JP2011091324A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device including a fin FET adaptable to microfabrication of a semiconductor device and furthermore capable of precisely controlling a height of a fin. <P>SOLUTION: The semiconductor device 10 includes: a fin 11 formed on a substrate; a plurality of semiconductor layers 14 and 16 constituting the fin 11; an insulating layer 15 interposed between the plurality of semiconductor layers 14 and 16; and a gate electrode 12 covering the fin 11. Furthermore, a channel region is formed in side walls of the plurality of semiconductor layers 14 and 16 in contact with the gate electrode 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、フィン型構造を有する半導体装置、及び、フィン型構造を有する半導体装置の製造方法に係わる。   The present invention relates to a semiconductor device having a fin-type structure and a method for manufacturing a semiconductor device having a fin-type structure.

半導体装置は、ムーアの法則に従って18〜24ヶ月ごとに集積度が倍になっていた。しかし、90nmノード付近からゲート・トンネル・リーク電流が無視できなくなり、MOSFETのゲート酸化膜の薄膜化がほとんど止まっている。また、短チャネル効果の制御が困難になり、ゲート長の微細化も緩やかになっている。この結果、ゲート酸化膜厚や、ゲート長以外のパラメータを微細化しても、MOSFET自信の性能が向上し難くなっている。   The degree of integration of the semiconductor device doubled every 18 to 24 months according to Moore's law. However, gate tunnel leak current cannot be ignored from the vicinity of the 90 nm node, and thinning of the gate oxide film of the MOSFET has almost stopped. In addition, it is difficult to control the short channel effect, and the gate length is becoming finer. As a result, even if parameters other than the gate oxide film thickness and the gate length are miniaturized, it is difficult to improve the performance of the MOSFET.

90nmノード以降、DSL(Dual Stress Liner)や、embedded SiGといった機械的ストレスを利用した移動度向上エンジニアリングが行われてきた。製造的に考えられる機械的ストレス技術は、45nmノードまでにほぼ採用されている。45nmノード以降は、High−K,Metal−Gate(HKMG)といったゲート酸化膜の誘電率を高めることにより、見かけ上のゲート酸化膜のスケーリングが進んでいる。   Since the 90 nm node, mobility improvement engineering using mechanical stress such as DSL (Dual Stress Liner) and embedded SiG has been performed. The mechanical stress technology considered for manufacturing is almost adopted up to the 45 nm node. From the 45 nm node onward, scaling of the apparent gate oxide film is progressing by increasing the dielectric constant of the gate oxide film such as High-K, Metal-Gate (HKMG).

上記HKMGの次の技術として、22nm以降向けにfin電界効果トランジスタ(finFET)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、MOSFETの性能を向上させているというよりも、微細化に耐えうる半導体装置構造として期待されている。つまり、半導体の微細化に適したMOSFET構造の提案であり、MOSFET性能を飛躍的に向上させる手法は、未だに提案されていない。   As a technique next to the HKMG, a fin field effect transistor (finFET) has been proposed for 22 nm and beyond (see, for example, Patent Document 1). This is expected as a semiconductor device structure that can withstand miniaturization rather than improving the performance of the MOSFET. That is, it is a proposal of a MOSFET structure suitable for semiconductor miniaturization, and a method for dramatically improving MOSFET performance has not yet been proposed.

従来のfinFETの構造の一例を図27に示す。
半導体基体上に突出したフィン状の半導体層131と、このフィン状の半導体層131の上部に絶縁層132とが形成されている。そして、フィン状の半導体層131の一方の側面から対向する他方の側面までを覆うように、コ字状のゲート電極133が形成されている。図27では、2個のp−MOS型fin電界効果トランジスタ(pFET)134と、1個のn−MOS型fin電界効果トランジスタ(nFET)135とからなるフィン状の半導体層を示している。
このような構造によりfinFET130が形成されている。
An example of the structure of a conventional finFET is shown in FIG.
A fin-shaped semiconductor layer 131 protruding on the semiconductor substrate and an insulating layer 132 formed on the fin-shaped semiconductor layer 131 are formed. A U-shaped gate electrode 133 is formed so as to cover from one side surface of the fin-shaped semiconductor layer 131 to the opposite side surface. FIG. 27 shows a fin-shaped semiconductor layer including two p-MOS type fin field effect transistors (pFET) 134 and one n-MOS type fin field effect transistor (nFET) 135.
The finFET 130 is formed by such a structure.

しかし、上述の構成のfinFET130では、通常pFET134の駆動電力の方が低く、nFET135とpFET134でバランスを取るためには、フィンの本数で駆動電流を調整しなければならない。これはfinFET130のゲート長が離散値であり、ベータレシオ(NP比)が重要な回路では問題となる。また、リーク電流に対する懸念も指摘されている。
例えば、図28に、nFETとpFETの駆動電流を揃える場合のfinFETの構成例を示す。NとPの電流比が1.5であれば、図28のように、nFETを備えるfinFET137を2個、pFETを備えるfinFET136を3個とすることで、駆動電流を調整することができる。
However, in the finFET 130 configured as described above, the driving power of the pFET 134 is usually lower, and in order to balance the nFET 135 and the pFET 134, the driving current must be adjusted by the number of fins. This is a problem in a circuit in which the gate length of the finFET 130 is a discrete value and the beta ratio (NP ratio) is important. There are also concerns about leakage current.
For example, FIG. 28 shows a configuration example of a finFET when the drive currents of nFET and pFET are made uniform. If the current ratio of N and P is 1.5, the drive current can be adjusted by setting two finFETs 137 having nFETs and three finFETs 136 having pFETs as shown in FIG.

また、上述の問題を解決する方法として、直接的若しくは間接的にフィンの高さを複数形成することが提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6参照)。   In addition, as a method for solving the above-described problem, it has been proposed to form a plurality of fin heights directly or indirectly (for example, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, (See Patent Document 6).

また、上述の複数のフィンの高さを作る構成の半導体装置では、複数種類の高さのfinFETを形成するための種々の製造方法が提案されている。例えば、finを形成するための半導体層に段差を設け、この段差が設けられた半導体層をfinに加工することにより、高さの異なるfinFETを形成している(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献6参照)。また、同じ高さのfinを形成した後、所定の高さまでfinをエッチングすることにより、高さの異なるfinFETを形成している(例えば、特許文献1参照)。
また、finの物理高さを変えずに、ゲルマニウムを含む化学注入種注入することによりfinの底部を非活性状態とした、化学注入種を含むfinと、化学種を含まないfinとを形成することが提案されている。この方法では、注入化学種の深さを調節することにより、注入されたfin中の半導体finの垂直寸法を調整することができる(例えば、特許文献5参照)。
In addition, various manufacturing methods for forming finFETs having a plurality of types of heights have been proposed for the semiconductor device having a configuration in which the heights of the plurality of fins are formed. For example, finFETs having different heights are formed by providing a step in a semiconductor layer for forming fins and processing the semiconductor layer provided with the step into fins (for example, Patent Document 2 and Patent Document 2). 3, Patent Document 4 and Patent Document 6). Further, after fins having the same height are formed, fins having different heights are formed by etching the fins to a predetermined height (see, for example, Patent Document 1).
Further, a fin including a chemical injection species and a fin not including a chemical species are formed by injecting a chemical injection species including germanium without changing the physical height of the fin, thereby inactivating the bottom of the fin. It has been proposed. In this method, the vertical dimension of the semiconductor fin in the injected fin can be adjusted by adjusting the depth of the implanted chemical species (see, for example, Patent Document 5).

米国特許第6413802号明細書US Pat. No. 6,413,802 特開2007−149942号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-149942 特開2008−124423号公報JP 2008-124423 A 特開2008−141177号公報JP 2008-141177 A 特表2007−535153号公報Special table 2007-535153 gazette 特開2005−251873号公報JP 2005-251873 A

M.Miyao,et al., “Low-temperature SOI(Si-on-insulator) formation by lateral solid-phase epitaxy,” J. Appl. Phys. 64(6), 15 Sep. 1988, pp. 3018.M.Miyao, et al., “Low-temperature SOI (Si-on-insulator) formation by lateral solid-phase epitaxy,” J. Appl. Phys. 64 (6), 15 Sep. 1988, pp. 3018. Eiji Fujii, “Dependence of growth length of single silicon crystals on scanning direction of laser beam in lateral seeding process,” J. Appl. Phys. 63(8), 15 Apr. 1988, pp. 2633.Eiji Fujii, “Dependence of growth length of single silicon crystals on scanning direction of laser beam in lateral seeding process,” J. Appl. Phys. 63 (8), 15 Apr. 1988, pp. 2633.

しかしながら、図27に示す上述のfinFETの構成では、従来の半導体物理レイアウトに従い、VddとGNDのM1間距離で高さの決まるセルの中に、pタイプとnタイプの半導体装置を形成する必要がある。このため、pFETとnFETのフィンを少なくとも1つずつ形成するため、合計2つ以上のフィンが必要となる。このように、フィンの必要数により、半導体装置の微細化の妨げになる。
また、上述の直接的若しくは間接的にフィンの高さを複数形成する半導体装置では、フィンの高さを精密に制御することが難しい。
However, in the above-described finFET configuration shown in FIG. 27, it is necessary to form p-type and n-type semiconductor devices in a cell whose height is determined by the distance between Vdd and GND M1 according to the conventional semiconductor physical layout. is there. For this reason, in order to form at least one pFET and nFET fin, two or more fins in total are required. Thus, the required number of fins hinders miniaturization of the semiconductor device.
In the semiconductor device in which a plurality of fin heights are formed directly or indirectly as described above, it is difficult to precisely control the fin height.

上述した問題の解決のため、本発明においては、半導体装置の微細化に対応し、さらに、finの高さを精密に制御することが可能なfinFETを含む半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a semiconductor device including a finFET that can cope with miniaturization of a semiconductor device and can precisely control the height of the fin, and a method of manufacturing the semiconductor device. To do.

本発明の半導体装置は、基体上に形成されているフィンと、フィンを構成する複数の半導体層と、複数の半導体層間に介在する絶縁層と、フィンを覆うゲート電極と、を備えて構成される。そして、ゲート電極と接する複数の半導体層の側壁部分にチャネル領域が形成される。   A semiconductor device according to the present invention includes a fin formed on a base, a plurality of semiconductor layers constituting the fin, an insulating layer interposed between the plurality of semiconductor layers, and a gate electrode covering the fin. The Then, channel regions are formed in the side wall portions of the plurality of semiconductor layers in contact with the gate electrode.

本発明の半導体装置に製造方法は、基体上に絶縁層と半導体層とを積層させて積層基体を形成する工程を有する。そして、積層されている半導体層及び絶縁層とをフィン状に加工する工程と、フィン状の半導体層及び絶縁層を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを有する。   The manufacturing method of the semiconductor device of the present invention includes a step of forming a laminated substrate by laminating an insulating layer and a semiconductor layer on a substrate. Then, a step of processing the stacked semiconductor layer and insulating layer into a fin shape, a step of forming a gate insulating film covering the fin-shaped semiconductor layer and the insulating layer, and forming a gate electrode on the gate insulating film Process.

本発明の半導体装置及び本発明の半導体装置の製造方法係る半導体装置によれば、フィン内に複数の半導体層が形成されるため、従来複数のフィンにより形成されていた複数の半導体装置を、1つのフィンにより形成することができる。
また、積層する半導体層の間に絶縁層を介在させることにより、この絶縁層がエッチングストッパとなり、フィン内に積層している複数の半導体層の高さを精密に制御することができる。
According to the semiconductor device of the present invention and the semiconductor device according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a plurality of semiconductor layers are formed in the fin. Can be formed by two fins.
Further, by interposing an insulating layer between the semiconductor layers to be stacked, this insulating layer serves as an etching stopper, and the height of the plurality of semiconductor layers stacked in the fin can be precisely controlled.

本発明によれば、複数の半導体装置を、1つのフィンにより形成することにより半導体装置の微細化が可能である。また、絶縁層をエッチングストッパとすることにより、積層する半導体層のそれぞれの高さを精密に制御して製造することができる。   According to the present invention, the semiconductor device can be miniaturized by forming a plurality of semiconductor devices with one fin. In addition, by using the insulating layer as an etching stopper, each semiconductor layer to be stacked can be manufactured with precise height control.

本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. Aは、本発明の半導体装置を用いたインバータ回路の構成図である。Bは、従来の半導体装置を用いたインバータ回路の構成図である。A is a configuration diagram of an inverter circuit using the semiconductor device of the present invention. B is a configuration diagram of an inverter circuit using a conventional semiconductor device. Aは、本発明の半導体装置を用いたNAND回路の構成図である。Bは、従来の半導体装置を用いたNAND回路の構成図である。A is a configuration diagram of a NAND circuit using the semiconductor device of the present invention. B is a configuration diagram of a NAND circuit using a conventional semiconductor device. A及びBは、本発明の半導体装置の実施の形態の構成を示す図である。A and B are diagrams showing a configuration of an embodiment of a semiconductor device of the present invention. Aは、本発明の半導体装置を用いたSRAMの構成図である。Bは、従来の半導体装置を用いたSRAMの構成図である。A is a configuration diagram of an SRAM using the semiconductor device of the present invention. B is a configuration diagram of an SRAM using a conventional semiconductor device. 本発明の半導体装置の第2の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the semiconductor device of this invention. A〜Cは、finFETのゲート長の選択可能な離散値を示す図である。AC is a figure which shows the selectable discrete value of the gate length of finFET. A〜Cは、finFETのゲート長の選択可能な離散値を示す図である。AC is a figure which shows the selectable discrete value of the gate length of finFET. 本発明の半導体装置の第3の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 3rd Embodiment of the semiconductor device of this invention. A〜Cは、スマートカット法を用いた積層基体の製造工程図である。A to C are manufacturing process diagrams of a laminated substrate using a smart cut method. D〜Gは、スマートカット法を用いた積層基体の製造工程図である。D to G are manufacturing process diagrams of a laminated substrate using the smart cut method. A〜Eは、横方向固相成長法を用いた積層基体の製造工程図である。A to E are manufacturing process diagrams of a laminated substrate using a horizontal solid phase growth method. A〜Dは、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の製造工程図である。A to D are manufacturing process diagrams of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. E〜Hは、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の製造工程図である。E to H are manufacturing process diagrams of the first embodiment of the semiconductor device of the present invention. I,Jは、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の製造工程図である。I and J are manufacturing process diagrams of the first embodiment of the semiconductor device of the present invention. K〜Mは、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の製造工程図である。KM is a manufacturing process diagram of the first embodiment of the semiconductor device of the invention. N〜Oは、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の製造工程図である。N to O are manufacturing process diagrams of the first embodiment of the semiconductor device of the present invention. P〜Rは、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の製造工程図である。P to R are manufacturing process diagrams of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の半導体装置の第2の実施の形態の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of 2nd Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第2の実施の形態の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of 2nd Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第2の実施の形態の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of 2nd Embodiment of the semiconductor device of this invention. Aは、ゲート電極の仕事関数とチャネルの不純物との関係について説明するためのfinFETの平面図である。Bは、ゲート電極の仕事関数とチャネルの不純物との関係について説明するためのfinFETの断面図である。FIG. 4A is a plan view of a finFET for explaining a relationship between a work function of a gate electrode and a channel impurity. B is a cross-sectional view of the finFET for explaining the relationship between the work function of the gate electrode and the impurity of the channel. 従来の半導体装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional semiconductor device.

