JP2012182368A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)の微細化、高集積度化、低消費電力の進展に伴い、Pch MOSFETやNch MOSFETから構成されるLSIやSoC(system on a chip)などの半導体装置が種々の分野に多用されている。 Various semiconductor devices such as LSIs and SoCs (system on a chip) composed of Pch MOSFETs and Nch MOSFETs have been developed as MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) have become smaller, more highly integrated, and have lower power consumption. It is widely used in the field.
Pch MOSFETでは、高電位側電源に接続されるソース側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加されたとき、ゲートとソース間の電位差が低下し、ソースからドレインに流れるドレイン電流が大幅に低下するという問題点がある。Nch MOSFETでは、低電位側電源(接地電位)に接続されるソース側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加されたとき、ゲートとソース間の電位差が低下し、ドレインからソースに流れるドレイン電流が大幅に低下するという問題点がある。 In a Pch MOSFET, when a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the source side connected to the high potential side power supply, the potential difference between the gate and the source decreases, and the drain current flowing from the source to the drain There is a problem in that it significantly decreases. In the Nch MOSFET, when a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the source side connected to the low potential side power supply (ground potential), the potential difference between the gate and the source decreases, and the drain to source There is a problem in that the drain current flowing through the drain is greatly reduced.
本発明は、ソース及びドレインのいずれか一方に高抵抗成分が付加されたときドレイン電流の低下を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing a decrease in drain current when a high resistance component is added to one of a source and a drain, and a method for manufacturing the same.
一つの実施形態によれば、半導体装置は、基板、第一のソース及びドレインの一方、第一のソース及びドレインの他方、第二のソース及びドレインの一方、第二のソース及びドレインの他方、及びゲート電極膜が設けられる。第一のソース及びドレインの一方は、基板表面に設けられ、第一導電型を有する。第一のソース及びドレインの他方は、基板表面に設けられ、第一導電型を有する。第二のソース及びドレインの一方は、基板表面に設けられ、第一のソース及びドレインの一方に隣接配置され、第二導電型を有する。第二のソース及びドレインの他方は、基板表面に設けられ、第一のソース及びドレインの他方に隣接配置され、第二導電型を有する。ゲート電極膜は、第一及び第二のソース及びドレインの一方と第一及び第二のソース及びドレインの他方の間の基板表面上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して設けられる。第一のソース及びドレインとゲート電極膜は第一のFETを構成する。第二のソース及びドレインとゲート電極膜は第二のFETを構成する。 According to one embodiment, the semiconductor device includes a substrate, one of the first source and drain, the other of the first source and drain, one of the second source and drain, the other of the second source and drain, And a gate electrode film is provided. One of the first source and the drain is provided on the substrate surface and has the first conductivity type. The other of the first source and the drain is provided on the substrate surface and has the first conductivity type. One of the second source and drain is provided on the surface of the substrate, is disposed adjacent to one of the first source and drain, and has the second conductivity type. The other of the second source and the drain is provided on the substrate surface, is disposed adjacent to the other of the first source and the drain, and has the second conductivity type. The gate electrode film is provided on the substrate surface between one of the first and second sources and drains and the other of the first and second sources and drains, and is provided via a gate insulating film. The first source and drain and the gate electrode film constitute a first FET. The second source and drain and the gate electrode film constitute a second FET.
また、他の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、第一乃至七の工程を有する。第一の工程は、周囲を素子分離膜で分離され、周囲よりも突き出た四角柱形状を有する突起部を形成する。第二の工程は、突起部表面上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜を積層形成する。第三の工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜で分断された突起部の第一及び第二の領域の一端側に、斜め方向から第一導電型の不純物をイオン注入する。第四の工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜で分断された突起部の第一及び第二の領域の他端側に、斜め方向から第二導電型の不純物をイオン注入する。第五の工程は、熱処理により第一及び第二導電型の不純物を活性化して、高不純物濃度の第一導電型のソース及びドレインの一方となる第一の半導体層、高不純物濃度の第一導電型のソース及びドレインの他方となる第二の半導体層、高不純物濃度の第二導電型のソース及びドレインの一方となる第三の半導体層、及び高不純物濃度の第二導電型のソース及びドレインの他方となる第四の半導体層を形成する。第六の工程は、第一及び第三の半導体層上の絶縁膜をエッチングして第一の開口部を形成し、第二及び第四の半導体層上の絶縁膜をエッチングして第二の開口部を形成し、ゲート電極膜上の絶縁膜をエッチングして第三の開口部を形成する。第七の工程は、第一の開口部を覆うように電極材を埋設して第一及び第三の半導体層に接続される第一の端子を形成し、第二の開口部を覆うように電極材を埋設して第二及び第四の半導体層に接続される第二の端子を形成し、第三の開口部を覆うように電極材を埋設してゲート電極膜に接続されるゲート端子を形成する。 According to another embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device includes first to seventh steps. In the first step, the periphery is separated by an element isolation film, and a protrusion having a quadrangular prism shape protruding from the periphery is formed. In the second step, a gate insulating film and a gate electrode film are stacked on the surface of the protrusion. In the third step, impurities of the first conductivity type are ion-implanted from an oblique direction into one end sides of the first and second regions of the protrusions divided by the gate insulating film and the gate electrode film. In the fourth step, impurities of the second conductivity type are ion-implanted from the oblique direction into the other end sides of the first and second regions of the protrusions divided by the gate insulating film and the gate electrode film. In the fifth step, the first and second conductivity type impurities are activated by heat treatment, and the first semiconductor layer serving as one of the source and drain of the first conductivity type having a high impurity concentration is formed. A second semiconductor layer which is the other of the source and drain of the conductivity type, a third semiconductor layer which is one of the source and drain of the second conductivity type having a high impurity concentration, and a source of the second conductivity type having a high impurity concentration and A fourth semiconductor layer serving as the other drain is formed. The sixth step is to etch the insulating film on the first and third semiconductor layers to form a first opening, and to etch the insulating film on the second and fourth semiconductor layers to An opening is formed, and the insulating film on the gate electrode film is etched to form a third opening. The seventh step embeds an electrode material so as to cover the first opening, forms a first terminal connected to the first and third semiconductor layers, and covers the second opening A gate terminal embedded in the electrode material to form a second terminal connected to the second and fourth semiconductor layers, and embedded in the electrode material to cover the third opening and connected to the gate electrode film Form.
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第一の実施形態)
まず、本発明の第一の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図1(a)はMOSFETを示す平面図、図1(b)はMOSFETの回路図である。図2はMOSFETの模式斜視図である。図3(a)は図1のA−A線に沿う断面図、図3(b)は図1のB−B線に沿う断面図である。本実施形態では、MOSFETをPch及びNch動作できる構造としている。
(First embodiment)
First, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view showing a MOSFET, and FIG. 1B is a circuit diagram of the MOSFET. FIG. 2 is a schematic perspective view of the MOSFET. 3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In this embodiment, the MOSFET has a structure capable of Pch and Nch operation.
