面あるいは断面を示している。
<Fifth Embodiment> FIG. 18 shows a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention in which a plurality of (two in this example) are provided between a source region S and a drain region D in a substrate.
MOSFETs with embedded gate electrodes G arranged in series
2 shows a plane or cross section of the structure of FIG.

【0084】図において、Sはソース領域、Dはドレイ
ン領域、G1 は第1のゲート電極、G2 は第2のゲート
電極である。上記ゲート電極G1 およびG2 は、例えば
それぞれ平板状であって、それぞれの表面がゲート絶縁
膜(図示せず)により覆われている。
In the figure, S is a source region, D is a drain region, G1 is a first gate electrode, and G2 is a second gate electrode. Each of the gate electrodes G1 and G2 has, for example, a plate shape, and has a surface covered with a gate insulating film (not shown).

【0085】ここで、第1のゲート電極G1 は、ゲート
電圧が印加された時に形成される反転層(第1のチャネ
ル領域)601 が前記ソース領域Sに連なるように、一端
がソース領域Sの一部に接近して配置されている。
Here, one end of the first gate electrode G 1 is connected to the source region S so that an inversion layer (first channel region) 601 formed when a gate voltage is applied is connected to the source region S. It is located close to a part.

【0086】同様に、第2のゲート電極G2 は、ゲート
電圧が印加された時に形成される反転層(第2のチャネ
ル領域)602 が前記ドレイン領域Dに連なるように、一
端がドレイン領域Dの一部に接近して配置されている。
Similarly, one end of the second gate electrode G 2 is connected to the drain region D such that the inversion layer (second channel region) 602 formed when a gate voltage is applied is connected to the drain region D. It is located close to a part.

【0087】そして、前記ゲート電極G1 およびG2
は、それぞれの一部が平行に対向し、それぞれ所定のゲ
ート電圧が印加された時に第1のチャネル領域601 と第
2のチャネル領域602 が連なる程度の距離(反転層幅の
2倍未満の距離)で接近して配置されている。
Then, the gate electrodes G1 and G2
Is a distance such that the first channel region 601 and the second channel region 602 are continuous when a predetermined gate voltage is applied (a distance less than twice the inversion layer width). ).

【0088】したがって、上記MOSFETの構造によれば、
小さい面積の単一の素子でありながら、それぞれ所定電
圧の2つのゲート入力を受けると、ソース領域S・ドレ
イン領域D間が2つのチャネル領域で連なってオン状態
になる擬似的なアンド論理回路を形成している。
Therefore, according to the structure of the MOSFET,
A simulated AND logic circuit that, when a single element having a small area, receives two gate inputs of a predetermined voltage respectively, connects between the source region S and the drain region D in two channel regions and turns on. Has formed.

【0089】なお、このMOSFETの製造は、前述した他の
実施形態に準じた工程で実現可能である。
The manufacture of this MOSFET can be realized by steps according to the other embodiments described above.

【0090】<第6の実施形態>図19は、本発明の第
6の実施形態に係る半導体装置における基板中において
ソース領域S・ドレイン領域D間で複数(本例では4
個)の埋め込みゲート電極Gを直列状および並列状に配
置したMOSFETの構造の平面あるいは断面を示している。
<Sixth Embodiment> FIG. 19 shows a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention in which a plurality (4 in this example) is formed between a source region S and a drain region D in a substrate.
2) shows a plane or cross section of a MOSFET structure in which embedded gate electrodes G are arranged in series and in parallel.

【0091】図において、Sはソース領域、Dはドレイ
ン領域、G1 は第1のゲート電極、G2 は第2のゲート
電極、G3 は第3のゲート電極、G4 は第4のゲート電
極である。上記ゲート電極G1 〜G4 は、例えばそれぞ
れ平板状であって、それぞれの表面がゲート絶縁膜(図
示せず)により覆われている。
In the figure, S is a source region, D is a drain region, G1 is a first gate electrode, G2 is a second gate electrode, G3 is a third gate electrode, and G4 is a fourth gate electrode. Each of the gate electrodes G1 to G4 has, for example, a plate shape, and has a surface covered with a gate insulating film (not shown).

