JP2012151496A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2012151496A
JP2012151496A JP2012069559A JP2012069559A JP2012151496A JP 2012151496 A JP2012151496 A JP 2012151496A JP 2012069559 A JP2012069559 A JP 2012069559A JP 2012069559 A JP2012069559 A JP 2012069559A JP 2012151496 A JP2012151496 A JP 2012151496A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
layer
gate electrode
insulating film
gate insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012069559A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5392870B2 (en
Inventor
Kanji Otsuka
寛治 大塚
Fumio Mizuno
文夫 水野
Yoshikazu Takano
致和 鷹野
Tamotsu Usami
保 宇佐美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meisei Gakuen
Original Assignee
Meisei Gakuen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meisei Gakuen filed Critical Meisei Gakuen
Priority to JP2012069559A priority Critical patent/JP5392870B2/en
Publication of JP2012151496A publication Critical patent/JP2012151496A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5392870B2 publication Critical patent/JP5392870B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device accelerated in switching speed of a transistor.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor layer 10 formed on a part of an insulating layer; a first transistor 20 formed on a side surface 10a of the semiconductor layer 10 and including a first gate insulating film 21, a first gate electrode 22, and two first impurity layers 23, 24 that become a source and a drain; and a second transistor 30 formed on a side surface 10b of the semiconductor layer 10 and including a second gate insulating film 31, a second gate electrode 32, and two second impurity layers 33, 34 that become a source and a drain.

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。特に本発明は、トランジスタのスイッチング速度を高速化した半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which the switching speed of a transistor is increased and a manufacturing method thereof.

図8は、従来の半導体装置の構成を説明する為の断面図である。本図において、p型シリコン層100にはn型ウェル100aが形成されている。n型ウェル100a にはn型不純物層100bが形成されており、このn型不純物層100bを介してn 型ウェル100aに電圧Vddが印加されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a conventional semiconductor device. In this figure, an n-type well 100 a is formed in a p-type silicon layer 100. An n-type impurity layer 100b is formed in the n-type well 100a, and a voltage Vdd is applied to the n-type well 100a through the n-type impurity layer 100b.

n型ウェル100a内には、p型MOSトランジスタ110とp型MOSバラクタ120が互いに隣接して配置されている。p型MOSトランジスタ110のソース113、並びにp型MOSバラクタ120のソース123及びドレイン124にも、電圧Vddが印加されている。   A p-type MOS transistor 110 and a p-type MOS varactor 120 are disposed adjacent to each other in the n-type well 100a. The voltage Vdd is also applied to the source 113 of the p-type MOS transistor 110 and the source 123 and drain 124 of the p-type MOS varactor 120.

p型MOSトランジスタ110のゲート電極112には信号Sinが印加され、p型MOSバラクタ120のゲート電極122には、信号Sinの差動信号XSinが入力される。このため、p型MOSトランジスタ110がオンからオフ又はオフからオンに切り替わる場合、p型MOSトランジスタ110のチャネル領域に蓄積していた電荷(例えば電子)と、p型MOSバラクタ120のチャネル領域に蓄積していた電荷(例えばホール)とが交換される。このため、p型MOSトランジスタ110は、p型MOSバラクタ120がない場合と比べて高速でスイッチングする(例えば特許文献1参照)。   A signal Sin is applied to the gate electrode 112 of the p-type MOS transistor 110, and a differential signal XSin of the signal Sin is input to the gate electrode 122 of the p-type MOS varactor 120. For this reason, when the p-type MOS transistor 110 is switched from on to off or from off to on, the charge (for example, electrons) accumulated in the channel region of the p-type MOS transistor 110 and the channel region of the p-type MOS varactor 120 are accumulated. The charges (for example, holes) that have been exchanged are exchanged. For this reason, the p-type MOS transistor 110 switches at a higher speed than when the p-type MOS varactor 120 is not provided (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−124635号公報(図2)JP 2002-124635 A (FIG. 2)

上記した構造のトランジスタよりスイッチング速度が向上したトランジスタが実現すれば、半導体装置の動作速度は更に高速になる。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、トランジスタのスイッチング速度を高速化した半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
If a transistor having a higher switching speed than the transistor having the above structure is realized, the operation speed of the semiconductor device is further increased.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device in which the switching speed of a transistor is increased and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、絶縁層の一部上に形成された半導体層と、
前記半導体層の側面の第1の領域に形成され、第1のゲート絶縁膜、第1のゲート電極、第1のソース不純物層、及び第1のドレイン不純物層を有する第1のトランジスタと、
前記半導体層の側面の、該半導体層を介して前記第1の領域と対向する第2の領域に形成され、第2のゲート絶縁膜、第2のゲート電極、第2のソース不純物層、及び第2のドレイン不純物層を有する第2のトランジスタと、
前記半導体層に形成され、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタに共通なウェルと、
を具備する。
In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer formed on a part of an insulating layer,
A first transistor formed in a first region on a side surface of the semiconductor layer and having a first gate insulating film, a first gate electrode, a first source impurity layer, and a first drain impurity layer;
A second gate insulating film, a second gate electrode, a second source impurity layer, and a second gate insulating film formed on a side surface of the semiconductor layer opposite to the first region through the semiconductor layer; A second transistor having a second drain impurity layer;
A well formed in the semiconductor layer and common to the first transistor and the second transistor;
It comprises.

この半導体装置において、前記第1のゲート電極には第1の信号が入力され、前記第2のゲート電極には、前記第1の信号を反転した第2の信号が入力される場合を考える。この場合、前記第1のトランジスタのチャネル領域に蓄積される電荷(例えばホール)と、前記第2のトランジスタのチャネル領域に蓄積される電荷(例えば電子)は、互いに逆極性となる。このため、前記第1のトランジスタがオンの場合には前記第2のトランジスタはバラクタとして機能し、前記第2のトランジスタがオンの場合には前記第1のトランジスタはバラクタとして機能する。   In this semiconductor device, a case is considered where a first signal is input to the first gate electrode and a second signal obtained by inverting the first signal is input to the second gate electrode. In this case, charges (for example, holes) accumulated in the channel region of the first transistor and charges (for example, electrons) accumulated in the channel region of the second transistor have opposite polarities. For this reason, when the first transistor is on, the second transistor functions as a varactor, and when the second transistor is on, the first transistor functions as a varactor.

そして、前記第1のトランジスタがオンからオフに切り替わる際には、前記第1のトランジスタのチャネル領域に蓄積されていた電荷と、前記第2のトランジスタのチャネル領域に蓄積されていた電荷とが、前記ウェルを介して交換される。前記第1のトランジスタがオフからオンに切り替わる際も同様である。   When the first transistor is switched from on to off, the charge accumulated in the channel region of the first transistor and the charge accumulated in the channel region of the second transistor are: Exchanged through the well. The same applies when the first transistor switches from off to on.

また、前記第1のトランジスタが形成された前記第1の領域と、前記第2のトランジスタが形成された前記第2の領域は、前記半導体層を介して互いに対向している。このため、電荷交換の際に電荷が移動する距離が、上記した従来例と比べて短くなる。   Further, the first region in which the first transistor is formed and the second region in which the second transistor is formed are opposed to each other with the semiconductor layer interposed therebetween. For this reason, the distance that the charge moves during the charge exchange is shorter than that in the conventional example.

従って、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタそれぞれのスイッチング速度が、上記した従来例と比べて速くなる。   Accordingly, the switching speed of each of the first transistor and the second transistor is higher than that of the conventional example described above.

また、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタそれぞれのチャネル領域に蓄積された電荷は、これらトランジスタがスイッチングする際に交換されるため、前記半導体層の外部に出て行かずに再利用される。従って、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタの消費電力が小さくなる。   Further, since the charges accumulated in the channel regions of the first transistor and the second transistor are exchanged when these transistors are switched, they are reused without going out of the semiconductor layer. The Therefore, power consumption of the first transistor and the second transistor is reduced.

