JP2009081389A - 半導体装置、半導体装置の製造方法並びにデータ処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体装置は、完全空乏化が可能な太さに形成された複数の半導体の基柱5と、複数の基柱5の各々の外周面に設けられたゲート絶縁膜10と、複数の基柱5の隙間を埋めて複数の基柱5の各々の外周面を覆うゲート電極11と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は本実施形態の半導体装置の断面構造を示す模式図である。シリコン基板1上にはSTI(Shallow Trench Isolation;素子分離溝)2が設けられている。STI2に囲まれた領域の中央部には、複数のシリコンピラー(半導体の基柱)5が立設されている。シリコンピラー5は単位トランジスタ50のチャネル部を構成する柱状の半導体層である。複数のシリコンピラー5は同一の高さで互いに並列に配置されている。シリコンピラー5の太さ(シリコン基板1に平行な面で切った断面の大きさ)は、シリコンピラー5を構成する半導体(すなわち単位トランジスタ50のチャネル部)が完全空乏化可能な大きさとされている。
図3〜図18は第1実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。図3〜図18は図2のX−X断面に対応する断面工程図である。
(1)1つのトランジスタのチャネル部を複数のシリコンピラー5によって形成しているため、1つのシリコンピラー5の太さ(シリコン基板1に平行な面で切った断面の大きさ)を完全空乏化が可能な大きさにまで小さくすることができる。このため、完全空乏化型のトランジスタの特性を維持しつつ、良好なS値と大きなドレイン電流を得ることができる。
(2)シリコンピラー同士の間隔がゲート電極11の厚みの2倍以下とされているため、シリコンピラー5の側面に形成されたゲート電極同士が接触し、シリコンピラー5の高さ方向全体にゲート電極11が形成される。そのため、エッチバックによって不要な領域のゲート電極11を除去したときに、シリコンピラー同士の隙間にゲート電極11の断線が発生せず、連続した1つのゲート電極として機能させることができる。また、シリコンピラー同士の間隔を小さくすることで、半導体装置の小型化に寄与することができる。
(3)ゲート電極11の高さを嵩上げするための突起層(ゲート吊りシリコンピラー6、マスク窒化膜4)を形成したため、ゲート電極11とメタル配線26を接続するメタルコンタクトプラグ23のアスペクト比を小さくすることができ、半導体装置を微細化する場合に容易に対応することができる。
次に、本発明の半導体装置を備えた半導体記憶装置及びデータ処理システムの実施形態を説明する。なお、半導体記憶装置及びデータ処理システムは、半導体装置を備えたデバイス及びシステムの一例であり、本発明の半導体装置は、半導体記憶装置以外のデバイス、及びデータ処理システム以外のシステムに広く適用可能である。本実施形態においてデータ処理システムは、例えばコンピュータシステムを含むが、これに限定されない。
Claims (12)
- 完全空乏化が可能な太さに形成された複数の半導体の基柱と、
前記複数の基柱の各々の外周面に設けられたゲート絶縁膜と、
前記複数の基柱の隙間を埋めて前記複数の基柱の各々の外周面に覆うゲート電極と、を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 隣接する基柱同士の間隔は、前記ゲート電極の厚みの2倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 隣接する基柱の隙間に露出した基板の表面に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の下にドレイン拡散層が形成され、前記ゲート電極と前記ドレイン拡散層とが前記絶縁膜によって絶縁されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極上に絶縁膜を介して配線が設けられ、前記ゲート電極と前記配線とが、前記絶縁膜に形成された第1導電プラグを介して接続されると共に、
前記複数の基柱の周囲に第1突起層が設けられ、前記第1突起層の少なくとも一部が前記ゲート電極によって覆われており、前記第1突起層の表面を覆う部分のゲート電極と重なる位置に前記第1導電プラグが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1突起層と、前記第1突起層の最も近くに配置されている基柱との間隔は、前記ゲート電極の厚みの2倍以下であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記第1突起層上に第2突起層が設けられ、前記第2突起層の少なくとも一部が前記ゲート電極によって覆われており、前記第2突起層の表面を覆う部分のゲート電極と重なる位置に前記第1導電プラグが形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記複数の基柱と前記第1突起層は、半導体基板からなる前記基板の表面をエッチングして形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記複数の基柱の各々の上面に前記ゲート電極の開口部が形成され、前記ゲート電極の各々の開口部に、前記複数の基柱の各々のソース拡散層と電気的に接続された第2導電プラグが形成されると共に、
前記ゲート電極の各々の開口部の内壁面に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜によって前記ゲート電極と前記第2導電プラグとが電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記複数の基柱はマトリクス状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 基板上に複数の半導体の基柱を形成する工程と、
隣接する基柱の隙間に露出する基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を介して前記基板に不純物を注入し、前記絶縁膜の下にドレイン拡散層を形成する工程と、
前記複数の基柱の各々の外周面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記複数の基柱の隙間を埋めて前記複数の基柱の各々の外周面を覆うゲート電極を形成する工程と、を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 隣接する基柱同士の間隔は前記ゲート電極の厚みの2倍以下とされ、
前記ゲート電極を形成する工程では、前記基板の全面にゲート電極の形成材料を成膜し、全面エッチバックを行うことにより、前記複数の基柱の外周面と前記複数の基柱の隙間にゲート電極を形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置を備えていることを特徴とするデータ処理システム。
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