【0092】ここで、第1のゲート電極G1 および第4
のゲート電極G4 は、平行に対向し、それぞれ一端がソ
ース領域Sの一部に接近して配置されている。この配置
により、第1のゲート電極G1 は、ゲート電圧が印加さ
れた時に形成される反転層(第1のチャネル領域)711
がソース領域Sに連なる。同様に、第4のゲート電極G
4も、ゲート電圧が印加された時に形成される反転層
(第4のチャネル領域)714がソース領域Sに連なる。
Here, the first gate electrode G 1 and the fourth gate electrode G 1
Are opposed in parallel, and one end thereof is arranged close to a part of the source region S. With this arrangement, the first gate electrode G1 is formed by an inversion layer (first channel region) 711 formed when a gate voltage is applied.
Are connected to the source region S. Similarly, the fourth gate electrode G
4 also, the inversion layer (fourth channel region) 714 formed when the gate voltage is applied continues to the source region S.

【0093】第2のゲート電極G2 は、前記第4のゲー
ト電極G4 の延長線上に配置され、ゲート電圧が印加さ
れた時に形成される反転層(第2のチャネル領域)712
が前記ドレイン領域Dに連なるように、一端がドレイン
領域Dの一部に接近して配置されている。
The second gate electrode G2 is disposed on an extension of the fourth gate electrode G4, and is an inversion layer (second channel region) 712 formed when a gate voltage is applied.
One end is arranged close to a part of the drain region D so that is connected to the drain region D.

【0094】第3のゲート電極G3 は、その一端部が、
第1のゲート電極G1 および第4のゲート電極G4 の相
互間でそれぞれに接近して平行に対向するように配置さ
れている。また、第3のゲート電極G3 の他端部は、第
4のゲート電極G4 の他端部に接近して平行に対向する
ように配置されている。
One end of the third gate electrode G3 is
The first gate electrode G1 and the fourth gate electrode G4 are arranged so as to approach each other in parallel to each other. The other end of the third gate electrode G3 is disposed so as to approach and be parallel to the other end of the fourth gate electrode G4.

【0095】このような配置により、第3のゲート電極
G3 は、ゲート電圧が印加された時に形成される反転層
(第3のチャネル領域)713 が、ソース領域Sおよびド
レイン領域Dには直接には連ならないが、第1のチャネ
ル領域711 あるいは第4のチャネル領域714 を介してソ
ース領域Sに連なり、第2のチャネル領域712 を介して
ドレイン領域Dに連なる。
According to such an arrangement, the third gate electrode G3 is formed such that the inversion layer (third channel region) 713 formed when a gate voltage is applied is directly connected to the source region S and the drain region D. Are not connected, but are connected to the source region S via the first channel region 711 or the fourth channel region 714 and connected to the drain region D via the second channel region 712.

【0096】したがって、上記構造のMOSFETによれば、
第2のゲート電極G2 および第3のゲート電極G3 にそ
れぞれ所定電圧のゲート入力が印加され、かつ、第1の
ゲート電極G1 あるいは第4のゲート電極G4 のいずれ
かに所定電圧のゲート入力が印加されると、ソース領域
S・ドレイン領域D間がチャネル領域で連なってオン状
態になる。つまり、擬似的なオア論理とアンド論理の複
合回路を形成しており、複数の入力を判断して出力する
ことが可能になる。
Therefore, according to the MOSFET having the above structure,
A gate input of a predetermined voltage is applied to each of the second gate electrode G2 and the third gate electrode G3, and a gate input of a predetermined voltage is applied to either the first gate electrode G1 or the fourth gate electrode G4. Then, the region between the source region S and the drain region D is connected to the channel region and turned on. That is, a composite circuit of pseudo OR logic and AND logic is formed, and a plurality of inputs can be determined and output.