なお、前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極は、例えばポリシリコン電極であるが、メタル電極であってもよい。   The first gate electrode and the second gate electrode are, for example, polysilicon electrodes, but may be metal electrodes.

前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の間に挟まれている前記半導体層の厚さは、0.35fμE以下であるのが好ましい。ただし、f=前記半導体装置のクロック周波数(1/s)、μ=前記半導体装置のホールのモビリティ(cm/sV)、E=前記第1のゲート絶縁膜下のチャネル及び前記第2のゲート絶縁膜下のチャネルそれぞれにおける電界強度(V/cm)の最大値である。 The thickness of the semiconductor layer sandwiched between the first gate insulating film and the second gate insulating film is preferably 0.35 fμE or less. Where f = clock frequency of the semiconductor device (1 / s), μ = hole mobility of the semiconductor device (cm 2 / sV), E = channel under the first gate insulating film and the second gate This is the maximum value of the electric field strength (V / cm) in each channel under the insulating film.

前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜は、前記半導体層を介して互いに対向する位置に配置されているのが好ましいが、ずれていてもよい。   The first gate insulating film and the second gate insulating film are preferably arranged at positions facing each other through the semiconductor layer, but may be shifted.

前記第1のソース不純物層及び前記第2のソース不純物層は、互いに繋がって一つの不純物層を形成していてもよい。この場合、前記第1のソース不純物層及び第2のソース不純物層が位置する前記半導体層の厚さは、前記第1のドレイン不純物層及び第2のドレイン不純物層が位置する前記半導体層の厚さより薄くてもよい。   The first source impurity layer and the second source impurity layer may be connected to each other to form one impurity layer. In this case, the thickness of the semiconductor layer in which the first source impurity layer and the second source impurity layer are located is the same as the thickness of the semiconductor layer in which the first drain impurity layer and the second drain impurity layer are located. It may be thinner.

前記第1のソース不純物層及び前記第2のソース不純物層は、前記半導体層を介して互いに対向する位置に配置されており、かつ、前記第1のドレイン不純物層及び前記第2のドレイン不純物層は、前記半導体層を介して互いに対向する位置に配置されている場合、前記半導体層は、前記第1ソース不純物層と前記第2のソース不純物層の間に挟まれた第1の酸化物層と、前記第1のドレイン不純物層と前記第2のドレイン不純物層の間に挟まれた第2の酸化物層とを有していてもよい。この場合、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタそれぞれの容量のうち、前記ソース不純物層及び前記ドレイン不純物層に起因している容量が小さくなるため、消費電力が更に小さくなる。   The first source impurity layer and the second source impurity layer are disposed at positions facing each other through the semiconductor layer, and the first drain impurity layer and the second drain impurity layer Are disposed at positions facing each other through the semiconductor layer, the semiconductor layer is a first oxide layer sandwiched between the first source impurity layer and the second source impurity layer And a second oxide layer sandwiched between the first drain impurity layer and the second drain impurity layer. In this case, among the capacitances of the first transistor and the second transistor, the capacitance caused by the source impurity layer and the drain impurity layer is reduced, so that the power consumption is further reduced.

前記半導体層は、例えば略直方体である。この場合、前記第1 の領域は前記略直方体の第1の側面であり、前記第2の領域は、前記第1の側面の反対面である。前記第1の側面及び前記反対面は、長手方向の側面であるのが好ましい。   The semiconductor layer is, for example, a substantially rectangular parallelepiped. In this case, the first region is a first side surface of the substantially rectangular parallelepiped, and the second region is a surface opposite to the first side surface. The first side surface and the opposite surface are preferably side surfaces in the longitudinal direction.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜の一部上に、不純物が導入されていてウェルとして機能する略直方体の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第1の側面に第1のゲート絶縁膜を形成し、かつ前記半導体層の第2の側面に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜上に位置する第1のゲート電極、及び前記第2のゲート絶縁膜上に位置する第2のゲート電極を形成する工程と、
前記第1の側面に、前記第1のソース不純物層及び第1のドレイン不純物層を形成し、かつ前記第2の側面に、前記第2のソース不純物層及び第2のドレイン不純物層を形成する工程とを具備する。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a substantially rectangular parallelepiped semiconductor layer that functions as a well by introducing impurities on a part of a first insulating film;
Forming a first gate insulating film on a first side surface of the semiconductor layer and forming a second gate insulating film on a second side surface of the semiconductor layer;
Forming a first gate electrode located on the first gate insulating film and a second gate electrode located on the second gate insulating film;
Forming the first source impurity layer and the first drain impurity layer on the first side surface, and forming the second source impurity layer and the second drain impurity layer on the second side surface; A process.

前記半導体層を形成する工程と、前記第1及び第2のソース不純物層並びに前記第1及び第2のドレイン不純物層を形成する工程の間に、前記半導体層上に位置する上部絶縁層を形成する工程を具備し、
前記第1及び第2のソース不純物層並びに前記第1及び第2のドレイン不純物層を形成する工程は、前記第1のゲート電極、前記第2のゲート電極、及び前記上部絶縁層をマスクとして前記半導体層に不純物を導入する工程であってもよい。
An upper insulating layer located on the semiconductor layer is formed between the step of forming the semiconductor layer and the step of forming the first and second source impurity layers and the first and second drain impurity layers. Comprising the steps of:
The step of forming the first and second source impurity layers and the first and second drain impurity layers is performed using the first gate electrode, the second gate electrode, and the upper insulating layer as a mask. It may be a step of introducing impurities into the semiconductor layer.

本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜の一部上に、不純物が導入されていてウェルとして機能する略直方体の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第1の側面に、第1のトランジスタのゲート絶縁膜を形成し、かつ前記第1の側面の対向面である第2の側面に、第2のトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜上に第1のトランジスタのゲート電極を形成し、かつ前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜上に、前記第1のトランジスタのゲート電極と対向する位置にある第2のトランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層の一部を加工することにより、前記半導体層に、前記第1のトランジスタのゲート電極及び前記第2のトランジスタのゲート電極に挟まれた領域に隣接し、厚さが他の部分より薄い薄肉部を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート電極及び前記第2のトランジスタのゲート電極をマスクとして前記半導体層に不純物を導入することにより、前記薄肉部の全体に不純物が分散していて第1のトランジスタのソース及び第2のトランジスタの共通ソースとして機能するソース不純物層を形成するとともに、前記第1の側面に第1のトランジスタのドレイン不純物層を形成し、かつ、前記第2の側面に、前記第1のトランジスタのドレイン不純物層と分離された前記第2のトランジスタのドレイン不純物層を形成する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a substantially rectangular parallelepiped semiconductor layer which functions as a well by introducing impurities on a part of the first insulating film;
A gate insulating film of the first transistor is formed on the first side surface of the semiconductor layer, and a gate insulating film of the second transistor is formed on the second side surface opposite to the first side surface. Process,
A gate electrode of the first transistor is formed on the gate insulating film of the first transistor, and a first electrode on the gate insulating film of the second transistor is positioned opposite to the gate electrode of the first transistor. Forming a gate electrode of the transistor of 2;
By processing a part of the semiconductor layer, the semiconductor layer is adjacent to a region sandwiched between the gate electrode of the first transistor and the gate electrode of the second transistor, and has a thickness larger than that of the other part. Forming a thin thin portion;
By introducing impurities into the semiconductor layer using the gate electrode of the first transistor and the gate electrode of the second transistor as a mask, the impurities are dispersed throughout the thin portion, and the source of the first transistor and A source impurity layer functioning as a common source of the second transistor is formed, a drain impurity layer of the first transistor is formed on the first side surface, and the first transistor is formed on the second side surface. Forming a drain impurity layer of the second transistor separated from the drain impurity layer of the second transistor.

