JP2002270850A - 二重ゲート電界効果トランジスタ - Google Patents
二重ゲート電界効果トランジスタInfo
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Abstract
領域及びチャネル領域と同一主面上に有し、各領域に対
して自己整合して配置できる二重ゲート電解効果トラン
ジスタの提供。 【解決手段】絶縁物により基板から分離された半導体結
晶層を用意し、少なくともソース領域、ドレイン領域及
びこれらに隣接するチャネル領域からなる島状半導体結
晶層を周辺部と溝により分離して形成する。この溝内に
露出する島状半導体結晶層のチャネル領域部の対向する
両側面部にそれぞれゲート絶縁膜を形成し、さらに島状
半導体結晶層および両ゲート絶縁膜により互いに分離さ
れた両ゲート電極をそれぞれ該溝内に設けた構造とし、
両ゲート電極に挟まれた島状半導体結晶層の幅は、所定
の幅を有し、望ましくはチャネル領域の長さよりも小さ
な値とし、短チャネル効果の低減を一層顕著となるよう
にした。
Description
トランジスタに関し、特に二重ゲートを備えた電界効果
トランジスタの改良に関する。
て、微小なチャネル長を有するトランジスタを実現する
ためには、いわゆる短チャネル効果(チャネル長を短く
した場合のしきい値電圧の急激な低下)の防止が必須で
ある。そのための一つの素子構造として、特許第202
1931号に示されるような二重ゲート電界効果トラン
ジスタがある。上記従来の二重ゲート電界効果トランジ
スタの断面を第20図に示す。
ート絶縁膜であるとともに、全体は図示されてはいない
が基板上に形成された半導体結晶層を基板と分離する絶
縁層であり、3、4、および5はそれぞれ半導体結晶層
の一部に形成されたソース領域、ドレイン領域、および
チャネル領域であり、6は上部ゲート絶縁膜、7は絶縁
膜、8は上部ゲート電極、9は下部ゲート電極、30は
ソース電極、40はドレイン電極である。この構造は短
チャネル効果の抑制方法としては最も有効であるとされ
ている。すなわち、上下のゲート電極8および9により
チャネル領域5をシールドし、ドレイン電界がソース、
チャネル領域界面の電位分布に与える影響を抑えること
によって、短チャネル化してもソース、チャネル領域界
面の電位分布をゲート電極のみで安定して制御できるよ
うにし、しきい値電圧の急激な低下を防止する。
構造はチャネル領域を挟んで上下にそれぞれゲート電極
が設けられた構造、すなわち上下のゲート電極、チャネ
ル領域、ソース領域およびドレイン領域が同一主面上に
設けられていない構造であるため、二つのゲート電極を
チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域に対して
自己整合させて形成することが困難であった。従って、
位置合わせ精度に対応した余裕をもって下部ゲート電極
とチャネル領域を配置せざるを得ず、そのために寄生容
量の増大或いはそれらの変動に起因する動作性能低下の
問題があった。また、集積回路素子として用いる場合
に、上部ゲート電極と下部ゲート電極が同一主面には位
置されていないので配線をさらに複雑化させると言う欠
点を有していた。
離された半導体結晶層を用意し、少なくともソース領
域、ドレイン領域及びこれらに隣接するチャネル領域か
らなる島状半導体結晶層を周辺部と溝により分離して形
成する。この溝内に露出する島状半導体結晶層のチャネ
ル領域部の対向する両側面部にそれぞれゲート絶縁膜を
形成し、さらに島状半導体結晶層および両ゲート絶縁膜
により互いに分離された両ゲート電極をそれぞれ該溝内
に設けた構造とする。両ゲート電極に挟まれた島状半導
体結晶層の幅は所定の幅を有し、望ましくはチャネル領
域の長さよりも小さな値とし、短チャネル効果の低減を
