JP2003142684A - Semiconductor element and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor element and semiconductor device

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JP2003142684A
JP2003142684A JP2001338170A JP2001338170A JP2003142684A JP 2003142684 A JP2003142684 A JP 2003142684A JP 2001338170 A JP2001338170 A JP 2001338170A JP 2001338170 A JP2001338170 A JP 2001338170A JP 2003142684 A JP2003142684 A JP 2003142684A
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JP
Japan
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semiconductor
region
insulating film
semiconductor region
gate electrode
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Application number
JP2001338170A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Nagami
和也 永見
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element and a semiconductor device which enable simplifying the control of characteristics and manufacturing processes. SOLUTION: A MOS transistor comprises an n<+> -type drain region 10 formed in the surface of a silicon substrate 1, a p-type well region 11 formed in the surface of the drain region 10, an n<+> -type source region 12 formed in the surface of the well region 11, and a gate electrode 13 which is embedded in the surface of the silicon substrate 1 via a gate insulation film 14 at a depth to the drain region 10 from the surface of the source region 12. Part of the drain region 10 and the well region 11 is extracted to the surface of the silicon substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子及び
半導体装置に関し、特に微細化されたMOS(Metal Ox
ide Semiconductor)トランジスタの構造に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor element and a semiconductor device, and particularly to a miniaturized MOS (Metal Ox).
ide Semiconductor) relating to the structure of the transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製造技術の飛躍的な発展に
より、素子の微細化・高集積化が進行している。しかし
微細化に伴って、MOSトランジスタにおいては短チャ
ネル効果・狭チャネル効果等による悪影響が顕著になっ
てきている。また、製造プロセスにあっても微細化に伴
う幾つかの問題が発生してきており、更なる素子の微細
化・集積化を妨げる要因となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, due to the rapid development of semiconductor manufacturing technology, miniaturization and high integration of devices have been advanced. However, with the miniaturization, adverse effects due to the short channel effect, the narrow channel effect and the like have become remarkable in the MOS transistor. Further, some problems have occurred due to miniaturization even in the manufacturing process, which is a factor that hinders further miniaturization and integration of elements.

【0003】従来のMOSトランジスタの構成につい
て、図30を用いて説明する。図30は、従来のMOS
トランジスタの断面図である。
The structure of a conventional MOS transistor will be described with reference to FIG. FIG. 30 shows a conventional MOS
It is sectional drawing of a transistor.

【0004】図示するように、シリコン基板表面内にp
型ウェル領域100が設けられている。このウェル領域
100の表面内に、n型ソース・ドレイン領域11
0、120が互いに離隔するようにして設けられてお
り、更にn型LDD領域130、140が、各々ソー
ス・ドレイン領域110、120に接し、且つ互いに離
隔するようにして設けられている。そして、LDD領域
130、140間のウェル領域100上に、ゲート絶縁
膜150を介在してゲート電極160が設けられ、ゲー
ト電極160側壁には側壁絶縁膜170が設けられてい
る。更に全面を層間絶縁膜180が被覆しており、層間
絶縁膜180内には各々ソース・ドレイン領域110、
120に接続するソース・ドレイン電極190、200
が設けられている。そして、層間絶縁膜180上に金属
配線層210が設けられることでMOSトランジスタが
構成されている。
As shown in the figure, p
A mold well region 100 is provided. In the surface of the well region 100, the n + type source / drain region 11 is formed.
0 and 120 are provided so as to be separated from each other, and n + type LDD regions 130 and 140 are provided so as to be in contact with the source / drain regions 110 and 120 and be separated from each other. A gate electrode 160 is provided on the well region 100 between the LDD regions 130 and 140 with a gate insulating film 150 interposed, and a sidewall insulating film 170 is provided on the sidewall of the gate electrode 160. Further, the entire surface is covered with the interlayer insulating film 180, and the source / drain regions 110,
Source / drain electrodes 190, 200 connected to 120
Is provided. Then, the metal wiring layer 210 is provided on the interlayer insulating film 180 to form a MOS transistor.

【0005】次に、上記構成のMOSトランジスタの製
造方法について図31(a)乃至(e)を用いて説明す
る。図31(a)乃至(e)はMOSトランジスタの製
造工程を順次示す断面図である。
Next, a method of manufacturing the MOS transistor having the above structure will be described with reference to FIGS. 31 (a) to 31 (e). 31A to 31E are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process of the MOS transistor.

【0006】まず(a)図に示すように、シリコン基板
表面内にp型不純物をイオン注入することによりp型ウ
ェル領域100を形成する。次に(b)図に示すよう
に、ウェル領域100上にゲート絶縁膜150を形成
し、ゲート絶縁膜150上にゲート電極160を形成す
る。引き続き、ゲート電極160をマスクに用いてn型
不純物をウェル領域100表面内にイオン注入すること
によりLDD領域130、140を形成する。次に
(c)図に示すように、ゲート電極160側壁に側壁絶
縁膜170を形成する。引き続き、ゲート電極160及
び側壁絶縁膜170をマスクに用いてn型不純物をウェ
ル領域表面内にイオン注入することにより、ソース・ド
レイン領域110、120を形成する。更に、(d)図
に示すように全面に層間絶縁膜180を堆積し、(e)
図に示すように、ソース・ドレイン領域110、120
に達するコンタクトホール220を層間絶縁膜180内
に形成する。その後はコンタクトホール220内にソー
ス・ドレイン電極190、200を形成し、更に層間絶
縁膜180上に金属配線層210を形成することによ
り、図30に示す従来のMOSトランジスタが完成す
る。
First, as shown in FIG. 1A, a p-type well region 100 is formed by ion-implanting a p-type impurity into the surface of a silicon substrate. Next, as shown in FIG. 2B, a gate insulating film 150 is formed on the well region 100, and a gate electrode 160 is formed on the gate insulating film 150. Subsequently, LDD regions 130 and 140 are formed by ion-implanting n-type impurities into the surface of the well region 100 using the gate electrode 160 as a mask. Next, as shown in FIG. 6C, a sidewall insulating film 170 is formed on the sidewall of the gate electrode 160. Subsequently, the source / drain regions 110 and 120 are formed by ion-implanting n-type impurities into the well region surface using the gate electrode 160 and the sidewall insulating film 170 as a mask. Further, an interlayer insulating film 180 is deposited on the entire surface as shown in FIG.
As shown in the figure, the source / drain regions 110 and 120
A contact hole 220 reaching the above is formed in the interlayer insulating film 180. After that, the source / drain electrodes 190 and 200 are formed in the contact holes 220, and the metal wiring layer 210 is further formed on the interlayer insulating film 180, whereby the conventional MOS transistor shown in FIG. 30 is completed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のM
OSトランジスタであると以下のような問題点があっ
た。 (1)ゲート電極の加工が困難となる。これは、素子の
微細化が進むにつれてゲート電極のアスペクト比が厳し
くなる(大きくなる)ためである。ゲート電極のアスペ
クト比とは、ゲート長に対するゲート膜厚のことであ
る。この点について図32に示すMOSトランジスタの
断面図を用いて説明する。
However, the above-mentioned conventional M
The OS transistor has the following problems. (1) It is difficult to process the gate electrode. This is because the aspect ratio of the gate electrode becomes stricter (increased) as the device becomes finer. The aspect ratio of the gate electrode is the gate film thickness with respect to the gate length. This point will be described with reference to the cross-sectional view of the MOS transistor shown in FIG.

【0008】図示するように、トランジスタの世代が進
行する(微細化が進行する)と共にゲート長Lgateは小
さくなる(ゲート長Lgate’)が、他方でゲート膜厚T
gateは一定の大きさを維持する必要がある(ゲート膜厚
Tgate’)。これはMOSトランジスタの製造プロセス
に起因している。上述のように、LDD領域130、1
40の形成時のイオン注入はゲート電極160をマスク
に用いており、本工程により実効チャネル長Leffが制
御される。またソース・ドレイン領域110、120を
形成する際にも、ゲート電極160はマスク材として機
能する。ゲート電極がマスク材として機能するために
は、イオンがゲート電極を突き抜けない程度の膜厚が最
低限必要である。すなわち、微細化技術がどれほど進展
しても、ゲート膜厚の薄膜化には限界があり、その結果
ゲート電極のアスペクト比が厳しくなる。
As shown in the figure, the gate length Lgate becomes smaller (gate length Lgate ') as the transistor generation progresses (miniaturization progresses), but on the other hand, the gate film thickness T increases.
The gate needs to maintain a constant size (gate film thickness Tgate '). This is due to the manufacturing process of the MOS transistor. As described above, the LDD regions 130, 1
The gate electrode 160 is used as a mask for ion implantation when forming 40, and the effective channel length Leff is controlled by this step. The gate electrode 160 also functions as a mask material when forming the source / drain regions 110 and 120. In order for the gate electrode to function as a mask material, a minimum film thickness is required to prevent ions from penetrating the gate electrode. That is, no matter how the miniaturization technology progresses, there is a limit to thinning the gate film thickness, and as a result, the aspect ratio of the gate electrode becomes strict.

【0009】上記のようにアスペクト比が厳しくなる
と、ゲート電極の加工が困難となる。なぜなら、ゲート
電極の加工はリソグラフィ工程とエッチング工程により
行うのが通常であるが、アスペクト比が厳しくなると、
リソグラフィ工程の際にレジスト倒れが発生しやすくな
るからである。また露光の際にはより短波長の光源が必
要になる。更に、図33に示すように、ゲート電極側壁
がテーパー角(基板表面に垂直な方向に対する角度θ)
を有するようになる。すると、LDD領域を形成する為
のイオン注入において、その特性制御が困難となる。
If the aspect ratio becomes severe as described above, it becomes difficult to process the gate electrode. Because the gate electrode is usually processed by lithography process and etching process, when the aspect ratio becomes severe,
This is because resist collapse tends to occur during the lithography process. Further, a light source with a shorter wavelength is required for the exposure. Further, as shown in FIG. 33, the sidewall of the gate electrode has a taper angle (angle θ with respect to the direction perpendicular to the substrate surface).
To have. Then, it becomes difficult to control the characteristics of the ion implantation for forming the LDD region.

【0010】(2)MOSトランジスタの特性制御が困
難となる。前述のような従来のMOSトランジスタの製
造方法では、ウェル領域100形成時のp型不純物のイ
オン注入、ソース・ドレイン領域110、120及びL
DD領域130、140形成時のイオン注入、及び打ち
込んだ不純物を活性化させるための熱処理により、MO
Sトランジスタの閾値電圧、駆動電力等の特性制御を行
っている。このうち、ソース・ドレイン領域110、1
20及びLDD領域130、140形成の為のイオン注
入はゲート電極をマスクに用いて行われる。従って、M
OSトランジスタの特性はゲート電極160のゲート長
Lgateに非常に敏感になる。すると、ゲート長Lgateが
小さくなるに伴って、特性制御が困難となる。また上記
(1)で説明したように、ゲート電極側壁がテーパー角
を有することによっても特性制御が困難となる、という
問題があった。
(2) It becomes difficult to control the characteristics of the MOS transistor. In the conventional MOS transistor manufacturing method as described above, the p-type impurity is ion-implanted when the well region 100 is formed, the source / drain regions 110, 120 and L are formed.
By the ion implantation at the time of forming the DD regions 130 and 140 and the heat treatment for activating the implanted impurities, MO
Characteristic control of the threshold voltage of the S-transistor, driving power, etc. is performed. Of these, the source / drain regions 110, 1
Ion implantation for forming the 20 and LDD regions 130 and 140 is performed using the gate electrode as a mask. Therefore, M
The characteristics of the OS transistor become very sensitive to the gate length Lgate of the gate electrode 160. Then, as the gate length Lgate becomes smaller, it becomes difficult to control the characteristics. Further, as described in (1) above, there is a problem that the characteristic control becomes difficult even when the side wall of the gate electrode has a taper angle.

【0011】(3)層間絶縁膜厚を無駄に大きくする必
要がある。この点について図30を用いて説明する。層
間絶縁膜180は、ゲート電極160と配線層210と
の間の寄生容量を無視出来るような厚さが望ましく、こ
の観点から層間絶縁膜180の理想膜厚dsuitが決ま
る。しかし、ゲート電極160がシリコン基板上に設け
られているため、実際には理想膜厚dsuitに加えてゲー
ト膜厚Tgateの分だけ余計に堆積する必要がある(層間
絶縁膜厚dins=dsuit+Tgate)。これは製造プロセ
スの無駄であるばかりでなく、層間絶縁膜180の平坦
化工程を困難にすると共に、平坦化工程に長時間を要す
ることになる。また、ゲート電極の存在する部分と存在
しない部分とで層間絶縁膜180に凹凸が生じる。従っ
て、平坦化工程を行ったとしても、層間絶縁膜180を
完全に平坦にすることは困難である。その結果、層間絶
縁膜180上に形成する金属配線層210のパターニン
グ工程の精度が悪化する等の問題があった。
(3) It is necessary to unnecessarily increase the thickness of the interlayer insulating film. This point will be described with reference to FIG. The thickness of the interlayer insulating film 180 is preferably such that the parasitic capacitance between the gate electrode 160 and the wiring layer 210 can be ignored. From this viewpoint, the ideal film thickness dsuit of the interlayer insulating film 180 is determined. However, since the gate electrode 160 is provided on the silicon substrate, it is actually necessary to additionally deposit the gate film thickness Tgate in addition to the ideal film thickness dsuit (interlayer insulation film thickness dins = dsuit + Tgate). This is not only a waste of the manufacturing process, but also makes the planarization process of the interlayer insulating film 180 difficult and requires a long time for the planarization process. In addition, unevenness is generated in the interlayer insulating film 180 between the portion where the gate electrode exists and the portion where the gate electrode does not exist. Therefore, even if the flattening process is performed, it is difficult to completely flatten the interlayer insulating film 180. As a result, there is a problem that the accuracy of the patterning process of the metal wiring layer 210 formed on the interlayer insulating film 180 is deteriorated.