図1(a)及び図1(b)に示すように、MOSFET90は、ソース或いはドレインとなるP+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bが設けられる。P+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bは、周囲を埋め込み絶縁膜2で分離された活性領域(素子領域)AR1に設けられる。P+層31a及びP+層31bは、P型不純物が高濃度にドープされた半導体層である。N+層32a及びN+層32bは、N型不純物が高濃度にドープされた半導体層である。MOSFET90は、IC、LSI、SoC(system on a chip)などの半導体装置に適用される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
P+層31aは、活性領域(素子領域)AR1の図中左上端側に設けられる。P+層31bは、活性領域(素子領域)AR1の図中右上端側に設けられる。N+層32aは、活性領域(素子領域)AR1の図中左下端側に設けられる。N+層32bは、活性領域(素子領域)AR1の図中右下端側に設けられる。 The P + layer 31a is provided on the upper left side in the drawing of the active region (element region) AR1. The P + layer 31b is provided on the upper right end side of the active region (element region) AR1 in the drawing. The N + layer 32a is provided on the lower left side in the drawing of the active region (element region) AR1. The N + layer 32b is provided on the lower right side in the drawing of the active region (element region) AR1.
P+層31a及びP+層31bは、Pch MOSFETである第一のFETのソース或いはドレインとなる。N+層32a及びN+層32bは、Nch MOSFETである第二のFETのソース或いはドレインとなる。MOSFET90はPch MOSトランジスタ及びNch MOSトランジスタ動作するFETである。
The P + layer 31a and the P + layer 31b serve as the source or drain of the first FET that is a Pch MOSFET. The N + layer 32a and the N + layer 32b serve as the source or drain of the second FET that is an Nch MOSFET. The
P+層31a及びN+層32a上の絶縁膜には、コンタクトホールCH1が設けられる。電極材からなる第一の端子FP1は、コンタクトホールCH1を覆うように設けられ、P+層31a及びN+層32aに接続される。P+層31b及びN+層32b上の絶縁膜には、コンタクトホールCH2が設けられる。電極材からなる第二の端子SP1は、コンタクトホールCH2を覆うように設けられ、P+層31b及びN+層32bに接続される。 A contact hole CH1 is provided in the insulating film on the P + layer 31a and the N + layer 32a. The first terminal FP1 made of an electrode material is provided so as to cover the contact hole CH1, and is connected to the P + layer 31a and the N + layer 32a. A contact hole CH2 is provided in the insulating film on the P + layer 31b and the N + layer 32b. The second terminal SP1 made of an electrode material is provided so as to cover the contact hole CH2, and is connected to the P + layer 31b and the N + layer 32b.
P+層31a及びN+層32aとP+層31b及びN+層32bの間の基板3上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極GD1が設けられる。基板3は、アンドープ基板からなり、ボディ端子BP1に接続される。ゲート電極GD1上の絶縁膜には、コンタクトホールCH3が設けられる。電極材からなるゲート端子GP1は、コンタクトホールCH3を覆うように設けられ、ゲート電極GD1に接続される。
A gate electrode GD1 is provided on the
Pch MOSFETである第一のFETとNch MOSFETである第二のFETは、ゲート電極GD1及びボディ端子BP1を共有している。MOSFET90は、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧をそれぞれ適宜最適な値に設定することにより、Pch MOSトランジスタ或いはNch MOSトランジスタ動作できる構造となっている。詳細は後述する。
The first FET that is the Pch MOSFET and the second FET that is the Nch MOSFET share the gate electrode GD1 and the body terminal BP1. The
図2に示すように、活性領域(素子領域)AR1は、埋め込み絶縁膜2に対して突き出た四角柱構造を有する。ゲート電極GP1は、例えば馬蹄形形状を有する。ゲート電極GP1は、活性領域(素子領域)AR1の第一主面(上面)、第二主面(上面に隣接する側面)、及び第三主面(上面に隣接する側面)上に設けられる。MOSFET90は、SOI基板上に形成されたFIN FETである。
As shown in FIG. 2, the active region (element region) AR <b> 1 has a quadrangular prism structure protruding from the buried insulating
図3(a)に示すように、基板51は、積層される基板1、埋め込み絶縁膜2、及び基板3から構成される。活性領域(素子領域)AR1は、周囲の基板3がエッチングされて形成されたものである。活性領域(素子領域)AR1及び埋め込み絶縁膜2上には、ゲート絶縁膜5及びゲート電極膜6が積層形成される。ゲート電極膜6上には層間絶縁膜としての絶縁膜7が設けられる。ゲート電極膜6上の絶縁膜7は、エッチングされてコンタクトホールCH3が設けられる。コンタクトホールCH3及び絶縁膜7上には、コンタクトホールCH3を覆うようにゲート端子GP1となる配線材8が設けられる。基板3は、図示していないがボディコンタクトを介してボディ端子BP1に接続される。
As shown in FIG. 3A, the
図3(b)に示すように、活性領域(素子領域)AR1の上部表面には、P+層31b及びN+層32bが設けられる。P+層31b及びN+層32b上には絶縁膜7が設けられる。P+層31b及びN+層32b上の絶縁膜7は、エッチングされてコンタクトホールCH2が設けられる。コンタクトホールCH2及び絶縁膜7上には、コンタクトホールCH2を覆うようにゲート端子GP1となる配線材8が設けられる。
As shown in FIG. 3B, a P + layer 31b and an N + layer 32b are provided on the upper surface of the active region (element region) AR1. An insulating
次に、高抵抗素子が付加された場合のMOSFETの動作について図4乃至10を参照して説明する。 Next, the operation of the MOSFET when a high resistance element is added will be described with reference to FIGS.
図4(a)はソース側に高抵抗素子が付加されたPch MOSFETのドレイン電流を説明する図である。図4(b)はドレイン側に高抵抗素子が付加されたPch MOSFETのドレイン電流を説明する図である。 FIG. 4A is a diagram for explaining the drain current of a Pch MOSFET in which a high resistance element is added on the source side. FIG. 4B is a diagram for explaining the drain current of the Pch MOSFET in which a high resistance element is added on the drain side.
図4(a)に示すように、Pch MOSFETでは、高電位側電源Vddに接続されるソース側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加された場合、ゲートとソース間の電位差が低下し、ソースからドレインに流れるドレイン電流が大幅に低下する。 As shown in FIG. 4A, in the Pch MOSFET, when a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the source side connected to the high potential side power supply Vdd, the potential difference between the gate and the source. And the drain current flowing from the source to the drain is greatly reduced.
図4(b)に示すように、Pch MOSFETでは、低電位側電源(接地電位)Vssに接続されるドレイン側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加された場合、ゲートとソース間の電位差は低下せず、ソースからドレインに流れるドレイン電流を所定の値に確保でき、大きなドレイン電流を流すことができる。 As shown in FIG. 4B, in the Pch MOSFET, when a high resistance component such as a high resistance element or a parasitic high resistance is added to the drain side connected to the low potential side power supply (ground potential) Vss, The potential difference between the sources does not decrease, the drain current flowing from the source to the drain can be secured at a predetermined value, and a large drain current can flow.