本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜の一部上に、不純物が導入されていてウェルとして機能する略直方体の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第1の側面に、第1のトランジスタのゲート絶縁膜を形成し、かつ前記第1の側面の対向面である第2の側面に、第2のトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜上、前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜上、前記半導体層上、及び前記上部絶縁層上に、導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜上に、第1のトランジスタのゲート電極を形成し、かつ前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜上に、前記第1のトランジスタのゲート電極と対向する位置にある第2のトランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記第1の側面のうち前記第1のトランジスタのドレイン不純物層が形成される領域上、及び、前記第2の側面のうち前記第2のトランジスタのドレイン不純物層が形成される領域上それぞれに、被覆膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート電極、前記第2のトランジスタのゲート電極、及び前記上部絶縁層をマスクとして、不純物が前記被覆膜を透過する条件で前記半導体層に不純物を導入することにより、前記第1の側面から前記第2の側面まで不純物が拡散していて第1及び第2のトランジスタそれぞれのソースとして機能するソース不純物層を形成するとともに、前記第1の側面に前記第1のトランジスタのドレイン不純物層を形成し、かつ、かつ、前記第2の側面に、前記第1のトランジスタのドレイン不純物層と分離された前記第2のトランジスタのドレイン不純物層を形成する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a substantially rectangular parallelepiped semiconductor layer which functions as a well by introducing impurities on a part of the first insulating film;
A gate insulating film of the first transistor is formed on the first side surface of the semiconductor layer, and a gate insulating film of the second transistor is formed on the second side surface opposite to the first side surface. Process,
Forming a conductive film on the gate insulating film of the first transistor, on the gate insulating film of the second transistor, on the semiconductor layer, and on the upper insulating layer;
By patterning the conductive film, a gate electrode of the first transistor is formed on the gate insulating film of the first transistor, and the first transistor is formed on the gate insulating film of the second transistor. Forming a gate electrode of the second transistor at a position facing the gate electrode of
On the region where the drain impurity layer of the first transistor is formed on the first side surface and on the region where the drain impurity layer of the second transistor is formed on the second side surface, respectively. Forming a coating film;
By introducing impurities into the semiconductor layer under the condition that impurities pass through the coating film, using the gate electrode of the first transistor, the gate electrode of the second transistor, and the upper insulating layer as a mask, A source impurity layer functioning as a source of each of the first and second transistors is formed by diffusing impurities from the first side surface to the second side surface, and the first transistor has a first impurity layer on the first side surface. Forming a drain impurity layer and forming a drain impurity layer of the second transistor separated from the drain impurity layer of the first transistor on the second side surface.

(A)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の斜視図、(B)は(A)を直線A−Aを含む水平面で切断した断面図、(C)は(A)の半導体装置の回路図。(A) is a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, (B) is a sectional view of (A) cut along a horizontal plane including a straight line AA, and (C) is a semiconductor of (A). The circuit diagram of an apparatus. p型MOSトランジスタにおけるゲート・ソース間の電圧Vgsと、チャネル領域に蓄積される電荷の量との関係を説明するグラフ。The graph explaining the relationship between the gate-source voltage Vgs in the p-type MOS transistor and the amount of charge accumulated in the channel region. (A)はp型MOSトランジスタ20のゲート電極22に入力される信号S、及びp型MOSトランジスタ30のゲート電極32に入力される反転信号XSの一例を示す図。(B),(C)の各図は、それぞれ図3のt=t1,t2の場合におけるp型MOSトランジスタ20,30のチャネル領域の電荷を説明する図。(A) is a figure which shows an example of the signal S input into the gate electrode 22 of the p-type MOS transistor 20, and the inversion signal XS input into the gate electrode 32 of the p-type MOS transistor 30. (B) and (C) are diagrams for explaining charges in the channel regions of the p-type MOS transistors 20 and 30 when t = t1 and t2 in FIG. 3, respectively. (A)は図1に示した半導体装置の製造方法を説明する為の斜視図、(B)は(A)の次の工程を説明する為の斜視図、(C)は(B)の次の工程を説明する為の斜視図、(D)は(C)の次の工程を説明する為の斜視図、(E)は(D)の次の工程を説明する為の斜視図。(A) is a perspective view for explaining a manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 1, (B) is a perspective view for explaining the next step of (A), and (C) is the next of (B). The perspective view for demonstrating the process of (D) is a perspective view for demonstrating the next process of (C), (E) is the perspective view for demonstrating the next process of (D). 第2の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する断面図。Sectional drawing explaining the structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する断面図。Sectional drawing explaining the structure of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する断面図。Sectional drawing explaining the structure of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 従来の半導体装置の構成を説明する為の断面図。Sectional drawing for demonstrating the structure of the conventional semiconductor device.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1(A)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の斜視図であり、図1(B)は、図1(A)を、直線A−Aを含む水平面で切断した断面図である。図1(C)は図1(A)に示した半導体装置の回路図である。この半導体装置は、略直方体のn型シリコン層10の長手方向の側面10a,10bに、それぞれp型MOSトランジスタ20,30を形成したものである。p型MOSトランジスタ20のゲート電極22には信号Sが入力され、p型MOSトランジスタ30のゲート電極32には、信号Sを反転させた反転信号XSが入力される。すなわち、p型MOSトランジスタ20,30には差動信号が入力される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A is a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. 1A cut along a horizontal plane including a straight line AA. FIG. FIG. 1C is a circuit diagram of the semiconductor device illustrated in FIG. In this semiconductor device, p-type MOS transistors 20 and 30 are formed on side surfaces 10a and 10b in the longitudinal direction of a substantially rectangular parallelepiped n-type silicon layer 10, respectively. A signal S is input to the gate electrode 22 of the p-type MOS transistor 20, and an inverted signal XS obtained by inverting the signal S is input to the gate electrode 32 of the p-type MOS transistor 30. That is, a differential signal is input to the p-type MOS transistors 20 and 30.

n型シリコン層10は、シリコン基板1上の酸化シリコン膜2上に形成されており、全体が、プレーナー型のp型MOSトランジスタにおけるn型ウェルとして機能する。すなわち、p型MOSトランジスタ20,30は、同一のn型ウェルに形成されている。n型シリコン層10の上面には酸化シリコン層11が形成されている。n型シリコン層10の側面10aには、p型MOSトランジスタ20のゲート絶縁膜21、並びにソース及びドレインとなるp型不純物層23,24が形成されている。ゲート絶縁膜21上にはゲート電極22が形成されており、p型不純物層23,24には、それぞれAl合金配線25,26が接続されている。   The n-type silicon layer 10 is formed on the silicon oxide film 2 on the silicon substrate 1, and the whole functions as an n-type well in a planar-type p-type MOS transistor. That is, the p-type MOS transistors 20 and 30 are formed in the same n-type well. A silicon oxide layer 11 is formed on the upper surface of the n-type silicon layer 10. On the side surface 10a of the n-type silicon layer 10, a gate insulating film 21 of the p-type MOS transistor 20 and p-type impurity layers 23 and 24 serving as a source and a drain are formed. A gate electrode 22 is formed on the gate insulating film 21, and Al alloy wirings 25 and 26 are connected to the p-type impurity layers 23 and 24, respectively.

また、n型シリコン層10の側面10bには、p型MOSトランジスタ30のゲート絶縁膜31、並びにソース及びドレインとなるp 型不純物層33,34が形成されている。ゲート絶縁膜31上にはゲート電極32が形成されており、p型不純物層33,34には、それぞれAl合金配線35,36が形成されている。   Further, on the side surface 10b of the n-type silicon layer 10, a gate insulating film 31 of the p-type MOS transistor 30 and p-type impurity layers 33 and 34 serving as a source and a drain are formed. A gate electrode 32 is formed on the gate insulating film 31, and Al alloy wirings 35 and 36 are formed in the p-type impurity layers 33 and 34, respectively.

なお、ゲート電極22,32は、例えばポリシリコン電極である。この場合、ゲート電極22,32は、n型不純物及びp型不純物の双方が導入されたデュアル・ドーップド・ポリシリコンで形成されるのが好ましい。このようにすると、p型MOSトランジスタ20,30の動作に必要な閾値電圧を低くすることができるため、p型MOSトランジスタ20,30を微細化することができる。   The gate electrodes 22 and 32 are, for example, polysilicon electrodes. In this case, the gate electrodes 22 and 32 are preferably formed of dual-doped polysilicon into which both n-type impurities and p-type impurities are introduced. In this way, the threshold voltage required for the operation of the p-type MOS transistors 20 and 30 can be lowered, so that the p-type MOS transistors 20 and 30 can be miniaturized.