【0012】(4)ソース・ドレインコンタクトの加工
が困難となる。素子の微細化が進むと、ソース・ドレイ
ン領域にコンタクトするコンタクトホールも当然に微細
化される。他方で、上記(3)で説明したように層間絶
縁膜の膜厚は余計に大きくする必要がある。その結果、
コンタクトホールのアスペクト比(コンタクトホール底
面積に対する深さ)が大きくなり、コンタクトホール開
孔及びその埋め込み工程が困難となる。
(4) It is difficult to process the source / drain contact. As the device becomes finer, the contact holes that come into contact with the source / drain regions are naturally made finer. On the other hand, as described in (3) above, the film thickness of the interlayer insulating film needs to be increased excessively. as a result,
The aspect ratio of the contact hole (depth with respect to the bottom area of the contact hole) becomes large, making it difficult to open the contact hole and bury it.

【0013】上記のような問題点に鑑みて、短チャネル
効果・狭チャネル効果を抑制できる新たなMOSトラン
ジスタの構造が提案されている。例えば、IEEE Trans.
Electron Device, vol. 38, pp. 573-578, 1991 “Impa
ct of Surrounding Gate Transistor (SGT) for Ultra-
High-Density LSI’s” Hiroshi Takato 他著 には、S
GT構造を有するMOSトランジスタが開示されてい
る。SGT構造を有するMOSトランジスタについて図
34、図35を用いて説明する。図34はSGT構造を
有するMOSトランジスタの斜視断面図、図35は断面
図である。
In view of the above problems, a new MOS transistor structure capable of suppressing the short channel effect / narrow channel effect has been proposed. For example, IEEE Trans.
Electron Device, vol. 38, pp. 573-578, 1991 “Impa
ct of Surrounding Gate Transistor (SGT) for Ultra-
High-Density LSI's ”Hiroshi Takato et al.
A MOS transistor having a GT structure is disclosed. A MOS transistor having an SGT structure will be described with reference to FIGS. 34 and 35. 34 is a perspective sectional view of a MOS transistor having an SGT structure, and FIG. 35 is a sectional view.

【0014】図示するように、p型ウェル領域(シリコ
ン基板)100の表面内にドレイン領域120、120
が、互いに離隔するようにして設けられている。またド
レイン領域120、120間のウェル領域100上に
は、ピラー状のウェル領域230が設けられ、その表面
内にはソース領域110が設けられている。そして、ピ
ラー状のウェル領域230側壁を取り囲むようにして、
ゲート絶縁膜150及びゲート電極160が設けられて
いる。更に全面を層間絶縁膜180が被覆し、層間絶縁
膜180内にはドレイン領域120に接続するドレイン
電極200が設けられている。そして、層間絶縁膜18
0上に金属配線層210が設けられることでMOSトラ
ンジスタが構成されている。
As shown, drain regions 120, 120 are formed in the surface of the p-type well region (silicon substrate) 100.
Are provided so as to be separated from each other. A pillar-shaped well region 230 is provided on the well region 100 between the drain regions 120, 120, and a source region 110 is provided in the surface thereof. Then, by surrounding the side wall of the pillar-shaped well region 230,
A gate insulating film 150 and a gate electrode 160 are provided. Further, the entire surface is covered with the interlayer insulating film 180, and the drain electrode 200 connected to the drain region 120 is provided in the interlayer insulating film 180. Then, the interlayer insulating film 18
The MOS transistor is formed by providing the metal wiring layer 210 on 0.

【0015】上記構成のMOSトランジスタは、基板に
対して垂直な方向に沿ってソース・ドレイン間に電流が
流れる構造であり、上記(1)、(2)の問題を解決出
来る。しかしながら、ウェル領域230及びソース領域
110を含むピラーの高さdpillarを理想膜厚dsuitに
余分に加えて層間絶縁膜180を堆積しなければなら
ず、上記(3)、(4)の問題は依然として残ってい
る。
The MOS transistor having the above structure has a structure in which a current flows between the source and the drain along the direction perpendicular to the substrate, and can solve the problems (1) and (2). However, the height dpillar of the pillar including the well region 230 and the source region 110 must be additionally added to the ideal film thickness dsuit to deposit the interlayer insulating film 180, and the problems (3) and (4) still remain. Remaining.

【0016】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、特性制御を簡単化すると共に製造工
程を簡略化できる半導体素子及び半導体装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor element and a semiconductor device capable of simplifying characteristic control and simplifying a manufacturing process.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体素子は、半導体基板の表面内
に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、前記第1
半導体領域の表面内に設けられた第2導電型の第2半導
体領域と、前記第2半導体領域の表面内に設けられた第
1導電型の第3半導体領域と、前記第3半導体領域表面
から前記第1半導体領域に達する深さにゲート絶縁膜を
介在して、前記半導体基板表面内に埋め込み形成された
ゲート電極とを具備し、前記第1、第2半導体領域の一
部は前記半導体基板表面まで引き出されていることを特
徴としている。
In order to achieve the above object, a semiconductor element according to the present invention comprises a first semiconductor region of a first conductivity type provided in a surface of a semiconductor substrate, and the first semiconductor region.
A second semiconductor region of the second conductivity type provided in the surface of the semiconductor region, a third semiconductor region of the first conductivity type provided in the surface of the second semiconductor region, and a surface of the third semiconductor region A gate electrode embedded in the surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed to a depth reaching the first semiconductor region, part of the first and second semiconductor regions being the semiconductor substrate. It is characterized by being pulled out to the surface.

【0018】またこの発明に係る半導体素子は、半導体
基板の表面内に設けられた第1導電型の第1半導体領域
と、前記第1半導体領域の表面内に設けられた第2導電
型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域の表面内に
設けられた第1導電型の第3半導体領域と、前記第3半
導体領域表面から前記第1半導体領域に達する深さにゲ
ート絶縁膜を介在して、前記半導体基板表面内に埋め込
み形成されたゲート電極とを備え、前記ゲート絶縁膜に
接する前記第2半導体領域内にチャネルが形成される素
子部と、前記第1、第2半導体領域が前記半導体基板表
面まで引き出され、互いに第1絶縁膜で電気的に分離さ
れたコンタクト部と、前記素子部とコンタクト部との間
に設けられ、前記素子部における前記第3半導体領域及
びゲート電極と前記コンタクト部における前記第1、第
2半導体領域との間を電気的に分離する第2絶縁膜を備
える絶縁部とを具備することを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor element having a first conductivity type first semiconductor region provided in a surface of a semiconductor substrate and a second conductivity type first semiconductor region provided in a surface of the first semiconductor region. A second semiconductor region, a third semiconductor region of the first conductivity type provided in the surface of the second semiconductor region, and a gate insulating film interposed at a depth from the surface of the third semiconductor region to the first semiconductor region. And an element portion having a gate electrode embedded in the surface of the semiconductor substrate and having a channel formed in the second semiconductor region in contact with the gate insulating film, and the first and second semiconductor regions. A contact portion that is drawn out to the surface of the semiconductor substrate and is electrically isolated from each other by a first insulating film, and a third semiconductor region and a gate electrode that are provided between the element portion and the contact portion. Previous Wherein the contact portion first, is characterized by comprising an insulating portion provided with the second insulating film to electrically isolate between the second semiconductor region.

【0019】更にこの発明に係る半導体素子は、半導体
基板の表面内に設けられた第1導電型の第1半導体領域
と、前記第1半導体領域の表面一部領域内に設けられた
第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域の
表面一部領域内に設けられた第1導電型の第3半導体領
域と、前記第3半導体領域表面から前記第1半導体領域
に達する深さにゲート絶縁膜を介在して、前記半導体基
板表面内に埋め込み形成されたゲート電極と、前記半導
体基板表面において隣接する前記第1、第2半導体領域
間、並びに前記第3半導体領域及び前記ゲート電極と前
記第1、第2半導体領域間に設けられた絶縁膜とを具備
することを特徴としている。
Further, in the semiconductor element according to the present invention, the first conductive type first semiconductor region provided in the surface of the semiconductor substrate and the second conductive type region provided in the partial surface region of the first semiconductor region. -Type second semiconductor region, a third semiconductor region of the first conductivity type provided in a partial surface region of the second semiconductor region, and a depth from the surface of the third semiconductor region to the first semiconductor region A gate electrode embedded in the semiconductor substrate surface with a gate insulating film interposed between the first and second semiconductor regions adjacent to each other on the semiconductor substrate surface, and the third semiconductor region and the gate electrode. And an insulating film provided between the first and second semiconductor regions.

【0020】この発明に係る半導体装置は、上記半導体
素子を複数含み、隣接する前記半導体素子は、前記ゲー
ト電極、または前記第1乃至第3半導体領域のいずれか
を共用することを特徴としている。
A semiconductor device according to the present invention includes a plurality of the above semiconductor elements, and the adjacent semiconductor elements share the gate electrode or one of the first to third semiconductor regions.

【0021】また、この発明に係る半導体装置は、上記
半導体素子を複数含み、前記半導体素子間で共通接続さ
れる各々の前記第1乃至第3半導体領域のいずれかが互
いに隣接して設けられていることを特徴としている。
Further, a semiconductor device according to the present invention includes a plurality of the semiconductor elements described above, and any one of the first to third semiconductor regions commonly connected between the semiconductor elements is provided adjacent to each other. It is characterized by being.

【0022】更にこの発明に係る半導体装置は、上記半
導体素子を少なくとも2つ含み、該半導体素子は前記ゲ
ート電極を共用し、且つ前記第1乃至第3半導体領域が
該ゲート電極に対して互いに対称に設けられ、互いに共
通接続される前記第2半導体領域または第3半導体領域
のいずれかが前記コンタクト部において隣接して存在す
ることを特徴としている。
Further, a semiconductor device according to the present invention includes at least two of the above semiconductor elements, the semiconductor elements share the gate electrode, and the first to third semiconductor regions are symmetrical with respect to the gate electrode. It is characterized in that any one of the second semiconductor region and the third semiconductor region, which are provided in the contact portion and are commonly connected to each other, are adjacent to each other in the contact portion.

【0023】上記のような半導体素子及び半導体装置で
あると、ゲート電極が半導体基板中に埋め込まれてお
り、ゲート長はゲートを埋め込む際に半導体基板に形成
するトレンチ深さによって制御され、ゲート膜厚はその
トレンチ幅によって制御される。従って、ゲート長及び
ゲート膜厚を小さくした際に、レジスト倒れ等リソグラ
フィ工程に起因する問題は発生しない。むしろ、微細化
が進めばトレンチ深さは小さくなるのであるから、トレ
ンチ開口工程及びトレンチ内のゲート電極による埋め込
み工程が簡素化出来、ゲート電極の加工を容易にするこ
とが出来る。
In the semiconductor element and the semiconductor device as described above, the gate electrode is embedded in the semiconductor substrate, the gate length is controlled by the depth of the trench formed in the semiconductor substrate when the gate is embedded, and the gate film is formed. The thickness is controlled by its trench width. Therefore, when the gate length and the gate film thickness are reduced, problems caused by the lithography process such as resist collapse do not occur. Rather, since the trench depth becomes smaller as the miniaturization progresses, the trench opening step and the step of filling the trench with the gate electrode can be simplified, and the processing of the gate electrode can be facilitated.

【0024】また、ゲート電極を半導体基板に埋め込む
構造であると、従来のようにゲート電極を不純物拡散層
形成時のマスク材として使用する必要がない。従って、
ゲート電極の微細化が進展しても、そのことが不純物拡
散層形成工程に全く影響しない。すなわち、半導体素子
の微細化によって素子の閾値電圧、駆動電力等の特性制
御性が悪化することを防止できる。
Further, with the structure in which the gate electrode is embedded in the semiconductor substrate, it is not necessary to use the gate electrode as a mask material when forming the impurity diffusion layer as in the conventional case. Therefore,
Even if the miniaturization of the gate electrode progresses, it does not affect the impurity diffusion layer forming process at all. That is, it is possible to prevent deterioration of characteristic controllability such as threshold voltage and driving power of the element due to miniaturization of the semiconductor element.

【0025】更に、ゲート電極を半導体基板内に埋め込
むことにより半導体基板上に余計な突部が存在しない。
従って、半導体素子を保護する層間絶縁膜を理想膜厚で
堆積することが出来る。その結果、層間絶縁膜の平坦化
工程を簡略化すると共に、平坦化工程を短時間で行うこ
とが出来る。また、層間絶縁膜が形成される下地(半導
体基板表面)にゲート電極が存在しないため、堆積後の
層間絶縁膜自体の表面に凹凸が少なくなる。従って、平
坦化工程後の層間絶縁膜表面の平坦性が向上される。ひ
いては、層間絶縁膜上に形成する金属配線層のパターニ
ング工程の精度を向上できる。このように、層間絶縁膜
の膜厚を不要に大きくする必要が無い結果、層間絶縁膜
中に形成するコンタクトホールのアスペクト比を従来に
比べて小さくできる。そのため、コンタクトホール開孔
及びその埋め込み工程を簡単化出来、コンタクトの加工
が容易となる。
Furthermore, by embedding the gate electrode in the semiconductor substrate, there is no extra protrusion on the semiconductor substrate.
Therefore, the interlayer insulating film that protects the semiconductor element can be deposited with an ideal film thickness. As a result, the planarization process of the interlayer insulating film can be simplified and the planarization process can be performed in a short time. Further, since the gate electrode does not exist on the base (semiconductor substrate surface) on which the interlayer insulating film is formed, unevenness on the surface of the deposited interlayer insulating film itself is reduced. Therefore, the flatness of the surface of the interlayer insulating film after the flattening step is improved. Consequently, the accuracy of the patterning process of the metal wiring layer formed on the interlayer insulating film can be improved. As described above, since it is not necessary to unnecessarily increase the film thickness of the interlayer insulating film, the aspect ratio of the contact hole formed in the interlayer insulating film can be made smaller than in the conventional case. Therefore, the process of opening the contact hole and the process of filling the contact hole can be simplified, and the contact can be easily processed.