以下、本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.半導体装置の第1の実施の形態
2.半導体装置の第2の実施の形態
3.半導体装置の第3の実施の形態
4.半導体装置の製造方法
Examples of the best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
The description will be given in the following order.
1. 1. First embodiment of semiconductor device 2. Second embodiment of semiconductor device 3. Third embodiment of semiconductor device Manufacturing method of semiconductor device

〈1.半導体装置の第1の実施の形態〉
[半導体装置の概略構成]
以下本発明の半導体装置の具体的な実施の形態について説明する。
図1に、本実施の形態のfin型構造を有する半導体装置の斜視図を示す。
<1. First Embodiment of Semiconductor Device>
[Schematic configuration of semiconductor device]
Hereinafter, specific embodiments of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device having a fin-type structure according to this embodiment.

図1に示すように、図示しない基体上に、起立した薄い半導体層(フィン)11のチャネル領域をゲート電極12で覆い、チャネル領域の左右両側面からゲート電極12で挟み込む構成のフィン型の電界効果トランジスタ(finFET)10が形成されている。   As shown in FIG. 1, a fin-type electric field in which a channel region of an upstanding thin semiconductor layer (fin) 11 is covered with a gate electrode 12 on a base (not shown) and sandwiched between the gate electrodes 12 from the left and right side surfaces of the channel region. An effect transistor (finFET) 10 is formed.

例えば、シリコン基板上に起立した薄い半導体層(フィン)11が形成されている。このフィン11は、第1導電型、例えばp型の第1半導体層14と、第2導電型、例えばn型の第2半導体層16とが積層された構造を有している。
フィン11は、第2半導体層16上に絶縁層15が形成され、この絶縁層15上に異なるチャネルタイプの異なる第1半導体層14が形成されている。また、フィン13の最上層には、絶縁層13が形成されている。
このように、finFET10のフィン11は、絶縁層13と、積層された複数の半導体層とにより構成されている。
For example, a thin semiconductor layer (fin) 11 standing on a silicon substrate is formed. The fin 11 has a structure in which a first conductivity type, for example, a p-type first semiconductor layer 14 and a second conductivity type, for example, an n-type second semiconductor layer 16 are stacked.
In the fin 11, the insulating layer 15 is formed on the second semiconductor layer 16, and the first semiconductor layers 14 having different channel types are formed on the insulating layer 15. An insulating layer 13 is formed on the uppermost layer of the fin 13.
Thus, the fin 11 of the finFET 10 includes the insulating layer 13 and a plurality of stacked semiconductor layers.

また、上述のフィン11を覆って、ゲート電極12が形成されている。
ゲート電極12は、フィン11の第1半導体層14及び第2半導体層16のチャネル領域を、一方の側面から対向する他方の側面までを覆うように、コ字状に形成されている。
ゲート電極12には、ミッドギャップの仕事関数の材料を用いることが好ましい。これを用いることにより、np対称の閾値電圧の設定が可能である。
A gate electrode 12 is formed so as to cover the fin 11 described above.
The gate electrode 12 is formed in a U shape so as to cover the channel region of the first semiconductor layer 14 and the second semiconductor layer 16 of the fin 11 from one side surface to the other side surface facing each other.
The gate electrode 12 is preferably made of a material having a midgap work function. By using this, it is possible to set an np symmetrical threshold voltage.

以上の構成により、p−MOS型fin電界効果トランジスタ(pFET)17と、n−MOS型fin電界効果トランジスタ(nFET)18とを、1つのフィンで形成することができる。つまり、1つのfinFETを形成することで、2種類の異なるトランジスタ特性を有するfinFETを形成することができる。
このように、絶縁層を介して複数の半導体層を形成することにより、1つのフィンに複数種類のfinFETを形成することができる。
With the above configuration, the p-MOS type fin field effect transistor (pFET) 17 and the n-MOS type fin field effect transistor (nFET) 18 can be formed by one fin. That is, by forming one finFET, finFETs having two different transistor characteristics can be formed.
As described above, by forming a plurality of semiconductor layers through the insulating layer, a plurality of types of finFETs can be formed in one fin.

このように、1つのフィン内に2種類のfinFETを形成することにより、従来の半導体装置においてN型半導体とP型半導体との組み合わせにより形成されていた回路要素において、その多くの場合に、面積をおよそ半分にすることができる。このため、上記構成の本実施の形態のfinFETを用いることにより、半導体装置の微細化が可能になる。特に、22nmノード以降、MOSFET性能が飛躍的に伸びないという問題に対して、上記構成のfinFETを形成してMOSFETのより積極的な微細化を達成することにより、この問題を解決することができる。   Thus, by forming two types of finFETs in one fin, in the circuit element formed by the combination of the N-type semiconductor and the P-type semiconductor in the conventional semiconductor device, in many cases, the area Can be halved. For this reason, by using the finFET of the present embodiment having the above-described configuration, the semiconductor device can be miniaturized. In particular, with respect to the problem that the MOSFET performance does not dramatically increase after the 22 nm node, this problem can be solved by forming a finFET having the above-described configuration to achieve more aggressive miniaturization of the MOSFET. .

また、上記のfinFET10において、pFET17の高さと、nFET18の高さを任意に設定することにより、トランジスタのゲート長を任意に設定することができる。例えば、pFET17の高さとnFET18の高さを2:1に設定する。このように設定することで、finFET10において、pFET17のゲート長を、nFET18のゲート長の2倍にすることができる。   In the finFET 10 described above, the gate length of the transistor can be arbitrarily set by arbitrarily setting the height of the pFET 17 and the height of the nFET 18. For example, the height of the pFET 17 and the height of the nFET 18 are set to 2: 1. By setting in this way, in the finFET 10, the gate length of the pFET 17 can be doubled that of the nFET 18.

上述のように、finFET10内において、pFET及びnFETの高さを任意の比率で形成することにより、設計者がfinFETのゲート長を任意に選択することができる。特に、絶縁層により上層と下層とを分離することにより、finFETの高さを正確に制御することができ、finFETのゲート長を正確に形成することができる。   As described above, by forming the heights of the pFET and the nFET at an arbitrary ratio in the finFET 10, the designer can arbitrarily select the gate length of the finFET. In particular, by separating the upper layer and the lower layer by the insulating layer, the height of the finFET can be accurately controlled, and the gate length of the finFET can be accurately formed.

なお、本実施の形態の説明において、フィン、半導体層及び絶縁層の高さとは、半導体基体の表面から半導体基体に垂直な方向に測定された各構成部位の寸法を示す。例えば、フィンの高さとは、半導体基体上面に形成されているフィン底部からフィンの上面へ測定される寸法である。   In the description of the present embodiment, the heights of the fins, the semiconductor layer, and the insulating layer indicate the dimensions of the constituent portions measured in the direction perpendicular to the semiconductor substrate from the surface of the semiconductor substrate. For example, the height of the fin is a dimension measured from the bottom of the fin formed on the upper surface of the semiconductor substrate to the upper surface of the fin.

なお、上述のfinFETにおいて、絶縁層を介してpFET同士を積層してもよく、また、絶縁層を介してnFET同士を積層してもよい。また、半導体層を3層以上積層することもできる。この場合にも、例え場半導体層を3層積層以上する場合には、pFET及びnFETを自由に組み合わせて形成することができる。また、半導体層を3層積層以上する場合にも、半導体層同士の間に絶縁層を介在させて半導体層を積層する。   In the above-described finFET, pFETs may be stacked via an insulating layer, or nFETs may be stacked via an insulating layer. In addition, three or more semiconductor layers can be stacked. In this case as well, when three or more stacked semiconductor layers are stacked, pFETs and nFETs can be freely combined. In addition, when three or more semiconductor layers are stacked, the semiconductor layers are stacked with an insulating layer interposed between the semiconductor layers.

[finFETへのビアコンタクトの形成例]
次に、上述の実施の形態のfinFET10において、pFET17及びnFET18のビアコンタクトの形成について説明する。
上述のfinFET10において、pFET17及びnFET18のソース・ドレインに、ビアコンタクトを形成することで、半導体装置の図示しない配線等に接続される。
[Example of formation of via contact to finFET]
Next, formation of via contacts of the pFET 17 and the nFET 18 in the finFET 10 of the above-described embodiment will be described.
In the above-described finFET 10, via contacts are formed on the source and drain of the pFET 17 and the nFET 18, thereby connecting to a wiring (not shown) of the semiconductor device.

finFET10では、絶縁層15を介して積層されているに、それぞれビアコンタクトを形成する。つまり、ビアコンタクトを形成する高さ方向の位置を変えることで、finFET10のうち、使用する半導体層を第1半導体層14及び第2半導体層16から選択することができる。
また、finFET10のコンタクトを形成するフィンの長さ方向の位置、つまりpFET17又はnFET18のソース・ドレインにおいて形成するビアコンタクトの間隔を変更することで、トランジスタのチャネル長を選択することができる。
In the finFET 10, via contacts are formed in each of the stacked layers via the insulating layer 15. In other words, the semiconductor layer to be used can be selected from the first semiconductor layer 14 and the second semiconductor layer 16 in the finFET 10 by changing the position in the height direction in which the via contact is formed.
Further, the channel length of the transistor can be selected by changing the position in the length direction of the fin forming the contact of the finFET 10, that is, the distance between the via contacts formed in the source / drain of the pFET 17 or nFET 18.

finFET10において、上層のpFET17にのみコンタクトを形成したい場合には、図2に示すように、finFET10の上部から、第1半導体層14に接続する位置まで、ビアコンタクト19を形成する。
この構成により、finFET10において、nFET18を駆動させずに、pFET17のみを駆動することができる。
In the finFET 10, when it is desired to form a contact only on the upper pFET 17, a via contact 19 is formed from the top of the finFET 10 to a position where it is connected to the first semiconductor layer 14, as shown in FIG.
With this configuration, only the pFET 17 can be driven without driving the nFET 18 in the finFET 10.

また、finFET10において、pFET17とnFET18とを接続したい場合には、図3に示すように、finFET10の上部から、第2半導体層16に接続する位置まで、ビアコンタクト19を形成する。このとき、ビアコンタクト19は、フィンの表面を覆うように、半導体層のソース・ドレインの表面上に形成されている。
この構成により、finFET10において、nFET18とpFET17と接続して駆動することができる。
In the finFET 10, when it is desired to connect the pFET 17 and the nFET 18, a via contact 19 is formed from the top of the finFET 10 to a position where it is connected to the second semiconductor layer 16 as shown in FIG. 3. At this time, the via contact 19 is formed on the surface of the source / drain of the semiconductor layer so as to cover the surface of the fin.
With this configuration, the finFET 10 can be driven by being connected to the nFET 18 and the pFET 17.

また、finFET10の下層に形成されているnFET18のみにコンタクトを形成したい場合には、図4に示すように、下層の第2半導体層18及び絶縁層15を、上層の第1半導体層14よりも、ゲート電極12から延長して形成する。そして、この延在させた部分の第2半導体層16に、ビアコンタクト19を接続する。このような構成とすることにより、finFET10において、下層のnFET18のみを駆動することができる。   In addition, when it is desired to form a contact only in the nFET 18 formed in the lower layer of the finFET 10, the lower second semiconductor layer 18 and the insulating layer 15 are made higher than the upper first semiconductor layer 14 as shown in FIG. , Extending from the gate electrode 12. A via contact 19 is connected to the extended second semiconductor layer 16. With such a configuration, in the finFET 10, only the lower nFET 18 can be driven.

また、finFET10の下層に形成されているnFET18のみにコンタクトを形成する場合において、図5に示すように、延在させた第2半導体層16上に絶縁層20を形成してもよい。絶縁層20は、延在させた第2半導体層16及び絶縁層15上に、第1半導体層14及び絶縁層13と同じ高さまで形成されている。そして、絶縁層20上から第2半導体層18に接続するビアコンタクト19を形成することにより、nFET18へのコンタクトが形成されている。   Further, when a contact is formed only on the nFET 18 formed in the lower layer of the finFET 10, the insulating layer 20 may be formed on the extended second semiconductor layer 16 as shown in FIG. 5. The insulating layer 20 is formed on the extended second semiconductor layer 16 and insulating layer 15 to the same height as the first semiconductor layer 14 and insulating layer 13. Then, by forming a via contact 19 connected from the insulating layer 20 to the second semiconductor layer 18, a contact to the nFET 18 is formed.

上述のように、pFET17とnFET18とが積層された構成のfinFET10においても、フィン11を構成する積層された半導体層へのビアコンタクト19の接続の仕方を変えることで、任意の駆動方法を選択することができる。
例えば、pFET17、又は、nFET18をそれぞれ単独で駆動することができる。また、pFET17とnFET18を接続して駆動することができる。
そして、ゲート電極12と、上記のビアコンタクトの接続の仕方とを組み合わせることにより、上述の本実施の形態のfinFET10において、回路機能を付与することができる。
As described above, even in the finFET 10 having the configuration in which the pFET 17 and the nFET 18 are stacked, an arbitrary driving method is selected by changing the connection method of the via contact 19 to the stacked semiconductor layers forming the fin 11. be able to.
For example, the pFET 17 or the nFET 18 can be driven independently. Further, the pFET 17 and the nFET 18 can be connected and driven.
A circuit function can be imparted to the finFET 10 of the present embodiment described above by combining the gate electrode 12 and the way of connecting the via contact.

[finFETを用いた半導体装置の実施例1:インバータ回路]
次に、上述のfinFETを用いて回路を構成した半導体装置の実施の形態について説明する。
上述の本実施の形態のfinFETを用いて形成した、インバータ回路の構成例の上面図を図6Aに示す。また、比較のため従来のMOSFETを用いた場合のインバータ回路の構成例の上面図を図6Bに示す。
図6Aに示す本実施の形態のインバータの例では、ゲート電極G1、電源電圧(VDD)25、グランド(GND)26、及び、finFETにおいて、pFET17とnFET18とを接続するコンタクト(NP接続)24を備える。
[Example 1 of semiconductor device using finFET: inverter circuit]
Next, an embodiment of a semiconductor device in which a circuit is configured using the above-described finFET will be described.
FIG. 6A shows a top view of a configuration example of an inverter circuit formed by using the above-described finFET of this embodiment. For comparison, FIG. 6B shows a top view of a configuration example of an inverter circuit when a conventional MOSFET is used.
In the example of the inverter of this embodiment shown in FIG. 6A, the gate electrode G1, the power supply voltage (VDD) 25, the ground (GND) 26, and the contact (NP connection) 24 that connects the pFET 17 and the nFET 18 in the finFET. Prepare.