一層顕著となるようにする。
の実施例を示す。第1図は本願発明に係る二重ゲート電
界効果トランジスタの平面図であり、第2図は、第1図
のX−X’断面図である。第1図および第2図におい
て、1は基板、2は絶縁層であり、3,4,及び5は溝
(外郭が長方形に削られた窪み)6内に分離して設けら
れた島状半導体結晶層を形成するソース領域、ドレイン
領域およびチャネル領域である。チャネル領域は所定の
幅Tをもって設けられる。また7−1、7−2はチャネ
ル領域5の両側面部に設けられた二つのゲート絶縁膜で
あり、8および9は、溝6内に島状半導体結晶層により
分離して設けられた二つのゲート電極である。また、1
0―1は絶縁膜2により基板1より分離された半導体結
晶層の残部である。
実施例に係る二重ゲート電界効果トランジスタを実現す
るための製造工程例を示す。まず第3図に示すように、
シリコン基板1上に酸化膜2を介して形成されたシリコ
ン結晶層10を用意し、さらにシリコン酸化膜11、シ
リコン窒化膜12を順次堆積する。
リコン窒化膜12、シリコン酸化膜11およびシリコン
結晶層10の一部を除去し、形成される深さが絶縁層2
の表面に達する溝6により周囲から分離された島状層5
0を形成し、さらに島状層50を構成する結晶シリコン
層51の溝6に露出された側面部を酸化しシリコン酸化
膜7−1および7−2を形成する。このとき溝6に露出
している周囲の結晶シリコン層側面部も酸化されるが図
示していない。また、島状層の幅は各素子毎に異なる所
定の幅を持たせることもできる。
シリコン層を堆積し、機械化学的研磨法などにより平坦
化し、溝6の内部に多結晶シリコン層14を埋め込む。
このとき、シリコン窒化膜12及び島状層50上に残さ
れたシリコン窒化膜12の一部13が平坦化のためのエ
ッチングストッパーとして作用する。
次にリソグラフィー工程により溝6に埋め込まれた多結
晶シリコン層14の一部を除去し、島状層50で互いに
分離された多結晶シリコン層8および9を第8図のよう
に形成する。第9図は第8図のX−X’断面を示すが、
この場合レジストパターン200は島状層50を横断す
るように形成し、多結晶シリコン層8および9は同一の
リソグラフィー工程一回で形成される。また、このとき
レジストパターン以外の島状層50の部分は、シリコン
窒化膜13が多結晶シリコン除去の時のマスクとなり、
島状層50はそのまま残る。さらにシリコン酸化膜7−
1および7−2もまた多結晶シリコン除去の時のマスク
となり、周囲のシリコン結晶層および島状層50のシリ
コン結晶層51が除去されることを防止する(第5図参
照)。
とし酸化膜7−1及び7−2の一部を除去し、さらに高
濃度のn型不純物を側面から拡散し、島状層50にソー
ス領域3、及びドレイン領域4(第1図参照)を形成す
る。マスクされたシリコン結晶層51の部分がチャネル
領域5となる。また同時に多結晶シリコン層8および9
にも高濃度n型不純物が添加されるので、それぞれゲー
ト電極として用いることが出来る。かくして、同一主面
上にソース領域3,ドレイン領域4、チャネル領域5、
ゲート電極8及び9が自己整合してなる本発明の構成を
実現できる。
0図に示されるように、溝6の残部をシリコン酸化膜1
5で埋め込み平坦化しておいても良いことはもちろんで
ある。
第2の実施例を示し、さらに、チャネル領域の幅を薄く
し、短チャネル効果をより顕著に抑制することの出来る
構造例である。
施例の製造工程例を示すが、第10図に引き続き、第1
3図に示すように、多結晶シリコン層8および9を除去
し、溝16および17を形成する。第14図は、第13
図のX−X’断面を示す。露出したチャネル領域5の両
側面部の酸化膜7−1および7−2を除去した後、第1
5図に示すように、チャネル領域5の両側面部をエッチ