【0026】更に、各半導体領域の少なくとも一部は半
導体基板表面に露出されている。すなわち、全ての電極
を半導体基板表面に設けることが可能である。そのた
め、論理回路等を形成した場合の占有面積の縮小化及び
配線の削減が可能となる。
Further, at least a part of each semiconductor region is exposed on the surface of the semiconductor substrate. That is, all the electrodes can be provided on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, it is possible to reduce the occupied area and the number of wirings when a logic circuit or the like is formed.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. When explaining this,
Common parts are designated by common reference numerals.

【0028】この発明の第1の実施形態に係る半導体素
子及び半導体装置について、図1、図2(a)、
(b)、及び図3を用いて説明する。図1は本実施形態
に係るMOSトランジスタの斜視断面図であり、図2
(a)は図1におけるX1−X1’線方向の断面を含む
斜視断面図、図2(b)はX2−X2’線方向の断面を
含む斜視断面図であり、図3は等価回路図である。
A semiconductor element and a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention are shown in FIGS.
This will be described with reference to (b) and FIG. FIG. 1 is a perspective sectional view of the MOS transistor according to the present embodiment.
1A is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line X1-X1 'in FIG. 1, FIG. 2B is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line X2-X2', and FIG. 3 is an equivalent circuit diagram. is there.

【0029】図示するように本実施形態に係るMOSト
ランジスタは、素子部A1、コンタクト部A2及び絶縁
部A3の3つのブロックを有している。
As shown in the figure, the MOS transistor according to this embodiment has three blocks of an element portion A1, a contact portion A2 and an insulating portion A3.

【0030】素子部A1では、シリコン基板1の表面内
に設けられたドレイン領域(n型半導体領域)10の
表面内にウェル領域(p型半導体領域)11が設けら
れ、ウェル領域11の表面内にソース領域(n型半導
体領域)12が設けられている。すなわち、シリコン基
板1表面にはソース領域12が露出されている。そし
て、ソース領域12表面(シリコン基板表面)からドレ
イン領域10に達するようにして、ゲート電極13がゲ
ート絶縁膜14を介在して埋め込まれている。更に、シ
リコン基板1表面に露出されているソース領域12上に
図示せぬソース電極が設けられる。
In the element portion A1, the well region (p-type semiconductor region) 11 is provided in the surface of the drain region (n + type semiconductor region) 10 provided in the surface of the silicon substrate 1, and the surface of the well region 11 is provided. A source region (n + type semiconductor region) 12 is provided inside. That is, the source region 12 is exposed on the surface of the silicon substrate 1. Then, the gate electrode 13 is buried so as to reach the drain region 10 from the surface of the source region 12 (the surface of the silicon substrate) with the gate insulating film 14 interposed. Further, a source electrode (not shown) is provided on the source region 12 exposed on the surface of the silicon substrate 1.

【0031】コンタクト部A2では、素子部A1におけ
るドレイン領域10の一部がシリコン基板1表面に達す
るようにして延設され、同じく素子部A1におけるウェ
ル領域11の一部がシリコン基板1表面に達するように
して延設されている。そして、ドレイン領域10とウェ
ル領域11との間には、シリコン基板1表面からウェル
領域11よりも深くまで埋め込まれた絶縁膜15が設け
られており、両者を電気的に分離している。更に、コン
タクト部A2におけるシリコン基板表面に露出されてい
るドレイン領域10及びウェル領域11上に、それぞれ
図示せぬドレイン電極及びウェル電極が設けられる。
In the contact portion A2, a part of the drain region 10 in the element portion A1 is extended so as to reach the surface of the silicon substrate 1, and a part of the well region 11 in the element portion A1 also reaches the surface of the silicon substrate 1. Has been extended. An insulating film 15 buried from the surface of the silicon substrate 1 to a depth deeper than the well region 11 is provided between the drain region 10 and the well region 11 to electrically separate the two. Further, a drain electrode and a well electrode (not shown) are provided on the drain region 10 and the well region 11 exposed on the surface of the silicon substrate in the contact portion A2, respectively.

【0032】素子部A1とコンタクト部A2との間の領
域が絶縁部A3となっており、絶縁膜15がシリコン基
板1表面からドレイン領域10に達するようにして設け
られている。但し、素子部A1におけるウェル領域11
よりも深くに位置する絶縁膜15の一部が除去されてお
り、この領域を介して素子部A1のウェル領域11とコ
ンタクト部A2のウェル領域11とが電気的に接続され
ている。また、素子部A1のドレイン領域10とコンタ
クト部A2のドレイン領域10とは、絶縁膜15よりも
深い位置を介して電気的に接続されている。なお、素子
部A1のゲート電極13及びソース領域12は、絶縁膜
15によってコンタクト部A2と電気的に完全に分離さ
れている。
A region between the element portion A1 and the contact portion A2 is an insulating portion A3, and an insulating film 15 is provided so as to reach the drain region 10 from the surface of the silicon substrate 1. However, the well region 11 in the element portion A1
A part of the insulating film 15 located deeper than that is removed, and the well region 11 of the element portion A1 and the well region 11 of the contact portion A2 are electrically connected via this region. Further, the drain region 10 of the element portion A1 and the drain region 10 of the contact portion A2 are electrically connected via a position deeper than the insulating film 15. The gate electrode 13 and the source region 12 of the element portion A1 are electrically completely separated from the contact portion A2 by the insulating film 15.

【0033】次に、上記構成のMOSトランジスタの動
作について説明する。ソース・ドレイン間に順方向電圧
を印加すると共に、ゲート電極13に閾値電圧を印加す
ると、素子部A1のウェル領域11においてゲート絶縁
膜14に接する領域にチャネルが形成される(図中のチ
ャネル形成領域)。すると、ソース領域12内の電子が
チャネルを介してドレイン領域に流れ込み、MOSトラ
ンジスタはオン状態となる。すなわち、素子部A1にお
いて電流はシリコン基板1の表面に対して垂直な方向に
流れる。
Next, the operation of the MOS transistor having the above structure will be described. When a forward voltage is applied between the source and drain and a threshold voltage is applied to the gate electrode 13, a channel is formed in the well region 11 of the element portion A1 in contact with the gate insulating film 14 (channel formation in the figure). region). Then, the electrons in the source region 12 flow into the drain region via the channel, and the MOS transistor is turned on. That is, in the element portion A1, the current flows in the direction perpendicular to the surface of the silicon substrate 1.

【0034】次に、上記構成のMOSトランジスタの製
造方法について図4(a)、(b)及び図5乃至図10
を用いて説明する。図4(a)、(b)及び図5乃至図
10は本実施形態に係るMOSトランジスタの製造工程
を順次示す斜視断面図である。なお、図4(b)は図4
(a)におけるX3−X3’線方向の断面を含む斜視断
面図である。
Next, a method of manufacturing the MOS transistor having the above structure will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b) and FIGS.
Will be explained. 4A, 4B, and 5 to 10 are perspective sectional views sequentially showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the present embodiment. Note that FIG.
It is a perspective sectional view including a section of the X3-X3 'line direction in (a).

【0035】まず、STI(Shallow Trench Isolatio
n)技術によりシリコン基板1のコンタクト部A2及び
絶縁部A3に絶縁膜形成用のトレンチ16を図4
(a)、(b)に示すように形成する。
First, STI (Shallow Trench Isolatio)
n) a trench 16 for forming an insulating film is formed in the contact portion A2 and the insulating portion A3 of the silicon substrate 1 by the technique shown in FIG.
It is formed as shown in (a) and (b).

【0036】次に図5に示すように、全面にシリコン酸
化膜等の絶縁膜15を全面に堆積してトレンチ16を完
全に埋め込む。そして絶縁膜15をCMP(Chemical M
echanical Polishing)法等により研磨、平坦化し、シ
リコン基板1表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 5, an insulating film 15 such as a silicon oxide film is deposited on the entire surface to completely fill the trench 16. Then, the insulating film 15 is formed by CMP (Chemical M
The surface of the silicon substrate 1 is exposed by polishing and flattening by an echanical polishing method or the like.

【0037】次に図6に示すように、シリコン基板1に
砒素(Arsenic)等のn型不純物をイオン注入してn
型ドレイン領域10を形成する。この際、不純物がシリ
コン基板1の一定深さ以上に注入され、且つ絶縁部A3
における絶縁膜15直下の領域まで到達するように加速
電圧を調整してイオン注入を行う。その結果、素子部A
1とコンタクト部A2とにおけるドレイン領域10が、
絶縁部A3における絶縁膜15直下の領域で接合する。
またコンタクト部A2の一部においては更にn型不純物
をイオン注入し、後の素子領域A1におけるウェル領域
形成予定領域に相当する深さまでドレイン領域10を形
成する。
Next, as shown in FIG. 6, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted into the silicon substrate 1 to obtain n +.
A mold drain region 10 is formed. At this time, impurities are implanted to a certain depth or more of the silicon substrate 1 and the insulating portion A3
The ion implantation is performed by adjusting the acceleration voltage so as to reach the region directly below the insulating film 15 in the above. As a result, the element part A
1 and the drain region 10 in the contact portion A2,
Bonding is performed in a region immediately below the insulating film 15 in the insulating portion A3.
Further, in a part of the contact portion A2, an n-type impurity is further ion-implanted to form the drain region 10 to a depth corresponding to a well region formation planned region in the device region A1 later.

【0038】引き続き図7に示すように、シリコン基板
1にボロン(Boron)等のp型不純物をイオン注入して
p型ウェル領域11を形成する。この際、素子部A1に
おいては不純物がシリコン基板1の表面より一定の深さ
からドレイン領域10の表面まで達し、コンタクト部A
2の一部においてはシリコン基板1の表面からドレイン
領域10の表面に達し、且つ絶縁部A3においては絶縁
膜15の一部を貫通して、素子部A1とコンタクト部A
2とにおけるウェル領域11が絶縁膜15直下の領域で
接合するように、加速電圧を調整してイオン注入を行
う。
Subsequently, as shown in FIG. 7, p-type impurities such as boron are ion-implanted into the silicon substrate 1 to form the p-type well region 11. At this time, in the element portion A1, the impurities reach the surface of the drain region 10 from a certain depth from the surface of the silicon substrate 1 and the contact portion A1.
In part 2, the surface of the silicon substrate 1 is reached to the surface of the drain region 10, and in the insulating part A3, part of the insulating film 15 is penetrated, and the element part A1 and the contact part A are formed.
Ion implantation is performed by adjusting the accelerating voltage so that the well region 11 in 2 and the well region 11 are bonded to each other in the region immediately below the insulating film 15.

【0039】引き続き図8に示すように、シリコン基板
1に砒素等のn型不純物をイオン注入して、素子部A1
におけるソース領域12及びコンタクト部A2における
ドレイン領域10を完成する。この際、素子部A1にお
いては不純物がシリコン基板1の表面からウェル領域1
1の表面まで達し、コンタクト部A2の一部においては
シリコン基板1の表面からドレイン領域10の表面に達
するように、加速電圧を調整してイオン注入を行う。但
し、コンタクト部A2においてウェル領域11が設けら
れた領域内にはp型不純物が打ち込まれないようにして
おく必要がある。本工程において、素子部A1における
ドレイン領域10、ウェル領域11、ソース領域12、
及びコンタクト部A2におけるドレイン領域10、ウェ
ル領域11が完成する。そして、素子部A1においてソ
ース領域12が、コンタクト部A2においてウェル領域
11及びドレイン領域10がシリコン基板1表面に露出
し、且つ素子部A1のソース領域12とコンタクト部A
2のドレイン領域10及びウェル領域11とが、絶縁部
A3における絶縁膜15により電気的に分離された構造
が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted into the silicon substrate 1 to form the element portion A1.
To complete the source region 12 and the drain region 10 in the contact portion A2. At this time, in the element portion A1, impurities are transferred from the surface of the silicon substrate 1 to the well region 1
1 is reached, and the ion implantation is performed by adjusting the acceleration voltage so as to reach the surface of the drain region 10 from the surface of the silicon substrate 1 in a part of the contact portion A2. However, it is necessary to prevent p-type impurities from being implanted into the region where the well region 11 is provided in the contact portion A2. In this step, the drain region 10, the well region 11, the source region 12 in the element portion A1,
And the drain region 10 and the well region 11 in the contact portion A2 are completed. The source region 12 in the element portion A1, the well region 11 and the drain region 10 in the contact portion A2 are exposed on the surface of the silicon substrate 1, and the source region 12 and the contact portion A in the element portion A1 are exposed.
The structure in which the second drain region 10 and the well region 11 are electrically separated by the insulating film 15 in the insulating portion A3 is completed.

【0040】次に図9に示すように、ソース領域12表
面(シリコン基板1表面)からドレイン領域10に達す
るトレンチ17を、STI技術により素子部A1に形成
する。このトレンチ17はゲート電極形成用の溝であ
り、絶縁部A3に接する全面が絶縁膜15に面するよう
に形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a trench 17 extending from the surface of the source region 12 (surface of the silicon substrate 1) to the drain region 10 is formed in the element portion A1 by the STI technique. The trench 17 is a groove for forming a gate electrode, and is formed so that the entire surface in contact with the insulating portion A3 faces the insulating film 15.

【0041】引き続き図10に示すように、熱酸化法等
によりトレンチ17側面及び底面を酸化して、ゲート絶
縁膜14を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the side surface and the bottom surface of the trench 17 are oxidized by a thermal oxidation method or the like to form the gate insulating film 14.