図6Aに示すfinFETは、図1に示す半導体装置と同様に、上層にpFET17が形成され、絶縁層を介して下層にnFET18が形成されている。そして、下層のnFET18の一方の端部は、図4及び図5に示すfinFETの構成にように、pFET17よりも延長して形成されている。   In the finFET shown in FIG. 6A, similarly to the semiconductor device shown in FIG. 1, the pFET 17 is formed in the upper layer, and the nFET 18 is formed in the lower layer through the insulating layer. Then, one end of the lower nFET 18 is formed so as to extend from the pFET 17 as in the finFET configuration shown in FIGS. 4 and 5.

NP接続24は、上述の図3に示すように、積層された第1半導体層と第2半導体層とに接続して形成されたビアコンタクトであり、このコンタクトによりfinFET内で積層されているpFET17とnFET18とを接続している。
ゲート電極G1は、上述の図1に示す構成のように、pFET17およびnFET18のチャネル領域を覆って形成されている。
VDD25は、上述の図2に示すように、フィンの上層に形成されているpFET17にのみ接続するビアコンタクトである。
pFET17から延在されたnFET18には、上述の図4又は図5に示す構成のnFET18のみに接続するビアコンタクトによりGND26が接続されている。
As shown in FIG. 3 described above, the NP connection 24 is a via contact formed by connecting to the stacked first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the pFET 17 stacked in the finFET by this contact. And nFET 18 are connected.
The gate electrode G1 is formed to cover the channel regions of the pFET 17 and the nFET 18 as in the configuration shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the VDD 25 is a via contact that is connected only to the pFET 17 formed in the upper layer of the fin.
A GND 26 is connected to the nFET 18 extending from the pFET 17 by a via contact that connects only to the nFET 18 having the configuration shown in FIG. 4 or 5 described above.

従来構造のインバータは、図6Bに示すようにpMOS領域27とnMOS領域28とからなる。また、pMOS領域27とnMOS領域28とに共通のゲート電極G1が設けられている。そして、pMOS領域27のソースにVDDが接続されている。さらに、pMOS領域27のドレインと、nMOS領域28のソースとにコンタクトによるNP接続が設けられている。そして、nMOS領域28のドレインがGNDに接続されている。   The inverter having the conventional structure includes a pMOS region 27 and an nMOS region 28 as shown in FIG. 6B. A common gate electrode G1 is provided for the pMOS region 27 and the nMOS region 28. Then, VDD is connected to the source of the pMOS region 27. Further, an NP connection by contact is provided to the drain of the pMOS region 27 and the source of the nMOS region 28. The drain of the nMOS region 28 is connected to GND.

本実施の形態のfinFETを用いることにより、1つのfinFETを形成するための面積でインバータを構成することができる。これに対し、上記のように、従来構造インバータでは、基体上にpMOSを形成するための領域とnMOS形成するための領域が必要となる。
従って、本実施の形態のfinFETにおいて、ゲート電極とpFET及びnFETに接続するコンタクトと組み合わせることにより、インバータ回路を形成するための面積を、finFET1つ分に集約することができる。このため、本実施の形態のfinFETを用いることにより半導体装置の微細化が可能となる。
By using the finFET of this embodiment, an inverter can be configured with an area for forming one finFET. On the other hand, as described above, the conventional inverter requires a region for forming the pMOS and a region for forming the nMOS on the substrate.
Therefore, in the finFET of this embodiment, the area for forming the inverter circuit can be integrated into one finFET by combining the gate electrode and the contact connected to the pFET and the nFET. Therefore, the semiconductor device can be miniaturized by using the finFET of this embodiment.

[finFETを用いた半導体装置の実施例2:NAND回路]
次に、本実施の形態のfinFETを用いたNAND回路の実施の形態について説明する。
上述の本実施の形態のfinFETを用いて形成したNAND回路の構成例の上面図を図7Aに示す。また、比較のため従来のMOSFETを用いた場合のNAND回路の構成例の上面図を図7Bに示す。
図7Aに示す本実施の形態のNAND回路の例では、ゲート電極G1,G2、電源電圧(VDD)25、グランド(GND)26、及び、finFETにおいて、pFET17とnFET18とを接続するコンタクト(NP接続)24を備える。
[Example 2 of Semiconductor Device Using FinFET: NAND Circuit]
Next, an embodiment of a NAND circuit using the finFET of this embodiment will be described.
FIG. 7A shows a top view of a configuration example of a NAND circuit formed using the above-described finFET of this embodiment. For comparison, FIG. 7B shows a top view of a configuration example of a NAND circuit when a conventional MOSFET is used.
In the example of the NAND circuit of this embodiment shown in FIG. 7A, in the gate electrodes G1 and G2, the power supply voltage (VDD) 25, the ground (GND) 26, and the finFET, a contact (NP connection) that connects the pFET 17 and the nFET 18 ) 24.

図7Aに示すfinFETは、図1に示す半導体装置と同様に、上層にpFET17が形成され、絶縁層を介して下層にnFET18が形成されている。そして、下層のnFET18の一方の端部は、図4及び図5に示すfinFETの構成にように、pFET17よりも延長して形成されている。   In the finFET shown in FIG. 7A, similarly to the semiconductor device shown in FIG. 1, the pFET 17 is formed in the upper layer, and the nFET 18 is formed in the lower layer through the insulating layer. Then, one end of the lower nFET 18 is formed so as to extend from the pFET 17 as in the finFET configuration shown in FIGS. 4 and 5.

NP接続24は、上述の図3に示すように、積層された第1半導体層と第2半導体層とに接続して形成されたビアコンタクトであり、このコンタクトによりfinFET内で積層されているpFET17とnFET18とを接続している。
ゲート電極G1、及び、pFET17とnFET18とが積層している領域のゲート電極G2は、上述の図1に示す構成のように、finFETのチャネル領域を覆って形成されている。
As shown in FIG. 3 described above, the NP connection 24 is a via contact formed by connecting to the stacked first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the pFET 17 stacked in the finFET by this contact. And nFET 18 are connected.
The gate electrode G1 and the gate electrode G2 in the region where the pFET 17 and the nFET 18 are stacked are formed so as to cover the channel region of the finFET as in the configuration shown in FIG.

また、nFET18のみが延在されている側のゲート電極G2は、図8A,Bに示すように、nFET18と、nFET18上に形成されている絶縁層31A,31Bからなるフィンのチャネル領域を覆って形成されている。図8Aでは、nFET18上に形成されている絶縁層31Aが、nFET18上に形成されるpFET及び絶縁層の高さと、同じ高さまで形成されている。つまり、図5に示すfinFETの絶縁層20と同様に形成されている。そして、この絶縁層31Aを覆ってゲート電極33が形成されている。
また、図8Bでは、絶縁層31Bが、nFET18とpFET17とに介在する絶縁層の厚さのまま形成されている。つまり、図4に示すfinFETの絶縁層15と同様に形成されている。そして、この絶縁層31Bを覆ってゲート電極33が形成されている。
Further, as shown in FIGS. 8A and 8B, the gate electrode G2 on the side where only the nFET 18 is extended covers the channel region of the fin composed of the nFET 18 and the insulating layers 31A and 31B formed on the nFET 18. Is formed. In FIG. 8A, the insulating layer 31A formed on the nFET 18 is formed up to the same height as the pFET and the insulating layer formed on the nFET 18. That is, it is formed similarly to the insulating layer 20 of the finFET shown in FIG. A gate electrode 33 is formed to cover the insulating layer 31A.
In FIG. 8B, the insulating layer 31B is formed with the thickness of the insulating layer interposed between the nFET 18 and the pFET 17 being maintained. That is, it is formed in the same manner as the insulating layer 15 of the finFET shown in FIG. A gate electrode 33 is formed to cover the insulating layer 31B.

pFET17の両端には、上述の図2に示すように、フィンの上層に形成されているpFET17にのみ接続するビアコンタクトによるVDD25が形成されている。また、pFET17から延在されたnFET18の端部には、上述の図4又は図5に示す構成のnFET18のみに接続するビアコンタクトによりGND26が接続されている。   At both ends of the pFET 17, as shown in FIG. 2 described above, VDD 25 is formed by a via contact connected only to the pFET 17 formed in the upper layer of the fin. Further, the GND 26 is connected to the end of the nFET 18 extending from the pFET 17 by a via contact that connects only to the nFET 18 having the configuration shown in FIG. 4 or FIG.

従来構造のNAND回路は、図7Bに示すようにpMOS領域29とnMOS領域30とから構成されている。また、pMOS領域29とnMOS領域30とに共通のゲート電極G1,G2が設けられている。そして、pMOS領域29のソースにVDDが接続されている。さらに、pMOS領域27と、nMOS領域28とに配線によるNP接続が設けられている。   The NAND circuit having a conventional structure is composed of a pMOS region 29 and an nMOS region 30 as shown in FIG. 7B. Also, common gate electrodes G 1 and G 2 are provided for the pMOS region 29 and the nMOS region 30. Then, VDD is connected to the source of the pMOS region 29. Further, the pMOS region 27 and the nMOS region 28 are provided with NP connection by wiring.

本実施の形態のfinFETを用いることにより、1つのfinFETを形成するための面積でNAND回路を構成することができる。これに対し、上記のように、従来構造のNAND回路では、基体上にpMOSを形成するための領域とnMOS形成するための領域が必要となる。
従って、本実施の形態のfinFETにおいて、ゲート電極とpFET及びnFETに接続するコンタクトと組み合わせることにより、NAND回路を形成するための面積を、finFET1つ分に集約することができる。このため、本実施の形態のfinFETを用いることにより半導体装置の微細化が可能となる。
By using the finFET of this embodiment, a NAND circuit can be configured with an area for forming one finFET. On the other hand, as described above, a NAND circuit having a conventional structure requires a region for forming a pMOS and a region for forming an nMOS on a substrate.
Therefore, in the finFET of this embodiment, the area for forming the NAND circuit can be integrated into one finFET by combining the gate electrode and the contact connected to the pFET and the nFET. Therefore, the semiconductor device can be miniaturized by using the finFET of this embodiment.

[finFETを用いた半導体装置の実施例3:SRAM]
次に、本実施の形態のfinFETを用いたSRAMの実施の形態について説明する。
上述の本実施の形態のfinFETを用いて形成したSRAMの構成例の上面図を図9Aに示す。また、比較のため従来のMOSFETを用いた場合のSRAMの構成例の上面図を図9Bに示す。
[Example 3: Semiconductor Device Using FinFET: SRAM]
Next, an embodiment of the SRAM using the finFET of this embodiment will be described.
FIG. 9A shows a top view of a configuration example of the SRAM formed using the above-described finFET of the present embodiment. For comparison, FIG. 9B shows a top view of a configuration example of an SRAM when a conventional MOSFET is used.

まず、図9Bに示す従来のSRAMの構成について説明する。
図9Bに示すSRAMは、従来のプレーナ型MOSFETを利用する6トランジスタSRAM構造体である。
図9Bに示すSRAMは、図示しない半導体基体の表面に形成されている半導体領域34、半導体基体基体上に形成されているゲート電極35、及び、配線36を備える。また、pMOS領域37を挟んでnMOS領域38及びnMOS領域39が形成されている。そして、pMOS領域37には、pFET40とpFET41の2つのトランジスタが形成されている。さらに、nMOS領域38にnFET42とnFET43、nMOS領域39に、nFET44とnFET45の4つのトランジスタが形成されている。
First, the configuration of the conventional SRAM shown in FIG. 9B will be described.
The SRAM shown in FIG. 9B is a 6-transistor SRAM structure that uses a conventional planar MOSFET.
The SRAM shown in FIG. 9B includes a semiconductor region 34 formed on the surface of a semiconductor substrate (not shown), a gate electrode 35 formed on the semiconductor substrate base, and a wiring 36. Further, an nMOS region 38 and an nMOS region 39 are formed with the pMOS region 37 interposed therebetween. In the pMOS region 37, two transistors, pFET 40 and pFET 41, are formed. Further, nFET 42 and nFET 43 are formed in the nMOS region 38, and four transistors of nFET 44 and nFET 45 are formed in the nMOS region 39.

図9Aに示す本実施の形態のSRAMの例では、ゲート電極48,49、電源電圧(VDD)25、グランド(GND)26、ビットライン(BL)32、及び、finFETにおいて、pFET17とnFET18とを接続するコンタクト(NP接続)24を備える。   In the example of the SRAM of this embodiment shown in FIG. 9A, in the gate electrodes 48 and 49, the power supply voltage (VDD) 25, the ground (GND) 26, the bit line (BL) 32, and the finFET, the pFET 17 and the nFET 18 are connected. A contact (NP connection) 24 to be connected is provided.

図9Aに示す本実施の形態のfinFETを用いて構成するSRAMは、図1に示す半導体装置と同様の構成のfinFET46及びfinFET47を形成し、それぞれをビアコンタクト及びゲート電極で接続することにより構成されている。
finFET46及びfinFET47は、図1に示す半導体装置と同様に、上層にpFET17が形成され、絶縁層を介して下層にnFET18が形成されている。そして、finFET46及びfinFET47において、下層のnFET18の両端が、図4及び図5に示すfinFETの構成にように、pFET17よりも延長して形成されている。
The SRAM configured using the finFET of this embodiment shown in FIG. 9A is configured by forming finFET 46 and finFET 47 having the same configuration as the semiconductor device shown in FIG. 1 and connecting them with via contacts and gate electrodes. ing.
In the finFET 46 and the finFET 47, similarly to the semiconductor device shown in FIG. 1, the pFET 17 is formed in the upper layer, and the nFET 18 is formed in the lower layer through the insulating layer. In the finFET 46 and the finFET 47, both ends of the lower layer nFET 18 are formed so as to extend from the pFET 17 as in the finFET configuration shown in FIGS.

pFET17の一方の端部にはNP接続24が形成され、他方の端部にはVDD25が形成されている。
NP接続24は、上述の図3に示すように、積層された第1半導体層と第2半導体層とに接続して形成されたビアコンタクトであり、このコンタクトによりfinFET内で積層されているpFET17とnFET18とを接続している。
また、ゲート電極48は、上述の図1に示す構成のように、finFETのチャネル領域を覆って形成されている。
そして、finFET46のゲート電極48とfinFET47のNP接続24とが接続して形成され、finFET47のゲート電極48とfinFET46のNP接続24とが接続して形成されている。
An NP connection 24 is formed at one end of the pFET 17 and a VDD 25 is formed at the other end.
As shown in FIG. 3 described above, the NP connection 24 is a via contact formed by connecting to the stacked first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the pFET 17 stacked in the finFET by this contact. And nFET 18 are connected.
The gate electrode 48 is formed so as to cover the channel region of the finFET as in the configuration shown in FIG.
The gate electrode 48 of the finFET 46 and the NP connection 24 of the finFET 47 are connected to each other, and the gate electrode 48 of the finFET 47 and the NP connection 24 of the finFET 46 are connected to each other.