【0097】なお、このMOSFETの製造は、前述した他の
実施形態に準じた工程で実現可能である。
It should be noted that the manufacture of this MOSFET can be realized by steps according to the other embodiments described above.

【0098】<第7の実施形態>図20は、第7の実施
形態に係るMOSFETの断面構造の要部を示している。
<Seventh Embodiment> FIG. 20 shows a main part of a cross-sectional structure of a MOSFET according to a seventh embodiment.

【0099】このMOSFETは、半導体基板中の素子分離領
域80相互間で基板面に水平方向に埋め込まれた1つのゲ
ート電極Gの上面側の半導体層81には第1導電型(例え
ばP型)のソース領域S・ドレイン領域Dが形成され、
下面側の半導体層82には第2導電型(例えばN 型)のソ
ース領域S・ドレイン領域Dが形成されている。
In this MOSFET, the semiconductor layer 81 on the upper surface side of one gate electrode G horizontally embedded in the substrate surface between element isolation regions 80 in the semiconductor substrate has a first conductivity type (for example, P type). Source region S and drain region D are formed,
A source region S and a drain region D of the second conductivity type (for example, N type) are formed in the semiconductor layer 82 on the lower surface side.

【0100】上記構造のMOSFETによれば、前述したよう
にゲート電極Gが水平方向に埋め込まれた構造のMOSFET
と基本的に同様な効果が得られるほか、さらに、1つの
ゲート電極Gに印加する電圧により、P 型のMOSFETおよ
びN 型のMOSFETを共通に制御することが可能になる。
According to the MOSFET having the above structure, as described above, the MOSFET having the structure in which the gate electrode G is buried in the horizontal direction.
Basically, the same effect can be obtained, and the P-type MOSFET and the N-type MOSFET can be commonly controlled by the voltage applied to one gate electrode G.

【0101】このような構造を用いることにより、基板
の比較的狭い領域にMOSFETを用いたCMOSインバータ回路
などを構成することが可能になる。
By using such a structure, it is possible to configure a CMOS inverter circuit using MOSFETs in a relatively narrow region of the substrate.

【0102】<第1の実施形態の変形例>図21は、第
1の実施形態の変形例に係るMOSFETの断面構造あるいは
平面パターンを概略的に示している。
<Modification of First Embodiment> FIG. 21 schematically shows a cross-sectional structure or a planar pattern of a MOSFET according to a modification of the first embodiment.

【0103】このMOSFETは、ゲート電極Gが半導体基板
中で折れ曲がった形状に配置されており、ソース領域
S、チャネル領域およびドレイン領域Dは、一直線上に
は配置されていない。このような構造によれば、ソース
・ドレイン・ゲートの位置を自由に決定することができ
る。
In this MOSFET, the gate electrode G is arranged in a bent shape in the semiconductor substrate, and the source region S, the channel region and the drain region D are not arranged on a straight line. According to such a structure, the positions of the source, the drain and the gate can be freely determined.

【0104】<第6の実施形態の変形例>図22は、本
発明の第6の実施形態の変形例に係るMOSFETの断面構造
あるいは平面パターンを概略的に示している。
<Modification of Sixth Embodiment> FIG. 22 schematically shows a cross-sectional structure or a planar pattern of a MOSFET according to a modification of the sixth embodiment of the present invention.

【0105】このMOSFETは、半導体基板中においてソー
ス領域S・ドレイン領域D間で、平板状、T字状、エ字
状、L字状など、任意形状に形成された複数の埋め込み
ゲート電極Gを直列状および並列状に配置した断面構造
あるいは平面パターンを概略的に示している。
In this MOSFET, a plurality of buried gate electrodes G formed in an arbitrary shape such as a flat plate, a T shape, an E shape, and an L shape are formed between a source region S and a drain region D in a semiconductor substrate. 1 schematically illustrates a cross-sectional structure or a planar pattern arranged in series and in parallel.

