JP2012199274A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、第1絶縁膜上に設けられ、第1領域と第1領域よりも幅の広い第2および第3領域とを有しこれらの第2および第3領域の少なくとも一方が第1領域に接続するように構成された第1半導体層と、第1半導体層の上面に設けられるマスクと、を形成する工程と、マスクを用いて、前記第1半導体層の第1領域の側面にイオン注入を行う第1イオン注入を行う工程と、イオン注入を行った後に、第1熱処理を行う工程と、マスクを除去した後、第1半導体層の前記第1領域の少なくとも側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の、第2および第3領域側の側面に絶縁体のゲート側壁を形成する工程と、少なくとも第1半導体層の第2および第3領域に第2イオン注入を行う工程と、とを備えている。
【選択図】図1
Description
第1実施形態による半導体装置について図1乃至図3を参照して説明する。この実施形態の半導体装置は、多結晶シリコンのナノワイヤトランジスタ(以下、ナノワイヤトランジスタともいう)を備えている。このナノワイヤトランジスタの平面図を図1に示し、図1に示す切断面A−Aで切断した場合の断面図を図2に示し、図1に示す切断面B−Bで切断した場合の断面図を図3に示す。なお、断面A−Aはゲート長方向の断面を示し、断面B−Bはゲート幅方向の断面を示す。
第2実施形態による半導体装置を図12乃至図15に示す。この第2実施形態の半導体装置は、多結晶シリコンのナノワイヤトランジスタを備えている。このナノワイヤトランジスタの平面図を図12に示し、図12に示す切断面A−Aで切断した場合の断面図を図13に示し、図12に示す切断面B−Bで切断した場合の断面図を図14に示し、図12に示す切断面C−Cで切断した場合の断面図を図15に示す。なお、断面A−Aはゲート長方向の断面を示し、断面B−Bはゲート幅方向の断面を示す。
第3実施形態の半導体装置について、図20乃至図23および図1を参照して説明する。
2 酸化膜
3 ナノワイヤ領域
3a ナノワイヤ領域
3b ナノワイヤ領域
4 多結晶シリコン層
4a 多結晶シリコン層
4b 多結晶シリコン層
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 ゲート側壁
8 ソース領域
8a ソース領域
8b ソース領域
9 ドレイン領域
9a ドレイン領域
9b ドレイン領域
12 非晶質シリコン層
12a 非晶質シリコン層
13 ハードマスク層
13a ハードマスク
16 酸化膜
18 エピタキシャル成長で形成されたシリコン層
19 非晶質シリコン層
19a 非晶質シリコン層
Claims (19)
- 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に設けられ、第1領域と前記第1領域よりも幅の広い第2および第3領域とを有しこれらの第2および第3領域の少なくとも一方が前記第1領域に接続するように構成された第1半導体層と、前記第1半導体層の上面に設けられるマスクと、を形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第1半導体層の第1領域の側面にイオン注入を行う第1イオン注入を行う工程と、
前記第1イオン注入を行った後に、第1熱処理を行う工程と、
前記マスクを除去した後、前記第1半導体層の前記第1領域の少なくとも側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の、前記第2および第3領域側の側面に絶縁体のゲート側壁を形成する工程と、
少なくとも前記第1半導体層の前記第2および第3領域に第2イオン注入を行う工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1熱処理を行う工程によって、前記第1半導体層の前記第1領域は、この第1領域に接続する前記第2および第3領域の少なくとも一方の結晶を種として結晶化されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1イオン注入を行う前の前記第1半導体層は多結晶半導体であり、
前記第1イオン注入を行う工程によって、前記第1半導体層の前記第1領域は非晶質化し、
前記第1熱処理を行う工程によって、前記第1半導体層の前記第1領域は、この第1領域に接続する前記第2および第3領域の少なくとも一方の結晶を種として結晶化されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1イオン注入を行う工程は、前記第2領域から前記第3領域に向かう方向に対して傾くとともに前記第1領域の上面の法線に対して0度より大きく90度未満の角度でイオン注入を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記マスクを形成する前の前記第1半導体層は非晶質半導体であり、
前記マスクを形成した後でかつ前記第1イオン注入を行う前に、第2熱処理を行って前記第1半導体層を多結晶化する工程を更に備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記マスクを形成する前の前記第1半導体層は非晶質半導体であり、
前記第1半導体層と前記第1半導体層の上面に設けられるマスクとを形成する工程は、
前記第1絶縁膜上に非晶質半導体層を形成する工程と、
前記非晶質半導体層上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングしてマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第1半導体層をパターニングする工程と、
を備え、
前記マスクを形成した後でかつ前記第1イオン注入を行う前に、第2熱処理を行って前記第1半導体層を多結晶化する工程を更に備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1半導体層の第1領域は、前記第2および第3領域に接続していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1半導体層の第1領域は、前記第2および第3領域の一方に接続するが他方には接続せず、