また、pFET17に形成されているVDD25は、上述の図2に示すように、フィンの上層に形成されているpFET17にのみ接続するビアコンタクトにより形成されている。
pFET17から延在されたnFET18において、pFET17のVDD25が形成されている側の端部には、上述の図4又は図5に示す構成のnFET18のみに接続するビアコンタクトによりGND26が接続されている。また、pFET17から延在されたnFET18において、NP接続24が形成されている側の端部には、ゲート電極49と、BL32が形成されている。
Further, the VDD 25 formed in the pFET 17 is formed by a via contact connected only to the pFET 17 formed in the upper layer of the fin, as shown in FIG. 2 described above.
In the nFET 18 extended from the pFET 17, a GND 26 is connected to the end of the pFET 17 on the side where the VDD 25 is formed by a via contact connected only to the nFET 18 having the configuration shown in FIG. 4 or 5 described above. Further, in the nFET 18 extending from the pFET 17, a gate electrode 49 and BL 32 are formed at the end portion on the side where the NP connection 24 is formed.

nFET18のみが延在されている部分のゲート電極49は、図8A,Bに示すように、nFET18と、nFET18上に形成されている絶縁層31A,31BとからなるfinFETのチャネル領域を覆って形成されている。また、nFET18に形成されているBL32は、上述の図4又は図5に示す構成のnFET18のみに接続するビアコンタクトにより形成されている。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the gate electrode 49 where only the nFET 18 extends is formed so as to cover the channel region of the finFET composed of the nFET 18 and the insulating layers 31A and 31B formed on the nFET 18. Has been. The BL 32 formed in the nFET 18 is formed by a via contact connected only to the nFET 18 having the configuration shown in FIG. 4 or 5 described above.

本実施の形態のfinFETを用いてSRAMを構成することにより、基体上で使用する面積をfinFET2つの面積まで集約することができる。これに対し、上記のように、従来構造のSRAMでは、基体上にpMOSを形成するための領域とnMOS形成するための領域が必要であり、特に6つのpFET又はnFETを形成する領域が必要であった。
従って、本実施の形態のfinFETにおいて、ゲート電極とpFET及びnFETに接続するコンタクトとを組み合わせることにより、SRAMの半導体形成面積を小面積にすることができる。このため、本実施の形態のfinFETを用いることにより、半導体装置を形成するために必要な面積を小さくすることが可能であり、半導体装置の微細化が可能となる。
By configuring the SRAM using the finFET of the present embodiment, the area used on the substrate can be integrated up to the area of two finFETs. On the other hand, as described above, an SRAM having a conventional structure requires a region for forming a pMOS and a region for forming an nMOS on a substrate, and particularly requires a region for forming six pFETs or nFETs. there were.
Therefore, in the finFET of the present embodiment, the SRAM semiconductor formation area can be reduced by combining the gate electrode and the contact connected to the pFET and the nFET. Therefore, by using the finFET of this embodiment, the area necessary for forming the semiconductor device can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized.

〈2.半導体装置の第2の実施の形態〉
上述の第1の実施の形態では、1つのフィンに、pFETとnFETとを形成した場合について説明している。本実施の形態のfinFETの構成では、組み合わせる半導体の種類は同じ導電型の半導体層を形成してもよい。
図10に、同じチャネルタイプのトランジスタを積層した構成のfinFETの斜視図を示す。
<2. Second Embodiment of Semiconductor Device>
In the first embodiment described above, the case where the pFET and the nFET are formed in one fin has been described. In the configuration of the finFET of this embodiment, semiconductor layers having the same conductivity type may be formed as the types of semiconductors to be combined.
FIG. 10 shows a perspective view of a finFET having a structure in which transistors of the same channel type are stacked.

図10に示すfinFET50は、図示しない基体上に、起立した薄い半導体層(フィン)51,52,53が形成されている。そして、フィン51,52,53のチャネル領域を覆い、チャネル領域の左右両側面から挟み込む構成のゲート電極54が形成されている。   In a finFET 50 shown in FIG. 10, standing thin semiconductor layers (fins) 51, 52, and 53 are formed on a base (not shown). A gate electrode 54 is formed so as to cover the channel regions of the fins 51, 52, and 53 and to be sandwiched from the left and right side surfaces of the channel region.

フィン51及びフィン52は、上層の半導体層56,60と下層の半導体層58,62とが絶縁層57,61を介して積層された構成を有する。また、フィン51及びフィン52では、絶縁層57,61を介して積層されている半導体層は、第1導電型又は第2導電型の半導体層である。下層の半導体層58,62に第1導電型の半導体層が形成されている場合には、上層の半導体層56,60も同じく第1導電型の半導体層が形成される。また、下層の半導体層58,62に第2導電型の半導体層が形成されている場合には、上層の半導体層56,60にも同様に第2導電型の半導体層が形成される。さらに、上層の半導体層56,60上に絶縁層59が形成されている。   The fin 51 and the fin 52 have a configuration in which upper semiconductor layers 56 and 60 and lower semiconductor layers 58 and 62 are stacked with insulating layers 57 and 61 interposed therebetween. In the fins 51 and 52, the semiconductor layers stacked via the insulating layers 57 and 61 are semiconductor layers of the first conductivity type or the second conductivity type. When the first conductivity type semiconductor layer is formed in the lower semiconductor layers 58 and 62, the first conductivity type semiconductor layer is also formed in the upper semiconductor layers 56 and 60. When the second conductive type semiconductor layer is formed in the lower semiconductor layers 58 and 62, the second conductive type semiconductor layer is similarly formed in the upper semiconductor layers 56 and 60. Further, an insulating layer 59 is formed on the upper semiconductor layers 56 and 60.

また、下層の半導体層58,62は、上層の半導体層56,60に比べて、半導体層の高さを小さく形成されている。例えば、フィン51,52内の半導体層全体の高さに対して、上層の半導体層56,60を2/3の高さで形成し、下層の半導体層58,62を1/3も高さで形成する。なお、この上層の半導体層の高さと、下層の半導体層の高さの比は、任意に設定することができる。例えば、下層の半導体層を上層の半導体層の1/3で形成することも可能であり、また、さらに下層の半導体層と上層の半導体層とを他の比率で形成することも可能である。このとき、上層の半導体層の高さよりも、下層の半導体層の高さを小さくすることが好ましい。   Further, the lower semiconductor layers 58 and 62 are formed so that the height of the semiconductor layers is smaller than that of the upper semiconductor layers 56 and 60. For example, the upper semiconductor layers 56 and 60 are formed at a height of 2/3 with respect to the height of the entire semiconductor layer in the fins 51 and 52, and the lower semiconductor layers 58 and 62 are as high as 1/3. Form with. The ratio between the height of the upper semiconductor layer and the height of the lower semiconductor layer can be set arbitrarily. For example, the lower semiconductor layer can be formed by 1/3 of the upper semiconductor layer, and the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer can be formed in other ratios. At this time, it is preferable to make the height of the lower semiconductor layer smaller than the height of the upper semiconductor layer.

また、フィン53は、第1導電型又は第2導電型の半導体層64と、半導体層64上に形成された絶縁層63とから構成されている。半導体層64は、上述のフィン51及びフィン52に形成されている上層の半導体層56,60や、下層の半導体層58,62と同じチャネルタイプに形成されている。
フィン53に形成されている半導体層64の高さは、上述のフィン51及びフィン52の下層の半導体層58,62と同じ高さに形成されている。そして、この半導体層64上に絶縁層63を形成することにより、フィン53の高さを、フィン51及びフィン52と同じ高さに形成している。絶縁層64は、フィン51及びフィン52において、上層の絶縁層55,59から、半導体層に介在する絶縁層57,61までと同じ高さに形成されている。
The fin 53 includes a semiconductor layer 64 of the first conductivity type or the second conductivity type, and an insulating layer 63 formed on the semiconductor layer 64. The semiconductor layer 64 is formed in the same channel type as the upper semiconductor layers 56 and 60 formed on the fins 51 and 52 and the lower semiconductor layers 58 and 62.
The semiconductor layer 64 formed on the fin 53 is formed at the same height as the semiconductor layers 58 and 62 below the fin 51 and the fin 52 described above. Then, by forming the insulating layer 63 on the semiconductor layer 64, the height of the fin 53 is formed to be the same as that of the fin 51 and the fin 52. The insulating layer 64 is formed in the fin 51 and the fin 52 at the same height as the upper insulating layers 55 and 59 to the insulating layers 57 and 61 interposed in the semiconductor layer.

一般的に、finFETではフィンに形成された半導体層においてゲート電極と接する側面部分の長さが、ゲート長となる。このため、上述のように、絶縁層を介して高さの異なる半導体層を積層することにより、選択できるゲート長の数が増加する。
従来のように、フィンと同じ高さのトランジスタが形成されている場合には、ゲート長は、フィンの高さにより決まるため、ゲート長をフィンの数で制御する必要がある。このため、トランジスタの強さを設定するために、設計者が選択できるゲート長が離散化されて、離散値の数が少ない。
これに対し、上述の本実施の形態のfinFETでは、フィン内に絶縁層を介して高さの異なる半導体層が形成され、また、半導体層の高さが異なるフィンが形成されている。このように、半導体層の高さが2種類以上あるため、フィンの数だけでなく、半導体層の高さが異なるフィンを選択することができる。従って、設計者が選択できるゲート長の離散値の数を従来のfinFETよりも2倍以上に増加する。
In general, in the finFET, the length of the side surface portion in contact with the gate electrode in the semiconductor layer formed on the fin is the gate length. For this reason, as described above, the number of gate lengths that can be selected is increased by stacking semiconductor layers having different heights via an insulating layer.
When a transistor having the same height as the fin is formed as in the prior art, the gate length is determined by the height of the fin, and thus the gate length needs to be controlled by the number of fins. For this reason, in order to set the strength of the transistor, the gate length that can be selected by the designer is discretized, and the number of discrete values is small.
On the other hand, in the finFET of the present embodiment described above, semiconductor layers having different heights are formed in the fins via insulating layers, and fins having different semiconductor layer heights are formed. Thus, since there are two or more types of semiconductor layers, not only the number of fins but also fins having different semiconductor layer heights can be selected. Therefore, the number of discrete gate lengths that can be selected by the designer is increased more than twice as compared with the conventional finFET.

フィンを3つ形成した場合に、上述の異なる高さの半導体層を有するフィンを備えるfinFETのゲート長の選択可能な離散値について図11に示す。
図11Aは、3つのフィンの内、1つのフィンに高さが1/3の半導体層を形成した場合についての、選択可能なゲート長を表す。また、図11Bは、3つのフィンの内、1つのフィンに高さが1/2の半導体層を形成した場合についての、選択可能なゲート長を表している。そして、比較のため、図11Cに、従来構造の3つのフィンに同じ高さの半導体層を形成した場合に選択可能なゲート長を表している。
FIG. 11 shows selectable discrete values of the gate length of the finFET having the above-described fins having semiconductor layers with different heights when three fins are formed.
FIG. 11A shows selectable gate lengths in the case where a semiconductor layer having a height of 1/3 is formed on one of the three fins. FIG. 11B shows selectable gate lengths when a semiconductor layer having a height of 1/2 is formed on one of the three fins. For comparison, FIG. 11C shows gate lengths that can be selected when a semiconductor layer having the same height is formed on three fins of the conventional structure.

図11Aに示すように、1つのフィンに1/3の高さの半導体層を形成した場合には、ゲート長に選択可能な離散値が、0.3,0.6,1,1.3,1.6,2,2.3及び3の8種類となる。
また、図11Bに示すように、1つのフィンに1/2の高さの半導体層を形成した場合には、ゲート長に選択可能な離散値が、0.5,1,1.5,2,2.5及び3の6種類となる。
これに対して、図11Cに示すように従来のフィンでは、1,2及び3の3種類となる。
このように、半導体層の高さの異なるフィンを形成することにより、ゲート長の離散値の数が、従来のfinFETよりも2倍以上に増加させることができる。
As shown in FIG. 11A, when a semiconductor layer having a height of 1/3 is formed on one fin, discrete values selectable for the gate length are 0.3, 0.6, 1, 1.3. , 1.6, 2, 2.3 and 3.
Further, as shown in FIG. 11B, when a semiconductor layer having a height of 1/2 is formed on one fin, discrete values selectable for the gate length are 0.5, 1, 1.5, 2 , 2.5 and 3 types.
On the other hand, as shown in FIG. 11C, the conventional fin has three types of 1, 2 and 3.
Thus, by forming fins with different heights of the semiconductor layer, the number of discrete gate lengths can be increased more than twice as compared with the conventional finFET.

また、フィンを2つ形成した場合に、上述の異なる高さの半導体層を有するフィンを備えるfinFETのゲート長の選択可能な離散値について図12に示す。
図12Aは、2つのフィンの内、1つのフィンに高さが1/3の半導体層を形成した場合についての、選択可能なゲート長を表す。また、図12Bは、2つのフィンの内、1つのフィンに高さが1/2の半導体層を形成した場合についての、選択可能なゲート長を表している。そして、比較のため、図12Cに、従来構造の2つのフィンに同じ高さの半導体層を形成した場合に選択可能なゲート長を表している。
FIG. 12 shows selectable discrete values of the gate length of the finFET having the fins having the semiconductor layers with different heights when two fins are formed.
FIG. 12A shows selectable gate lengths in the case where a semiconductor layer having a height of 1/3 is formed on one of the two fins. FIG. 12B shows selectable gate lengths in the case where a semiconductor layer having a height of 1/2 is formed on one of the two fins. For comparison, FIG. 12C shows gate lengths that can be selected when a semiconductor layer having the same height is formed on two fins having a conventional structure.

図12Aに示すように、1つのフィンに1/3の高さの半導体層を形成した場合には、ゲート長に選択可能な離散値が、0.3,0.6,1,1.3及び2の5種類となる。
また、図12Bに示すように、1つのフィンに1/2の高さの半導体層を形成した場合には、ゲート長に選択可能な離散値が、0.5,1,1.5及び2の4種類となる。
これに対して、図12Cに示すように従来のフィンでは、1及び2の2種類となる。
このように、フィンの数を2つにした場合にも、半導体層の高さの異なるフィンを形成することにより、ゲート長の離散値の数を従来のfinFETよりも2倍以上に増加させることができる。
As shown in FIG. 12A, when a semiconductor layer having a height of 1/3 is formed on one fin, discrete values selectable for the gate length are 0.3, 0.6, 1, 1.3. And 2 types.
As shown in FIG. 12B, when a semiconductor layer having a height of 1/2 is formed on one fin, discrete values selectable for the gate length are 0.5, 1, 1.5, and 2 There are four types.
On the other hand, as shown in FIG. 12C, there are two types, 1 and 2, in the conventional fin.
As described above, even when the number of fins is two, the number of discrete gate lengths can be increased more than twice that of the conventional finFET by forming fins having different semiconductor layer heights. Can do.