【0106】[0106]

【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置によ
れば、MISFETのチャネル領域を規定するゲート電極を新
規な構造とすることで、ゲート電極またはチャネル部の
構造の自由度が飛躍的に増大し、ひいては単一のMISFET
が占有する基板表面面積の縮小あるいはMISFETのドレイ
ン電流の増加や、単一のMISFETでの多値のデジタル信号
の制御が可能になる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the gate electrode for defining the channel region of the MISFET has a novel structure, thereby greatly increasing the degree of freedom in the structure of the gate electrode or the channel portion. Augmented and thus a single MISFET
Can reduce the substrate surface area occupied by the MISFET, increase the drain current of the MISFET, and control a multi-valued digital signal with a single MISFET.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置にお
ける基板中にゲート電極を埋め込んだMOSFETの製造工程
の一部を説明するために示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a part of a manufacturing process of a MOSFET in which a gate electrode is embedded in a substrate in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の工程に続く工程を説明するために示す断
面図。
FIG. 2 is a sectional view shown to explain a step that follows the step of FIG. 1;

【図3】図2の工程に続く工程を説明するために示す断
面図。
FIG. 3 is a sectional view shown to explain a step that follows the step of FIG. 2;

【図4】図3の工程に続く工程を説明するために示す断
面図。
FIG. 4 is a sectional view illustrating a step that follows the step of FIG. 3;

【図5】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置にお
ける基板中にゲート電極のゲート幅(チャネル幅)が基
板表面に対して垂直に向くように埋め込んだMOSFETの製
造工程の一部を説明するために示す断面図および平面パ
ターン図。
FIG. 5 shows a part of a manufacturing process of a MOSFET in which a gate width (channel width) of a gate electrode is buried in a substrate of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention so as to be perpendicular to a substrate surface. 3A and 3B are a cross-sectional view and a plane pattern diagram shown for explanation.

【図6】図5の工程に続く工程を説明するために示す断
面図および平面パターン図。
6A and 6B are a cross-sectional view and a plan pattern diagram illustrating a step that follows the step of FIG. 5;

【図7】図6の工程に続く工程を説明するために示す断
面図。
FIG. 7 is a sectional view shown to explain a step that follows the step of FIG. 6;

【図8】第2の実施形態の変形例に係るMOSFETの平面パ
ターンの要部を示す図。
FIG. 8 is a view showing a main part of a plane pattern of a MOSFET according to a modification of the second embodiment.

【図9】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置にお
ける基板中にゲート電極が基板表面に対して平行に向く
ように埋め込んだMOSFETの製造工程の一部を説明するた
めに示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the MOSFET in which the gate electrode is buried in the substrate in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention so as to be parallel to the substrate surface; .

【図10】図9の工程に続く工程を説明するために示す
断面図。
10 is a sectional view shown for explaining a step that follows the step of FIG. 9;

【図11】図10の工程に続く工程を説明するために示
す断面図。
FIG. 11 is a sectional view shown for explaining a step that follows the step of FIG. 10;

【図12】本発明の第3の実施形態の変形例に係るMOSF
ETの構造の要部を示す断面図。
FIG. 12 shows a MOSF according to a modification of the third embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the principal part of the structure of ET.

【図13】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置に
おける基板中に縦方向にソース・チャネル・ドレインが
並んだMOSFETの製造工程の一部を説明するために示す断
面図。
FIG. 13 is a sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the MOSFET in which the source, the channel, and the drain are vertically arranged in the substrate in the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention;

【図14】図13の工程に続く工程を説明するために示
す断面図。
FIG. 14 is a sectional view illustrating a step that follows the step of FIG. 13;

【図15】図14の工程に続く工程を説明するために示
す断面図。
FIG. 15 is a sectional view shown to explain a step that follows the step of FIG. 14;

【図16】図15の工程に続く工程を説明するために示
す断面図。
16 is a sectional view shown for explaining a step that follows the step of FIG. 15;

【図17】図16の工程に続く工程を説明するために示
す断面図および平面パターン図。
FIG. 17 is a cross-sectional view and a plan pattern diagram illustrating a step that follows the step of FIG. 16;

【図18】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置に
おける基板中においてソース領域・ドレイン領域間で2
個の埋め込みゲート電極を直列状に配置したMOSFETの構
造を示す平面図あるいは断面図。
FIG. 18 is a diagram showing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view or a cross-sectional view illustrating a structure of a MOSFET in which embedded gate electrodes are arranged in series.