ングし所定の厚さまで薄くする。第16図は、第15図
のX−X’断面を示す。
表面にゲート酸化膜7−3及び7−4を形成する。次に
シリコン窒化膜12および13を除去し、第18図に示
すように、溝16および17を金属で埋め込み平坦化す
ることによってゲート電極18および19を形成する。
す。かくして、同一主面上にソース領域3,ドレイン領
域4、所定の厚さまで薄くされたチャネル領域5、低抵
抗化されたゲート電極18及び19が自己整合してなる
第11図および第12図に示す本発明の第2の実施例を
実現できる。この場合、ソース領域、ドレイン領域の幅
はその部分の抵抗が十分小さくできるようにチャネル領
域と比較し大きくでき、多結晶シリコン層8及び9と島
状層50の位置合わせ誤差による寄生抵抗の変動の影響
を小さくできる。
域、及び両ゲート電極が同一主面上に配置されているの
で従来のように下部ゲート電極のための配線層は不要と
なり配線の複雑さを軽減できる。素子上部に設けられた
層間絶縁層に配線のための開口を設けるとき、ソース領
域、ドレイン領域、ゲート電極への各開口の深さをほと
んど同一に出来るので従来と異なり工程の制御性の向
上、時間短縮が可能となる。また、両ゲート電極は製造
工程例に示されるように同一のリソグラフィー工程で形
成できるので互いにかつそれぞれソース領域、ドレイン
領域、チャネル領域とも自己整合して配置できる。した
がって、従来の構造では位置不整合による寄生容量の増
大、或いはソース領域、ドレイン領域の寄生抵抗の変動
による性能劣化があったが、本発明の構造によってこれ
を防止できる。
で一方のゲート電極を入力として用い、他方のゲート電
極に適当な電位を与えることにより電界効果トランジス
タのしきい値電圧を制御可能である。また、両ゲート電
極を離間している島状半導体結晶層のチャネル領域部分
の幅を各素子毎に変えることができ、同一電位を与えた
ときのしきい値電圧の変化を各素子毎に変えることが出
来る。その原理は、チャネル領域部分の幅を厚くするこ
とによってシリコン層の容量が小さくなり、一方のゲー
ト電極に面したチャネル表面と対向する他方のゲート電
極間の容量が小さくなるためである。すなわちチャネル
領域部分の幅を厚くすればしきい値電圧の変化の程度を
小さくできる。このことによって異なるしきい値電圧を
有する素子を同時に実現できる。従来構造では半導体の
厚さを変えることで同様な効果を得ることが出来るが、
それぞれの厚さ毎にリソグラフィ工程が必要となり、工
程の複雑さを招く。これに対し、本発明の構造では島状
半導体結晶層の幅を変えれば良く、これは同一のリソグ
ラフィ工程一回で実現できるから上記欠点を解決でき
る。
効果トランジスタの平面図
明図(A)。
明図(B)。
(C)。
明図(D)。
(E)。
明図(F)。
(G)。
説明図(F)。
界効果トランジスタの平面図。
説明図(A)。
図(B)。
説明図(C)。
図(D)。
説明図(E)。
説明図(F)。
図(G)。
面図。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に絶縁物を介して設けられた半導
体結晶からなるソース領域、ドレイン領域及びチャネル
領域を有する絶縁ゲート電界効果トランジスタにおい
て、該チャネル領域と同一主面上に、チャネル領域を挟
んで相対し、互いに電気的に絶縁された二つの絶縁ゲー
ト電極を有することを特徴とする二重ゲート電界効果ト
ランジスタ。 - 【請求項2】上記請求項1記載のトランジスタを有する
ことを特徴とする集積回路。 - 【請求項3】上記請求項2記載の集積回路において、チ
ャネル領域の幅の異なるトランジスタを混在して用いた
ことを特徴とする集積回路。
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