〈3.半導体装置の第3の実施の形態〉
次に、上述の第2の実施の形態のfinFETと同様に、ゲート長の離散値の数を従来のfinFETよりも多くすることができる構造のfinFETを図13に示す。
図13に示すfinFET70は、図示しない基体上に、起立した薄い半導体層(フィン)71,72,73が形成されている。そして、フィン71,72,73のチャネル領域を覆い、チャネル領域の左右両側面から挟み込む構成のゲート電極74が形成されている。
<3. Third Embodiment of Semiconductor Device>
Next, FIG. 13 shows a finFET having a structure in which the number of discrete gate lengths can be made larger than that of a conventional finFET, like the finFET of the second embodiment described above.
In the finFET 70 shown in FIG. 13, standing thin semiconductor layers (fins) 71, 72, 73 are formed on a base (not shown). A gate electrode 74 is formed so as to cover the channel regions of the fins 71, 72, and 73 and to be sandwiched between the left and right side surfaces of the channel region.

フィン71及びフィン72は、上層の半導体層76,80と下層の半導体層78,82とが絶縁層77,81を介して積層された構成を有する。また、フィン71及びフィン72では、絶縁層77,81を介して積層されている半導体層は、第1導電型又は第2導電型の半導体層であり、下層の半導体層78,82と上層の半導体層76,80とには同じ導電型の半導体層が形成される。さらに、上層の半導体層76,80上に絶縁層75,79が形成されている。
また、下層の半導体層78,82は、上層の半導体層76,80に比べて、半導体層の高さを小さく形成されている。例えば、上層の半導体層76,80に対して下層の半導体層78,82が半分の高さで形成されている。
The fin 71 and the fin 72 have a configuration in which upper semiconductor layers 76 and 80 and lower semiconductor layers 78 and 82 are stacked with insulating layers 77 and 81 interposed therebetween. In the fin 71 and the fin 72, the semiconductor layers stacked via the insulating layers 77 and 81 are semiconductor layers of the first conductivity type or the second conductivity type, and the semiconductor layers 78 and 82 in the lower layer and the semiconductor layers in the upper layer. A semiconductor layer of the same conductivity type is formed on the semiconductor layers 76 and 80. Furthermore, insulating layers 75 and 79 are formed on the upper semiconductor layers 76 and 80.
In addition, the lower semiconductor layers 78 and 82 are formed with a smaller semiconductor layer height than the upper semiconductor layers 76 and 80. For example, the lower semiconductor layers 78 and 82 are formed at half the height of the upper semiconductor layers 76 and 80.

また、フィン73は、上層の半導体層84と、下層の半導体層86とが絶縁層85を介して積層されている。また、フィン73では、絶縁層85を介して積層されている半導体層は、第1導電型又は第2導電型の半導体層であり、下層の半導体層86に第1導電型の半導体層が形成されている場合には、上層の半導体層84も同じく第1導電型の半導体層が形成される。
また、下層の半導体層86に第2導電型の半導体層が形成されている場合には、上層の半導体層84にも同様に第2導電型の半導体層が形成される。さらに、上層の半導体層84上に絶縁層83が形成されている。
In the fin 73, an upper semiconductor layer 84 and a lower semiconductor layer 86 are stacked with an insulating layer 85 interposed therebetween. In the fin 73, the semiconductor layer stacked via the insulating layer 85 is a semiconductor layer of the first conductivity type or the second conductivity type, and the semiconductor layer of the first conductivity type is formed in the lower semiconductor layer 86. In this case, the first conductive type semiconductor layer is also formed in the upper semiconductor layer 84.
Further, when the second conductive type semiconductor layer is formed in the lower semiconductor layer 86, the second conductive type semiconductor layer is similarly formed in the upper semiconductor layer 84. Further, an insulating layer 83 is formed on the upper semiconductor layer 84.

また、フィン73では上層の半導体層84にドープされている不純物の濃度が、下層の半導体層86、及び、フィン71,72に形成されている半導体層76,78,80,82に比べて充分に高く構成されている。フィン73の上層の半導体層84において、不純物濃度を他の半導体層よりも充分に高くすることにより、半導体層84にからなるトランジスタの閾値電圧(Vth)を他の半導体層からなるトランジスタのVthよりも充分に高くする。
なお、フィン73の下層の半導体層86、及び、フィン71,72に形成されている半導体層76,78,80,82は、同じ濃度で不純物がドープされているか、或いは、不純物がドープされていない構成である。
In addition, the concentration of impurities doped in the upper semiconductor layer 84 in the fin 73 is sufficiently higher than that in the lower semiconductor layer 86 and the semiconductor layers 76, 78, 80, and 82 formed in the fins 71 and 72. Highly structured. In the semiconductor layer 84 on the upper layer of the fin 73, the threshold voltage (Vth) of the transistor formed of the semiconductor layer 84 is made higher than the Vth of the transistor formed of the other semiconductor layer by making the impurity concentration sufficiently higher than that of the other semiconductor layers. Also make it high enough.
Note that the semiconductor layer 86 under the fin 73 and the semiconductor layers 76, 78, 80, and 82 formed in the fins 71 and 72 are doped with impurities at the same concentration, or doped with impurities. There is no configuration.

上述のように、フィン73の上層の半導体層84のVthを高めて電流駆動力を低下させることにより、駆動する半導体層を選択することが可能となる。
つまり、finFET70を駆動する際、ゲート電極74に、不純物濃度が高い半導体層84のVth以下の電圧を加えると、下層の半導体層86からなるトランジスタは駆動するが、不純物濃度が高い半導体層84からなるトランジスタが駆動しない。このため、finFET70の駆動に半導体層84のVth以下の電圧を用いることにより、実質的にフィン73のゲート長を、下層の半導体層86の高さに限定することができる。この結果、下層の半導体層86のみによるゲート長を、フィン73のゲート長とすることができる。従って、フィン71及びフィン72に対してゲート長の異なるフィン73を形成することができ、ゲート長の異なるトランジスタを備えたfinFETを形成することができる。
As described above, the semiconductor layer to be driven can be selected by increasing Vth of the semiconductor layer 84 above the fin 73 and reducing the current driving force.
That is, when driving the finFET 70, if a voltage equal to or lower than Vth of the semiconductor layer 84 having a high impurity concentration is applied to the gate electrode 74, the transistor including the lower semiconductor layer 86 is driven, but the semiconductor layer 84 having a high impurity concentration is driven. The transistor that does not drive. Therefore, by using a voltage equal to or lower than Vth of the semiconductor layer 84 for driving the finFET 70, the gate length of the fin 73 can be substantially limited to the height of the lower semiconductor layer 86. As a result, the gate length of only the lower semiconductor layer 86 can be the gate length of the fin 73. Therefore, fins 73 having different gate lengths can be formed with respect to the fins 71 and 72, and finFETs having transistors having different gate lengths can be formed.

上述の第2の実施の形態が半導体層を形成する高さを変更することにより、直接的にゲート長を変更する構成である。これに対し、第3の実施の形態では、フィン内の半導体層を形成する高さを変えずに、不純物のドープによって一部の半導体層の閾値電圧を変更することで間接的にゲート長を変更することができる。
ゲート長が異なるトランジスタを備えることにより、上述の第2の実施の形態のfinFETと同様に、ゲート長の離散値の数を従来のfinFETよりも2倍以上に増加させることができる。
In the second embodiment described above, the gate length is directly changed by changing the height at which the semiconductor layer is formed. On the other hand, in the third embodiment, the gate length is indirectly increased by changing the threshold voltage of some semiconductor layers by doping impurities without changing the height at which the semiconductor layer in the fin is formed. Can be changed.
By providing transistors with different gate lengths, the number of discrete gate lengths can be increased more than twice that of the conventional finFET, as in the case of the finFET of the second embodiment described above.

〈4.半導体装置の製造方法〉
次に、上述の実施の形態のfinFETの製造方法について説明する。上述の実施の形態のfinFETは、基体上に半導体層と絶縁層とが積層した積層基体を用いて製造する。
このため、finFETの製造方法の説明に先がけて積層基体の製造方法の例について説明する、積層基体の製造方法のとしては、下記のスマートカット法や横方向固相成長法を用いて製造する。なお、finFETの製造に用いる積層基体の製造方法はこれらの方法に限られるものではなく、その他の方法で製造した積層基体を用いることもできる。
<4. Manufacturing Method of Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the finFET of the above-described embodiment will be described. The finFET of the above-described embodiment is manufactured using a laminated substrate in which a semiconductor layer and an insulating layer are laminated on a substrate.
Therefore, prior to the description of the finFET manufacturing method, an example of the manufacturing method of the multilayer substrate will be described. As the multilayer substrate manufacturing method, the following smart cut method and lateral solid phase growth method are used. In addition, the manufacturing method of the laminated base used for manufacturing finFET is not restricted to these methods, The laminated base manufactured by the other method can also be used.

[積層基体の製造方法1:スマートカット法]
まず、スマートカット法を用いた積層基体の製造方法について図面を用いて説明する。
図14Aに示すように、シリコン等の半導体材料からなるボンド基体90を用意する。そして、図14Bに示すように、熱酸化法により、ボンド基体90の表面に絶縁層91を形成する。
[Manufacturing method of laminated substrate 1: Smart cut method]
First, a method for manufacturing a laminated substrate using the smart cut method will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 14A, a bond base 90 made of a semiconductor material such as silicon is prepared. Then, as shown in FIG. 14B, an insulating layer 91 is formed on the surface of the bond substrate 90 by a thermal oxidation method.

次に、図14Cに示すように、酸化膜等による絶縁層91を形成したボンド基体90に、水素イオン93注入する。水素イオン93の注入により、ボンド基体90内に微小な空洞(micro cavity)を形成する。水素イオン93を注入する位置を制御することにより、空洞を形成する位置、特に絶縁層91からのボンド基板の厚さ方向の位置を制御する。
次に、図15Dに示すように、水素イオン93を注入したボンド基体90を裏返し、絶縁層91が形成されている面を、シリコン等の半導体材料からなる支持基体92に貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 14C, hydrogen ions 93 are implanted into the bond substrate 90 on which the insulating layer 91 made of an oxide film or the like is formed. By implanting hydrogen ions 93, a micro cavity is formed in the bond substrate 90. By controlling the position where hydrogen ions 93 are implanted, the position where the cavity is formed, particularly the position in the thickness direction of the bond substrate from the insulating layer 91 is controlled.
Next, as shown in FIG. 15D, the bond base 90 into which hydrogen ions 93 are implanted is turned over, and the surface on which the insulating layer 91 is formed is bonded to a support base 92 made of a semiconductor material such as silicon.

そして、図15Eに示すように、ボンド基体90を支持基体92に貼り付けた状態で500℃程度に加熱する。水素イオン93が注入された状態のボンド基板90を加熱することにより、水素イオン93が注入された位置において基体に水素脆化93Aを起こす。
そして、水素脆化を起こした後、図15Fに示すように、水素脆化93Aが起きた位置から、支持基体93側のボンド基体90Aを残し、水素脆化93Aが起きた位置よりも上部のボンド基体90Bを剥離する。そして、ボンド基板90Aの剥離面の表面を研磨し、さらに、1000〜1100℃に加熱する。
以上の工程により、支持基体92上に絶縁層91とボンド基体90Aとによる、絶縁層と半導体層との積層構造を形成する。
Then, as shown in FIG. 15E, the bonding substrate 90 is heated to about 500 ° C. while being bonded to the supporting substrate 92. By heating the bond substrate 90 in the state where the hydrogen ions 93 are implanted, hydrogen embrittlement 93A is caused in the substrate at the position where the hydrogen ions 93 are implanted.
Then, after the hydrogen embrittlement occurs, as shown in FIG. 15F, the bond base 90A on the support base 93 side is left from the position where the hydrogen embrittlement 93A occurs, and the position higher than the position where the hydrogen embrittlement 93A occurs is left. The bond substrate 90B is peeled off. And the surface of the peeling surface of bond board | substrate 90A is grind | polished, and also it heats to 1000-1100 degreeC.
Through the above steps, a laminated structure of an insulating layer and a semiconductor layer is formed on the supporting base 92 by the insulating layer 91 and the bond base 90A.

さらに、図14A〜図14Cに示す工程を行い、図15Fに示す絶縁層91及び半導体層(ボンド基体90A)が形成されている支持基体92上に、水素イオンを注入したボンド基体の絶縁層側を貼り合わせる。そして、加熱によりボンド基体内に水素脆化を起こした後、水素脆化した位置からボンド基板を剥離する。
以上の工程を繰り返すことにより、図15Gに示すように、支持基体92上に、絶縁層91、半導体層(ボンド基体90A)、絶縁層91C及び半導体層(ボンド基体90C)による、半導体層と絶縁層とからなる積層基体を形成することができる。
Further, the steps shown in FIGS. 14A to 14C are performed, and the insulating layer side of the bond substrate in which hydrogen ions are implanted on the support substrate 92 on which the insulating layer 91 and the semiconductor layer (bond substrate 90A) shown in FIG. 15F are formed. Paste together. Then, after hydrogen embrittlement occurs in the bond substrate by heating, the bond substrate is peeled off from the hydrogen embrittled position.
By repeating the above steps, as shown in FIG. 15G, the insulating layer 91, the semiconductor layer (bond substrate 90A), the insulating layer 91C, and the semiconductor layer (bond substrate 90C) are insulated from the semiconductor layer on the support substrate 92. A laminated substrate composed of layers can be formed.

各層の厚さは、例えば、絶縁層91、半導体層(ボンド基体90A)、絶縁層91C及び半導体層(ボンド基体90C)を、60nm、30nm、40nm及び150nmとする。なお、積層基体の各層の厚さは、形成するfinFETにおいて積層する半導体層の高さや、世代に応じて適宜選択して厚さを調節することができる。   The thickness of each layer is, for example, 60 nm, 30 nm, 40 nm, and 150 nm for the insulating layer 91, the semiconductor layer (bond base 90A), the insulating layer 91C, and the semiconductor layer (bond base 90C). The thickness of each layer of the laminated substrate can be appropriately selected and adjusted according to the height of the semiconductor layer to be laminated in the finFET to be formed and the generation.