【図19】本発明の第6の実施形態に係る半導体装置に
おける基板中においてソース領域・ドレイン領域間で4
個の埋め込みゲート電極を直列状および並列状に配置し
たMOSFETの構造を示す平面図あるいは断面図。
FIG. 19 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view or a cross-sectional view illustrating a structure of a MOSFET in which a plurality of embedded gate electrodes are arranged in series and in parallel.

【図20】本発明の第7の実施形態に係るMOSFETの断面
構造の要部を概略的に示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view schematically showing a main part of a sectional structure of a MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第1の実施形態の変形例に係るMOSF
ETの断面構造あるいは平面パターンを概略的に示す断面
図。
FIG. 21 shows a MOSF according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure or a plane pattern of the ET.

【図22】本発明の第6の実施形態の変形例に係るMOSF
ETの断面構造あるいは平面パターンを概略的に示す図。
FIG. 22 shows a MOSF according to a modification of the sixth embodiment of the present invention.
The figure which shows the cross-section or planar pattern of ET schematically.

【図23】従来のLSI に形成されているMOSFETの構造を
示す断面図。
FIG. 23 is a sectional view showing the structure of a MOSFET formed in a conventional LSI.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 …半導体基板、 201 …酸化膜、 202 …埋め込みゲート電極用の溝、 203 …酸化膜(ゲート絶縁膜)、 204 …ゲート電極材(ポリシリコン)、 205 …露呈した基板表面、 206 …酸化膜(ゲート絶縁膜)、 207 …堆積した結晶シリコン、 208 …ゲート電極用の穴、 209 …酸化膜(ゲート絶縁膜)、 210 …ゲート電極材ポリシリコン、 211 …電極内の不要な酸化膜を取り除くための穴、 212 …ウェットエッチングにより酸化膜が後退してでき
た溝、 213 …単結晶シリコン層、 215 …酸化膜、 216 …単結晶シリコン層、 219 …単結晶シリコン層、 220 …穴、 221 …酸化膜。 222 …ソース領域(S)、 223 …ドレイン領域(D)、
200: semiconductor substrate, 201: oxide film, 202: groove for buried gate electrode, 203: oxide film (gate insulating film), 204: gate electrode material (polysilicon), 205: exposed substrate surface, 206: oxide film (Gate insulating film), 207: deposited crystalline silicon, 208: hole for gate electrode, 209: oxide film (gate insulating film), 210: polysilicon of gate electrode material, 211: remove unnecessary oxide film in the electrode Holes for forming 212, a groove formed by retreating an oxide film by wet etching, 213, a single-crystal silicon layer, 215, an oxide film, 216, a single-crystal silicon layer, 219, a single-crystal silicon layer, 220, a hole, 221 …Oxide film. 222 ... source region (S), 223 ... drain region (D),

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/108 H01L 27/10 625A 21/8242 29/60 29/423 29/78 301V 29/78 301G 653 301X 617N 626A Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 CC05 DD75 DD78 DD88 DD91 EE03 EE14 FF01 GG08 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA21 DB03 DC01 EA09 EC03 EC04 EC07 EC16 EC18 EC19 EC20 EC21 EC22 EE01 EE02 EE04 EK05 FC05 FC10 FC23 5F048 AA01 AC01 AC03 BB02 BB05 BB19 BD02 BD05 BD07 BD09 BE08 5F083 AD04 AD17 AD19 GA09 JA02 ZA21 5F110 AA04 AA07 BB04 BB06 CC08 CC09 DD05 DD13 EE08 EE09 EE12 EE22 EE24 EE28 EE29 EE45 EE48 FF02 FF23 GG22 HJ13 QQ19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 27/108 H01L 27/10 625A 21/8242 29/60 29/423 29/78 301V 29/78 301G 653 301X 617N 626A F-term (reference) 4M104 AA01 BB01 CC05 DD75 DD78 DD88 DD91 EE03 EE14 FF01 GG08 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA21 DB03 DC01 EA09 EC03 EC04 EC07 EC16 EC18 EC19 EC20 EC21 FC05 EE04 EA01 AC02 BB05 BB19 BD02 BD05 BD07 BD09 BE08 5F083 AD04 AD17 AD19 GA09 JA02 ZA21 5F110 AA04 AA07 BB04 BB06 CC08 CC09 DD05 DD13 EE08 EE09 EE12 EE22 EE24 EE28 EE29 EE45 EE48 FF02 FF23 GG22 HJ13Q19