図5(a)はドレイン側に高抵抗素子が付加されたNch MOSFETのドレイン電流を説明する図である。図5(b)はソース側に高抵抗素子が付加されたNch MOSFETのドレイン電流を説明する図である。 FIG. 5A is a diagram for explaining the drain current of an Nch MOSFET in which a high resistance element is added on the drain side. FIG. 5B is a diagram for explaining the drain current of an Nch MOSFET in which a high resistance element is added on the source side.
図5(a)に示すように、Nch MOSFETでは、高電位側電源Vddに接続されるドレイン側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加された場合、ゲートとソース間の電位差は低下せず、ドレインからソースに流れるドレイン電流を所定の値に確保でき、大きなドレイン電流を流すことができる。 As shown in FIG. 5A, in the Nch MOSFET, when a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the drain side connected to the high potential side power supply Vdd, the potential difference between the gate and the source. The drain current flowing from the drain to the source can be secured at a predetermined value, and a large drain current can flow.
図5(b)に示すように、Nch MOSFETでは、低電位側電源(接地電位)Vssに接続されるソース側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加された場合、ゲートとソース間の電位差が低下し、ドレインからソースに流れるドレイン電流が大幅に低下する。 As shown in FIG. 5B, in the Nch MOSFET, when a high resistance component such as a high resistance element or a parasitic high resistance is added to the source side connected to the low potential side power supply (ground potential) Vss, The potential difference between the sources is reduced, and the drain current flowing from the drain to the source is significantly reduced.
つまり、ソース側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加された場合、Pch MOSFET及びNch MOSFETともドレイン電流が大幅に低下する。一方、ドレイン側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加された場合、Pch MOSFET及びNch MOSFETとも大きなドレイン電流を流すことができる。 That is, when a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the source side, the drain current of both the Pch MOSFET and the Nch MOSFET is greatly reduced. On the other hand, when a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the drain side, a large drain current can flow through both the Pch MOSFET and the Nch MOSFET.
図6はMOSFET90のドレイン電流が第一の端子から第二の端子に流れる場合を説明する図、図6(a)は第1の端子側に高抵抗素子が付加された場合を説明する図、図6(b)は第2の端子側に高抵抗素子が付加された場合を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a case where the drain current of the
図6(a)に示すように、MOSFET90では、第二のFETであるNch MOSFETの第一の端子FP1側をドレイン、第二の端子SP1側をソースとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第二のFETであるNch MOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。
As shown in FIG. 6A, in the
図6(b)に示すように、MOSFET90では、第一のFETであるPch MOSFETの第一の端子FP1側をソース、第二の端子SP1側をドレインとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第一のFETであるPch MOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。
As shown in FIG. 6B, in the
図7はMOSFET90のドレイン電流が第2の端子から第1の端子に流れる場合を説明する図、図7(a)は第1の端子側に高抵抗素子が付加された場合を説明する図、図7(b)は第2の端子側に高抵抗素子が付加された場合を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where the drain current of the
図7(a)に示すように、MOSFET90では、第一のFETであるPch MOSFETの第一の端子FP1側をドレイン、第二の端子SP1側をソースとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第一のFETであるPch MOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。
As shown in FIG. 7A, in the
図7(b)に示すように、MOSFET90では、第二のFETであるNch MOSFETを第一の端子FP1側をソース、第二の端子SP1側をドレインとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第二のFETであるNch MOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。
As shown in FIG. 7B, in the
MOSFET90の第一のFETであるPch MOSFETと第二のFETであるNch MOSFETの具体的選択方法について説明する。
A specific selection method of the Pch MOSFET that is the first FET of the
MOSFET90では、エンハンスメント型FET(閾値電圧Vthがプラスの値)になるように、まずゲート長寸法(Lg)、ゲート幅寸法(Wg)、ゲート絶縁膜5の材質及び膜厚(言い換えると、等価SiO2換算膜厚 EOT)、ゲート電極膜6の膜質、基板3等を適宜選択する。例えば、ゲート長寸法(Lg)を30nm以下(例えば、25nm)、EOTを1nmに設定し、ゲート絶縁膜5にHfSiON、ゲート電極膜にTiN(窒化チタン)を用いる。
In the
図8はMOSFET90のPch MOSFETの動作を説明する図である。ここでは、基板電圧Vsub、ドレイン電圧Vd、及びソース電圧Vsを固定値に設定してゲート電圧Vgを可変させることによりPch MOSFETが動作する。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the Pch MOSFET of the
図8に示すように、高電位側電源Vddの電圧を、例えば0.5Vから1.0Vの範囲に設定し、ゲート電圧が0(ゼロ)VからVddの範囲に閾値電圧Vth1が設定されるように、基板電圧Vsubを0(ゼロ)V、ドレイン電圧Vdを高電位側電源Vdd電圧、ソース電圧Vsを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)に設定している。この設定のとき、Pch MOSFETのドレイン側に高抵抗成分が付加されてもドレイン電流は低下しない。 As shown in FIG. 8, the voltage of the high-potential-side power supply Vdd is set in the range of, for example, 0.5 V to 1.0 V, and the threshold voltage Vth1 is set in the range of the gate voltage from 0 (zero) V to Vdd. As described above, the substrate voltage Vsub is set to 0 (zero) V, the drain voltage Vd is set to the high potential side power supply Vdd voltage, and the source voltage Vs is set to the low potential side power supply (ground potential 0 (zero) V). In this setting, the drain current does not decrease even if a high resistance component is added to the drain side of the Pch MOSFET.
図9はMOSFET90のNch MOSFETの動作を説明する図である。ここでは、基板電圧Vsub、ドレイン電圧Vd、及びソース電圧Vsを固定値に設定してゲート電圧Vgを可変させることによりNch MOSFETが動作する。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the Nch MOSFET of the
図9に示すように、高電位側電源Vddの電圧を、例えば0.5Vから1.0Vの範囲に設定し、ゲート電圧が0(ゼロ)VからVddの範囲に閾値電圧Vth2が設定されるように基板電圧Vsubを高電位側電源Vdd電圧、ドレイン電圧Vdを高電位側電源Vdd電圧、ソース電圧Vsを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)に設定している。この設定のとき、Nch MOSFETのドレイン側に高抵抗成分が付加されてもドレイン電流は低下しない。 As shown in FIG. 9, the voltage of the high-potential-side power supply Vdd is set in the range of, for example, 0.5 V to 1.0 V, and the threshold voltage Vth2 is set in the range of the gate voltage from 0 (zero) V to Vdd. Thus, the substrate voltage Vsub is set to the high potential side power supply Vdd voltage, the drain voltage Vd is set to the high potential side power supply Vdd voltage, and the source voltage Vs is set to the low potential side power supply (ground potential 0 (zero) V). In this setting, the drain current does not decrease even if a high resistance component is added to the drain side of the Nch MOSFET.