[積層基体の製造方法2:横方向固相成長法]
次に、横方向固相成長法を用いた積層基体の製造方法について図面を用いて説明する。
図16Aに示すように、熱酸化法等により表面に酸化膜等からなる絶縁層95が形成されている、シリコン等からなる半導体基体94を用意する。
次に、図16Bに示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング等を用いて絶縁層95の一部を除去することにより絶縁層95のパターニングを行い、半導体基体94の一部を露出する。そして、絶縁層95及び露出された半導体基体94層上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、半導体層97,98例えば非晶質Si薄膜を10〜100nm形成する。このとき、絶縁層95から露出する半導体基体94がシード領域96となり、このシード領域96上に形成された半導体層96は単結晶層となる。これに対して、絶縁層95上に形成された半導体層98は、アモルファス層となる。
[Lamination Substrate Manufacturing Method 2: Lateral Solid Phase Growth Method]
Next, a method for manufacturing a laminated substrate using the lateral solid phase growth method will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 16A, a semiconductor substrate 94 made of silicon or the like having an insulating layer 95 made of an oxide film or the like formed on the surface by a thermal oxidation method or the like is prepared.
Next, as shown in FIG. 16B, the insulating layer 95 is patterned by removing a part of the insulating layer 95 using photolithography, etching, or the like, and a part of the semiconductor substrate 94 is exposed. Then, on the insulating layer 95 and the exposed semiconductor substrate 94 layer, semiconductor layers 97 and 98, for example, amorphous Si thin films are formed to 10 to 100 nm using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. At this time, the semiconductor substrate 94 exposed from the insulating layer 95 becomes the seed region 96, and the semiconductor layer 96 formed on the seed region 96 becomes a single crystal layer. On the other hand, the semiconductor layer 98 formed on the insulating layer 95 is an amorphous layer.

次に、単結晶層からなる半導体層97とアモルファス層からなる半導体層98に、横方向固相エピタキシャル成長(LSPE)を行うことで、アモルファス層が単結晶層となる。この横方向固相エピタキシャル成長により、図16Cに示すように、半導体基体94及び絶縁層95上に、単結晶層による半導体層97を形成する。
横方向固相エピタキシャル成長法としては、例えばアニール法又はレーザ法を使用する。
アニール法としては、例えば、M.Miyao,et al., “Low-temperrature SOI(Si-on-insulator) formation by lateral solid-phase epitaxy,” J Appl Phys. 64(6), 15 sep. 1988, pp. 3018(非特許文献1)に記載の方法を適用することができる。また、レーザ法としては、例えば、Eiji Fujii, “Dependence of growth length of single silicon crystals on scanning direction of laser beam in lateral seeding process,” J.Appl Phys. 63(8), 15 Apr. 1988, pp. 2633.(非特許文献2)に記載の方法を適用することができる。
Next, by performing lateral solid phase epitaxial growth (LSPE) on the semiconductor layer 97 made of a single crystal layer and the semiconductor layer 98 made of an amorphous layer, the amorphous layer becomes a single crystal layer. By this lateral solid phase epitaxial growth, a semiconductor layer 97 of a single crystal layer is formed on the semiconductor substrate 94 and the insulating layer 95 as shown in FIG. 16C.
As the lateral solid phase epitaxial growth method, for example, an annealing method or a laser method is used.
As an annealing method, for example, M. Miyao, et al., “Low-temperrature SOI (Si-on-insulator) formation by lateral solid-phase epitaxy,” J Appl Phys. 64 (6), 15 sep. 1988, The method described in pp. 3018 (Non-patent Document 1) can be applied. As a laser method, for example, Eiji Fujii, “Dependence of growth length of single silicon crystals on scanning direction of laser beam in lateral seeding process,” J. Appl Phys. 63 (8), 15 Apr. 1988, pp. 2633 (Non-Patent Document 2) can be applied.

アニール法では、例えば、上述のようにCVD法により半導体層を形成した後、絶縁層上のアモルファス層とシード領域上の単結晶層とに対し、550℃〜600℃で6時間〜30時間アニール処理する。このアニール処理により、絶縁層上に形成されているアモルファス層が単結晶層となる。
また、レーザ法では、例えば、上述のようにCVD法により半導体層を形成した後、絶縁層上のアモルファス層とシード領域上の単結晶層とに対し、cw Arレーザを照射する。例えばcw Arレーザを、幅16μm、出力20W、スキャン速度1cm/sの条件で照射することにより、半導体層の温度が約450℃程度まで上昇する。そして、このレーザ照射により、絶縁層上に形成されているアモルファス層が単結晶層となる。
In the annealing method, for example, after the semiconductor layer is formed by the CVD method as described above, the amorphous layer on the insulating layer and the single crystal layer on the seed region are annealed at 550 to 600 ° C. for 6 to 30 hours. To process. By this annealing treatment, the amorphous layer formed on the insulating layer becomes a single crystal layer.
In the laser method, for example, after forming the semiconductor layer by the CVD method as described above, the amorphous layer on the insulating layer and the single crystal layer on the seed region are irradiated with cw Ar + laser. For example, the temperature of the semiconductor layer rises to about 450 ° C. by irradiating the cw Ar + laser with conditions of a width of 16 μm, an output of 20 W, and a scanning speed of 1 cm / s. By this laser irradiation, the amorphous layer formed on the insulating layer becomes a single crystal layer.

次に、図16Dに示すように、単結晶化された半導体層97の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法等を用いて研磨し、平坦化する。
以上の工程により、半導体基体94上に、絶縁層95と半導体層97とからなる、絶縁層と半導体層との積層構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 16D, the surface of the single-crystallized semiconductor layer 97 is polished and planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like.
Through the above steps, a laminated structure of an insulating layer and a semiconductor layer, which is composed of the insulating layer 95 and the semiconductor layer 97, is formed on the semiconductor substrate 94.

さらに、図16Dに示す半導体層97の表面に、図16Aに示す工程と同様の操作を行い、熱酸化法等により絶縁層を形成する。そして、図16Bに示すように、絶縁層のパターニング、及び、単結晶層とアモルファス層からなる半導体層の形成を行う。そして、図16Cに示すように、アニール法又はレーザ法等により、横方向固相エピタキシャル成長を行うことで、アモルファス層を単結晶層にする。
以上の工程を繰り返すことにより、図16Eに示すように、支持基体94上に、絶縁層95、半導体層97、絶縁層95A及び半導体層97Aからなる、半導体層と絶縁層とからなる積層基体を形成することができる。
Further, an operation similar to the step shown in FIG. 16A is performed on the surface of the semiconductor layer 97 shown in FIG. 16D to form an insulating layer by a thermal oxidation method or the like. Then, as shown in FIG. 16B, patterning of the insulating layer and formation of a semiconductor layer including a single crystal layer and an amorphous layer are performed. And as shown to FIG. 16C, an amorphous layer is made into a single-crystal layer by performing a horizontal direction solid phase epitaxial growth by an annealing method or a laser method.
By repeating the above steps, as shown in FIG. 16E, a laminated substrate composed of a semiconductor layer and an insulating layer, which is composed of an insulating layer 95, a semiconductor layer 97, an insulating layer 95A, and a semiconductor layer 97A, is formed on a supporting substrate 94. Can be formed.

各層の厚さは、例えば、絶縁層95、半導体層97、絶縁層95A及び半導体層97Aを、60nm、30nm、40nm及び150nmとする。なお、積層基体の各層の厚さは、形成するfinFETにおいて積層する半導体層の高さや、世代に応じて適宜選択して厚さを調節することができる。   The thickness of each layer is, for example, 60 nm, 30 nm, 40 nm, and 150 nm for the insulating layer 95, the semiconductor layer 97, the insulating layer 95A, and the semiconductor layer 97A. The thickness of each layer of the laminated substrate can be appropriately selected and adjusted according to the height of the semiconductor layer to be laminated in the finFET to be formed and the generation.

なお、上述のレーザ法では、図16Bに示す工程において、形成される半導体層97,98は、露出された半導体層のシード領域96の周辺の5μm、若しくはそれ以上の横方向固相成長距離で、絶縁層95上に単結晶層の半導体層97が形成される。このため、このシード領域96は、横方向固相成長距離に対して大きくならないように絶縁層95をパターニングして半導体基体94上に配置する必要がある。   In the laser method described above, in the step shown in FIG. 16B, the formed semiconductor layers 97 and 98 have a lateral solid phase growth distance of 5 μm or more around the seed region 96 of the exposed semiconductor layer. A single crystal semiconductor layer 97 is formed over the insulating layer 95. For this reason, the seed region 96 needs to be arranged on the semiconductor substrate 94 by patterning the insulating layer 95 so as not to increase with respect to the lateral solid phase growth distance.

なお、上述の積層基体の製造方法では、半導体層及び絶縁層を2層ずつ形成する場合について説明したが、それぞれの工程を繰り返すことにより、半導体層及び絶縁層を3層以上に形成することもできる。   In the above-described method for manufacturing a laminated substrate, the case where two semiconductor layers and two insulating layers are formed has been described. However, by repeating each step, three or more semiconductor layers and insulating layers may be formed. it can.

[半導体装置の製造方法の第1の実施の形態]
次に、上述の方法で製造した積層基体を用いて、半導体装置の製造方法の第1の実施の形態について説明する。半導体装置の製造方法の第1の実施の形態は、上述の第1及び第2の実施の形態の半導体装置に係る製造方法である。また、以下の半導体装置の製造方法では、平面図と平面図に示す破線部分における断面図とを用いて説明する。
[First Embodiment of Manufacturing Method of Semiconductor Device]
Next, a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device will be described using the laminated substrate manufactured by the above-described method. The first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing the semiconductor device according to the first and second embodiments described above. The following method for manufacturing a semiconductor device will be described using a plan view and a cross-sectional view taken along a broken line in the plan view.

まず、図17A及び図17Bに示すように、半導体基体101上に第2絶縁層102、第2半導体層103、第1絶縁層104及び第1半導体層105が積層された積層基体を準備する。図17Bは、図17Aに示すB−B線断面図を表している。
積層基体は、上述のスマートカット法や横方向固相成長法を用いて作製した積層基体を用いることができ、また、その他の方法で作製した積層基体を使用することもできる。
First, as shown in FIGS. 17A and 17B, a laminated substrate in which the second insulating layer 102, the second semiconductor layer 103, the first insulating layer 104, and the first semiconductor layer 105 are laminated on the semiconductor substrate 101 is prepared. FIG. 17B shows a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 17A.
As the laminated substrate, a laminated substrate produced using the above-described smart cut method or lateral solid phase growth method can be used, and a laminated substrate produced by other methods can also be used.

次に、図17Cに示すように、積層基体上に、レジスト又は酸化膜等のハードマスクによって、領域107を開口するマスク106を、例えば100nmの厚さで形成する。そして、図17Dに示すように、開口領域107において、上層の第1半導体層105及び第1絶縁層104をエッチングする。図17Dは、図17Cに示すD−D線断面図を表している。
このとき、開口領域107は、半導体基体101上において、図8A,Bに示す下層のみに半導体層が形成されているfinFETを形成する領域に形成する。
そして、上層の第1半導体層105及び第1絶縁層104をエッチングした後、マスク106を除去する。なお、マスク106として、酸化膜によるハードマスクを用いた場合には、第1絶縁層104をエッチングする工程において同時に除去することができる。
Next, as shown in FIG. 17C, a mask 106 that opens the region 107 is formed on the laminated substrate with a hard mask such as a resist or an oxide film to a thickness of, for example, 100 nm. Then, as shown in FIG. 17D, the upper first semiconductor layer 105 and the first insulating layer 104 are etched in the opening region 107. FIG. 17D shows a cross-sectional view taken along the line DD shown in FIG. 17C.
At this time, the opening region 107 is formed on the semiconductor substrate 101 in a region where a finFET in which a semiconductor layer is formed only in the lower layer shown in FIGS. 8A and 8B is formed.
Then, after etching the upper first semiconductor layer 105 and the first insulating layer 104, the mask 106 is removed. Note that in the case where a hard mask made of an oxide film is used as the mask 106, the mask 106 can be removed at the same time in the step of etching the first insulating layer 104.

上述の上層の第1半導体層105をエッチングする工程では、第1絶縁層104をエッチングストッパとして使用することができる。また、第1絶縁層104をエッチングする工程では、第2半導体層103をエッチングストッパとして使用することができる。
このように、各層をエッチングする際に、半導体層と絶縁層とが積層されていることにより、下層をエッチングストッパとして使用することができる。このため、エッチング工程において各層の深さ方向のエッチングを自己整合的に行うことができる。従って、積層基体を使用することにより、finFETの製造においてエッチングによる半導体層の高さのバラツキを防ぎ、finFETを精度よく形成することができる。
In the step of etching the upper first semiconductor layer 105 described above, the first insulating layer 104 can be used as an etching stopper. In the step of etching the first insulating layer 104, the second semiconductor layer 103 can be used as an etching stopper.
Thus, when the layers are etched, the lower layer can be used as an etching stopper because the semiconductor layer and the insulating layer are stacked. For this reason, the etching of each layer in the depth direction can be performed in a self-aligned manner in the etching process. Therefore, by using a laminated substrate, it is possible to prevent variations in the height of the semiconductor layer due to etching in manufacturing the finFET, and to form the finFET with high accuracy.

次に、図18E,Fに示すように、半導体基体101の全面に例えば厚さ50nmのSiN等による絶縁層108を形成する。図18Fは、図18Eに示すF−F線断面図を表している。
絶縁層108は、図18Fに示すように開口領域107を埋め込むように形成する。そして、絶縁層108の表面を、CMP法等を用いて平坦化する。
この工程により、半導体基体101上に、異なる積層数を有する2つの領域を形成することができる。つまり、第2絶縁層102、第2半導体層103及び絶縁層108からなる3層の第1積層領域109を形成することができる。また、半導体基体101上に、第2絶縁層102、第2半導体層103、第1絶縁層104、第1半導体層105及び絶縁層108からなる5層の第2積層領域110を形成することができる。
また、第1積層領域109及び第2積層領域110において、絶縁層108をCMP法等を用いて平坦化することにより、半導体層及び絶縁層の積層数に関係なく、上層を平坦に形成することができる。
Next, as shown in FIGS. 18E and 18F, an insulating layer 108 made of, eg, SiN having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. FIG. 18F illustrates a cross-sectional view taken along line FF illustrated in FIG. 18E.
The insulating layer 108 is formed so as to fill the opening region 107 as shown in FIG. 18F. Then, the surface of the insulating layer 108 is planarized using a CMP method or the like.
By this step, two regions having different numbers of stacked layers can be formed on the semiconductor substrate 101. That is, a three-layer first stacked region 109 including the second insulating layer 102, the second semiconductor layer 103, and the insulating layer 108 can be formed. Further, a five-layer second stacked region 110 including the second insulating layer 102, the second semiconductor layer 103, the first insulating layer 104, the first semiconductor layer 105, and the insulating layer 108 may be formed on the semiconductor substrate 101. it can.
Further, in the first stacked region 109 and the second stacked region 110, the insulating layer 108 is planarized using a CMP method or the like, so that the upper layer is formed flat regardless of the number of stacked semiconductor layers and insulating layers. Can do.