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれたMISF
ETのゲート電極と、 前記半導体基板中のゲート電極表面を覆うゲート絶縁膜
と、 前記半導体基板中で前記ゲート絶縁膜に接して形成され
るMISFETのチャネル領域と、 前記半導体基板に形成され、前記チャネル領域に連なる
MISFETのソース領域およびドレイン領域とを具備してな
り、 前記チャネル領域はMISFETのチャネル幅方向に関し、前
記ゲート電極の外周面に沿ってゲート絶縁膜の膜厚方向
にも広がるように形成されていることを特徴とする半導
体装置。
1. A semiconductor substrate, and a MISF at least partially embedded in the semiconductor substrate.
A gate electrode of ET, a gate insulating film covering a surface of the gate electrode in the semiconductor substrate, a channel region of a MISFET formed in contact with the gate insulating film in the semiconductor substrate, and formed on the semiconductor substrate; Connect to channel area
A source region and a drain region of the MISFET, wherein the channel region is formed so as to extend in the thickness direction of the gate insulating film along the outer peripheral surface of the gate electrode in the channel width direction of the MISFET. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記ゲート電極は半導体基板中で折れ曲
がった形状で配置されており、前記ソース領域、チャネ
ル領域およびドレイン領域は、一直線上には配置されて
いない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 gate electrode is arranged in a bent shape in the semiconductor substrate, and the source region, the channel region, and the drain region are not arranged on a straight line. Semiconductor device.
【請求項3】 前記ゲート電極は、平板状であり、前記
半導体基板中に略垂直状態に埋め込まれており、前記半
導体基板の深さ方向にチャネル幅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 2, wherein the gate electrode has a flat plate shape, is embedded substantially vertically in the semiconductor substrate, and has a channel width set in a depth direction of the semiconductor substrate. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
【請求項4】 それぞれ平板状の形状を有する複数のゲ
ート電極が略平行に埋め込まれており、それぞれに同じ
電圧が与えられることを特徴とする請求項3記載の半導
体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a plurality of gate electrodes each having a flat plate shape are buried substantially in parallel, and the same voltage is applied to each of the plurality of gate electrodes.
【請求項5】 それぞれ平板状の形状を有する複数のゲ
ート電極が略平行に埋め込まれており、それぞれに独立
に電圧が与えられることを特徴とする請求項3記載の半
導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 3, wherein a plurality of gate electrodes each having a plate-like shape are buried substantially in parallel, and a voltage is independently applied to each of the plurality of gate electrodes.
【請求項6】 前記ゲート電極は、平板状であり、前記
半導体基板中に略水平状態に埋め込まれており、前記ゲ
ート電極の幅方向にチャネル幅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。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode has a plate shape, is embedded in the semiconductor substrate in a substantially horizontal state, and has a channel width set in a width direction of the gate electrode. 2. The semiconductor device according to 1.
【請求項7】 それぞれ平板状の形状を有する複数のゲ
ート電極が略平行に埋め込まれており、それぞれに同じ
電圧が与えられることを特徴とする請求項6記載の半導
体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein a plurality of gate electrodes each having a flat plate shape are buried substantially in parallel, and the same voltage is applied to each of the plurality of gate electrodes.
【請求項8】 それぞれ平板状の形状を有する複数のゲ
ート電極が略平行に埋め込まれており、それぞれに独立
に電圧が与えられることを特徴とする請求項6記載の半
導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 6, wherein a plurality of gate electrodes each having a plate-like shape are buried substantially in parallel, and a voltage is independently applied to each of the plurality of gate electrodes.
【請求項9】 前記ゲート電極の各平板面にそれぞれ対
応して形成されたチャネル領域は、それぞれの閾値電圧
の少なくとも一部が異なることを特徴とする請求項6乃
至8のいずれか1項記載の半導体装置。