図10はMOSFET90の動作条件を説明する図、図10(a)はMOSFET90のPch MOSFETの動作条件を説明する図、図10(b)はMOSFET90のNch MOSFETの動作条件を説明する図である。
10 is a diagram for explaining the operating conditions of the
図10(a)に示すように、MOSFET90では、第一のFETであるPch MOSFETは、基板電圧Vsubを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)、ドレイン電圧Vdを高電位側電源Vdd電圧、ソース電圧Vsを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)、ゲート電圧Vgを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)に設定するとオンする。基板電圧Vsubを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)、ドレイン電圧Vdを高電位側電源Vdd電圧、ソース電圧Vsを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)、ゲート電圧Vgを高電位側電源Vdd電圧に設定するとオフする。
As shown in FIG. 10A, in the
図10(b)に示すように、MOSFET90では、第二のFETであるNch MOSFETは、基板電圧Vsubを高電位側電源Vdd電圧、ドレイン電圧Vdを高電位側電源Vdd電圧、ソース電圧Vsを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)、ゲート電圧Vgを高電位側電源Vdd電圧に設定するとオンする。基板電圧Vsubを高電位側電源Vdd電圧、ドレイン電圧Vdを高電位側電源Vdd電圧、ソース電圧Vsを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)、ゲート電圧Vgを低電位側電源(接地電位 0(ゼロ)V)に設定するとオフする。
As shown in FIG. 10B, in the
次に、MOSFET90の製造方法について図11乃至14を参照して説明する。図11(a)はMOSFET90の製造工程を示す平面図、図11(b)はMOSFET90の製造工程を示す断面図、図11(c)はMOSFET90の製造工程を示す模式斜視図、図12(a)はMOSFET90の製造工程を示す平面図、図12(c)はMOSFET90の製造工程を示す模式斜視図、図13(a)はMOSFET90の製造工程を示す平面図、図13(c)はMOSFET90の製造工程を示す模式斜視図、図14(a)はMOSFET90の製造工程を示す平面図、図14(b)はMOSFET90の製造工程を示す断面図である。なお、図11(b)、図14(b)は、図1(a)のA−A線に沿う断面部分に対応する。
Next, a method for manufacturing
図11(a)、図11(b)、図11(c)に示すように、SOI基板51のアンドープシリコン基板である基板3をエッチングして周囲よりも突き出た四角柱形状を有する活性領域(素子領域)AR1を形成する。活性領域(素子領域)AR1の周囲は、埋め込み絶縁膜2が露呈される。活性領域(素子領域)AR1及び埋め込み絶縁膜2上にゲート絶縁膜5及びゲート電極膜6を積層形成する。ここで、ゲート絶縁膜5には、HfSiONを用いているが、代わりにSiO2、SiON、HfSiO2、HfO2、HfZrOx、或いはHfLaOxなどを用いてもよい。ゲート電極膜6には、TiNを用いているが、代わりに多結晶シリコン、アモルファスシリコン、TaC、TaN、或いはWNなどを用いてもよい。第一及び第二のFETは、シリコンチャネルにしているが、代わりにSiGeチャネル、InAsチャネル、或いはInGaAsチャネルにしてもよい。なお、ゲート絶縁膜5にHfSiONを用いた場合、MOSFET90をMISFET90と呼称してもよい。
As shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, an active region having a quadrangular prism shape protruding from the periphery by etching the
次に、図12(a)及び図12(c)に示すように、活性領域(素子領域)AR1の図中下部(他端側)をレジスト膜41で覆い、斜め方向から活性領域(素子領域)AR1の図中上部(一端側)に、P型不純物(例えば、ボロン)をイオン注入する。イオン注入後レジスト膜41を除去する。
Next, as shown in FIGS. 12A and 12C, the lower portion (the other end side) of the active region (element region) AR1 in the figure is covered with a resist
続いて、図13(a)及び図13(c)に示すように、活性領域(素子領域)AR1の図中上部(一端側)をレジスト膜42で覆い、斜め方向から活性領域(素子領域)AR1の図中下部(他端側)に、N型不純物(例えば、リン)をイオン注入する。イオン注入後レジスト膜42を除去する。
Subsequently, as shown in FIGS. 13A and 13C, the upper part (one end side) of the active region (element region) AR1 in the drawing is covered with a resist
ここでは、レジスト膜41をマスクとしてP型不純物をイオン注入し、レジスト膜42をマスクとしてN型不純物をイオン注入しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、レジスト膜を用いずに選択的に不純物をイオン注入してもよい。
Here, P-type impurities are ion-implanted using the resist
次に、図14(a)及び図14(b)に示すように、イオン注入後、例えばRTA(rapid thermal annealing)法を用いてイオン注入層を活性化してP+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bを形成する。なお、RTA法の代わりに、レーザ照射や高温熱処理を用いてイオン注入層を活性化してもよい。ゲート電極膜6及び埋め込み絶縁膜2上に、例えばSiOC膜から構成される絶縁膜7を形成する。ゲート電極膜6上の絶縁膜7をエッチングして開口部(コンタクトホールCH3)を形成する。開口部(コンタクトホールCH3)及び絶縁膜7上に、開口部(コンタクトホールCH3)を電極材が覆うように形成する。これ以降は、周知の技術を用いて層間絶縁膜、ビア、表面保護膜などを形成してMOSFET90が完成する。
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, after ion implantation, the ion implantation layer is activated using, for example, an RTA (rapid thermal annealing) method to form a P + layer 31a and a P + layer 31b. , N + layer 32a, and N + layer 32b are formed. Note that the ion implantation layer may be activated by laser irradiation or high-temperature heat treatment instead of the RTA method. An insulating
上述したように、本実施形態の半導体装置及びその製造方法は、活性領域(素子領域)AR1表面に、P+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bが設けられる。P+層31a及びN+層32aとP+層31b及びN+層32bの間の基板3上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極GD1が設けられる。P+層31a及びN+層32aは第一の端子FP1に接続される。P+層31b及びN+層32bは第二の端子SP1に接続される。P+層31a、P+層31bは、第一のFETであるPch MOSFETのソース或いはドレインとなる。N+層32a、N+層32bは、第二のFETであるNch MOSFETのソース或いはドレインとなる。MOSFET90は、周囲の基板3をエッチングして形成された活性領域(素子領域)AR1上に形成される。
As described above, in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the P + layer 31a, the P + layer 31b, the N + layer 32a, and the N + layer 32b are provided on the surface of the active region (element region) AR1. . A gate electrode GD1 is provided on the
このため、第一の端子FP1或いは第二の端子SP1側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加されても、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第一のFETであるPch MOSFET或いは第二のFETであるNch MOSFETを動作させることができるのでドレイン電流の低下を抑制することができる。したがって、MOSFET90が動作するときに、大きなドレイン電流を流すことができる。
For this reason, even if a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the first terminal FP1 or the second terminal SP1, the first terminal FP1, the second terminal SP1, the gate terminal GP1, In addition, by setting the voltage applied to the body terminal BP1 to an optimal value as appropriate, the Pch MOSFET as the first FET or the Nch MOSFET as the second FET can be operated, thereby suppressing a decrease in drain current. be able to. Therefore, a large drain current can flow when
なお、本実施形態では、第一及び第二のFETは、1組配置形成しているが必ずしもこれに限定されるものではない。繰り返し複数配置形成してもよい。MOSFET90は、FIN FETであるがプレーナ型FETでもよい。MOSFET90は、シングルゲート構造であるが、ダブルゲートやトリプルゲート構造にしてもよい。SOI基板51の基板3は、活性領域(素子領域)AR1以外の領域を除去しているが、活性領域(素子領域)AR1の周囲の基板3表面にトレンチアイソレーション(STI)を設けてもよい。また、図15に示すようにアンドープシリコン基板である基板1を用い、周囲をトレンチアイソレーション(STI)4で分離された活性領域(素子領域)AR1に形成されたMOSFET91にしてもよい。
In the present embodiment, one set of the first and second FETs is arranged, but the present invention is not necessarily limited to this. Multiple arrangements may be repeatedly formed. The
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図16はトンネルMOSFETを示す断面図である。図17はトンネルMOSFETを示す模式斜視図である。本実施形態では、トンネルMOSFETをPch及びNch動作できる構造としている。
(Second embodiment)
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a tunnel MOSFET. FIG. 17 is a schematic perspective view showing a tunnel MOSFET. In this embodiment, the tunnel MOSFET has a structure capable of Pch and Nch operation.