次に、図18Gに示すように、第1積層領域109及び第2積層領域110にエッチングを行い、基体上に起立した薄い半導体層及び絶縁層からなるフィン111,112を形成する。フィン111は、図18Hに示すように、上述の第2半導体層103及び絶縁層108からなる第1積層領域109をエッチングすることにより形成する。図18Hは、図18Gに示すH−H線断面図を表している。
また、フィン112は、半導体基体101上に、第2半導体層103、第1絶縁層104、第1半導体層105及び絶縁層108からなる第2積層領域110をエッチングすることにより形成する。
エッチングは、フィンを形成する部分のみにマスクを残すようにパターニングを行った後、第2半導体層103、第1絶縁層104、第1半導体層105及び絶縁層108に行う。このマスクのパターニングは、それぞれ第1積層領域109及び第2積層領域110において、同時に行うこともできるし、それぞれ別の工程により行うこともできる。
上述の工程において、絶縁層108の形成により第1積層領域109及び第2積層領域110の上層を平坦化しているため、積層数の異なるフィン111とフィン112とを同じ高さに形成することができる。
Next, as shown in FIG. 18G, the first stacked region 109 and the second stacked region 110 are etched to form fins 111 and 112 made of thin semiconductor layers and insulating layers standing on the substrate. As shown in FIG. 18H, the fin 111 is formed by etching the first stacked region 109 including the second semiconductor layer 103 and the insulating layer 108 described above. FIG. 18H shows a cross-sectional view taken along line HH shown in FIG. 18G.
The fin 112 is formed on the semiconductor substrate 101 by etching the second stacked region 110 including the second semiconductor layer 103, the first insulating layer 104, the first semiconductor layer 105, and the insulating layer 108.
Etching is performed on the second semiconductor layer 103, the first insulating layer 104, the first semiconductor layer 105, and the insulating layer 108 after patterning so as to leave a mask only in a portion where a fin is formed. The patterning of the mask can be performed simultaneously in the first stacked region 109 and the second stacked region 110, respectively, or can be performed in separate steps.
In the above-described process, since the upper layers of the first stacked region 109 and the second stacked region 110 are planarized by forming the insulating layer 108, the fins 111 and the fins 112 having different numbers of layers can be formed at the same height. it can.

次に、熱酸化膜又は高誘電率膜(high−k材料)等を用いて、図示しないゲート絶縁膜を形成する。そして図19Iに示すように、ゲート電極113を形成する。
まず、ゲート絶縁膜と、タングステン(W)等のミッドギャップメタル単独や、ミッドギャップメタルとポリシリコンとの積層体によるゲート電極材料層とを半導体基体101上に形成する。そして、ゲート電極材料層にパターニングしたマスクを形成し、ゲート電極の形状にゲート絶縁膜とゲート電極材料層とをエッチングする。この工程により、図19Iに示すように、フィン111及びフィン112にゲート電極113を形成することができる。また、ゲート電極113は、図19Jに示すように、フィン111及びフィン112のチャネル領域を一方の側面から対向する他方の側面までを覆うようにコ字状に形成する。
Next, a gate insulating film (not shown) is formed using a thermal oxide film or a high dielectric constant film (high-k material). Then, as shown in FIG. 19I, the gate electrode 113 is formed.
First, a gate insulating film and a gate electrode material layer made of a mid gap metal such as tungsten (W) alone or a laminate of the mid gap metal and polysilicon are formed on the semiconductor substrate 101. Then, a patterned mask is formed on the gate electrode material layer, and the gate insulating film and the gate electrode material layer are etched into the shape of the gate electrode. By this step, the gate electrode 113 can be formed on the fin 111 and the fin 112 as shown in FIG. 19I. Further, as shown in FIG. 19J, the gate electrode 113 is formed in a U-shape so as to cover the channel region of the fin 111 and the fin 112 from one side surface to the opposite side surface.

以上の工程において半導体基体101上に積層構造のフィン111及びフィン112と、ゲート電極113を形成することにより、フィン111及びフィン112を備えるfinFETを製造することができる。   By forming the fin structure 111 and the fin structure 112 and the gate electrode 113 on the semiconductor substrate 101 in the above steps, a finFET including the fin structure 111 and the fin structure 112 can be manufactured.

上述の半導体装置の製造工程において、例えば、第1半導体層105に第1導電型、例えばp型の第1半導体層を形成し、第2半導体層103に第2導電型、例えばn型の第2半導体層を形成する。これにより、フィン112及びゲート電極113により、図1に示すpFETとnFETとが積層された構成のfinFETを形成することができる。また、フィン111及びゲート電極113により、図8に示す下層のnFETのみを備える構成のfinFETを形成することができる。   In the above-described manufacturing process of the semiconductor device, for example, a first conductivity type, for example, a p-type first semiconductor layer is formed in the first semiconductor layer 105, and a second conductivity type, for example, an n-type first semiconductor layer 103 is formed in the second semiconductor layer 103. Two semiconductor layers are formed. As a result, the fin 112 and the gate electrode 113 can form a finFET in which the pFET and the nFET shown in FIG. 1 are stacked. Further, the fin 111 and the gate electrode 113 can form a finFET having only the lower nFET shown in FIG.

また、第1半導体層105に第1導電型、例えばp型の第1半導体層を形成し、第2半導体層103にもp型の第2半導体層を形成する。これにより、フィン112及びゲート電極113により、図10に示すpFET同士が積層された構成のfinFETを形成することができる。   In addition, a first conductivity type, for example, a p-type first semiconductor layer is formed in the first semiconductor layer 105, and a p-type second semiconductor layer is also formed in the second semiconductor layer 103. Accordingly, a finFET having a configuration in which the pFETs illustrated in FIG. 10 are stacked can be formed by the fin 112 and the gate electrode 113.

上述のfinFETの製造において、第1の絶縁層が形成された積層基体を用いることにより、finFETに形成される第1半導体層及び第2半導体層の高さは、積層基体を形成する際に決定される。従って、予めfinFETのそれぞれの半導体層の高さに合わせて、半導体層の厚さが形成されている積層基体を用いることにより、finFETを形成する工程において、それぞれの半導体層の高さを変更するための成膜工程やエッチング工程を用いる必要がない。
例えば、第1絶縁層104が形成されていない基体を用いてfinFETを形成した場合には、フィン111を形成する際に,半導体層を任意の高さまでエッチングする必要がある。このエッチングを精密に行うことは困難であり、半導体層の高さにバラツキができてしまう。この場合には、finFETのゲート長にバラツキがでる。
しかし、第1の絶縁層が形成された積層基体を用いることにより、第1の絶縁層をエッチングストッパとして用いることができ、半導体層のエッチングを自己整合的に精度よく行うことができる。このため、半導体層の高さを均一にすることができ、finFETのゲート長を設計値通りに均一に形成することができる。
従って、finFETを形成する工程において、半導体層の高さを制御する必要がなく、複数のフィン内に均一な高さの半導体層を形成することができる。例えば、図19Jに示すように、フィン111とフィン112において、第2半導体層103を同じ高さに形成することができる。
In the manufacture of the above-described finFET, the height of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed in the finFET is determined when the stacked substrate is formed by using the stacked substrate on which the first insulating layer is formed. Is done. Therefore, the height of each semiconductor layer is changed in the step of forming the finFET by using a laminated substrate in which the thickness of the semiconductor layer is formed in advance in accordance with the height of each semiconductor layer of the finFET. Therefore, it is not necessary to use a film forming process or an etching process.
For example, when the finFET is formed using a substrate on which the first insulating layer 104 is not formed, the semiconductor layer needs to be etched to an arbitrary height when the fin 111 is formed. It is difficult to perform this etching accurately, and the height of the semiconductor layer varies. In this case, the gate length of the finFET varies.
However, by using the laminated substrate on which the first insulating layer is formed, the first insulating layer can be used as an etching stopper, and the semiconductor layer can be etched accurately in a self-aligned manner. For this reason, the height of the semiconductor layer can be made uniform, and the gate length of the finFET can be formed uniformly as designed.
Therefore, in the step of forming the finFET, it is not necessary to control the height of the semiconductor layer, and a semiconductor layer having a uniform height can be formed in the plurality of fins. For example, as shown in FIG. 19J, the second semiconductor layer 103 can be formed at the same height in the fin 111 and the fin 112.

[ビアコンタクトの形成方法]
次に、上述の工程で形成したfinFETにビアコンタクトを形成する方法について説明する。
まず、finFETを形成した半導体基体上に、finFETを覆うように、例えば、USG−SiO(Un-doped Silicate Glass:プラズマCVDによるノンドープのシリコン酸化膜)による層間絶縁層114を形成する。
そして、図20Kに示すように、層間絶縁層114に、コンタクトホール115を形成する。このコンタクトホール115は、図20L及び図20Mに示すように、半導体基体101上の第2絶縁層102の表面まで形成する。図20Lは、図20Kに示すL−L線断面図を表し、図20Mは、図20Kに示すM−M線断面図を表している。従って、コンタクトホール115を形成した部分からは、フィン111,112の絶縁層108、第1半導体層105、第1絶縁層104及び第2半導体層103が露出する。
コンタクトホール115は、ビアコンタクトを図3に示すように第1半導体層と第2半導体との両方に接続させるように形成するため、フィン111、112の下部まで開口する。
[Method of forming via contact]
Next, a method for forming a via contact in the finFET formed in the above process will be described.
First, an interlayer insulating layer 114 made of, for example, USG-SiO 2 (Un-doped Silicate Glass: undoped silicon oxide film by plasma CVD) is formed on the semiconductor substrate on which the finFET is formed so as to cover the finFET.
Then, as shown in FIG. 20K, a contact hole 115 is formed in the interlayer insulating layer 114. The contact hole 115 is formed up to the surface of the second insulating layer 102 on the semiconductor substrate 101 as shown in FIGS. 20L and 20M. 20L represents a cross-sectional view taken along the line LL illustrated in FIG. 20K, and FIG. 20M represents a cross-sectional view taken along the line MM illustrated in FIG. 20K. Therefore, the insulating layer 108, the first semiconductor layer 105, the first insulating layer 104, and the second semiconductor layer 103 of the fins 111 and 112 are exposed from the portion where the contact hole 115 is formed.
The contact hole 115 is opened to the lower part of the fins 111 and 112 in order to form the via contact so as to connect to both the first semiconductor layer and the second semiconductor as shown in FIG.

次に、図21Nに示すように、コンタクトホール116を形成する。コンタクトホール116は、図21Oに示すように、フィン112の第1半導体層105を露出するように第1絶縁層104の途中まで形成する。図21Oは、図21Nに示すO−O線断面図を表している。
コンタクトホール116は、ビアコンタクトを図2に示すように第1半導体層のみに接続させるように形成するため、フィン112の上層の半導体層を露出するまで開口する。
上述のコンタクトホール115及びコンタクトホール116は、例えば、公知のフォトリソグラフィを用いてコンタクトホールを形成する位置を開口してパターニングしたマスクを形成し、層間絶縁層114をエッチングすることにより形成する。
コンタクトホール116は、例えば、コンタクトホール115を形成する条件を変更し、層間絶縁層114のエッチングの際に、フィン112の第1半導体層105が露出した位置でエッチングを停止することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 21N, contact holes 116 are formed. As shown in FIG. 21O, the contact hole 116 is formed partway through the first insulating layer 104 so as to expose the first semiconductor layer 105 of the fin 112. FIG. 21O shows a cross-sectional view taken along line OO shown in FIG. 21N.
Since the contact hole 116 is formed so that the via contact is connected only to the first semiconductor layer as shown in FIG. 2, the contact hole 116 is opened until the upper semiconductor layer of the fin 112 is exposed.
The contact hole 115 and the contact hole 116 described above are formed, for example, by forming a patterned mask by opening a position where the contact hole is to be formed using known photolithography, and etching the interlayer insulating layer 114.
The contact hole 116 is formed, for example, by changing the conditions for forming the contact hole 115 and stopping the etching at the position where the first semiconductor layer 105 of the fin 112 is exposed when the interlayer insulating layer 114 is etched.

次に、形成したコンタクトホール115,116を埋め込むように、層間絶縁層114上に例えばタングステン(W)等からなる導電材料を形成する。そして、例えばCMP法等を用いて、層間絶縁層114上の余剰な導電材料を除去する。
以上の工程により、図22Pに示すように、コンタクトホール115,116内に導電材料を埋め込み、ビアコンタクト117を形成することができる。
このとき、図22Q及び図22Rに示すように、ビアコンタクト117は、コンタクトホール115内では、フィン112の第1半導体層105及び第2半導体層103に電気的に接するように形成される。また、フィン111の第2半導体層103に電気的に接するように形成される。さらに、ビアコンタクト117は、コンタクトホール116内では、図22Qに示すように、フィン112の第1半導体層105のみに電気的に接するように形成される。図22Qは、図22Pに示すQ−Q線断面図を表し、図22Rは、図22Pに示すR−R線断面図を表している。
Next, a conductive material made of tungsten (W) or the like is formed on the interlayer insulating layer 114 so as to fill the formed contact holes 115 and 116. Then, excess conductive material on the interlayer insulating layer 114 is removed by using, for example, a CMP method.
Through the above steps, as shown in FIG. 22P, a conductive material can be embedded in the contact holes 115 and 116 to form the via contact 117.
At this time, as shown in FIGS. 22Q and 22R, the via contact 117 is formed in the contact hole 115 so as to be in electrical contact with the first semiconductor layer 105 and the second semiconductor layer 103 of the fin 112. Further, the fin 111 is formed so as to be in electrical contact with the second semiconductor layer 103. Furthermore, the via contact 117 is formed in the contact hole 116 so as to be in electrical contact with only the first semiconductor layer 105 of the fin 112 as shown in FIG. 22Q. 22Q represents the QQ line sectional view shown in FIG. 22P, and FIG. 22R represents the RR line sectional view shown in FIG. 22P.

以上の工程により、半導体層が絶縁層を介して積層されたfinFETにおいて、任意の半導体層に接続するビアコンタクトを形成することができる。そして、ビアコンタクトを形成した後、従来のLSI(Large Scale Integration)製造プロセスを用いて配線等を形成することができる。   Through the above steps, a via contact connected to an arbitrary semiconductor layer can be formed in a finFET in which a semiconductor layer is stacked via an insulating layer. Then, after forming the via contact, a wiring or the like can be formed using a conventional LSI (Large Scale Integration) manufacturing process.

上述の半導体装置の製造方法では、第1の半導体層と第2の半導体層とにより絶縁層を介して2層の半導体層を有する積層基体を用いてfinFETを形成する場合について説明している。このとき、積層基体に形成する半導体層の数を増やすことにより、半導体層の積層数は任意に変更することができる。例えば、絶縁層を介して積層する半導体層を3層以上とすることにより、3層以上の半導体層を有するフィンを形成することができる。また、ビアコンタクトを形成するためのコンタクトホールの深さを変更することにより、3層以上の半導体層を備えるfinFETであっても、任意の層にビアコンタクトを接続することができる。   In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, a case is described in which a finFET is formed using a stacked substrate having two semiconductor layers with an insulating layer interposed between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. At this time, the number of stacked semiconductor layers can be arbitrarily changed by increasing the number of semiconductor layers formed on the stacked substrate. For example, a fin having three or more semiconductor layers can be formed by setting three or more semiconductor layers to be stacked with an insulating layer interposed therebetween. Further, by changing the depth of the contact hole for forming the via contact, the via contact can be connected to an arbitrary layer even in a finFET including three or more semiconductor layers.