9. The channel region formed corresponding to each flat plate surface of the gate electrode, wherein at least a part of each threshold voltage differs from each other. Semiconductor device.
【請求項10】 前記ゲート電極は、前記半導体基板中
に略垂直状態に埋め込まれており、 前記ドレイン領域およびソース領域は、前記半導体基板
中で前記ゲート電極の上下に配置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。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is embedded substantially vertically in the semiconductor substrate, and the drain region and the source region are arranged above and below the gate electrode in the semiconductor substrate. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項11】 半導体基板に設けられた第1の溝の内
面に形成された第1の絶縁膜と、 前記第1の溝の内部に埋め込まれた第1の半導体層と、 前記第1の半導体層に設けられた第2の溝の内側面に形
成された第2の絶縁膜と、 前記第2の溝の内部に埋め込まれた第2の半導体層と、 前記第1の溝の底部の前記第1の半導体層に連なるよう
に形成されたMISFETのソース領域と、 前記第2の溝の内部で前記ソース領域上に縦方向に順次
形成されたMISFETのチャネル領域およびドレイン領域
と、 前記ドレイン領域を貫通し、少なくとも前記ソース領域
に近接する深さ以上に設けられた第3の溝の内面に形成
されたMISFETのゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜を介して前記第3の溝の内部に略垂直
状態に埋め込まれたMISFETのゲート電極とを具備し、前
記半導体基板、第1の絶縁膜および第1の半導体層によ
りトレンチ型のキャパシタが形成されてなることを特徴
とする半導体装置。
11. A first insulating film formed on an inner surface of a first groove provided in a semiconductor substrate; a first semiconductor layer embedded in the first groove; A second insulating film formed on an inner surface of a second groove provided in the semiconductor layer, a second semiconductor layer embedded in the second groove, and a bottom of the first groove. A source region of the MISFET formed so as to be continuous with the first semiconductor layer; a channel region and a drain region of the MISFET sequentially formed in the second groove on the source region in the vertical direction; A gate insulating film of a MISFET formed on an inner surface of a third groove provided through the region and provided at least at a depth close to the source region, and an inside of the third groove via the gate insulating film. And a MISFET gate electrode buried in a substantially vertical state. Semiconductor substrate, wherein a trench type capacitor is formed by the first insulating film and first semiconductor layer.
【請求項12】 前記MISFETおよびトレンチ型のキャパ
シタは、DRAMのメモリセルを形成することを特徴とする
請求項11記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the MISFET and the trench-type capacitor form a DRAM memory cell.
【請求項13】 半導体基板と、 前記半導体基板中に形成されたMISFETのソース領域およ
びドレイン領域と、 前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端
が前記ソース領域に近接して形成されたMISFETの第1の
ゲート電極と、 前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端
が前記ドレイン領域に近接して形成されたMISFETの第2
のゲート電極と、 前記半導体基板中の各ゲート電極の表面をそれぞれ覆う
ように形成されたゲート絶縁膜とを具備し、前記第1の
ゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成される第
1のチャネル領域が前記ソース領域に連なり、前記第2
のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成される
第2のチャネル領域が前記ドレイン領域に連なり、前記
第1のチャネル領域および第2のチャネル領域が前記ソ
ース領域・ドレイン領域間で直列状に連なることを特徴
とする半導体装置。
13. A semiconductor substrate, a source region and a drain region of a MISFET formed in the semiconductor substrate, and at least a part embedded in the semiconductor substrate and one end formed near the source region. A first gate electrode of the MISFET, and a second gate electrode of the MISFET at least partially embedded in the semiconductor substrate and having one end formed near the drain region.
And a gate insulating film formed so as to respectively cover the surface of each gate electrode in the semiconductor substrate, wherein a first gate electrode is formed when a gate voltage is applied to the first gate electrode. Channel region is connected to the source region, and the second