前記第1領域と、前記第2および第3領域の他方とを電気的に接続する工程を更に備えていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に設けられ、第1領域と前記第1領域よりも幅の広い第2および第3領域とを有しこれらの第2および第3領域の少なくとも一方が前記第1領域に接続するように構成された第1半導体層と、前記第1半導体層の上面に設けられる第2絶縁層と、前記第2絶縁層に設けられ、第4領域と前記第4領域よりも幅の広い第5および第6領域とを有しこれらの第5および第6領域の少なくとも一方が前記第4領域に接続するように構成された第2半導体層と、前記第2半導体層上に設けられるマスクとを形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第1および第2半導体層の第1および第4領域の側面にイオン注入を行う第1イオン注入を行う工程と、
前記第1イオン注入を行った後に、第1熱処理を行う工程と、
前記マスクを除去した後、前記第1および第2半導体層の前記第1および第4領域の少なくとも側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の、前記第2および第3領域側の側面に絶縁体のゲート側壁を形成する工程と、
少なくとも前記第1半導体層の前記第2および第3領域と前記第2半導体層の前記第5および第6領域に第2イオン注入を行う工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1熱処理を行う工程によって、前記第1半導体層の前記第1領域は、この第1領域に接続する前記第2および第3領域の少なくとも一方の結晶を種として結晶化され、
前記第2半導体層の前記第4領域は、この第4領域に接続する前記第5および第6領域の少なくとも一方の結晶を種として結晶化されることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1イオン注入を行う前の前記第1および第2半導体層は多結晶半導体であり、
前記第1イオン注入を行う工程によって、前記第1および第2半導体層の前記第1および第4領域は非晶質化し、
前記第1熱処理を行う工程によって、前記第1半導体層の前記第1領域は、この第1領域に接続する前記第2および第3領域の結晶を種として結晶化されるとともに、前記第2半導体層の前記第4領域は、この第4領域に接続する前記第5および第6領域の結晶を種として結晶化されることを特徴とする請求項9または10記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1イオン注入を行う工程は、前記第5領域から前記第6領域に向かう方向に対して傾くとともに前記第4領域の上面の法線に対して0度より大きく90度未満の角度でイオン注入を行うことを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記マスクを形成する前の前記第1および第2半導体層は非晶質半導体であり、
前記マスクを形成した後でかつ前記第1イオン注入を行う前に、第2熱処理を行って前記第1および第2半導体層を多結晶化する工程を更に備えていることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記マスクを形成する前の前記第1および第2半導体層は非晶質半導体であり、
前記第1半導体層と、第2絶縁層と、前記第2半導体層と、前記マスクとを形成する工程は、
前記第1絶縁膜上に第1非晶質半導体層を形成する工程と、
前記第1非晶質半導体層上に前記第2絶縁層を形成する工程と、
前記第2絶縁層上に第2非晶質半導体層を形成する工程と、
前記第2非晶質半導体層上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングしてマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第2非晶質半導体層、前記第2絶縁層、および前記第1非晶質半導体層をパターニングする工程と、
を備え、
前記マスクを形成した後でかつ前記第1イオン注入を行う前に、第2熱処理を行って前記第1および第2半導体層を多結晶化する工程を更に備えていることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1半導体層の第1領域は、前記第2および第3領域に接続し、
前記第2半導体層の第4領域は、前記第5および第6領域に接続していることを特徴とする請求項9乃至14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1半導体層の第1領域は、前記第2および第3領域の一方に接続するが他方には接続せず、
前記第2半導体層の第4領域は、前記第5および第6領域の一方に接続するが他方には接続せず、
前記第1領域と、前記第2および第3領域の他方とを電気的に接続する工程と、前記第4領域と、前記第5および第6領域の他方とを電気的に接続する工程を更に備えていることを特徴とする請求項9乃至14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1イオン注入を行う工程のイオン種として、Ge、F、N、C、B、P、As、Ar、Siのいずれかを用いることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 絶縁膜上に設けられ、第1領域と前記第1領域よりも幅の広い第2および第3領域とを有しこれらの第2および第3領域の一方が前記第1領域に接続するように構成された多結晶半導体層と、
前記多結晶半導体層の前記第1領域の少なくとも側面に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の、前記第2および第3領域側の側面に設けられた絶縁体のゲート側壁と、
を備え、
前記第1領域における単位体積当たりの不純物の含有量は、前記第2および第3半導体領域における単位体積当たりの前記不純物の含有量よりも多いことを特徴とする半導体装置。 - 前記不純物は、Ge、F、Arのうちのいずれかであることを特徴とする請求項18記載の半導体装置。
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