【0042】その後はCVD(Chemical Vapor Deposit
ion)法等により全面に多結晶シリコン膜等の導電膜を
形成してトレンチ17を埋め込む。そして、CMP法等
によりシリコン基板1の表面が露出するまで研磨、平坦
化してゲート電極13を形成する。当然ながら、ゲート
電極13は絶縁部A3における絶縁膜15によってコン
タクト部A2と絶縁されている。以上の工程により、図
1、図2に示す構造のMOSトランジスタが完成する。
After that, CVD (Chemical Vapor Deposit)
A conductive film such as a polycrystalline silicon film is formed on the entire surface by the ion method or the like to fill the trench 17. Then, the gate electrode 13 is formed by polishing and planarizing by CMP or the like until the surface of the silicon substrate 1 is exposed. Of course, the gate electrode 13 is insulated from the contact portion A2 by the insulating film 15 in the insulating portion A3. Through the above steps, the MOS transistor having the structure shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

【0043】上記構成のMOSトランジスタであると、
以下のような効果が得られる。 (1)ゲート電極の加工が容易となる。この点について
図11を用いて説明する。図11は本実施形態に係るM
OSトランジスタの断面図である。前述のように、トラ
ンジスタの世代が進行(微細化が進行)するとゲート長
Lgateは小さくなる(ゲート長Lgate’)。他方、従来
構造ではゲート電極をイオン注入時のマスクとして用い
るために、ゲート膜厚Tgateを小さくすることが出来
ず、このことがゲート電極のアスペクト比を厳しくさ
せ、ひいてはゲート電極の加工を困難にしていた。しか
し本実施形態に係るMOSトランジスタであると、ゲー
ト電極16はソース・ドレイン領域10、12形成用の
マスク材ではない。従って、ゲート膜厚Tgateを十分に
小さくすることが可能である。更に、ゲート電極16は
シリコン基板1に形成したトレンチ16に埋め込まれる
構造を有するのであって、もはやゲート電極160の加
工にリソグラフィ工程は必要ない。すなわち、ゲート長
Lgateはトレンチ16の深さによって制御され、ゲート
膜厚Tgateはトレンチ16幅によって制御される。従っ
て、ゲート長Lgate及びゲート膜厚Tgateを小さくする
際にレジスト倒れ等の問題は発生しない。むしろ、微細
化が進めばトレンチ16深さは小さくなるのであるか
ら、トレンチ16開口工程及びトレンチ16内のゲート
電極13による埋め込み工程が簡素化出来、ゲート電極
の加工を容易にすることが出来る。勿論、ゲート電極に
テーパー角が生じる等の問題も解決出来る。
With the MOS transistor having the above structure,
The following effects can be obtained. (1) The gate electrode can be easily processed. This point will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows M according to the present embodiment.
It is sectional drawing of an OS transistor. As described above, the gate length Lgate becomes smaller (gate length Lgate ') as the generation of transistors progresses (miniaturization progresses). On the other hand, in the conventional structure, since the gate electrode is used as a mask at the time of ion implantation, the gate film thickness Tgate cannot be made small, which makes the aspect ratio of the gate electrode strict and thus makes it difficult to process the gate electrode. Was there. However, in the MOS transistor according to this embodiment, the gate electrode 16 is not a mask material for forming the source / drain regions 10 and 12. Therefore, the gate film thickness Tgate can be made sufficiently small. Further, since the gate electrode 16 has a structure to be embedded in the trench 16 formed in the silicon substrate 1, the lithography process is no longer required for processing the gate electrode 160. That is, the gate length Lgate is controlled by the depth of the trench 16, and the gate film thickness Tgate is controlled by the width of the trench 16. Therefore, problems such as resist collapse do not occur when the gate length Lgate and the gate film thickness Tgate are reduced. On the contrary, since the depth of the trench 16 becomes smaller as the miniaturization progresses, the step of opening the trench 16 and the step of filling the trench 16 with the gate electrode 13 can be simplified, and the processing of the gate electrode can be facilitated. Of course, the problem that the gate electrode has a taper angle can be solved.

【0044】(2)MOSトランジスタの特性制御が容
易となる。従来技術で説明したように、従前のMOSト
ランジスタではゲート電極をマスクに用いたイオン注入
によってソース・ドレイン領域を形成していた為に、ゲ
ート長Lgateが小さくなるにつれてその特性制御が困難
となっていた。しかし本実施形態に係るMOSトランジ
スタであると、ソース・ドレイン領域10、12の形成
にゲート電極13は一切関与しない。従って、ゲート電
極13の微細化が特性制御に与える悪影響を防止出来
る。また、MOSトランジスタの特性制御はドレイン・
ウェル・ソース領域10、11、12形成時のイオン注
入における不純物のドーズ量及び打ち込み深さによって
決定されるため、MOSトランジスタの閾値電圧、駆動
電力等の特性制御性を大幅に向上、簡略化出来る。
(2) It becomes easy to control the characteristics of the MOS transistor. As described in the prior art, in the conventional MOS transistor, since the source / drain regions are formed by ion implantation using the gate electrode as a mask, it becomes difficult to control the characteristics thereof as the gate length Lgate becomes smaller. It was However, in the MOS transistor according to this embodiment, the gate electrode 13 does not participate in the formation of the source / drain regions 10 and 12. Therefore, it is possible to prevent the adverse effect that the miniaturization of the gate electrode 13 has on the characteristic control. In addition, the characteristic control of the MOS transistor is
Since it is determined by the dose amount and the implantation depth of the impurities in the ion implantation at the time of forming the well / source regions 10, 11 and 12, the controllability of characteristics such as the threshold voltage of the MOS transistor and the driving power can be greatly improved and simplified. .

【0045】(3)層間絶縁膜厚を必要最小限に出来
る。この点について図12を用いて説明する。図12は
MOSトランジスタの特に素子部A1の断面図である。
図示するように、MOSトランジスタが形成されたシリ
コン基板1上には層間絶縁膜18が形成され、更に層間
絶縁膜18内にソース領域12に達するコンタクトホー
ル19が開口され、このコンタクトホール19内にソー
ス電極20が埋め込み形成される。勿論、図示せぬコン
タクト部においてはウェル領域11、ドレイン領域10
に達するコンタクトホールが形成され、その内部に電極
が形成される。そして層間絶縁膜18上に金属配線層2
1が形成される。従来構造のMOSトランジスタである
と、シリコン基板上にゲート電極が存在するため、層間
絶縁膜をゲートで膜厚Tgateの分だけ余計に堆積する必
要があった。しかし本実施形態に係るMOSトランジス
タであると、ゲート電極13はシリコン基板1内に埋め
込まれている。すなわちシリコン基板1上に余計な突部
(ゲート電極)が存在しない。従って、層間絶縁膜18
堆積の際には膜厚dinsを余計に大きくする必要はな
く、層間絶縁膜18を、理想膜厚dsuitで堆積すること
が出来る。その結果、層間絶縁膜18の平坦化工程を簡
略化すると共に、平坦化工程を短時間で行うことが出来
る。また、層間絶縁膜18が形成される下地(シリコン
基板1表面)にゲート電極が存在しないため、堆積後の
層間絶縁膜18自体の表面には凹凸が少なくなる。従っ
て、CMP法による平坦化工程後の層間絶縁膜18表面
の平坦性が向上される。そのため、層間絶縁膜18上に
形成する金属配線層21のパターニング工程の精度を向
上できる。
(3) The interlayer insulating film thickness can be minimized. This point will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the MOS transistor, particularly the element portion A1.
As shown in the drawing, an interlayer insulating film 18 is formed on the silicon substrate 1 on which the MOS transistor is formed, and a contact hole 19 reaching the source region 12 is formed in the interlayer insulating film 18, and the contact hole 19 is formed in the contact hole 19. The source electrode 20 is embedded and formed. Of course, in the contact portion (not shown), the well region 11 and the drain region 10
Is formed, and an electrode is formed therein. Then, the metal wiring layer 2 is formed on the interlayer insulating film 18.
1 is formed. In the case of the MOS transistor having the conventional structure, since the gate electrode is present on the silicon substrate, it is necessary to additionally deposit the interlayer insulating film by the gate thickness Tgate. However, in the MOS transistor according to this embodiment, the gate electrode 13 is embedded in the silicon substrate 1. That is, there is no extra protrusion (gate electrode) on the silicon substrate 1. Therefore, the interlayer insulating film 18
It is not necessary to increase the film thickness dins excessively during the deposition, and the interlayer insulating film 18 can be deposited with the ideal film thickness dsuit. As a result, the planarization process of the interlayer insulating film 18 can be simplified and the planarization process can be performed in a short time. Further, since the gate electrode is not present on the base (the surface of the silicon substrate 1) on which the interlayer insulating film 18 is formed, the surface of the deposited interlayer insulating film 18 itself has less unevenness. Therefore, the flatness of the surface of the interlayer insulating film 18 after the flattening step by the CMP method is improved. Therefore, the accuracy of the patterning process of the metal wiring layer 21 formed on the interlayer insulating film 18 can be improved.

【0046】(4)ソース・ドレインコンタクトの加工
が容易となる。上記(3)で説明したように、層間絶縁
膜18の膜厚dinsは理想膜厚dsuitで形成できる。そ
の結果、コンタクトホールのアスペクト比を従来に比べ
て小さくできる。そのため、コンタクトホール開孔及び
その埋め込み工程を簡単化出来、ソース・ドレインコン
タクトの加工が容易となる。
(4) The source / drain contact can be easily processed. As described in (3) above, the film thickness dins of the interlayer insulating film 18 can be formed to have an ideal film thickness dsuit. As a result, the aspect ratio of the contact hole can be made smaller than in the conventional case. Therefore, the process of opening the contact hole and the process of filling the contact hole can be simplified, and the source / drain contact can be easily processed.

【0047】(5)論理回路の占有面積の縮小化及び配
線の削減が可能となる。これは、ソース・ドレイン・ウ
ェル領域の全ての電位をシリコン基板表面から与えるこ
とが出来るためである。この点については、以下第2乃
至第4の実施形態において詳細に説明する。
(5) It is possible to reduce the area occupied by the logic circuit and the wiring. This is because all the potentials of the source / drain / well regions can be applied from the surface of the silicon substrate. This point will be described in detail in the second to fourth embodiments below.

【0048】この発明の第2の実施形態に係る半導体素
子及び半導体装置について、図13、図14(a)乃至
(c)、及び図15を用いて説明する。本実施形態は、
上記第1の実施形態で説明したMOSトランジスタを用
いてインバータ回路を構成したものである。図13は本
実施形態に係るインバータ回路の斜視断面図である。ま
た、図14(a)は図13におけるX4−X4’線方向
の断面を含む斜視断面図、図14(b)はX5−X5’
線方向の断面を含む斜視断面図、図14(c)はX6−
X6’線方向の断面を含む斜視断面図であり、図15は
等価回路図である。
A semiconductor element and a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13, 14A to 14C, and 15. In this embodiment,
The inverter circuit is configured by using the MOS transistor described in the first embodiment. FIG. 13 is a perspective sectional view of the inverter circuit according to the present embodiment. 14A is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line X4-X4 ′ in FIG. 13, and FIG. 14B is X5-X5 ′.
A perspective cross-sectional view including a cross section in a line direction, FIG.
FIG. 16 is a perspective cross-sectional view including a cross section in the X6 ′ line direction, and FIG. 15 is an equivalent circuit diagram.

【0049】図15に示すようにインバータ回路は、入
力端子INに接続されたゲートと負の電源電位Vssに
接続されたソースとを有するnMOSトランジスタ50
と、入力端子INに接続されたゲートと正の電源電位V
ccに接続されたソースとnMOSトランジスタ50の
ドレインに接続されたドレインとを有するpMOSトラ
ンジスタ51とを備えている。そして、nMOSトラン
ジスタ50のドレインとpMOSトランジスタ51のド
レインとの接続ノードが出力端子OUTとなる。
As shown in FIG. 15, the inverter circuit has an nMOS transistor 50 having a gate connected to the input terminal IN and a source connected to the negative power supply potential Vss.
And the gate connected to the input terminal IN and the positive power supply potential V
It includes a pMOS transistor 51 having a source connected to cc and a drain connected to the drain of the nMOS transistor 50. The connection node between the drain of the nMOS transistor 50 and the drain of the pMOS transistor 51 becomes the output terminal OUT.

【0050】nMOSトランジスタ50は、図13、図
14(a)に示すように、第1の実施形態で説明した構
造である。
The nMOS transistor 50 has the structure described in the first embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14A.

【0051】pMOSトランジスタ51は、図13、図
14(c)に示すように、nMOSトランジスタ50の
各半導体領域の導電型を逆にしたものである。すなわ
ち、素子部A1では、nMOSトランジスタ50が作り
込まれているシリコン基板1の表面内に設けられたドレ
イン領域(p型半導体領域)30の表面内にウェル領
域(n型半導体領域)31が設けられ、ウェル領域31
の表面内にソース領域(p型半導体領域)32が設け
られている。そして、ソース領域32表面(シリコン基
板表面)からドレイン領域30に達するようにして、n
MOSトランジスタ50と共用されるゲート電極13が
ゲート絶縁膜14を介在して埋め込まれている。
In the pMOS transistor 51, as shown in FIGS. 13 and 14C, the conductivity type of each semiconductor region of the nMOS transistor 50 is reversed. That is, in the element portion A1, the well region (n-type semiconductor region) 31 is formed in the surface of the drain region (p + type semiconductor region) 30 provided in the surface of the silicon substrate 1 in which the nMOS transistor 50 is formed. Well region 31 provided
A source region (p + type semiconductor region) 32 is provided in the surface of the. Then, the drain region 30 is reached from the surface of the source region 32 (the surface of the silicon substrate), and n
The gate electrode 13 shared with the MOS transistor 50 is embedded with the gate insulating film 14 interposed.