また、ゲート電極22,32は、メタル電極であってもよい。ゲート絶縁膜21,31の極薄化が進んだ場合、ゲート電極22,32がポリシリコンで形成されていると、ゲート電極22,32に生じる空乏層容量が問題になる。これに対し、ゲート電極22,32をメタル電極にすると、このような問題が生じない。なお、この場合のゲート電極22,32の材質は、例えばシリサイド金属など、シリコンにミッドギャップ付近の仕事関数を有しているものが好ましい。また、動作時に熱が発生するため、耐熱性を有するのが好ましい。   Further, the gate electrodes 22 and 32 may be metal electrodes. When the gate insulating films 21 and 31 are extremely thinned, if the gate electrodes 22 and 32 are made of polysilicon, the depletion layer capacitance generated in the gate electrodes 22 and 32 becomes a problem. On the other hand, when the gate electrodes 22 and 32 are metal electrodes, such a problem does not occur. The material of the gate electrodes 22 and 32 in this case is preferably a material having a work function in the vicinity of the mid gap in silicon such as silicide metal. Further, since heat is generated during operation, heat resistance is preferable.

また、p型MOSトランジスタ20,30は互いに対向する位置に配置されている。詳細には、ゲート絶縁膜21,31、p型不純物層23,33、及びp型不純物層24,34が、それぞれ互いに対向している。   The p-type MOS transistors 20 and 30 are arranged at positions facing each other. Specifically, the gate insulating films 21 and 31, the p-type impurity layers 23 and 33, and the p-type impurity layers 24 and 34 are opposed to each other.

図2は、p型MOSトランジスタ20,30におけるゲート・ソース間の電圧Vgsと、p型MOSトランジスタ20,30のチャネル領域に蓄積される電荷の量との関係を説明するグラフである。以下、p型MOSトランジスタ20を例に挙げて説明する。電圧Vgsは、ゲート電極22に入力される信号Sによって変化する。   FIG. 2 is a graph for explaining the relationship between the gate-source voltage Vgs of the p-type MOS transistors 20 and 30 and the amount of charge accumulated in the channel region of the p-type MOS transistors 20 and 30. Hereinafter, the p-type MOS transistor 20 will be described as an example. The voltage Vgs varies depending on the signal S input to the gate electrode 22.

電圧Vgsがマイナスである場合、ゲート絶縁膜21の下に位置するチャネル領域には、容量Coxを有する反転層が形成される。この反転層に蓄積される電荷はホールである。また、反転層の下には空乏層が形成されるが、この空乏層も容量Ciを有している。また、反転層が形成されることによりn型シリコン層10内に電位分布が生じるが、この電位分布によってn型シリコン層10は容量Cbを有する。このように、p型MOSトランジスタ20の容量Cは、容量Cox,Ci,Cbの和となる。ただし、容量Coxが支配的である。   When the voltage Vgs is negative, an inversion layer having a capacitance Cox is formed in the channel region located under the gate insulating film 21. The charges accumulated in the inversion layer are holes. A depletion layer is formed under the inversion layer, and this depletion layer also has a capacitance Ci. In addition, a potential distribution is generated in the n-type silicon layer 10 due to the formation of the inversion layer. The n-type silicon layer 10 has a capacitance Cb due to this potential distribution. Thus, the capacitance C of the p-type MOS transistor 20 is the sum of the capacitances Cox, Ci, and Cb. However, the capacity Cox is dominant.

電圧Vgsのマイナス値が十分に大きい場合、p型MOSトランジスタ20には強反転層が形成され、容量Cは一定値Cmaxとなる。この状態において、p型MOSトランジスタ20はオン状態になる。   When the negative value of the voltage Vgs is sufficiently large, a strong inversion layer is formed in the p-type MOS transistor 20, and the capacitance C becomes a constant value Cmax. In this state, the p-type MOS transistor 20 is turned on.

その後、電圧Vgsをマイナス電位から0電位に向けて上昇させる。すると、ホールが離散していき、反転層が中間反転状態から弱反転状態になる。これにより、容量Cが減少し、最小値Cminとなる。この状態において、p型MOSトランジスタ20はオフ状態になる   Thereafter, the voltage Vgs is increased from the negative potential toward the zero potential. Then, the holes are dispersed and the inversion layer changes from the intermediate inversion state to the weak inversion state. Thereby, the capacity | capacitance C reduces and becomes the minimum value Cmin. In this state, the p-type MOS transistor 20 is turned off.

さらに電圧Vgsが上昇してプラス電位になっていくと、今度は電子が蓄積されていき、容量Cが増大する。電圧Vgsのプラス電位が十分に大きくなると、p型MOSトランジスタ20の容量Cは一定値Cmaxとなる。この状態において、p型MOSトランジスタ20はオフ状態にあり、かつバラクタとして機能する。   When the voltage Vgs further increases and becomes a positive potential, electrons are accumulated and the capacitance C increases. When the positive potential of the voltage Vgs becomes sufficiently large, the capacitance C of the p-type MOS transistor 20 becomes a constant value Cmax. In this state, the p-type MOS transistor 20 is in an off state and functions as a varactor.

このように、電圧Vgsがマイナス電位からプラス電位に変化し、p型MOSトランジスタ20がオンからオフに切り替わる場合、Q=2Vs(Cmax−Cmin)の電荷量がチャネル領域を移動する必要がある。ただし、Vs=電圧Vgsの振幅である。電圧Vgsがプラス電位からマイナス電位に変化し、p型MOSトランジスタ20がオフ状態からオン状態になる場合も同様である。なお、この関係式は一般的なMOSトランジスタにも適用される。   Thus, when the voltage Vgs changes from a negative potential to a positive potential and the p-type MOS transistor 20 switches from on to off, the charge amount of Q = 2Vs (Cmax−Cmin) needs to move in the channel region. However, Vs = the amplitude of the voltage Vgs. The same applies to the case where the voltage Vgs changes from the positive potential to the negative potential and the p-type MOS transistor 20 changes from the off state to the on state. This relational expression is also applied to a general MOS transistor.

一般的な構造のMOSトランジスタにおいて、入力される信号の周波数が高くなると、ホールの移動が信号の電位変化に追従できなくなる場合がある。この場合、MOSトランジスタのオン/オフが切り替わらない。   In a MOS transistor having a general structure, when the frequency of an input signal increases, the movement of holes may not be able to follow the potential change of the signal. In this case, the MOS transistor is not switched on / off.

これに対し、図3の各図を用いて説明するように、本実施形態では、p型MOSトランジスタ20,30には差動信号が入力されるため、p型MOSトランジスタ20のチャネル領域に蓄積された電荷と、p型MOSトランジスタ30に蓄積された電荷とがスイッチングの際に交換される。従って、信号の周波数が高くても、オン/オフが切り替わる。   On the other hand, as will be described with reference to FIGS. 3A and 3B, in the present embodiment, differential signals are input to the p-type MOS transistors 20 and 30, so The charged charge and the charge stored in the p-type MOS transistor 30 are exchanged at the time of switching. Therefore, even if the frequency of the signal is high, it is switched on / off.

図3(A)は、p型MOSトランジスタ20のゲート電極22に入力される信号S、及びp型MOSトランジスタ30のゲート電極32に入力される反転信号XSの一例を示す図である。図3(B),(C)の各図は、それぞれ図3(A)のt=t1,t2の場合におけるp型MOSトランジスタ20,30のチャネル領域の電荷を説明する図である。   FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the signal S input to the gate electrode 22 of the p-type MOS transistor 20 and the inverted signal XS input to the gate electrode 32 of the p-type MOS transistor 30. 3B and 3C are diagrams for explaining the charges in the channel regions of the p-type MOS transistors 20 and 30 when t = t1 and t2 in FIG. 3A, respectively.