[半導体装置の製造方法の第2の実施の形態]
次に、半導体装置の製造方法の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態の製造方法は、上述の第3の実施の形態の半導体装置に係る製造方法である。
なお、以下の説明では、上述の半導体装置の製造方法の第1の実施の形態と異なる工程のみ説明し、第1の実施の形態の製造方法と重複する工程については説明を省略する。
[Second Embodiment of Manufacturing Method of Semiconductor Device]
Next, a second embodiment of the semiconductor device manufacturing method will be described. The manufacturing method of the second embodiment is a manufacturing method according to the semiconductor device of the third embodiment described above.
In the following description, only the steps different from those of the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method described above will be described, and the description of the steps overlapping with the manufacturing method of the first embodiment will be omitted.

まず、上述の半導体装置の製造方法の第1の実施の形態と同様に、半導体基体101上に第2絶縁層102、第2半導体層103、第1絶縁層104及び第1半導体層105が積層された積層基体を準備する。
次に、図23に示すように、第1半導体層105上にレジスト層118を形成した後、不純物イオンを注入する領域のレジスト層118を除去し、開口部119を形成する。そして、開口部119から、例えば第1導電型の不純物イオンを注入し、他の半導体層よりも閾値電圧(Vth)が高い半導体層120を形成する。このとき、半導体層120が所望の閾値電圧以上となるように、充分な量の不純物イオンを注入する。
First, as in the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method described above, the second insulating layer 102, the second semiconductor layer 103, the first insulating layer 104, and the first semiconductor layer 105 are stacked on the semiconductor substrate 101. A laminated substrate is prepared.
Next, as shown in FIG. 23, after a resist layer 118 is formed on the first semiconductor layer 105, the resist layer 118 in a region where impurity ions are implanted is removed, and an opening 119 is formed. Then, for example, impurity ions of the first conductivity type are implanted from the opening 119 to form the semiconductor layer 120 having a threshold voltage (Vth) higher than that of other semiconductor layers. At this time, a sufficient amount of impurity ions is implanted so that the semiconductor layer 120 has a desired threshold voltage or higher.

上述の工程で半導体層120を形成した後、第1の実施の形態と同様に図18G,Hに示す工程までを行い、図24に示すように半導体基体101上に、積層構造のフィン112及びフィン121を形成する。上述の工程によって高濃度に不純物が注入された第1半導体層120を備えるフィン121を形成することができる。そして、図25に示すように、第1の実施の形態の製造方法と同様に、不純物濃度が高い第1半導体層120と第2半導体層103に接続するビアコンタクト117を形成する。   After the formation of the semiconductor layer 120 in the above-described steps, the steps up to the steps shown in FIGS. 18G and 18H are performed in the same manner as in the first embodiment, and as shown in FIG. Fins 121 are formed. Through the above-described process, the fin 121 including the first semiconductor layer 120 into which impurities are implanted at a high concentration can be formed. Then, as shown in FIG. 25, the first semiconductor layer 120 having a high impurity concentration and the via contact 117 connected to the second semiconductor layer 103 are formed as in the manufacturing method of the first embodiment.

半導体層に不純物イオンを高濃度に注入した領域でフィン121を形成することにより、フィン121の上層に形成される半導体層120の閾値電圧を向上させた構成とすることができる。そして、このフィン121を用いて、finFETを形成することにより、図13に示す構成の、上層の半導体層の電流駆動力を低下させ、駆動する半導体層を選択することが可能なfinFETを製造することができる。
従って、フィン内の半導体層を形成する高さを変えずに、不純物のドープによって一部の半導体層の閾値電圧を変更することで間接的にゲート長を変更することが可能なfinFETを製造することができる。
By forming the fin 121 in a region where impurity ions are implanted into the semiconductor layer at a high concentration, the threshold voltage of the semiconductor layer 120 formed over the fin 121 can be improved. Then, by using this fin 121 to form a finFET, a finFET having the configuration shown in FIG. 13 that can reduce the current driving force of the upper semiconductor layer and can select the semiconductor layer to be driven is manufactured. be able to.
Accordingly, a finFET is manufactured in which the gate length can be indirectly changed by changing the threshold voltage of some semiconductor layers by doping impurities without changing the height at which the semiconductor layer in the fin is formed. be able to.

[finFETのゲート電極とチャネル不純物との関係]
次に、本発明の半導体装置において、finFETのゲート電極の仕事関数とチャネルの不純物との関係について説明する。
finFETの平面図を図26Aに示す。また、図26Aに示すfinFETの破線での断面図を図26Bに示す。なお、図26に示すfinFETは、図1に示す半導体装置の構成と同様の構成の半導体装置の平面図及び断面図であるため、同一の構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
[Relationship between FinFET Gate Electrode and Channel Impurity]
Next, the relationship between the work function of the gate electrode of finFET and the impurity of the channel in the semiconductor device of the present invention will be described.
A plan view of the finFET is shown in FIG. 26A. FIG. 26B shows a cross-sectional view of the finFET shown in FIG. The finFET shown in FIG. 26 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device having the same configuration as that of the semiconductor device shown in FIG. To do.

図26A,Bに示すfinFET10は、図示しない基体表面に形成されているSiO等からなる絶縁層122上に、フィン11及びゲート電極12が形成されている。そして、フィン11には上層から順に、絶縁層13、第1半導体層14、絶縁層15及び第2半導体層16が構成されている。また、第1半導体層14によりpFET17が形成され、第2半導体層16によりnFET18が形成されている。 In the finFET 10 shown in FIGS. 26A and 26B, the fin 11 and the gate electrode 12 are formed on an insulating layer 122 made of SiO 2 or the like formed on a substrate surface (not shown). The fin 11 includes an insulating layer 13, a first semiconductor layer 14, an insulating layer 15, and a second semiconductor layer 16 in order from the upper layer. Further, the first semiconductor layer 14 forms a pFET 17, and the second semiconductor layer 16 forms an nFET 18.

図26Bでは、finFET10のゲート電極12と、ゲート電極12直下のフィン11の構成を示している。つまり、図26Bに示す第1半導体層14及び第2半導体層16は、pFET17及びnFET18のチャネル領域を表している。   FIG. 26B shows the configuration of the gate electrode 12 of the finFET 10 and the fin 11 directly below the gate electrode 12. That is, the first semiconductor layer 14 and the second semiconductor layer 16 shown in FIG. 26B represent channel regions of the pFET 17 and the nFET 18.

finFET10は、例えば、NPチャネル内に不純物が無い完全空乏(FD:Fully-depleted)型の動作が行われる。
ゲートデン電極12にミッドギャップメタルを採用することのより、Vthが0.5V程度であるが、単一チャネル不純物を(不純物無し)、単一ゲート電極材料で形成されている。
表1に、ゲート電極、チャネル及びソース・ドレインの極性の組み合わせを示す。
The finFET 10 performs, for example, a fully depleted (FD) type operation in which no impurities are present in the NP channel.
By employing a mid-gap metal for the gate den electrode 12, Vth is about 0.5 V, but a single channel impurity (without impurities) is formed of a single gate electrode material.
Table 1 shows combinations of polarities of the gate electrode, the channel, and the source / drain.

Figure 2011091324
Figure 2011091324

finFETに形成するトランジスタの種類は、基体上にfinFETを形成する際のトランジスタの極性であり、finFETのソース・ドレインの極性と一致する。
ゲート電極にミッドギャップ(mid-gap)の仕事関数の材料を用いることにより、NP対称の閾値電圧(Vth)の設定が可能である。
従来、nFETのチャネルにはp型の不純物が含まれ、ゲート電極にはn型の不純物が高濃度に含まれていた。また、pFETのチャネルにはn型の不純物が含まれ、ゲート電極にはp型の不純物が高濃度に含まれていた。
これに対し、本実施の形態のfinFETでは、チャネルの不純物濃度を下げて完全空乏(FD)型動作を行うことで、ゲート電極12は単一のシリコンミッドギャップの仕事関数であるEf=4.55eV程度を用いても、実用的な閾値が得られる。
The type of transistor formed in the finFET is the polarity of the transistor when the finFET is formed on the substrate, and matches the polarity of the source / drain of the finFET.
By using a mid-gap work function material for the gate electrode, an NP-symmetric threshold voltage (Vth) can be set.
Conventionally, the nFET channel contains p-type impurities, and the gate electrode contains n-type impurities at a high concentration. The pFET channel contains n-type impurities, and the gate electrode contains p-type impurities at a high concentration.
On the other hand, in the finFET of this embodiment, the gate electrode 12 is a work function of a single silicon midgap by performing a full depletion (FD) operation by reducing the impurity concentration of the channel. Even when about 55 eV is used, a practical threshold value can be obtained.

なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。   The present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made without departing from the configuration of the present invention.

10,46,47,50,70,130,136,137 finFET、11,51,52,53,71,72,73,111,112,121 フィン、12,35,48,49,54,74,113,133 ゲート電極、13,15,20,31A,31B,55,57,59,61,63,75,77,79,81,83,85,91,95,95A,108,122,132 絶縁層、14,105 第1半導体層、16,103 第2半導体層、17,40,41,134 pFET、18,42,43,44,45,135 nFET、19,117 ビアコンタクト、24 NP接続、25 電源電圧(VDD)、26 グランド(GND)、27,29,37 pMOS領域、28,30,38,39 nMOS領域、32 ビットライン(BL)、34 半導体領域、36 配線、56,58,60,62,64,76,78,80,82,84,86,97,97A,98,120,131 半導体層、90,90A,90B,90C ボンド基体、92 支持基体、93 水素イオン、94,101 半導体基体、96 シード領域、102 第2絶縁層、104 第1絶縁層、106 マスク、107 開口領域、109 第1積層領域、110 第2積層領域、114 層間絶縁層、115,116 コンタクトホール、118 レジスト層、119 開口部   10, 46, 47, 50, 70, 130, 136, 137 finFET, 11, 51, 52, 53, 71, 72, 73, 111, 112, 121 fin, 12, 35, 48, 49, 54, 74, 113, 133 Gate electrode, 13, 15, 20, 31A, 31B, 55, 57, 59, 61, 63, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 91, 95, 95A, 108, 122, 132 Insulation Layer, 14, 105 first semiconductor layer, 16, 103 second semiconductor layer, 17, 40, 41, 134 pFET, 18, 42, 43, 44, 45, 135 nFET, 19,117 via contact, 24 NP connection, 25 Power supply voltage (VDD), 26 Ground (GND), 27, 29, 37 pMOS region, 28, 30, 38, 39 nMOS region, 32 bits Line (BL), 34 semiconductor region, 36 wiring, 56, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 97, 97A, 98, 120, 131 semiconductor layer, 90, 90A, 90B, 90C Bond substrate, 92 Support substrate, 93 Hydrogen ion, 94, 101 Semiconductor substrate, 96 Seed region, 102 Second insulating layer, 104 First insulating layer, 106 Mask, 107 Open region, 109 First stacked region, 110 Second laminated region, 114 interlayer insulating layer, 115, 116 contact hole, 118 resist layer, 119 opening

Claims (11)

基体上に形成されているフィンと、
前記フィンを構成する複数の半導体層と、前記複数の半導体層間に介在する絶縁層と、
前記フィンを覆うゲート電極と、を備え、
前記ゲート電極と接する前記複数の半導体層の側壁部分にチャネル領域が形成される
半導体装置。
Fins formed on the substrate;
A plurality of semiconductor layers constituting the fin; and an insulating layer interposed between the plurality of semiconductor layers;
A gate electrode covering the fin,
A semiconductor device, wherein a channel region is formed in a side wall portion of the plurality of semiconductor layers in contact with the gate electrode.
前記半導体層が、第1半導体層と第2半導体層とを備え、
前記ゲート電極がミッドギャップの仕事関数の材料により形成されている
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor layer comprises a first semiconductor layer and a second semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a midgap work function material.
前記第1半導体層と前記第2半導体層とが、チャネルタイプの異なるトランジスタを構成する請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer constitute transistors having different channel types. 前記第1半導体層と前記第2半導体層とが、同じチャネルタイプのトランジスタを構成し、前記フィンでの前記第1半導体層と前記第2半導体層との高さが異なる請求項2に記載の半導体装置。   The said 1st semiconductor layer and the said 2nd semiconductor layer comprise the transistor of the same channel type, The height of the said 1st semiconductor layer and the said 2nd semiconductor layer in the said fin is different. Semiconductor device. 前記第1半導体層と前記第2半導体層とが、同じタイプのトランジスタを構成し、前記第1半導体層と、前記第2半導体層との前記フィンでの高さが異なり、前記第1半導体層に含まれている不純物濃度が、前記第2半導体層に含まれている不純物濃度に対して高い請求項2に記載の半導体装置。   The first semiconductor layer and the second semiconductor layer constitute the same type of transistor, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have different heights at the fins, and the first semiconductor layer The semiconductor device according to claim 2, wherein an impurity concentration contained in the semiconductor layer is higher than an impurity concentration contained in the second semiconductor layer. 前記第1半導体層と前記第2半導体層との高さの比が2〜3:1である請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein a height ratio between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is 2 to 3: 1. 複数の前記半導体層において、前記絶縁層を介して上層に形成されている半導体層に接続するビアコンタクト、前記絶縁層を介して下層の半導体層に接続するビアコンタクト、並びに、前記上層の半導体層及び前記下層の半導体層に同時に接続するビアコンタクトから選ばれる少なくとも1つのビアコンタクトを備える請求項1に記載の半導体装置。   In the plurality of semiconductor layers, a via contact connected to a semiconductor layer formed in an upper layer through the insulating layer, a via contact connected to a lower semiconductor layer through the insulating layer, and the upper semiconductor layer The semiconductor device according to claim 1, further comprising at least one via contact selected from via contacts simultaneously connected to the lower semiconductor layer. 基体上に絶縁層と半導体層とを積層させて積層基体を形成する工程と、
積層されている前記半導体層及び前記絶縁層とをフィン状に加工する工程と、
フィン状の前記半導体層及び前記絶縁層を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を有する
半導体装置の製造方法。
Forming a laminated substrate by laminating an insulating layer and a semiconductor layer on the substrate;
Processing the laminated semiconductor layer and the insulating layer into a fin shape;
Forming a gate insulating film that covers the fin-shaped semiconductor layer and the insulating layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device.
フィン状の前記半導体層において、上層に形成されている半導体層をエッチングにより除去する工程を備える請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of removing the semiconductor layer formed in the upper layer of the fin-shaped semiconductor layer by etching. 前記積層基体の半導体層に高濃度の不純物を注入する工程を有する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of injecting a high-concentration impurity into the semiconductor layer of the multilayer substrate. 前記積層基体を形成する工程において、スマートカット法又は横方向固相成長法を用いて、前記基体上に前記絶縁層及び前記半導体層を積層させる請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming the stacked substrate, the insulating layer and the semiconductor layer are stacked on the substrate using a smart cut method or a horizontal solid phase growth method.
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