【0052】コンタクト部A2では、素子部A1におけ
るドレイン領域30の一部がシリコン基板表面に達する
ようにして延設され、同じく素子部A1におけるウェル
領域31の一部が同じくシリコン基板1表面に達するよ
うにして延設されている。そして、ドレイン領域30と
ウェル領域31との間には、シリコン基板1表面からウ
ェル領域31よりも深くまで埋め込まれた絶縁膜15を
有しており、両者を電気的に分離している。
In the contact portion A2, a part of the drain region 30 in the element portion A1 is extended so as to reach the surface of the silicon substrate, and a part of the well region 31 in the element portion A1 also reaches the surface of the silicon substrate 1. Has been extended. Further, between the drain region 30 and the well region 31, there is an insulating film 15 buried from the surface of the silicon substrate 1 to a depth deeper than the well region 31 to electrically separate the two.

【0053】素子部A1とコンタクト部A2との間の領
域が絶縁部A3となっており、絶縁膜15がシリコン基
板1表面からドレイン領域30に達するようにして設け
られている。但し、素子部A1におけるウェル領域31
よりも深くに位置する絶縁膜15の一部が除去されてお
り、この領域を介して、素子部A1のウェル領域31と
コンタクト部A2のウェル領域31とが電気的に接続さ
れている。素子部A1のドレイン領域30とコンタクト
部A2のドレイン領域30とは、絶縁膜15よりも深い
位置を介して電気的に接続される。また、素子部A1の
ゲート電極13及びソース領域32は、絶縁膜15によ
ってコンタクト部A2とは電気的に完全に分離されてい
る。
The region between the element portion A1 and the contact portion A2 is the insulating portion A3, and the insulating film 15 is provided so as to reach the drain region 30 from the surface of the silicon substrate 1. However, the well region 31 in the element portion A1
A part of the insulating film 15 located deeper than that is removed, and the well region 31 of the element portion A1 and the well region 31 of the contact portion A2 are electrically connected via this region. The drain region 30 of the element portion A1 and the drain region 30 of the contact portion A2 are electrically connected via a position deeper than the insulating film 15. Further, the gate electrode 13 and the source region 32 of the element portion A1 are electrically completely separated from the contact portion A2 by the insulating film 15.

【0054】上記のようなpMOSトランジスタ51と
nMOSトランジスタ50とが、ゲート電極13を共用
し、且つコンタクト部A2におけるドレイン領域10、
30が接するようにして(図14(b)参照)同一シリ
コン基板1内に形成されている。すなわち、導電型を逆
にする2つのMOSトランジスタが、互いのソース・ド
レイン・ウェル領域がゲート電極13に対して対称とな
るようにシリコン基板1内に形成されている。そして、
ゲート電極13がインバータの入力端子IN、ドレイン
領域10、30が出力端子OUTとなり、nMOSトラ
ンジスタ50、pMOSトランジスタ51の各ソース領
域12、32は素子部A1において電源電位Vss、電
源電位Vccに接続され、両者のウェル領域11、31
はコンタクト部A2において接地電位に接続されてい
る。
The pMOS transistor 51 and the nMOS transistor 50 as described above share the gate electrode 13, and the drain region 10 in the contact portion A2,
30 are formed in the same silicon substrate 1 so as to be in contact with each other (see FIG. 14B). That is, two MOS transistors having opposite conductivity types are formed in the silicon substrate 1 so that their source / drain / well regions are symmetrical with respect to the gate electrode 13. And
The gate electrode 13 serves as the input terminal IN of the inverter, the drain regions 10 and 30 serve as the output terminal OUT, and the source regions 12 and 32 of the nMOS transistor 50 and the pMOS transistor 51 are connected to the power supply potential Vss and the power supply potential Vcc in the element portion A1. , Well regions 11 and 31 of both
Is connected to the ground potential at the contact portion A2.

【0055】次に、上記構成のMOSトランジスタの動
作について図16を用いて説明する。図16はインバー
タ回路の入力・出力信号の状態図(真理値表)である。
ゲート電極13に負の閾値電圧(“0”)を印加する
と、pMOSトランジスタ51の素子部A1のウェル領
域31においてゲート絶縁膜14に接する領域にチャネ
ルが形成される。すると、ソース領域32内のホールが
チャネルを介してドレイン領域に流れ込み、pMOSト
ランジスタ51はオン状態となる。他方、nMOSトラ
ンジスタ50の素子部A1のウェル領域11にはチャネ
ルが形成されないからオフ状態である。その結果、出力
端子OUTは電源電位(出力“1”)となる。
Next, the operation of the MOS transistor having the above structure will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a state diagram (truth table) of input / output signals of the inverter circuit.
When a negative threshold voltage (“0”) is applied to the gate electrode 13, a channel is formed in the well region 31 of the element portion A1 of the pMOS transistor 51 in the region in contact with the gate insulating film 14. Then, holes in the source region 32 flow into the drain region via the channel, and the pMOS transistor 51 is turned on. On the other hand, since no channel is formed in the well region 11 of the element portion A1 of the nMOS transistor 50, it is in the off state. As a result, the output terminal OUT becomes the power supply potential (output “1”).

【0056】逆に、ゲート電極13に正の閾値電圧
(“1”)を印加すると、nMOSトランジスタ50の
素子部A1のウェル領域11においてゲート絶縁膜14
に接する領域にチャネルが形成される。すると、ソース
領域12内の電子がチャネルを介してドレイン領域に流
れ込み、nMOSトランジスタ50はオン状態となる。
他方、pMOSトランジスタ51の素子部A1のウェル
領域31にはチャネルが形成されないからオフ状態であ
る。その結果、出力端子OUTは接地電位(出力
“0”)となる。
On the contrary, when a positive threshold voltage (“1”) is applied to the gate electrode 13, the gate insulating film 14 is formed in the well region 11 of the element portion A 1 of the nMOS transistor 50.
A channel is formed in a region in contact with. Then, the electrons in the source region 12 flow into the drain region via the channel, and the nMOS transistor 50 is turned on.
On the other hand, since no channel is formed in the well region 31 of the element portion A1 of the pMOS transistor 51, it is in the off state. As a result, the output terminal OUT becomes the ground potential (output “0”).

【0057】本実施形態のように、第1の実施形態に係
るMOSトランジスタを用いて論理回路を構成すれば、
論理回路の占有面積の縮小化及び配線の削減が可能とな
る。この点について、従来構造のMOSトランジスタを
用いた場合と比較しつつ説明する。図17は本実施形態
に係るインバータの斜視断面図である。図18、図19
は従来のプレーナ型及びSGT構造のMOSトランジス
タを用いて構成したインバータの斜視断面図である。
If a logic circuit is constructed using the MOS transistors according to the first embodiment as in this embodiment,
It is possible to reduce the area occupied by the logic circuit and the wiring. This point will be described in comparison with the case where a MOS transistor having a conventional structure is used. FIG. 17 is a perspective sectional view of the inverter according to this embodiment. 18 and 19
FIG. 3 is a perspective cross-sectional view of an inverter configured using conventional planar type and SGT structure MOS transistors.

【0058】図18、図19に示すように、従来のプレ
ーナ型及びSGT構造のMOSトランジスタを用いてイ
ンバータを構成する場合、nMOSトランジスタ、pM
OSトランジスタは、素子分離領域400で電気的に分
離されたp型ウェル領域100及びn型ウェル領域30
0内にそれぞれを形成される。そして、nMOSトラン
ジスタのソース領域110は金属配線層210−1で電
源電位Vssに接続され、pMOSトランジスタのソー
ス領域310は金属配線層210−2で電源電位Vcc
へ接続される。また両者のドレイン領域120、320
は、素子分離領域400を跨ぐようにして設けられた金
属配線層210−3によって接続された後、出力端子O
UTに接続される。
As shown in FIGS. 18 and 19, when an inverter is formed using conventional planar type and SGT structure MOS transistors, an nMOS transistor and a pM are used.
The OS transistor includes a p-type well region 100 and an n-type well region 30 which are electrically isolated by an element isolation region 400.
Each is formed within 0. The source region 110 of the nMOS transistor is connected to the power supply potential Vss through the metal wiring layer 210-1, and the source region 310 of the pMOS transistor is connected to the power supply potential Vcc through the metal wiring layer 210-2.
Connected to. Further, both drain regions 120 and 320
Are connected by the metal wiring layer 210-3 provided so as to straddle the element isolation region 400, and then the output terminal O
Connected to UT.

【0059】上記従来のインバータ回路に対して、本実
施形態に係る構造では、図17に示すように、ゲート電
極13によって分離された領域に、該ゲート電極13を
挟むようにしてnMOSトランジスタ及びpMOSトラ
ンジスタを形成している。そして、nMOSトランジス
タのソース領域12は金属配線層21−1で電源電位V
ssに接続され、pMOSトランジスタのソース領域3
2は金属配線層21−2で電源電位Vccへ接続され
る。また両者のドレイン領域10、30は、共通のドレ
イン電極21−3によって接続され、直接出力端子OU
Tに接続される。
In contrast to the conventional inverter circuit described above, in the structure according to the present embodiment, as shown in FIG. 17, an nMOS transistor and a pMOS transistor are provided in a region separated by the gate electrode 13 so as to sandwich the gate electrode 13. Is forming. The source region 12 of the nMOS transistor is the metal wiring layer 21-1 and has the power supply potential V
Source region 3 of pMOS transistor connected to ss
2 is a metal wiring layer 21-2, which is connected to the power supply potential Vcc. Further, the drain regions 10 and 30 of the both are connected by the common drain electrode 21-3, and are directly connected to the output terminal OU.
Connected to T.

【0060】すなわち、本実施形態に係る構造では、ウ
ェル領域を電気的に分離する素子分離領域400を必要
としない。その為、インバータを構成するのに必要な素
子面積を縮小できる。更に2つのドレイン領域10、3
0は隣接しているため、共通の電極21−3を使用で
き、両者を接続するための金属配線層210−3が必要
ない。従って、インバータを構成するための配線数を削
減できる。その結果、論理回路の製造コストの削減及び
製造工程の簡略化が実現できる。
That is, the structure according to this embodiment does not require the element isolation region 400 for electrically isolating the well region. Therefore, the element area required for forming the inverter can be reduced. Two more drain regions 10, 3
Since 0s are adjacent to each other, the common electrode 21-3 can be used, and the metal wiring layer 210-3 for connecting the two is not required. Therefore, the number of wires for forming the inverter can be reduced. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of the logic circuit and simplify the manufacturing process.

【0061】次に、この発明の第3の実施形態に係る半
導体素子及び半導体装置について図20、図21(a)
乃至(d)、及び図22を用いて説明する。本実施形態
は、上記第1の実施形態で説明したMOSトランジスタ
を用いてNOR回路を構成したものである。図20は上
記第1の実施形態で説明したMOSトランジスタを用い
て構成したNOR回路の斜視断面図である。また、図2
1(a)は図20におけるX7−X7’線方向の断面を
含む斜視断面図、図21(b)はX8−X8’線方向の
断面を含む斜視断面図、図21(c)はX9−X9’線
方向の断面図を含む斜視断面図、図21(d)はX10
−X10’線方向の断面図を含む斜視断面図であり、図
22は等価回路図である。
Next, a semiconductor element and a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a NOR circuit is constructed using the MOS transistors described in the first embodiment. FIG. 20 is a perspective sectional view of a NOR circuit configured by using the MOS transistor described in the first embodiment. Also, FIG.
1A is a perspective sectional view including a section taken along line X7-X7 'in FIG. 20, FIG. 21B is a perspective sectional view including a section taken along line X8-X8', and FIG. A perspective cross-sectional view including a cross-sectional view taken along the line X9 ′, and FIG.
FIG. 22 is a perspective cross-sectional view including a cross-sectional view taken along the line −X10 ′, and FIG. 22 is an equivalent circuit diagram.

【0062】図22に示すようにNOR回路は、nMO
Sトランジスタ52、54及びpMOSトランジスタ5
3、55を備えており、nMOSトランジスタ52とp
MOSトランジスタ53とはインバータ56を構成して
いる。nMOSトランジスタ52は、入力端子IN1に
接続されたゲート、負の電源電位Vssに接続されたソ
ース、及び出力端子OUTに接続されたドレインを有し
ている。nMOSトランジスタ54は、入力端子IN2
に接続されたゲート、電源電位Vssに接続されたソー
ス、及び出力端子OUTに接続されたドレインを有して
いる。pMOSトランジスタ53は、入力端子IN1に
接続されたゲート及び出力端子OUTに接続されたドレ
インを有している。pMOSトランジスタ55は、入力
端子IN2に接続されたゲート、正の電源電位Vccに
接続されたソース、及びpMOSトランジスタ53のソ
ースに接続されたドレインを有している。
The NOR circuit as shown in FIG.
S transistors 52 and 54 and pMOS transistor 5
3, 55, and nMOS transistor 52 and p
The MOS transistor 53 constitutes an inverter 56. The nMOS transistor 52 has a gate connected to the input terminal IN1, a source connected to the negative power supply potential Vss, and a drain connected to the output terminal OUT. The nMOS transistor 54 has an input terminal IN2.
, A source connected to the power supply potential Vss, and a drain connected to the output terminal OUT. The pMOS transistor 53 has a gate connected to the input terminal IN1 and a drain connected to the output terminal OUT. The pMOS transistor 55 has a gate connected to the input terminal IN2, a source connected to the positive power supply potential Vcc, and a drain connected to the source of the pMOS transistor 53.

【0063】nMOSトランジスタ52とpMOSトラ
ンジスタ53とによって構成されるインバータ56は、
図20、図21(b)に示すように上記第2の実施形態
で説明した構造である。すなわち、互いに共用するゲー
ト電極13−1に対して対称となるようにしてシリコン
基板中に2つのMOSトランジスタ52、53が形成さ
れている。
The inverter 56 composed of the nMOS transistor 52 and the pMOS transistor 53 is
As shown in FIGS. 20 and 21 (b), it has the structure described in the second embodiment. That is, the two MOS transistors 52 and 53 are formed in the silicon substrate so as to be symmetrical with respect to the shared gate electrode 13-1.