図3(A)に示すように、t=0において、信号Sがマイナスのハイレベル電位にある状態において、p型MOSトランジスタ20はオン状態にあり、チャネル領域にはキャリアとなるホールが蓄積されている。この場合、反転信号XSはプラスのハイレベル電位にあるため、p型MOSトランジスタ30はオフ状態かつバラクタとして機能しており、そのチャネル領域には電子が蓄積されている。   As shown in FIG. 3A, at t = 0, in a state where the signal S is at a negative high level potential, the p-type MOS transistor 20 is in an on state, and holes serving as carriers are accumulated in the channel region. ing. In this case, since the inverted signal XS is at a positive high level potential, the p-type MOS transistor 30 is in an off state and functions as a varactor, and electrons are accumulated in the channel region.

そして、t=t1では、信号Sはマイナスのハイレベル電位から0電位までの立ち下り過程にあり、反転信号XSはプラスのハイレベル電位から0電位までの立ち下がり過程にある。   At t = t1, the signal S is in the process of falling from a negative high level potential to 0 potential, and the inverted signal XS is in the process of falling from a positive high level potential to 0 potential.

図3(B)に示すように、t=t1では、p型MOSトランジスタ20では、チャネル領域に位置するホールが徐々に拡散していき、p型MOSトランジスタ30では、チャネル領域に位置する電子が徐々に拡散していく。   As shown in FIG. 3B, at t = t1, holes located in the channel region gradually diffuse in the p-type MOS transistor 20, and electrons located in the channel region are diffused in the p-type MOS transistor 30. It gradually spreads.

その後、図3(A)に示すように、t=t2になると、信号Sは0電位からプラスのハイレベル電位への立ち上がり過程にあり、反転信号XSは0電位からマイナスのハイレベル電位への立ち上がり過程にある。   Thereafter, as shown in FIG. 3A, when t = t2, the signal S is in a rising process from 0 potential to a positive high level potential, and the inverted signal XS is changed from 0 potential to a negative high level potential. It is in the process of rising.

図3(C)に示すように、t=t2において、ホールはp型MOSトランジスタ30のチャネル領域に移動し、電子はp型MOSトランジスタ20のチャネル領域に移動する。そして、p型MOSトランジスタ20はオンからオフに切り替わり、バラクタとして機能する。また、p型MOSトランジスタ30はオフからオンに切り替わる。   As shown in FIG. 3C, at t = t2, the holes move to the channel region of the p-type MOS transistor 30, and the electrons move to the channel region of the p-type MOS transistor 20. Then, the p-type MOS transistor 20 switches from on to off and functions as a varactor. The p-type MOS transistor 30 is switched from off to on.

このように、p型MOSトランジスタ20,30がスイッチングする場合、互いが保持している電荷は交換されるが、その際に電荷が移動する距離は、従来例と比較して短い(n型シリコン層10の厚さd未満)。従って、p型MOSトランジスタ20,30は、高速でスイッチングする。   Thus, when the p-type MOS transistors 20 and 30 are switched, the electric charges held by each other are exchanged, but the distance that the electric charges move at that time is shorter than that of the conventional example (n-type silicon Less than the thickness d of the layer 10). Therefore, the p-type MOS transistors 20 and 30 are switched at high speed.

例えばホールのμ=4×10(cm/sV:温度が300k、キャリア濃度が1014〜1015/cm)、ソース電圧が1.8Vである場合、ホールのドリフト拡散速度=7.2×10(cm/s)となる。この条件で距離d=200nmである場合、ホールが距離dを移動するために必要な時間tは、d=(D×t)0.5から計算すると、0.55psとなる。従って、p型MOSトランジスタ20は、例えば350GHz(t=1psが必要)という高速でオン状態からオフ状態に切り替わることが可能である。 For example, when the hole μ = 4 × 10 2 (cm 2 / sV: temperature is 300 k, carrier concentration is 10 14 to 10 15 / cm 3 ) and the source voltage is 1.8 V, the hole drift diffusion rate = 7. 2 × 10 2 (cm 2 / s). When the distance d = 200 nm under this condition, the time t required for the hole to move the distance d is 0.55 ps calculated from d = (D × t) 0.5 . Accordingly, the p-type MOS transistor 20 can be switched from the on state to the off state at a high speed of 350 GHz (requires t = 1 ps), for example.

また、電荷の交換がn型シリコン層10の内部で行われるため、半導体装置の外部に電荷が移動しない。従って、スイッチングする際のp型MOSトランジスタ20,30の消費電力が、従来と比べて少なくなる。   In addition, since the charge exchange is performed inside the n-type silicon layer 10, the charge does not move outside the semiconductor device. Therefore, the power consumption of the p-type MOS transistors 20 and 30 at the time of switching is reduced as compared with the conventional case.

上記した各効果は、ゲート絶縁膜21,31の相互間の距離d が小さいほど大きくなる。距離dは、tμE以下、すなわち0.35fμE以下であるのが好ましい。ただし、t= 信号S,XSの立ち上がり時間であり、f=前記半導体装置のクロック周波数(1/s)であり、μ=前記半導体装置のホールのモビリティ(cm/sV)であり、E=前記第1のゲート絶縁膜下のチャネル及び前記第2のゲート絶縁膜下のチャネルそれぞれにおける電界強度(V/cm)の最大値である。 Each effect described above becomes larger as the distance d 1 between the gate insulating films 21 and 31 is smaller. The distance d is, t r μE less, that is preferably at 0.35fμE less. However, tr = rise time of signals S and XS, f = clock frequency (1 / s) of the semiconductor device, μ = hole mobility (cm 2 / sV) of the semiconductor device, and E = Maximum value of electric field strength (V / cm) in each of the channel under the first gate insulating film and the channel under the second gate insulating film.

図4の各図は、図1に示した半導体装置の製造方法を説明する為の斜視図である。まず、図4(A)に示すように、シリコン基板1上に、酸化シリコン膜2をCVD法により形成し、さらに酸化シリコン膜2上に、シリコン膜12及び酸化シリコン膜13を、CVD法を用いてこの順に積層する。シリコン膜12はn型シリコン層10となる膜であり、酸化シリコン膜13は酸化シリコン層11となる膜である。   4 is a perspective view for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 2 is formed on a silicon substrate 1 by a CVD method, and a silicon film 12 and a silicon oxide film 13 are further formed on the silicon oxide film 2 by a CVD method. And stack in this order. The silicon film 12 is a film that becomes the n-type silicon layer 10, and the silicon oxide film 13 is a film that becomes the silicon oxide layer 11.

次いで、図4(B)に示すように、酸化シリコン膜13上にフォトレジスト膜( 図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、酸化シリコン膜13上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして、酸化シリコン膜13及びシリコン膜12をエッチングする。これにより、酸化シリコン膜13及びシリコン膜12はパターニングされる。次いで、パターニングされたシリコン膜12にn型不純物を導入する。これにより、n型シリコン層10及び酸化シリコン層11が形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist film (not shown) is applied on the silicon oxide film 13, and this photoresist film is exposed and developed. As a result, a resist pattern is formed on the silicon oxide film 13. Next, the silicon oxide film 13 and the silicon film 12 are etched using this resist pattern as a mask. Thereby, the silicon oxide film 13 and the silicon film 12 are patterned. Next, an n-type impurity is introduced into the patterned silicon film 12. Thereby, the n-type silicon layer 10 and the silicon oxide layer 11 are formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、図4(C)に示すように、n型シリコン層10を熱酸化する。これにより、n型シリコン層10にはゲート絶縁膜21,31が形成される。   Next, as shown in FIG. 4C, the n-type silicon layer 10 is thermally oxidized. Thereby, gate insulating films 21 and 31 are formed in the n-type silicon layer 10.