以下、第1の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different portions will be described.
図16に示すように、トンネルMOSFET100は、ソース或いはドレインとなるP+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bが設けられる。P+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bは、周囲を埋め込み絶縁膜2で分離された活性領域(素子領域)AR1に設けられる。トンネルMOSFET100は、第一の実施形態のMOSFETと比較してサブスレッショルドスロープ(ゲート電圧に対するドレイン電流の傾き)を改善でき、オン電流/オフ電流比の向上やオフ電流の低減を図ることができる。
As shown in FIG. 16, the
P+層31aは、活性領域(素子領域)AR1の図中左下端側に設けられる。P+層31bは、活性領域(素子領域)AR1の図中右上端側に設けられる。N+層32aは、活性領域(素子領域)AR1の図中左上端側に設けられる。N+層32bは、活性領域(素子領域)AR1の図中右下端側に設けられる。 The P + layer 31a is provided on the lower left side in the drawing of the active region (element region) AR1. The P + layer 31b is provided on the upper right end side of the active region (element region) AR1 in the drawing. The N + layer 32a is provided on the upper left side in the drawing of the active region (element region) AR1. The N + layer 32b is provided on the lower right side in the drawing of the active region (element region) AR1.
N+層32a及びP+層31bは、第一のNch トンネルMOSFET或いは第一のPch トンネルMOSFETのソース或いはドレインとなる。第一のNch トンネルMOSFETの場合、N+層32aがドレイン、P+層31bがソースとなる。第一のPch トンネルMOSFETの場合、P+層31bがソース、N+層32aがドレインとなる。 The N + layer 32a and the P + layer 31b serve as the source or drain of the first Nch tunnel MOSFET or the first Pch tunnel MOSFET. In the case of the first Nch tunnel MOSFET, the N + layer 32a is the drain and the P + layer 31b is the source. In the case of the first Pch tunnel MOSFET, the P + layer 31b is the source and the N + layer 32a is the drain.
P+層31a及びN+層32bは、第二のPch トンネルMOSFET或いは第二のNch トンネルMOSFETのソース或いはドレインとなる。第二のPch トンネルMOSFETの場合、P+層31aがソース、N+層32bがドレインとなる。第二のNch トンネルMOSFETの場合、N+層32bがドレイン、P+層31aがソースとなる。 The P + layer 31a and the N + layer 32b serve as the source or drain of the second Pch tunnel MOSFET or the second Nch tunnel MOSFET. In the case of the second Pch tunnel MOSFET, the P + layer 31a is the source and the N + layer 32b is the drain. In the case of the second Nch tunnel MOSFET, the N + layer 32b is the drain and the P + layer 31a is the source.
N+層32a及びP+層31a及び上の絶縁膜には、コンタクトホールCH1が設けられる。電極材からなる第一の端子FP1は、コンタクトホールCH1を覆うように設けられ、N+層32a及びP+層31aに接続される。P+層31b及びN+層32b上の絶縁膜には、コンタクトホールCH2が設けられる。電極材からなる第二の端子SP1は、コンタクトホールCH2を覆うように設けられ、P+層31b及びN+層32bに接続される。 A contact hole CH1 is provided in the N + layer 32a and the P + layer 31a and the insulating film thereon. The first terminal FP1 made of an electrode material is provided so as to cover the contact hole CH1, and is connected to the N + layer 32a and the P + layer 31a. A contact hole CH2 is provided in the insulating film on the P + layer 31b and the N + layer 32b. The second terminal SP1 made of an electrode material is provided so as to cover the contact hole CH2, and is connected to the P + layer 31b and the N + layer 32b.
N+層32a及びP+層31aとP+層31b及びN+層32bの間の基板3上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極GD1が設けられる。基板3は、アンドープ基板からなり、ボディ端子BP1に接続される。ゲート電極GD1上の絶縁膜には、コンタクトホールCH3が設けられる。電極材からなるゲート端子GP1は、コンタクトホールCH3を覆うように設けられ、ゲート電極GD1に接続される。
A gate electrode GD1 is provided on the
第一のNch トンネルMOSFET、第一のPch トンネルMOSFET、第二のPch トンネルMOSFET、及び第二のNch トンネルMOSFETは、ゲート電極GD1及びボディ端子BP1を共有している。トンネルMOSFET100は、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、Pch トンネルMOSトランジスタ或いはNch トンネルMOSトランジスタ動作できる構造となっている。詳細は後述する。
The first Nch tunnel MOSFET, the first Pch tunnel MOSFET, the second Pch tunnel MOSFET, and the second Nch tunnel MOSFET share the gate electrode GD1 and the body terminal BP1. The
図17に示すように、活性領域(素子領域)AR1は、埋め込み絶縁膜2に対して突き出た四角柱構造を有する。ゲート電極GP1は、例えば馬蹄形形状を有する。ゲート電極GP1は、活性領域(素子領域)AR1の第一主面(上面)、第二主面(上面に隣接する側面)、及び第三主面(上面に隣接する側面)上に設けられる。トンネルMOSFET100は、SOI基板の埋め込み絶縁膜2上の基板3(活性領域(素子領域)AR1)に形成されたFIN トンネルFETである。
As shown in FIG. 17, the active region (element region) AR <b> 1 has a quadrangular prism structure protruding from the buried insulating
次に、高抵抗素子が付加された場合のトンネルMOSFETの動作について図18及び図19を参照して説明する。 Next, the operation of the tunnel MOSFET when a high resistance element is added will be described with reference to FIGS.