【0064】nMOSトランジスタ54は、図20、図
21(a)、(b)に示すように、nMOSトランジス
タ52と共用するソース・ドレイン領域10、11及び
ウェル領域11並びにゲート電極13−1と電気的に分
離されたゲート電極13−3を備えている。
As shown in FIGS. 20, 21A and 21B, the nMOS transistor 54 is electrically connected to the source / drain regions 10 and 11 and the well region 11 which are shared with the nMOS transistor 52, and the gate electrode 13-1. The gate electrode 13-3 is electrically separated.

【0065】またpMOSトランジスタ51は、図2
0、図21(d)に示すように、素子部A1において、
シリコン基板1の表面内に設けられたソース領域(p
型半導体領域)30の表面内にウェル領域(n型半導体
領域)31が設けられ、ウェル領域31の表面内にドレ
イン領域(p型半導体領域)32が設けられている。
このpMOSトランジスタのドレイン領域となるp
半導体領域は、pMOSトランジスタのソース領域と共
用されている。そして、ドレイン領域32表面(シリコ
ン基板表面)からソース領域30に達するようにして、
ゲート電極13−1、13−3と電気的に分離されたゲ
ート電極13−2がゲート絶縁膜14を介在して埋め込
まれている。
Further, the pMOS transistor 51 is similar to that shown in FIG.
0, as shown in FIG. 21D, in the element portion A1,
The source region (p +) provided in the surface of the silicon substrate 1
A well region (n-type semiconductor region) 31 is provided in the surface of the type semiconductor region 30 and a drain region (p + type semiconductor region) 32 is provided in the surface of the well region 31.
The p + type semiconductor region which is the drain region of the pMOS transistor is shared with the source region of the pMOS transistor. Then, the source region 30 is reached from the surface of the drain region 32 (the surface of the silicon substrate),
A gate electrode 13-2, which is electrically separated from the gate electrodes 13-1 and 13-3, is buried with a gate insulating film 14 interposed.

【0066】pMOSトランジスタ53、55間には分
離部が設けられている。この分離部では、絶縁部A3の
絶縁膜15が素子部A1にも延設されており、ドレイン
領域30−1とソース領域30−2とを電気的に分離し
ている。また分離部では、pMOSトランジスタ53の
ウェル領域31−1とpMOSトランジスタ55のウェ
ル領域31−2とが接合している。
An isolation portion is provided between the pMOS transistors 53 and 55. In this separation part, the insulating film 15 of the insulating part A3 is extended to the element part A1 as well, and electrically separates the drain region 30-1 and the source region 30-2. Further, in the isolation portion, the well region 31-1 of the pMOS transistor 53 and the well region 31-2 of the pMOS transistor 55 are joined.

【0067】そして、ゲート電極13−1がNOR回路
の入力端子IN1、ゲート電極13−2、13−3が入
力端子IN2、ドレイン領域10、30−1が出力端子
OUTとなる。またnMOSトランジスタ52、54で
共用するソース領域12が素子部A1において電源電位
Vssに接続され、nMOSトランジスタ52、54の
ウェル領域11及びpMOSトランジスタ53、55の
ウェル領域31−1、31−2がコンタクト部A2にお
いて接地電位に接続され、pMOSトランジスタ55の
ソース領域30−2がコンタクト部A2において電源電
位Vccに接続されている。
The gate electrode 13-1 serves as the input terminal IN1 of the NOR circuit, the gate electrodes 13-2 and 13-3 serve as the input terminal IN2, and the drain regions 10 and 30-1 serve as the output terminal OUT. The source region 12 shared by the nMOS transistors 52 and 54 is connected to the power supply potential Vss in the element portion A1, and the well regions 11 of the nMOS transistors 52 and 54 and the well regions 31-1 and 31-2 of the pMOS transistors 53 and 55 are formed. The contact portion A2 is connected to the ground potential, and the source region 30-2 of the pMOS transistor 55 is connected to the power supply potential Vcc at the contact portion A2.

【0068】次に、上記構成のMOSトランジスタの動
作について図23を用いて説明する。図23はNOR回
路の入力・出力信号の状態図(真理値表)である。ゲー
ト電極13−1(入力端子IN1)及びゲート電極13
−2、13−3(入力端子IN2)に負の閾値電圧
(“0”)を印加すると、pMOSトランジスタ53、
55の素子部A1のウェル領域31−1、31−2にお
いてゲート絶縁膜14−1、14−2に接する領域にチ
ャネルが形成される。すると、pMOSトランジスタ5
3、55がオン状態となる。他方、nMOSトランジス
タ52、54の素子部A1のウェル領域11にはチャネ
ルが形成されないからオフ状態である。その結果、出力
端子OUTは電源電位(出力“1”)となる。
Next, the operation of the MOS transistor having the above structure will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a state diagram (truth table) of input / output signals of the NOR circuit. Gate electrode 13-1 (input terminal IN1) and gate electrode 13
-2, 13-3 (input terminal IN2) is applied with a negative threshold voltage ("0"), the pMOS transistor 53,
In the well regions 31-1 and 31-2 of the element portion A1 of 55, channels are formed in the regions in contact with the gate insulating films 14-1 and 14-2. Then, pMOS transistor 5
3, 55 are turned on. On the other hand, since no channel is formed in the well region 11 of the element portion A1 of the nMOS transistors 52 and 54, it is in the off state. As a result, the output terminal OUT becomes the power supply potential (output “1”).

【0069】ゲート電極13−1(入力端子IN1)に
負の閾値電圧(“0”)、ゲート電極13−2、13−
3(入力端子IN2)に正の閾値電圧(“1”)を印加
すると、nMOSトランジスタ54の素子部A1のウェ
ル領域11においてゲート絶縁膜14−3に接する領域
にチャネルが形成される。すると、nMOSトランジス
タ54がオン状態となる。また、同様にしてpMOSト
ランジスタ53がオン状態となる。しかし、nMOSト
ランジスタ52及びpMOSトランジスタ55がオフ状
態であるため、出力端子OUTは接地電位(出力
“0”)となる。
A negative threshold voltage ("0") is applied to the gate electrode 13-1 (input terminal IN1), and the gate electrodes 13-2 and 13-.
When a positive threshold voltage (“1”) is applied to 3 (input terminal IN2), a channel is formed in the well region 11 of the element portion A1 of the nMOS transistor 54 in a region in contact with the gate insulating film 14-3. Then, the nMOS transistor 54 is turned on. Similarly, the pMOS transistor 53 is turned on. However, since the nMOS transistor 52 and the pMOS transistor 55 are in the off state, the output terminal OUT becomes the ground potential (output “0”).

【0070】ゲート電極13−1(入力端子IN1)に
正の閾値電圧(“1”)、ゲート電極13−2、13−
3(入力端子IN2)に負の閾値電圧(“0”)を印加
すると、nMOSトランジスタ52の素子部A1のウェ
ル領域11においてゲート絶縁膜14−1に接する領域
にチャネルが形成される。すると、nMOSトランジス
タ52がオン状態となる。また、同様にしてpMOSト
ランジスタ55がオン状態となる。しかし、nMOSト
ランジスタ54及びpMOSトランジスタ53がオフ状
態であるため、出力端子OUTは接地電位(出力
“0”)となる。
A positive threshold voltage ("1") is applied to the gate electrode 13-1 (input terminal IN1), and the gate electrodes 13-2 and 13-
When a negative threshold voltage (“0”) is applied to 3 (input terminal IN2), a channel is formed in the well region 11 of the element portion A1 of the nMOS transistor 52 in a region in contact with the gate insulating film 14-1. Then, the nMOS transistor 52 is turned on. Similarly, the pMOS transistor 55 is turned on. However, since the nMOS transistor 54 and the pMOS transistor 53 are in the off state, the output terminal OUT becomes the ground potential (output “0”).

【0071】ゲート電極13−1(入力端子IN1)及
びゲート電極13−2、13−3(入力端子IN2)に
正の閾値電圧(“1”)を印加すると、nMOSトラン
ジスタ52、54の素子部A1のウェル領域11におい
てゲート絶縁膜14−1、14−2に接する領域にチャ
ネルが形成される。すると、nMOSトランジスタ5
2、54がオン状態となる。他方で、pMOSトランジ
スタ53、55がオフ状態であるため、出力端子OUT
は接地電位(出力“0”)となる。
When a positive threshold voltage ("1") is applied to the gate electrode 13-1 (input terminal IN1) and the gate electrodes 13-2 and 13-3 (input terminal IN2), the element parts of the nMOS transistors 52 and 54 are applied. In the well region 11 of A1, a channel is formed in a region in contact with the gate insulating films 14-1 and 14-2. Then, the nMOS transistor 5
2, 54 are turned on. On the other hand, since the pMOS transistors 53 and 55 are off, the output terminal OUT
Becomes the ground potential (output “0”).

【0072】本実施形態のように、インバータ回路のみ
ならずNOR回路を構成した場合でも、その占有面積の
縮小化及び配線の削減が可能となる。勿論インバータや
NOR回路のみならず、例えばNAND回路等、他の論
理回路を構成した場合においても同様の効果が得られ
る。
Even when the NOR circuit as well as the inverter circuit is constructed as in the present embodiment, the occupied area and wiring can be reduced. Of course, the same effect can be obtained not only when the inverter and the NOR circuit are used but also when another logic circuit such as a NAND circuit is configured.

【0073】次に、この発明の第4の実施形態に係る半
導体素子及び半導体装置について図24、図25(a)
乃至(f)、図26(a)乃至(f)及び図27を用い
て説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態で説明
したMOSトランジスタを用いて半導体メモリ、特にS
RAM(Static Random Access Memory)を構成したも
のである。図24はSRAMの斜視断面図である。図2
5(a)は図24におけるX11−X11’線方向の断
面を含む斜視断面図、図25(b)はX12−X12’
線方向の断面を含む斜視断面図、図25(c)はX13
−X13’線方向の断面を含む斜視断面図、図25
(d)はX14−X14’線方向の断面を含む斜視断面
図、図25(e)はX15−X15’線方向の断面を含
む斜視断面図、図25(f)はX16−X16’線方向
の断面を含む斜視断面図である。図26(a)は図24
におけるX17−X17’線方向の断面を含む斜視断面
図、図26(b)はX18−X18’線方向の断面を含
む斜視断面図、図26(c)はX19−X19’線方向
の断面を含む斜視断面図、図26(d)はX20−X2
0’線方向の断面を含む斜視断面図、図26(e)はX
21−X21’線方向の断面を含む斜視断面図、図26
(f)はインバータのX22−X22’線方向の断面を
含む斜視断面図である。図27はSRAMメモリセルの
等価回路図である。
Next, a semiconductor element and a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 25 (a).
26A to 26F, and FIGS. 26A to 26F and 27. In this embodiment, a semiconductor memory using the MOS transistor described in the first embodiment, particularly an S
A RAM (Static Random Access Memory) is configured. FIG. 24 is a perspective sectional view of the SRAM. Figure 2
5A is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line X11-X11 ′ in FIG. 24, and FIG. 25B is X12-X12 ′.
A perspective cross-sectional view including a cross section in the line direction, FIG.
25 is a perspective cross-sectional view including a cross section in the direction of the line X13 ′.
25D is a perspective sectional view including a cross section in the X14-X14 ′ line direction, FIG. 25E is a perspective sectional view including a cross section in the X15-X15 ′ line direction, and FIG. 25F is a X16-X16 ′ line direction. FIG. 6 is a perspective sectional view including a section of FIG. FIG. 26 (a) is shown in FIG.
26B is a perspective sectional view including a cross section in the X17-X17 'line direction, FIG. 26B is a perspective sectional view including a cross section in the X18-X18' line direction, and FIG. 26C is a cross section in the X19-X19 'line direction. FIG. 26D is a perspective cross-sectional view including X20-X2.
A perspective cross-sectional view including a cross section in the 0 ′ line direction, FIG.
FIG. 26 is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line 21-X21 ′ of FIG.
(F) is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line X22-X22 'of the inverter. FIG. 27 is an equivalent circuit diagram of the SRAM memory cell.

【0074】図27に示すようにSRAMの単位メモリ
セル70は、2つのSRAMブロックBLK1、BLK
2を有している。SRAMブロックBLK1は、pMO
Sトランジスタ57、nMOSトランジスタ58、59
を備えており、pMOSトランジスタ57とnMOSト
ランジスタ58とによってインバータ63が構成されて
いる。またSRAMブロックBLK2は、pMOSトラ
ンジスタ60とnMOSトランジスタ61、62を備え
ており、pMOSトランジスタ60とnMOSトランジ
スタ61とによってインバータ64が構成されている。
そして、インバータ63の出力ノードN2はインバータ
64の入力ノードに接続され、インバータ64の出力ノ
ードN1はインバータ63の入力ノードに接続されてい
る。更に、インバータ63の出力ノードN2はnMOS
トランジスタ59のドレインに接続され、インバータ6
4の出力ノードN1はnMOSトランジスタ62のドレ
インに接続されている。そして、nMOSトランジスタ
59、62のゲートがワード線WLに接続され、各々の
ソースがビット線BL、BL’に接続されている。
As shown in FIG. 27, the unit memory cell 70 of the SRAM has two SRAM blocks BLK1 and BLK.
Have two. SRAM block BLK1 is pMO
S transistor 57, nMOS transistors 58 and 59
In addition, the pMOS transistor 57 and the nMOS transistor 58 form an inverter 63. The SRAM block BLK2 includes a pMOS transistor 60 and nMOS transistors 61 and 62, and the pMOS transistor 60 and the nMOS transistor 61 constitute an inverter 64.
The output node N2 of the inverter 63 is connected to the input node of the inverter 64, and the output node N1 of the inverter 64 is connected to the input node of the inverter 63. Further, the output node N2 of the inverter 63 is an nMOS
Connected to the drain of transistor 59, inverter 6
The output node N1 of No. 4 is connected to the drain of the nMOS transistor 62. The gates of the nMOS transistors 59 and 62 are connected to the word line WL, and the sources of the nMOS transistors 59 and 62 are connected to the bit lines BL and BL '.