次いで、図4(D)に示すように、ゲート絶縁膜21,31を含む全面上にポリシリコン膜を形成する。次いで、このポリシリコン膜上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、ポリシリコン膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてポリシリコン膜をエッチングする。これにより、ポリシリコン膜はパターニングされ、ゲート電極22,32が形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, as shown in FIG. 4D, a polysilicon film is formed on the entire surface including the gate insulating films 21 and 31. Next, a photoresist film is applied on the polysilicon film, and the photoresist film is exposed and developed. Thereby, a resist pattern is formed on the polysilicon film. Next, the polysilicon film is etched using this resist pattern as a mask. As a result, the polysilicon film is patterned, and gate electrodes 22 and 32 are formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

その後、ゲート電極22,32をマスクとしたエッチングにより、ゲート電極22,32から食み出しているゲート絶縁膜21,31を除去する。次いで、ゲート電極22,32をマスクとして、n型シリコン層10にP型不純物を導入する。これにより、n型シリコン層10には、図1(B)に示したp型不純物層23,24,33,34が形成される。ここで、p型不純物層23,33相互間の距離、及びp型不純物層24,34相互間の距離は、p型不純物層23,24,33,34の深さのばらつきの平均値の2倍以上とするのが好ましい。   Thereafter, the gate insulating films 21 and 31 protruding from the gate electrodes 22 and 32 are removed by etching using the gate electrodes 22 and 32 as a mask. Next, P-type impurities are introduced into the n-type silicon layer 10 using the gate electrodes 22 and 32 as a mask. As a result, the p-type impurity layers 23, 24, 33, and 34 shown in FIG. 1B are formed in the n-type silicon layer 10. Here, the distance between the p-type impurity layers 23 and 33 and the distance between the p-type impurity layers 24 and 34 are 2 of the average value of the variation in depth of the p-type impurity layers 23, 24, 33 and 34. It is preferable to make it twice or more.

次いで、図4(E)に示すように、n型シリコン層10上を含む全面上にAl合金膜をスパッタリング法により形成する。次いで、Al合金膜上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、Al合金膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてAl合金膜をエッチングする。これにより、Al合金配線25,26,35,36が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
このようにして、図1の半導体装置が形成される。
Next, as shown in FIG. 4E, an Al alloy film is formed on the entire surface including the n-type silicon layer 10 by sputtering. Next, a photoresist film is applied on the Al alloy film, and this photoresist film is exposed and developed. Thereby, a resist pattern is formed on the Al alloy film. Next, the Al alloy film is etched using this resist pattern as a mask. As a result, Al alloy wirings 25, 26, 35, and 36 are formed. Thereafter, the resist pattern is removed.
In this way, the semiconductor device of FIG. 1 is formed.

以上、本発明の第1の実施形態によれば、直方体状のn型シリコン層10を形成し、n型シリコン層10の側面10a,10bに、それぞれp型MOSトランジスタ20,30を形成している。n型シリコン層10は、p型MOSトランジスタ20,30の共通のウェルとして機能する。そして、p型MOSトランジスタ20のゲート電極22には信号Sが入力され、p型MOSトランジスタ30のゲート電極32には信号Sの反転信号XSが入力される。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the rectangular n-type silicon layer 10 is formed, and the p-type MOS transistors 20 and 30 are formed on the side surfaces 10a and 10b of the n-type silicon layer 10, respectively. Yes. The n-type silicon layer 10 functions as a common well for the p-type MOS transistors 20 and 30. The signal S is input to the gate electrode 22 of the p-type MOS transistor 20, and the inverted signal XS of the signal S is input to the gate electrode 32 of the p-type MOS transistor 30.

このため、p型MOSトランジスタ20,30それぞれのチャネル領域に蓄積する電荷(ホール又は電子)は、互いに逆極性となる。従って、p型MOSトランジスタ20,30がスイッチングする際に、互いのチャネル領域に蓄積された電荷が交換される。また、側面10a,10bは、n型シリコン層10の長手方向の側面であり、互いに対向している。従って、電荷が交換される際に電荷が移動する距離は、従来例と比較して短くなる。   For this reason, charges (holes or electrons) accumulated in the channel regions of the p-type MOS transistors 20 and 30 have opposite polarities. Therefore, when the p-type MOS transistors 20 and 30 are switched, the charges accumulated in the channel regions are exchanged. The side surfaces 10a and 10b are side surfaces in the longitudinal direction of the n-type silicon layer 10 and face each other. Therefore, the distance that the charge moves when the charge is exchanged is shorter than that of the conventional example.

このため、p型MOSトランジスタ20,30のスイッチング速度が速くなる。従って、リンギング防止回路(抵抗挿入など)、プルアップ・プルダウン回路、プッシュプロ回路、スリューレート制御回路、及びPLL回路等の付属回路を用いなくても、高速(例えば350GHz)で動作する半導体装置(例えばALU:Arithmetic and Logical Unitのレジスタやキャッシュメモリ)を提供することができる。   For this reason, the switching speed of the p-type MOS transistors 20 and 30 is increased. Therefore, a semiconductor device that operates at a high speed (for example, 350 GHz) without using attached circuits such as a ringing prevention circuit (resistance insertion, etc.), a pull-up / pull-down circuit, a push pro circuit, a slew rate control circuit, and a PLL circuit. (For example, an ALU: Arithmetic and Logical Unit register or cache memory) can be provided.

また、n型シリコン層10内部でチャネル領域に蓄積された電荷が再利用されることになる。従って、p型MOSトランジスタ20,30の消費電力が小さくなる。   Further, the charge accumulated in the channel region inside the n-type silicon layer 10 is reused. Therefore, the power consumption of the p-type MOS transistors 20 and 30 is reduced.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する断面図である。本図は、第1の実施形態における図1(B)に相当する断面図である。本実施形態では、略直方体のn型シリコン層10のうち、p型MOSトランジスタ20,30のソースとなる不純物層が形成される部分は、他の領域より薄くなっていて薄肉部10cを形成している。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This figure is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1B in the first embodiment. In the present embodiment, the portion of the substantially rectangular parallelepiped n-type silicon layer 10 where the impurity layer serving as the source of the p-type MOS transistors 20 and 30 is formed is thinner than the other regions to form the thin portion 10c. ing.

薄肉部10cにおいて、p型MOSトランジスタ20,30のソースとなる不純物層は、互いに繋がっており、一つのp型不純物層23を形成している。このため、第1の実施形態と異なり、Al合金配線35を形成する必要はない。以下、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。   In the thin portion 10c, the impurity layers serving as the sources of the p-type MOS transistors 20 and 30 are connected to each other to form one p-type impurity layer 23. For this reason, unlike the first embodiment, it is not necessary to form the Al alloy wiring 35. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極22,32を形成する工程と、p型不純物層23,24,34を形成する工程の間に、n型シリコン層10に薄肉部10cを形成する工程が入る点を除いて、第1の実施形態と同一である。   In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the thin portion 10c is formed in the n-type silicon layer 10 between the step of forming the gate electrodes 22 and 32 and the step of forming the p-type impurity layers 23, 24, and 34. The first embodiment is the same as the first embodiment except that a forming step is included.

n型シリコン層10に薄肉部10cが形成される工程の詳細は、以下の通りである。まず、n型シリコン層10を含む全面上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、n型シリコン層10を含む全面上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてn型シリコン層10をエッチングする。これにより、n型シリコン層10に薄肉部10cが形成される。その後、レジストパターンを除去する。   The details of the process of forming the thin portion 10c in the n-type silicon layer 10 are as follows. First, a photoresist film is applied on the entire surface including the n-type silicon layer 10, and the photoresist film is exposed and developed. Thereby, a resist pattern is formed on the entire surface including the n-type silicon layer 10. Next, the n-type silicon layer 10 is etched using this resist pattern as a mask. As a result, a thin portion 10 c is formed in the n-type silicon layer 10. Thereafter, the resist pattern is removed.