図18(a)はドレイン電流が第一の端子から第二の端子に流れ、第一の端子側に高抵抗素子が付加された場合のトンネルMOSFETの動作を説明する図である。図18(b)はドレイン電流が第一の端子から第二の端子に流れ、第二の端子側に高抵抗素子が付加された場合のトンネルMOSFETの動作を説明する図である。 FIG. 18A is a diagram for explaining the operation of the tunnel MOSFET when a drain current flows from the first terminal to the second terminal and a high resistance element is added to the first terminal side. FIG. 18B is a diagram for explaining the operation of the tunnel MOSFET when a drain current flows from the first terminal to the second terminal and a high resistance element is added to the second terminal side.
図18(a)に示すように、第一のNch トンネルMOSFETの第一の端子FP1側をドレイン、第二の端子SP1側をソースとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第一のNch トンネルMOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。第二のPch トンネルMOSFETはオフしている。 As shown in FIG. 18 (a), the first terminal FP1 side of the first Nch tunnel MOSFET is the drain, the second terminal SP1 side is the source, the first terminal FP1, the second terminal SP1, and the gate terminal. The first Nch tunnel MOSFET can be turned on by appropriately setting the voltages applied to GP1 and body terminal BP1 to optimal values. At this time, a large drain current can flow. The second Pch tunnel MOSFET is off.
図18(b)に示すように、第二のPch トンネルMOSFETの第一の端子FP1側をソース、第二の端子SP1側をドレインとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第二のPch トンネルMOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。第一のNch トンネルMOSFETはオフしている。 As shown in FIG. 18B, the first terminal FP1 side of the second Pch tunnel MOSFET is the source, the second terminal SP1 side is the drain, the first terminal FP1, the second terminal SP1, and the gate terminal. The second Pch tunnel MOSFET can be turned on by appropriately setting the voltages applied to GP1 and body terminal BP1 to optimal values. At this time, a large drain current can flow. The first Nch tunnel MOSFET is off.
図19(a)はドレイン電流が第二の端子から第一の端子に流れ、第一の端子側に高抵抗素子が付加された場合のトンネルMOSFETの動作を説明する図である。図19(b)はドレイン電流が第二の端子から第一の端子に流れ、第二の端子側に高抵抗素子が付加された場合のトンネルMOSFETの動作を説明する図である。 FIG. 19A illustrates the operation of the tunnel MOSFET when a drain current flows from the second terminal to the first terminal and a high resistance element is added to the first terminal side. FIG. 19B is a diagram for explaining the operation of the tunnel MOSFET when a drain current flows from the second terminal to the first terminal and a high resistance element is added to the second terminal side.
図19(a)に示すように、第一のPch トンネルMOSFETの第一の端子FP1側をドレイン、第二の端子SP1側をソースとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第一のPch トンネルMOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。第二のNch トンネルMOSFETはオフしている。 As shown in FIG. 19A, the first terminal FP1 side of the first Pch tunnel MOSFET is the drain, the second terminal SP1 side is the source, the first terminal FP1, the second terminal SP1, and the gate terminal. The first Pch tunnel MOSFET can be turned on by appropriately setting the voltages applied to GP1 and body terminal BP1 to optimal values. At this time, a large drain current can flow. The second Nch tunnel MOSFET is off.
図19(b)に示すように、第二のNch トンネルMOSFETの第一の端子FP1側をソース、第二の端子SP1側をドレインとし、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第二のNch トンネルMOSFETをオン状態にすることができる。このとき、大きなドレイン電流を流すことができる。このとき、第一のPch トンネルMOSFETはオフしている。 As shown in FIG. 19B, the first terminal FP1 side of the second Nch tunnel MOSFET is the source, the second terminal SP1 side is the drain, the first terminal FP1, the second terminal SP1, and the gate terminal. The second Nch tunnel MOSFET can be turned on by appropriately setting the voltages applied to GP1 and the body terminal BP1 to optimal values. At this time, a large drain current can flow. At this time, the first Pch tunnel MOSFET is off.
つまり、トンネルMOSFET100では、第一の端子FP1或いは第二の端子SP1側に高抵抗成分が付加されても、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、大きなドレイン電流を流すことができる。
That is, in the
上述したように、本実施形態の半導体装置では、活性領域(素子領域)AR1表面に、P+層31a、P+層31b、N+層32a、及びN+層32bが設けられる。N+層32a及びP+層31aとP+層31b及びN+層32bの間の基板3上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極GD1が設けられる。N+層32a及びP+層31aは第一の端子FP1に接続される。P+層31b及びN+層32bは第二の端子SP1に接続される。N+層32a、P+層31bは、第一のNch トンネルMOSFET及び第一のPch トンネルMOSFETのソース或いはドレインとなる。P+層31a、N+層32bは第二のNch トンネルMOSFET及び第二のPch トンネルMOSFETのソース或いはドレインとなる。トンネルMOSFET100は、基板3の表面をエッチングして形成された活性領域(素子領域)AR1上に形成される。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the P + layer 31a, the P + layer 31b, the N + layer 32a, and the N + layer 32b are provided on the surface of the active region (element region) AR1. A gate electrode GD1 is provided on the
このため、第一の端子FP1或いは第二の端子SP1側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加されても、第一の端子FP1、第二の端子SP1、ゲート端子GP1、及びボディ端子BP1に印加する電圧を適宜最適な値に設定することにより、第一のNch トンネルMOSFET、第一のPch トンネルMOSFET、第二のNch トンネルMOSFET、第二のPch トンネルMOSFETのいずれかを動作させることができるのでドレイン電流の低下を抑制することができる。したがって、トンネルMOSFET100が動作するときに、大きなドレイン電流を流すことができる。
For this reason, even if a high resistance component such as a high resistance element or parasitic high resistance is added to the first terminal FP1 or the second terminal SP1, the first terminal FP1, the second terminal SP1, the gate terminal GP1, And the voltage applied to the body terminal BP1 is appropriately set to an optimal value, so that one of the first Nch tunnel MOSFET, the first Pch tunnel MOSFET, the second Nch tunnel MOSFET, and the second Pch tunnel MOSFET is Since it can be operated, a decrease in drain current can be suppressed. Therefore, a large drain current can flow when the
(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図20は半導体装置を示す回路図である。本実施形態では、SRAMセルにPch/Nch動作できるMOSFETを用いている。
(Third embodiment)
Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a circuit diagram showing a semiconductor device. In the present embodiment, a MOSFET capable of Pch / Nch operation is used for the SRAM cell.