【0075】上記SRAMを構成する各トランジスタ
は、第1の実施形態で説明した構造を有しており、シリ
コン基板1に埋め込み形成されている。図24、図25
(a)乃至(f)及び図26(a)乃至(f)に示すよ
うに、インバータ63は上記第2の実施形態で説明した
構造と同様である。またnMOSトランジスタ59、6
2の構造も第1の実施形態で説明したのと同様の構造を
有している。インバータ63、64とnMOSトランジ
スタ59、62との間には、分離部S1、S4及び接続
部J1、J4が設けられており、隣接するソース領域
(n型半導体領域)及びウェル領域(p型半導体領
域)を電気的に分離しつつ、ドレイン領域(n 型半導
体領域)を接続している。またnMOSトランジスタ5
9、62に隣接して、SRAMブロックBLK1、BL
K2を接続するノードN1、N2の接続部J2、J3
が、分離部S2、S3を介在して設けられている。SR
AMブロックBLK1、BLK2との間は素子分離領域
となっており、シリコン基板1内に埋め込み形成された
絶縁膜40が形成されている。
Transistors configuring the SRAM
Has the structure described in the first embodiment.
It is embedded in the control substrate 1. 24 and 25
As shown in (a) to (f) and FIGS. 26 (a) to (f).
As described above, the inverter 63 has been described in the second embodiment.
It is similar to the structure. In addition, nMOS transistors 59 and 6
The second structure also has the same structure as that described in the first embodiment.
Have Inverters 63 and 64 and nMOS transistor
Separation parts S1 and S4 and connection between the star 59 and 62.
Source regions adjacent to which parts J1 and J4 are provided
(N+Type semiconductor region) and well region (p type semiconductor region)
Region) while electrically separating the drain region (n +Mold
Body area). In addition, nMOS transistor 5
Adjacent to 9, 62 are SRAM blocks BLK1, BL
Connection parts J2, J3 of nodes N1, N2 connecting K2
Are provided with the separating portions S2 and S3 interposed therebetween. SR
Element isolation region between AM blocks BLK1 and BLK2
And is embedded in the silicon substrate 1.
The insulating film 40 is formed.

【0076】本実施形態のように、第1の実施形態に係
るMOSトランジスタを用いてSRAMを構成した場合
でも、その占有面積の縮小化及び配線の削減が可能とな
る。
Even when the SRAM is constructed by using the MOS transistor according to the first embodiment as in the present embodiment, it is possible to reduce the occupied area and wiring.

【0077】上記のように、この発明の第1乃至第4の
実施形態に係る半導体素子及び半導体装置によれば、ゲ
ート電極の加工が容易となり、製造工程の簡略化及び製
造コストの削減が可能となる。また、MOSトランジス
タの特性制御が容易となり、微細化が更に進展しても、
その信頼性を維持・向上できる。更に、層間絶縁膜の膜
厚を必要十分な理想膜厚で形成することが出来ることに
より、更なる製造工程の簡略化及び製造コストの削減を
可能とすると共に、その性能及び信頼性の向上に寄与す
る。同時に、層間絶縁膜の膜厚を余計に厚くする必要が
無いので、コンタクトの加工が容易となり、電極・配線
の製造精度及び信頼性を向上できる。また、回路構成に
必要な面積及び配線を削減することが出来、半導体素子
及び半導体装置の製造コストを更に削減することが可能
となる。
As described above, according to the semiconductor element and the semiconductor device according to the first to fourth embodiments of the present invention, the gate electrode can be easily processed, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Becomes In addition, it becomes easier to control the characteristics of the MOS transistor, and even if miniaturization progresses,
It can maintain and improve its reliability. Furthermore, since the interlayer insulating film can be formed to have a necessary and sufficient ideal film thickness, it is possible to further simplify the manufacturing process and reduce the manufacturing cost, and to improve its performance and reliability. Contribute. At the same time, since it is not necessary to increase the thickness of the interlayer insulating film, the contact can be easily processed, and the manufacturing accuracy and reliability of the electrodes and wiring can be improved. Further, the area and wiring required for the circuit configuration can be reduced, and the manufacturing cost of the semiconductor element and the semiconductor device can be further reduced.

【0078】なお、上記実施形態に係るMOSトランジ
スタの構造は図1の構造に限定されるものではない。す
なわち、ソース・ドレイン・ウェル領域及びゲート電極
をシリコン基板に埋め込む構成において、これらの電極
をシリコン基板表面から取り出すことの出来る構成であ
れば良い。図1と異なる他の構造としては、例えば図2
8に示す構造等がある。図28はMOSトランジスタの
斜視断面図である。本構造は、図示するようにゲート電
極13のチャネル長方向に平行に絶縁部A3、コンタク
ト部A2を順次配したものである。このような構造であ
っても、全ての領域に対してシリコン基板1表面から電
位を与えることが出来る。また、図29に示す構造で1
つのMOSトランジスタを構成しても良い。図29はM
OSトランジスタの斜視断面図であり、図1に示す同一
導電型のMOSトランジスタを、図13のインバータ回
路と同様に組み合わせることで、1つのMOSトランジ
スタを構成したものである。本構成によれば、実効的に
チャネル幅を大きくしたのと同様の効果が得られるの
で、MOSトランジスタの駆動電力量を増大出来る。
The structure of the MOS transistor according to the above embodiment is not limited to the structure shown in FIG. That is, in the structure in which the source / drain / well region and the gate electrode are embedded in the silicon substrate, it is sufficient that these electrodes can be taken out from the surface of the silicon substrate. As another structure different from FIG. 1, for example, FIG.
8 and the like. FIG. 28 is a perspective sectional view of a MOS transistor. In this structure, as shown in the figure, an insulating portion A3 and a contact portion A2 are sequentially arranged parallel to the channel length direction of the gate electrode 13. Even with such a structure, a potential can be applied from the surface of the silicon substrate 1 to all regions. Also, in the structure shown in FIG.
You may comprise one MOS transistor. 29 is M
FIG. 14 is a perspective sectional view of an OS transistor, and one MOS transistor is configured by combining the MOS transistors of the same conductivity type shown in FIG. 1 in the same manner as the inverter circuit of FIG. 13. According to this configuration, the same effect as that of effectively increasing the channel width can be obtained, so that the drive power amount of the MOS transistor can be increased.

【0079】勿論、本発明はMOSトランジスタにのみ
適用されるものではなく、例えばSIT(Static Induc
tion Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipola
r Transistor)、またはダイオード等の半導体素子にも
応用できるのは言うまでもない。更に、半導体としてシ
リコンを用いたMOSトランジスタを例に挙げて説明し
たが、例えばガリウム砒素(Gallium Arsenide)やシリ
コンカーバイド(Silicon Carbide)等の化合物半導体
を用いた場合にも本発明は適用できる。また、上記実施
形態ではソース・ドレイン・ウェル領域をイオン注入に
よって形成することで、MOSトランジスタをシリコン
基板1内に埋め込み形成した場合を例に挙げて説明し
た。しかし、上記領域のいずれかまたは全てを例えばエ
ピタキシャル成長法等により堆積形成してもよい。イオ
ン注入によって形成する場合であっても、その製造方法
は図4(a)、(b)、図5乃至図10を用いて説明し
た方法に限定されるものではない。例えば図6の工程に
おいて、n型半導体領域10をシリコン基板1表面に
達するまで形成しても良い。この場合には、次の図7の
工程でp型不純物を高濃度で打ち込むことで、n型半
導体領域10中にp型半導体領域11を形成することに
なる。勿論、p型半導体領域11をシリコン基板1表面
まで形成しても良い。
Of course, the present invention is not applied only to the MOS transistor, and for example, SIT (Static Inducing)
tion Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipola)
Needless to say, it can be applied to semiconductor devices such as r Transistor) or diodes. Further, although the MOS transistor using silicon as a semiconductor has been described as an example, the present invention can be applied to the case of using a compound semiconductor such as gallium arsenide or silicon carbide. Further, in the above-described embodiment, the case where the MOS transistor is embedded in the silicon substrate 1 by forming the source / drain / well regions by ion implantation has been described as an example. However, any or all of the above regions may be deposited and formed by, for example, an epitaxial growth method or the like. Even in the case of forming by ion implantation, the manufacturing method is not limited to the method described with reference to FIGS. 4A and 4B and FIGS. For example, in the process of FIG. 6, the n + type semiconductor region 10 may be formed until it reaches the surface of the silicon substrate 1. In this case, the p-type semiconductor region 11 is formed in the n + -type semiconductor region 10 by implanting the p-type impurity at a high concentration in the process of FIG. Of course, the p-type semiconductor region 11 may be formed up to the surface of the silicon substrate 1.

【0080】なお、本願発明は上記実施形態に限定され
るものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範
囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の
発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構
成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が
解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発
明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合に
は、この構成要件が削除された構成が発明として抽出さ
れうる。
The invention of the present application is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be variously modified at the stage of implementation without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problems described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effects described in the section of the effect of the invention When the above is obtained, the configuration in which this constituent element is deleted can be extracted as the invention.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、特性制御を簡単化すると共に製造工程を簡略化でき
る半導体素子及び半導体装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide the semiconductor element and the semiconductor device which can simplify the characteristic control and the manufacturing process.

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

【図1】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの斜視断面図。
FIG. 1 is a perspective sectional view of a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタを示しており、(a)図は図1におけるX1−X
1’線、(b)図はX2−X2’線に沿った断面を含む
斜視断面図。
FIG. 2 shows a MOS transistor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 (a) shows X1-X in FIG.
1'line, (b) figure is a perspective sectional view including the section along the X2-X2 'line.

【図3】図1、図2に示す構造の等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the structure shown in FIGS. 1 and 2.

【図4】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの第1の製造工程を示しており、(a)図は斜視
断面図、(b)図は(a)図におけるX3−X3’線に
沿った断面を含む斜視断面図。
4A and 4B show a first manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a perspective sectional view and FIG. 4B is a sectional view taken along line X3-X3 'in FIG. 4A. FIG. 3 is a perspective sectional view including a section taken along a line.

【図5】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの第2の製造工程を示す斜視断面図。
FIG. 5 is a perspective sectional view showing a second manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの第3の製造工程を示す斜視断面図。
FIG. 6 is a perspective sectional view showing a third manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの第4の製造工程を示す斜視断面図。
FIG. 7 is a perspective sectional view showing a fourth manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの第5の製造工程を示す斜視断面図。
FIG. 8 is a perspective sectional view showing a fifth manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの第6の製造工程を示す斜視断面図。
FIG. 9 is a perspective sectional view showing a sixth manufacturing step of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタの第7の製造工程を示す斜視断面図。
FIG. 10 is a perspective sectional view showing a seventh manufacturing step of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図11】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタの一部断面図。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図12】この発明の第1の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタの断面図。
FIG. 12 is a sectional view of a MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図13】この発明の第2の実施形態に係るインバータ
回路の斜視断面図。
FIG. 13 is a perspective sectional view of an inverter circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図14】この発明の第2の実施形態に係るインバータ
回路を示しており、(a)図は図13におけるX4−X
4’線、(b)図はX5−X5’線、(c)図はX6−
X6’線に沿った断面をそれぞれ含む斜視断面図。
FIG. 14 shows an inverter circuit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 14 (a) is a sectional view taken along line X4-X in FIG.
4'line, (b) figure is X5-X5 'line, (c) figure is X6-
FIG. 6 is a perspective cross-sectional view each including a cross section taken along line X6 ′.

【図15】図13、図14に示す構造の等価回路図。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of the structure shown in FIGS.

【図16】インバータ回路の入出力の状態関係を示す
図。
FIG. 16 is a diagram showing a state relationship between input and output of an inverter circuit.

【図17】この発明の第2の実施形態に係るインバータ
回路の斜視断面図。
FIG. 17 is a perspective sectional view of an inverter circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図18】従来のプレーナ型MOSトランジスタを用い
たインバータ回路の斜視断面図。
FIG. 18 is a perspective sectional view of an inverter circuit using a conventional planar type MOS transistor.

【図19】従来のSGT構造を有するMOSトランジス
タを用いたインバータ回路の斜視断面図。
FIG. 19 is a perspective cross-sectional view of an inverter circuit using a conventional MOS transistor having an SGT structure.

【図20】この発明の第3の実施形態に係るNOR回路
の斜視断面図。
FIG. 20 is a perspective sectional view of a NOR circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図21】この発明の第3の実施形態に係るNOR回路
を示しており、(a)図は図20におけるX7−X7’
線、(b)図はX8−X8’線、(c)図はX9−X
9’、(d)図はX10−X10’線に沿った断面をそ
れぞれ含む斜視断面図。
FIG. 21 shows a NOR circuit according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 21 (a) is a view taken along line X7-X7 ′ in FIG.
Line, (b) figure is X8-X8 'line, (c) figure is X9-X
9'and (d) are perspective sectional views each including a section taken along line X10-X10 '.

【図22】図20、図21に示す構造の等価回路図。22 is an equivalent circuit diagram of the structure shown in FIGS. 20 and 21. FIG.

【図23】NOR回路の入出力の状態関係を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a relationship between inputs and outputs of a NOR circuit.

【図24】この発明の第4の実施形態に係るSRAMの
斜視断面図。
FIG. 24 is a perspective sectional view of an SRAM according to a fourth embodiment of the present invention.