第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。なお、薄肉部10cの形成方法は上記した例に限られるものではない。例えば、図4に示したシリコン膜12及び酸化シリコン膜13をパターニングしてn型シリコン層10を形成する際に、薄肉部10cを形成してもよい。   According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, the formation method of the thin part 10c is not restricted to an above-described example. For example, when the n-type silicon layer 10 is formed by patterning the silicon film 12 and the silicon oxide film 13 shown in FIG. 4, the thin portion 10c may be formed.

図6は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する断面図である。本図は、第1の実施形態における図1(B)に相当する断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、n型シリコン層10のうちp型不純物層23が形成されている部分が、他の部分と同じ厚さである点を除いて、第2の実施形態に係る半導体装置と同一の構成である。以下、第2の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. This figure is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1B in the first embodiment. The semiconductor device according to this embodiment is related to the second embodiment except that the portion of the n-type silicon layer 10 where the p-type impurity layer 23 is formed has the same thickness as the other portions. The configuration is the same as that of the semiconductor device. Hereinafter, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、薄肉部10cを形成する工程がない点、及び、p型不純物層23,24,34を形成する工程の詳細を除いて、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同一である。   The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the second embodiment except that there is no step of forming the thin portion 10c and details of the steps of forming the p-type impurity layers 23, 24, and 34. This is the same as the manufacturing method of the semiconductor device.

本実施形態において、p型不純物層23,24,34を形成する工程の詳細は、以下の通りである。まず、n型シリコン層10を含む全面上に酸化シリコン膜(図示せず)を例えばCVD法で薄く形成し、この酸化シリコン膜をパターニングする。これにより、n型シリコン層10のうちp型不純物層24,34が形成される領域は、薄い酸化シリコン膜で覆われる。次いで、n型シリコン層10に不純物を熱拡散により導入する。このとき、不純物が薄いシリコン膜を透過するように、熱拡散条件を設定する。これにより、酸化シリコン膜で覆われた領域は、p型不純物層23が形成される領域と比べて不純物層が浅くなる。これにより、p型不純物層23,24,34が形成される。その後、前記した酸化シリコン膜を除去する。   In the present embodiment, details of the process of forming the p-type impurity layers 23, 24, and 34 are as follows. First, a silicon oxide film (not shown) is thinly formed on the entire surface including the n-type silicon layer 10 by, for example, a CVD method, and this silicon oxide film is patterned. As a result, regions of the n-type silicon layer 10 where the p-type impurity layers 24 and 34 are formed are covered with the thin silicon oxide film. Next, impurities are introduced into the n-type silicon layer 10 by thermal diffusion. At this time, the thermal diffusion conditions are set so that the impurities pass through the thin silicon film. As a result, the region covered with the silicon oxide film has a shallower impurity layer than the region where the p-type impurity layer 23 is formed. Thereby, p-type impurity layers 23, 24, and 34 are formed. Thereafter, the aforementioned silicon oxide film is removed.

この第3の実施形態によっても、第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。   According to the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

図7は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する断面図である。本図は、第1の実施形態における図1(B)に相当する断面図である。本実施形態は、n型シリコン層10のうち、p型不純物層23,33で挟まれた部分、及びp型不純物層24,34で挟まれた部分それぞれが、酸化シリコン層14となっている点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置と同一の構成である。以下、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。   FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. This figure is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1B in the first embodiment. In the present embodiment, in the n-type silicon layer 10, a portion sandwiched between the p-type impurity layers 23 and 33 and a portion sandwiched between the p-type impurity layers 24 and 34 constitute the silicon oxide layer 14. Except for this point, the configuration is the same as that of the semiconductor device according to the first embodiment. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第1の実施形態において図2を用いて説明したように、p型MOSトランジスタ20,30の容量Cは、反転層による容量Coxと、空乏層による容量Ciと、n型シリコン層10内の電位分布による容量Cbとの和になる。本実施形態では、n型シリコン層10には酸化シリコン層14が形成されているため、容量Cbが第1の実施形態と比べて小さくなる。   As described with reference to FIG. 2 in the first embodiment, the capacitance C of the p-type MOS transistors 20 and 30 includes the capacitance Cox due to the inversion layer, the capacitance Ci due to the depletion layer, and the potential in the n-type silicon layer 10. It becomes the sum with the capacity Cb by distribution. In the present embodiment, since the silicon oxide layer 14 is formed in the n-type silicon layer 10, the capacitance Cb is smaller than that in the first embodiment.

従って、本実施形態では、第1の実施形態と同一の効果に加えて、p型MOSトランジスタ20,30の容量Cに起因した消費電力を小さくできる、という効果を得ることができる。   Therefore, in this embodiment, in addition to the same effect as that of the first embodiment, it is possible to obtain an effect that the power consumption caused by the capacitance C of the p-type MOS transistors 20 and 30 can be reduced.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えばp型MOSトランジスタ20,30それぞれをn型MOSトランジスタにしてもよい。この場合も上記した効果を得ることができる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, each of the p-type MOS transistors 20 and 30 may be an n-type MOS transistor. Even in this case, the above-described effects can be obtained.

また、p型MOSトランジスタ20,30のゲート絶縁膜21,31を互いに対向する位置に配置しているが、これらの位置がずれていた場合でも、上記した効果を得ることができる。ただし、互いに対抗する位置に配置した場合が、最も大きな効果を得ることができる。   Moreover, although the gate insulating films 21 and 31 of the p-type MOS transistors 20 and 30 are disposed at positions facing each other, the above-described effects can be obtained even when these positions are shifted. However, the greatest effect can be obtained when they are arranged at positions facing each other.

また、上記した各実施形態では、n型シリコン層10は略直方体であるが、他の形状(円柱、円筒、錯体)であってもよい。これらの場合、p型MOSトランジスタ20と、p型MOSトランジスタ30とは、n型シリコン層10の本体を介して互いに対向する位置に配置される。   In each of the embodiments described above, the n-type silicon layer 10 is a substantially rectangular parallelepiped, but may have other shapes (column, cylinder, complex). In these cases, the p-type MOS transistor 20 and the p-type MOS transistor 30 are arranged at positions facing each other through the main body of the n-type silicon layer 10.

1…シリコン基板、2…酸化シリコン膜、10… p型シリコン層、10a,10b…側面、10c…薄肉部、11,14…酸化シリコン層、12…シリコン膜、13…酸化シリコン膜、20,30…p型MOSトランジスタ、21,31…ゲート絶縁膜、22,32…ゲート電極、23,24,33,34…p型不純物層、25,26,35,36…Al合金配線、100…p型シリコン層、100a…n型ウェル、100b…n型不純物層、110…p型MOSトランジスタ、112,122…ゲート電極、113,123…ソース、120…p型MOSバラクタ、124…ドレイン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon oxide film, 10 ... P-type silicon layer, 10a, 10b ... Side surface, 10c ... Thin part, 11, 14 ... Silicon oxide layer, 12 ... Silicon film, 13 ... Silicon oxide film, 20, 30 ... p-type MOS transistor, 21,31 ... gate insulating film, 22,32 ... gate electrode, 23,24,33,34 ... p-type impurity layer, 25,26,35,36 ... Al alloy wiring, 100 ... p Type silicon layer, 100a ... n-type well, 100b ... n-type impurity layer, 110 ... p-type MOS transistor, 112,122 ... gate electrode, 113,123 ... source, 120 ... p-type MOS varactor, 124 ... drain

Claims (2)