図20に示すように、半導体装置は、制御部60、SRAMセル200が設けられる。半導体装置は、SRAMを有するメモリLSIである。
As shown in FIG. 20, the semiconductor device is provided with a
SRAMセル200は、SARMにマトリックス状に複数配置される。SRAMセル200は、記憶部61、制御トランジスタ62、及び制御トランジスタ63が設けられる。制御トランジスタ62及び制御トランジスタ63は、第一の実施形態のMOSFET90と同様な構造を有し、同様な動作をする。なお、代わりに第二の実施形態のトンネルMOSFET100を用いてもよい。
A plurality of
制御部60は、ビット線BL、ビット線BLb、ワード線WL、ワード線WLb、サブストレート線SL、サブストレート線Slbに接続され、SRAMセル200の書き込み、読み出し、消去などの動作を制御する信号を生成する。
The
記憶部61は、ノードN1とノードN2の間に設けられ、情報を記憶する。記憶部61は、インバータINV1、インバータINV2が設けられる。インバータINV1は、入力側がノードN1に接続され、出力側がノードN2に接続される。インバータINV2は、入力側がノードN2に接続され、出力側がノードN1に接続される。
The
制御トランジスタ62は、ビット線BLとノードN1の間に設けられる。制御トランジスタ62は、書き込み、読み出し、消去などのときに動作する。第一の端子FP1はビット線BLに接続される。第二の端子SP1はノードN1に接続される。ゲート端子GP1はワード線WLに接続される。ボディ端子BP1はサブストレート線SLに接続される。制御トランジスタ62は、第一の端子FP1或いは第二の端子SP1側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加されても、ビット線BL側或いはノードN1側に大きなドレイン電流を流すことができる。このため、制御トランジスタ62は、動作特性が劣化しない(SRAMセル200の動作マージンが低下しない)。
The
制御トランジスタ63は、ビット線BLbとノードN2の間に設けられる。制御トランジスタ63は、書き込み、読み出し、消去などのときに動作する。第一の端子FP1はビット線BLbに接続される。第二の端子SP1はノードN2に接続される。ゲート端子GP1はワード線WLbに接続される。ボディ端子BP1はサブストレート線SLbに接続される。制御トランジスタ63は、第一の端子FP1或いは第二の端子SP1側に高抵抗素子や寄生高抵抗などの高抵抗成分が付加されても、ビット線BLb側或いはノードN2側に大きなドレイン電流を流すことができる。このため、制御トランジスタ63は、動作特性が劣化しない(SRAMセル200の動作マージンが低下しない)。
The
上述したように、本実施形態の半導体装置では、制御部60、SRAMセル200が設けられる。SRAMセル200は、記憶部61、制御トランジスタ62、及び制御トランジスタ63が設けられる。制御トランジスタ62及び制御トランジスタ63は、第一の実施形態のMOSFET90と同様な構造を有し、同様な動作をする。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the
このため、ビット線BL或いはノードN1側に高抵抗成分が付加、ビット線BLb或いはノードN2側に高抵抗成分が付加されてもSRAMセル200の動作マージンの低下を抑制することができる。
Therefore, even if a high resistance component is added to the bit line BL or the node N1 side and a high resistance component is added to the bit line BLb or the node N2 side, it is possible to suppress a decrease in the operation margin of the
なお、実施形態では、ゲート電極膜6を有するMOSFETに適用しているがJ−FET(junction FET)、MESFET、ゲートにカーボンナノワイヤを用いたMOSFETなどに適用してもよい。第三の実施形態ではSRAMに適用しているが、MRAM(magnetic random access memory)、スイッチなどに適用することができる。
In the embodiment, the present invention is applied to the MOSFET having the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) アンドープSOI基板と、前記アンドープSOI基板表面に設けられ、P型の第一のソース及びドレインの一方と、前記アンドープSOI基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの他方と、前記アンドープSOI基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの一方に隣接配置されるN型の第二のソース及びドレインの一方と、前記アンドープSOI基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの他方に隣接配置される前記第二のソース及びドレインの他方と、前記第一及び第二のソース及びドレインの一方と前記第一及び第二のソース及びドレインの他方の間の前記アンドープSOI基板表面上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極膜とを具備し、前記第一のソース及びドレインと前記ゲート電極膜はPch FETを構成し、前記第二のソース及びドレインと前記ゲート電極膜はNch FETを構成する半導体装置。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Supplementary Note 1) An undoped SOI substrate, provided on the surface of the undoped SOI substrate, one of a P-type first source and drain, provided on the surface of the undoped SOI substrate, and the other of the first source and drain Provided on the surface of the undoped SOI substrate, provided on the surface of the undoped SOI substrate, and on one of the N-type second source and drain disposed adjacent to one of the first source and drain. The other of the second source and drain disposed adjacent to the other of the source and drain, the one of the first and second source and drain and the other of the first and second source and drain. A gate electrode film provided on the surface of the undoped SOI substrate and provided via a gate insulating film, the first source and drain And the gate electrode film constitutes a Pch FET, and the second source and drain and the gate electrode film constitute an Nch FET.