【図25】この発明の第4の実施形態に係るSRAMを
示しており、(a)図は図24におけるX11−X1
1’線、(b)図はX12−X12’線、(c)図はX
13−X13’線、(d)図はX14−X14’線、
(e)図はX15−X15’線、(f)図はX16−X
16’線に沿った断面をそれぞれ含む斜視断面図。
FIG. 25 shows an SRAM according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 25 (a) is a view taken along line X11-X1 in FIG.
1'line, (b) figure is X12-X12 'line, (c) figure is X
13-X13 'line, (d) X14-X14' line,
(E) figure is X15-X15 'line, (f) figure is X16-X
FIG. 16 is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line 16 ′.

【図26】この発明の第4の実施形態に係るSRAMを
示しており、(a)図は図24におけるX17−X1
7’線、(b)図はX18−X18’線、(c)図はX
19−X19’線、(d)図はX20−X20’線、
(e)図はX21−X21’線、(f)図はX22−X
22’線に沿った断面をそれぞれ含む斜視断面図。
FIG. 26 shows an SRAM according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 26 (a) is a view taken along line X17-X1 in FIG.
7'line, (b) figure is X18-X18 'line, (c) figure is X
19-X19 'line, (d) Figure is X20-X20' line,
(E) figure is X21-X21 'line, (f) figure is X22-X
FIG. 22 is a perspective cross-sectional view including a cross section taken along line 22 ′.

【図27】図24、図25(a)乃至(f)及び図26
(a)乃至(f)に示す構造の等価回路図。
FIG. 27 is a plan view of FIG. 24, FIG. 25 (a) to FIG.
The equivalent circuit diagram of the structure shown to (a) thru | or (f).

【図28】この発明の第1乃至第4の実施形態の変形例
に係るMOSトランジスタの斜視断面図。
FIG. 28 is a perspective sectional view of a MOS transistor according to modifications of the first to fourth embodiments of the present invention.

【図29】この発明の第1乃至第4の実施形態の変形例
に係るMOSトランジスタの斜視断面図。
FIG. 29 is a perspective sectional view of a MOS transistor according to modifications of the first to fourth embodiments of the present invention.

【図30】従来のプレーナ型MOSトランジスタの断面
図。
FIG. 30 is a sectional view of a conventional planar MOS transistor.

【図31】従来のプレーナ型MOSトランジスタの製造
工程を示す図であり、(a)乃至(e)図はMOSトラ
ンジスタの第1乃至第5の製造工程を順次示す断面図。
FIG. 31 is a diagram showing a manufacturing process of a conventional planar MOS transistor, and FIGS. 31A to 31E are cross-sectional views sequentially showing first to fifth manufacturing processes of a MOS transistor.

【図32】従来のプレーナ型MOSトランジスタの断面
図。
FIG. 32 is a sectional view of a conventional planar MOS transistor.

【図33】従来のプレーナ型MOSトランジスタの断面
図。
FIG. 33 is a sectional view of a conventional planar MOS transistor.

【図34】従来のSGT構造を有するMOSトランジス
タの斜視断面図。
FIG. 34 is a perspective sectional view of a conventional MOS transistor having an SGT structure.

【図35】従来のSGT構造を有するMOSトランジス
タの断面図。
FIG. 35 is a sectional view of a conventional MOS transistor having an SGT structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板 10、10−1、10−2、12、12−1〜12−
4、110〜140…n半導体領域 11、11−1〜11−4、100、230…p型半導
体領域 13、13−1〜13−4、160…ゲート電極 14、14−1〜14−4、150…ゲート絶縁膜 15、15−1、15−2、40、170、400…絶
縁膜 16、17…トレンチ 18、180…層間絶縁膜 19、220…コンタクトホール 20、21−3、190、200…電極 21、21−1〜21−2、210、210−1〜21
0−3…金属配線層 30、30−1、30−2、32、32−1、32−
2、310、320…p型半導体領域 31、31−1、31−2、300…n型半導体領域 50、52、54、58、59、61、62…nMOS
トランジスタ 51、53、55、57、60…pMOSトランジスタ 56、63、64…インバータ 70…SRAMメモリセル
1 ... Silicon substrates 10, 10-1, 10-2, 12, 12-1 to 12-
4, 110-140 ... N + semiconductor regions 11, 11-1 to 11-4, 100, 230 ... P-type semiconductor regions 13, 13-1 to 13-4, 160 ... Gate electrodes 14, 14-1 to 14- 4, 150 ... Gate insulating films 15, 15-1, 15-2, 40, 170, 400 ... Insulating films 16, 17 ... Trench 18, 180 ... Interlayer insulating films 19, 220 ... Contact holes 20, 21-3, 190 , 200 ... Electrodes 21, 21-1 to 21-2, 210, 210-1 to 21
0-3 ... Metal wiring layers 30, 30-1, 30-2, 32, 32-1, 32-
2, 310, 320 ... p + type semiconductor regions 31, 31-1, 31-2, 300 ... N type semiconductor regions 50, 52, 54, 58, 59, 61, 62 ...
Transistors 51, 53, 55, 57, 60 ... pMOS transistors 56, 63, 64 ... Inverter 70 ... SRAM memory cell

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/11 H01L 27/10 381 29/43 29/62 G Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 CC05 DD26 DD43 FF01 FF27 FF31 GG09 GG10 GG16 HH12 HH14 5F048 AA01 AA07 AA09 AB01 AB04 AC03 BA01 BB05 BB19 BC03 BD07 BE03 BE09 BF16 BG14 5F083 BS03 BS04 BS15 BS16 BS27 BS47 BS48 GA01 GA05 GA09 GA28 JA32 NA01 PR03 PR21 PR36 PR40 5F140 AA06 AA39 AB03 AC33 BA01 BA02 BA07 BB04 BB06 BC06 BC12 BC15 BE07 BF01 BF04 BF43 BG28 BG40 BH05 BH06 BH25 BH30 BH43 BK13 BK17 CE07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme code (reference) H01L 27/11 H01L 27/10 381 29/43 29/62 G F term (reference) 4M104 AA01 BB01 CC05 DD26 DD43 FF01 FF27 FF31 GG09 GG10 GG16 HH12 HH14 5F048 AA01 AA07 AA09 AB01 AB04 AC03 BA01 BB05 BB19 BC03 BD07 BE03 BE09 BF16 BG14 5F083 BS03 BS04 BS15 BS16 BS27 BA06 A02 BA06 A02 PRA21 PRAPR PR03 JA21 PR36 PR03 PR01 NA36 PR03 PR01 BB04 BB06 BC06 BC12 BC15 BE07 BF01 BF04 BF43 BG28 BG40 BH05 BH06 BH25 BH30 BH43 BK13 BK17 CE07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面内に設けられた第1導
電型の第1半導体領域と、 前記第1半導体領域の表面内に設けられた第2導電型の
第2半導体領域と、 前記第2半導体領域の表面内に設けられた第1導電型の
第3半導体領域と、 前記第3半導体領域表面から前記第1半導体領域に達す
る深さにゲート絶縁膜を介在して、前記半導体基板表面
内に埋め込み形成されたゲート電極とを具備し、前記第
1、第2半導体領域の一部は前記半導体基板表面まで引
き出されていることを特徴とする半導体素子。
1. A first-conductivity-type first semiconductor region provided in the surface of a semiconductor substrate; a second-conductivity-type second semiconductor region provided in the surface of the first semiconductor region; 2. A third semiconductor region of the first conductivity type provided in the surface of the semiconductor region, and a surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed at a depth from the surface of the third semiconductor region to the first semiconductor region. A semiconductor device, comprising: a gate electrode embedded therein; and a part of the first and second semiconductor regions extended to the surface of the semiconductor substrate.
【請求項2】 半導体基板の表面内に設けられた第1導
電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の表面内
に設けられた第2導電型の第2半導体領域と、前記第2
半導体領域の表面内に設けられた第1導電型の第3半導
体領域と、前記第3半導体領域表面から前記第1半導体
領域に達する深さにゲート絶縁膜を介在して、前記半導
体基板表面内に埋め込み形成されたゲート電極とを備
え、前記ゲート絶縁膜に接する前記第2半導体領域内に
チャネルが形成される素子部と、 前記第1、第2半導体領域が前記半導体基板表面まで引
き出され、互いに第1絶縁膜で電気的に分離されたコン
タクト部と、 前記素子部とコンタクト部との間に設けられ、前記素子
部における前記第3半導体領域及びゲート電極と前記コ
ンタクト部における前記第1、第2半導体領域との間を
電気的に分離する第2絶縁膜を備える絶縁部とを具備す
ることを特徴とする半導体素子。
2. A first-conductivity-type first semiconductor region provided in a surface of a semiconductor substrate, a second-conductivity-type second semiconductor region provided in a surface of the first semiconductor region, and the first-conductivity-type second semiconductor region. Two
In the semiconductor substrate surface, the third semiconductor region of the first conductivity type provided in the surface of the semiconductor region, and the gate insulating film interposed between the third semiconductor region surface and the first semiconductor region. An element portion having a channel formed in the second semiconductor region in contact with the gate insulating film, the first and second semiconductor regions being drawn to the surface of the semiconductor substrate, A contact portion electrically isolated from each other by a first insulating film, the third semiconductor region and the gate electrode provided between the element portion and the contact portion, and the first portion in the contact portion, A semiconductor element, comprising: an insulating portion including a second insulating film that electrically isolates the second semiconductor region from the second semiconductor region.
【請求項3】 前記コンタクト部において前記半導体基
板表面に露出されている前記第1、第2半導体領域上に
それぞれ設けられた第1、第2電極と、 前記素子部において前記半導体基板表面に露出されてい
る前記第3半導体領域上に設けられた第3電極とを更に
備えることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。
3. The first and second electrodes respectively provided on the first and second semiconductor regions exposed on the surface of the semiconductor substrate in the contact part, and exposed on the surface of the semiconductor substrate in the element part. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a third electrode provided on the third semiconductor region.
【請求項4】 前記絶縁部における前記第2絶縁膜は、
前記素子部における前記ゲート電極に接する領域では該
ゲート電極以上の深さを有するようにして設けられ、該
第2絶縁膜直下の領域で、前記素子部とコンタクト部に
おける前記第1半導体領域同士及び第2半導体領域同士
が電気的に接続されることを特徴とする請求項2または
3記載の半導体素子。
4. The second insulating film in the insulating portion,
A region of the element portion in contact with the gate electrode is provided so as to have a depth equal to or larger than the gate electrode, and the first semiconductor regions of the element portion and the contact portion are directly adjacent to each other in the region immediately below the second insulating film. The semiconductor element according to claim 2 or 3, wherein the second semiconductor regions are electrically connected to each other.
【請求項5】 半導体基板の表面内に設けられた第1導
電型の第1半導体領域と、 前記第1半導体領域の表面一部領域内に設けられた第2
導電型の第2半導体領域と、 前記第2半導体領域の表面一部領域内に設けられた第1
導電型の第3半導体領域と、 前記第3半導体領域表面から前記第1半導体領域に達す
る深さにゲート絶縁膜を介在して、前記半導体基板表面
内に埋め込み形成されたゲート電極と、 前記半導体基板表面において隣接する前記第1、第2半
導体領域間、並びに前記第3半導体領域及び前記ゲート
電極と前記第1、第2半導体領域間に設けられた絶縁膜
とを具備することを特徴とする半導体素子。
5. A first semiconductor region of a first conductivity type provided in the surface of a semiconductor substrate, and a second semiconductor region provided in a partial surface region of the first semiconductor region.
A conductive type second semiconductor region; and a first semiconductor provided in a partial surface region of the second semiconductor region.
A conductive third semiconductor region; a gate electrode embedded in the surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film at a depth reaching from the surface of the third semiconductor region to the first semiconductor region; An insulating film provided between the first and second semiconductor regions adjacent to each other on the surface of the substrate, and between the third semiconductor region and the gate electrode and the first and second semiconductor regions. Semiconductor device.
【請求項6】 前記半導体基板上に設けられた層間絶縁
膜と、 前記層間絶縁膜上に設けられ、前記第1乃至第3半導体
領域と電気的にそれぞれ接続される第1乃至第3金属配
線層とを更に備えることを特徴とする請求項1乃至5い
ずれか1項記載の半導体素子。
6. An interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate, and first to third metal wirings provided on the interlayer insulating film and electrically connected to the first to third semiconductor regions, respectively. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a layer.
【請求項7】 請求項1乃至6いずれか1項記載の半導
体素子を複数含み、隣接する前記半導体素子は、前記ゲ
ート電極、または前記第1乃至第3半導体領域のいずれ
かを共用することを特徴とする半導体装置。
7. A plurality of semiconductor elements according to any one of claims 1 to 6, wherein adjacent semiconductor elements share the gate electrode or any one of the first to third semiconductor regions. Characteristic semiconductor device.
【請求項8】 請求項1乃至6いずれか1項記載の半導
体素子を複数含み、前記半導体素子間で共通接続される
各々の前記第1乃至第3半導体領域のいずれかが互いに
隣接して設けられていることを特徴とする半導体装置。
8. A semiconductor device comprising a plurality of semiconductor elements according to claim 1, wherein any one of the first to third semiconductor regions commonly connected between the semiconductor elements is provided adjacent to each other. A semiconductor device characterized by being provided.
【請求項9】 請求項1乃至4いずれか1項記載の半導
体素子を少なくとも2つ含み、該半導体素子は前記ゲー
ト電極を共用し、且つ前記第1乃至第3半導体領域が該
ゲート電極に対して互いに対称に設けられ、互いに共通
接続される前記第2半導体領域または第3半導体領域の
いずれかが前記コンタクト部において隣接して存在する
ことを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, comprising at least two semiconductor devices, wherein the semiconductor device shares the gate electrode, and the first to third semiconductor regions are provided with respect to the gate electrode. The semiconductor device is characterized in that either the second semiconductor region or the third semiconductor region, which are provided symmetrically to each other and are commonly connected to each other, are adjacent to each other in the contact portion.
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