A second channel region formed when a gate voltage is applied to the gate electrode of the second electrode region is continuous with the drain region, and the first channel region and the second channel region are connected in series between the source region and the drain region. A semiconductor device characterized by being connected.
【請求項14】 半導体基板と、 前記半導体基板中に形成されたMISFETのソース領域およ
びドレイン領域と、 前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端
が前記ソース領域に接近接して形成されたMISFETの第1
のゲート電極と、 前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端
が前記ドレイン領域に近接して形成されたMISFETの第2
のゲート電極と、 前記半導体基板中に少なくとも一部が埋め込まれ、一端
が前記第1のゲート電極に近接し、他端が前記第2のゲ
ート電極に近接して形成されたMISFETの第3のゲート電
極と、 前記半導体基板中の各ゲート電極の表面をそれぞれ覆う
ように形成されたゲート絶縁膜とを具備し、前記第1の
ゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成される第
1のチャネル領域が前記ソース領域に連なり、前記第2
のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成される
第2のチャネル領域が前記ドレイン領域に連なり、前記
第3のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成さ
れる第3のチャネル領域が前記第1のチャネル領域およ
び第2のチャネル領域に連なり、前記第1のチャネル領
域、第3のチャネル領域および第2のチャネル領域が前
記ソース領域・ドレイン領域間で直列状に連なることを
特徴とする半導体装置。
14. A semiconductor substrate, a source region and a drain region of a MISFET formed in the semiconductor substrate, and at least a part embedded in the semiconductor substrate, and one end formed in close proximity to the source region. The first of MISFET
A second MISFET having at least a part embedded in the semiconductor substrate and one end formed near the drain region;
And a third electrode of the MISFET formed at least partially in the semiconductor substrate, one end of which is close to the first gate electrode, and the other end of which is formed close to the second gate electrode. A first gate electrode, comprising: a gate electrode; and a gate insulating film formed so as to cover a surface of each gate electrode in the semiconductor substrate, wherein a first gate electrode is formed when a gate voltage is applied to the first gate electrode. A channel region is continuous with the source region;
A second channel region formed when a gate voltage is applied to the gate electrode of the second line is connected to the drain region, and a third channel region formed when a gate voltage is applied to the third gate electrode is formed as the third region. A first channel region and a second channel region connected to each other, wherein the first channel region, the third channel region, and the second channel region are connected in series between the source region and the drain region; Semiconductor device.
【請求項15】 前記半導体基板中に少なくとも一部が
埋め込まれ、一端が前記ソース領域に近接して形成さ
れ、他端が前記第3のゲート電極に近接して形成された
MISFETの第4のゲート電極と、 前記半導体基板中の第4のゲート電極の表面を覆うよう
に形成されたゲート絶縁膜とをさらに具備し、前記第4
のゲート電極にゲート電圧が印加された時に形成される
第4のチャネル領域が前記ソース領域および前記第3の
チャネル領域に連なり、前記第4のチャネル領域、第3
のチャネル領域および第2のチャネル領域が前記ソース
領域・ドレイン領域間で直列状に連なることを特徴とす
る請求項14記載の半導体装置。
15. At least a part is buried in the semiconductor substrate, one end is formed near the source region, and the other end is formed near the third gate electrode.
A fourth gate electrode of the MISFET; and a gate insulating film formed so as to cover a surface of the fourth gate electrode in the semiconductor substrate.
A fourth channel region formed when a gate voltage is applied to the gate electrode of the third channel region is connected to the source region and the third channel region.
15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the channel region and the second channel region are connected in series between the source region and the drain region.
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