(付記2) 前記第一のソース及びドレインの一方と前記第二のソース及びドレインの一方は第一の端子に接続され、前記第一のソース及びドレインの他方と前記第二のソース及びドレインの他方は第二の端子に接続される付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary Note 2) One of the first source and drain and one of the second source and drain are connected to a first terminal, and the other of the first source and drain and the second source and drain are connected. The semiconductor device according to
(付記3) 前記Pch FET及び前記Nch FETは、FIN FETである付記1又は2に記載の半導体装置。
(Supplementary note 3) The semiconductor device according to
(付記4) 前記Pch及びNch FETのチャネルは、シリコンチャネル、SiGeチャネル、InAsチャネル、或いはInGaAsチャネルである付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 4) The semiconductor device according to any one of
(付記5) 前記Pch及びNch FETは、繰り返し複数配置される付記1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 5) The semiconductor device according to any one of
(付記6) 前記ゲート絶縁膜は、SiO2、SiON、HfSiO2、HfSiON、HfO2、HfZrOx、或いはHfLaOxから構成される付記1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 6) The semiconductor device according to any one of
(付記7) 前記ゲート電極膜は、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、TiN、TaC、TaN、或いはWNから構成される付記1乃至6のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 7) The semiconductor device according to any one of
(付記8) 前記Pch及びNch FETは、プレーナ型FETである付記1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 8) The semiconductor device according to any one of
1、3 基板
2 埋め込み絶縁膜
4 シャロートレンチアイソレーション(STI)
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極膜
7 絶縁膜
8 配線材
31a、31b P+層
32a、32b N+層
51 SOI基板
60 制御部
61 記憶部
62、63 制御トランジスタ
90、91 MOSFET
200 SRAMセル
AR1 活性領域(素子領域)
BL、BLb ビット線
BP1 ボディ端子
CH1〜3 コンタクトホール
FP1 第1の端子
GD1 ゲート電極
GP1 ゲート端子
INV1、2 インバータ
N1、N2 ノード
SL、SLb サブストレート
SP1 第2の端子
Vd ドレイン電圧
Vdd 高電位側電源
Vg ゲート電圧
Vs ソース電圧
Vss 低電位側電源(接地電位)
Vsub 基板電圧
WL、WLb ワード線
1, 3
5
200 SRAM cell AR1 Active region (element region)
BL, BLb Bit line BP1 Body terminal CH1-3 Contact hole FP1 First terminal GD1 Gate electrode GP1 Gate terminal INV1, Inverter N1, N2 Node SL, SLb Substrate SP1 Second terminal Vd Drain voltage Vdd High potential side power supply Vg Gate voltage Vs Source voltage Vss Low potential side power supply (ground potential)
Vsub substrate voltage WL, WLb word line
Claims (6)
前記基板表面に設けられ、第一導電型を有する第一のソース及びドレインの一方と、
前記基板表面に設けられ、第一導電型を有する前記第一のソース及びドレインの他方と、
前記基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの一方に隣接配置され、第二導電型を有する第二のソース及びドレインの一方と、
前記基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの他方に隣接配置され、第二導電型を有する前記第二のソース及びドレインの他方と、
前記第一及び第二のソース及びドレインの一方と前記第一及び第二のソース及びドレインの他方の間の前記基板表面上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極膜と、
を具備し、前記第一のソース及びドレインと前記ゲート電極膜は第一のFETを構成し、前記第二のソース及びドレインと前記ゲート電極膜は第二のFETを構成することを特徴とする半導体装置。 A substrate,
One of a first source and a drain provided on the substrate surface and having a first conductivity type;
The other of the first source and drain provided on the substrate surface and having the first conductivity type;
One of a second source and drain provided on the substrate surface, adjacent to one of the first source and drain and having a second conductivity type;
The other of the second source and drain provided on the substrate surface, adjacent to the other of the first source and drain and having the second conductivity type;
A gate electrode film provided on the substrate surface between one of the first and second sources and drains and the other of the first and second sources and drains, and a gate insulating film;
Wherein the first source and drain and the gate electrode film constitute a first FET, and the second source and drain and the gate electrode film constitute a second FET. Semiconductor device.
前記基板表面に設けられ、第一導電型を有する第一のソース及びドレインの一方と、
前記基板表面に設けられ、第二導電型を有する前記第一のソース及びドレインの他方と、
前記基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの一方に隣接配置され、第二導電型を有する第二のソース及びドレインの一方と、
前記基板表面に設けられ、前記第一のソース及びドレインの他方に隣接配置され、第一導電型を有する前記第二のソース及びドレインの他方と、
前記第一及び第二のソース及びドレインの一方と前記第一及び第二のソース及びドレインの他方の間の前記基板表面上に設けられ、ゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極膜と、
を具備し、第一のソース及びドレインと前記ゲート電極膜は第一のトンネルFETを構成し、第二のソース及びドレインと前記ゲート電極膜は第二のトンネルFETを構成することを特徴とする半導体装置。 A substrate,
One of a first source and a drain provided on the substrate surface and having a first conductivity type;
The other of the first source and drain provided on the substrate surface and having a second conductivity type;
One of a second source and drain provided on the substrate surface, adjacent to one of the first source and drain and having a second conductivity type;
The other of the second source and drain provided on the substrate surface, adjacent to the other of the first source and drain and having the first conductivity type;
A gate electrode film provided on the substrate surface between one of the first and second sources and drains and the other of the first and second sources and drains, and a gate insulating film;
And the first source and drain and the gate electrode film constitute a first tunnel FET, and the second source and drain and the gate electrode film constitute a second tunnel FET. Semiconductor device.
前記突起部表面上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜を積層形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜及びゲート電極膜で分断された突起部の第一及び第二の領域の一端側に、斜め方向から第一導電型の不純物をイオン注入する工程と、
前記ゲート絶縁膜及びゲート電極膜で分断された突起部の第一及び第二の領域の他端側に、斜め方向から第二導電型の不純物をイオン注入する工程と、
熱処理により前記第一及び第二導電型の不純物を活性化して、高不純物濃度の第一導電型のソース及びドレインの一方となる第一の半導体層、高不純物濃度の第一導電型のソース及びドレインの他方となる第二の半導体層、高不純物濃度の第二導電型のソース及びドレインの一方となる第三の半導体層、及び高不純物濃度の第二導電型のソース及びドレインの他方となる第四の半導体層を形成する工程と、
前記第一及び第三の半導体層上の絶縁膜をエッチングして第一の開口部を形成し、前記第二及び第四の半導体層上の絶縁膜をエッチングして第二の開口部を形成し、前記ゲート電極膜上の絶縁膜をエッチングして第三の開口部を形成する工程と、
前記第一の開口部を覆うように電極材を埋設して前記第一及び第三の半導体層に接続される第一の端子を形成し、前記第二の開口部を覆うように電極材を埋設して前記第二及び第四の半導体層に接続される第二の端子を形成し、前記第三の開口部を覆うように電極材を埋設して前記ゲート電極膜に接続されるゲート端子を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a protrusion having a quadrangular prism shape, the periphery of which is separated by an element isolation film and protruding from the periphery;
Forming a gate insulating film and a gate electrode film on the protrusion surface; and
A step of ion-implanting a first conductivity type impurity from an oblique direction to one end side of the first and second regions of the protrusion divided by the gate insulating film and the gate electrode film;
A step of ion-implanting a second conductivity type impurity from an oblique direction to the other end side of the first and second regions of the protruding portion divided by the gate insulating film and the gate electrode film;
The first and second conductivity type impurities are activated by heat treatment, and the first semiconductor layer serving as one of the first conductivity type source and drain having a high impurity concentration, the first conductivity type source having a high impurity concentration, and The second semiconductor layer serving as the other of the drain, the third semiconductor layer serving as one of the second conductivity type source and drain having a high impurity concentration, and the other of the source and drain of the second conductivity type having a high impurity concentration. Forming a fourth semiconductor layer;
Etching the insulating film on the first and third semiconductor layers to form a first opening, and etching the insulating film on the second and fourth semiconductor layers to form a second opening. Etching the insulating film on the gate electrode film to form a third opening;
An electrode material is embedded to cover the first opening to form a first terminal connected to the first and third semiconductor layers, and an electrode material is covered to cover the second opening. A gate terminal that is buried and forms a second terminal connected to the second and fourth semiconductor layers, and an electrode material is buried so as to cover the third opening and connected to the gate electrode film Forming a step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011045191A JP2012182368A (en) | 2011-03-02 | 2011-03-02 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9209286B2 (en) | 2013-08-29 | 2015-12-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
JP2017521855A (en) * | 2014-07-08 | 2017-08-03 | インテル・コーポレーション | Negative differential resistance based memory |
-
2011
- 2011-03-02 JP JP2011045191A patent/JP2012182368A/en not_active Withdrawn
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