第1の絶縁膜の一部上に、不純物が導入されていてウェルとして機能する直方体の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第1の側面に、第1のトランジスタのゲート絶縁膜を形成し、かつ前記第1の側面の対向面である第2の側面に、第2のトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜上に第1のトランジスタのゲート電極を形成し、かつ前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜上に、前記第1のトランジスタのゲート電極と対向する位置にある第2のトランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層の一部を加工することにより、前記半導体層に、前記第1のトランジスタのゲート電極及び前記第2のトランジスタのゲート電極に挟まれた領域に隣接し、厚さが他の部分より薄い薄肉部を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート電極及び前記第2のトランジスタのゲート電極をマスクとして前記半導体層に不純物を導入することにより、前記薄肉部の全体に不純物が分散していて第1のトランジスタのソース及び第2のトランジスタの共通ソースとして機能するソース不純物層を形成するとともに、前記第1の側面に第1のトランジスタのドレイン不純物層を形成し、かつ、前記第2の側面に、前記第1のトランジスタのドレイン不純物層と分離された前記第2のトランジスタのドレイン不純物層を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
Forming on a portion of the first insulating film, a semiconductor layer of a straight rectangular parallelepiped that acts as an impurity is not introduced wells,
A gate insulating film of the first transistor is formed on the first side surface of the semiconductor layer, and a gate insulating film of the second transistor is formed on the second side surface opposite to the first side surface. Process,
A gate electrode of the first transistor is formed on the gate insulating film of the first transistor, and a first electrode on the gate insulating film of the second transistor is positioned opposite to the gate electrode of the first transistor. Forming a gate electrode of the transistor of 2;
By processing a part of the semiconductor layer, the semiconductor layer is adjacent to a region sandwiched between the gate electrode of the first transistor and the gate electrode of the second transistor, and has a thickness larger than that of the other part. Forming a thin thin portion;
By introducing impurities into the semiconductor layer using the gate electrode of the first transistor and the gate electrode of the second transistor as a mask, the impurities are dispersed throughout the thin portion, and the source of the first transistor and A source impurity layer functioning as a common source of the second transistor is formed, a drain impurity layer of the first transistor is formed on the first side surface, and the first transistor is formed on the second side surface. Forming a drain impurity layer of the second transistor separated from the drain impurity layer of the second transistor;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
第1の絶縁膜の一部上に、不純物が導入されていてウェルとして機能する直方体の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第1の側面に、第1のトランジスタのゲート絶縁膜を形成し、かつ前記第1の側面の対向面である第2の側面に、第2のトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜上、前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜上、前記半導体層上、及び前記上部絶縁層上に、導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜上に、第1のトランジスタのゲート電極を形成し、かつ前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜上に、前記第1のトランジスタのゲート電極と対向する位置にある第2のトランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記第1の側面のうち前記第1のトランジスタのドレイン不純物層が形成される領域上、及び、前記第2の側面のうち前記第2のトランジスタのドレイン不純物層が形成される領域上それぞれに、被覆膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのゲート電極、前記第2のトランジスタのゲート電極、及び前記上部絶縁層をマスクとして、不純物が前記被覆膜を透過する条件で前記半導体層に不純物を導入することにより、前記第1の側面から前記第2の側面まで不純物が拡散していて第1及び第2のトランジスタそれぞれのソースとして機能するソース不純物層を形成するとともに、前記第1の側面に前記第1のトランジスタのドレイン不純物層を形成し、かつ、かつ、前記第2の側面に、前記第1のトランジスタのドレイン不純物層と分離された前記第2のトランジスタのドレイン不純物層を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
Forming on a portion of the first insulating film, a semiconductor layer of a straight rectangular parallelepiped that acts as an impurity is not introduced wells,
A gate insulating film of the first transistor is formed on the first side surface of the semiconductor layer, and a gate insulating film of the second transistor is formed on the second side surface opposite to the first side surface. Process,
Forming a conductive film on the gate insulating film of the first transistor, on the gate insulating film of the second transistor, on the semiconductor layer, and on the upper insulating layer;
By patterning the conductive film, a gate electrode of the first transistor is formed on the gate insulating film of the first transistor, and the first transistor is formed on the gate insulating film of the second transistor. Forming a gate electrode of the second transistor at a position facing the gate electrode of
On the region where the drain impurity layer of the first transistor is formed on the first side surface and on the region where the drain impurity layer of the second transistor is formed on the second side surface, respectively. Forming a coating film;
By introducing impurities into the semiconductor layer under the condition that impurities pass through the coating film, using the gate electrode of the first transistor, the gate electrode of the second transistor, and the upper insulating layer as a mask, A source impurity layer functioning as a source of each of the first and second transistors is formed by diffusing impurities from the first side surface to the second side surface, and the first transistor has a first impurity layer on the first side surface. Forming a drain impurity layer and forming a drain impurity layer of the second transistor separated from the drain impurity layer of the first transistor on the second side surface;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
JP2012069559A 2012-03-26 2012-03-26 Manufacturing method of semiconductor device Expired - Fee Related JP5392870B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012069559A JP5392870B2 (en) 2012-03-26 2012-03-26 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012069559A JP5392870B2 (en) 2012-03-26 2012-03-26 Manufacturing method of semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005237253A Division JP5115943B2 (en) 2005-08-18 2005-08-18 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012151496A true JP2012151496A (en) 2012-08-09
JP5392870B2 JP5392870B2 (en) 2014-01-22

Family

ID=46793383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012069559A Expired - Fee Related JP5392870B2 (en) 2012-03-26 2012-03-26 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5392870B2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04280474A (en) * 1991-03-08 1992-10-06 Oki Electric Ind Co Ltd Soi structure mosfet
JPH07326757A (en) * 1994-05-31 1995-12-12 Sanyo Electric Co Ltd Thin film semiconductor element
JP2002124635A (en) * 2000-10-16 2002-04-26 Kanji Otsuka Semiconductor integrated circuit having varactor device
JP2002158359A (en) * 2000-11-21 2002-05-31 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002270850A (en) * 2001-03-13 2002-09-20 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Dual-gate field effect transistor
JP2003204068A (en) * 2001-12-14 2003-07-18 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Implanted asymmetrical doped polysilicon gate fin fet
JP2005101515A (en) * 2003-09-04 2005-04-14 Toshiba Corp Semiconductor switch
JP2006294995A (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Nec Corp Field-effect transistor and its manufacturing method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04280474A (en) * 1991-03-08 1992-10-06 Oki Electric Ind Co Ltd Soi structure mosfet
JPH07326757A (en) * 1994-05-31 1995-12-12 Sanyo Electric Co Ltd Thin film semiconductor element
JP2002124635A (en) * 2000-10-16 2002-04-26 Kanji Otsuka Semiconductor integrated circuit having varactor device
JP2002158359A (en) * 2000-11-21 2002-05-31 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002270850A (en) * 2001-03-13 2002-09-20 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Dual-gate field effect transistor
JP2003204068A (en) * 2001-12-14 2003-07-18 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Implanted asymmetrical doped polysilicon gate fin fet
JP2005101515A (en) * 2003-09-04 2005-04-14 Toshiba Corp Semiconductor switch
JP2006294995A (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Nec Corp Field-effect transistor and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP5392870B2 (en) 2014-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5031809B2 (en) Semiconductor device
US7932563B2 (en) Techniques for improving transistor-to-transistor stress uniformity
US10566361B2 (en) Wide channel gate structure and method of forming
JP2002198439A (en) Semiconductor device and portable electronic apparatus
JP2002158293A (en) Semiconductor device and portable electronic apparatus
US10050028B2 (en) Semiconductor device with reduced leakage current
KR102087438B1 (en) MOS transistor having low offset, method of fabricating the same, and electronic device using the same
CN100382319C (en) Static random access memory
EP0646289B1 (en) Semiconductor devices with a double gate
JP2004071903A (en) Semiconductor device
JP5115943B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3128364B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5392870B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH06334146A (en) Semiconductor device
US20180138198A1 (en) Trench structured vertical mosfet
JP3248791B2 (en) Semiconductor device
JPH04280474A (en) Soi structure mosfet
JPS6017964A (en) Semiconductor device
CN109768088B (en) Multi-level semiconductor structure and forming method thereof
KR100401495B1 (en) method for manufacturing of transistor of semiconductor device
JP2000349163A (en) Semiconductor device and manufacture of the same
JPH06209106A (en) Semiconductor device
JP2009032896A (en) Semiconductor device
JPH06112479A (en) Multi-input field-effect transistor
JP2007013748A (en) Input and output circuit device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130917

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130917

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130919

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131008

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131010

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131024

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5392870

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees