JP2789931B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2789931B2
JP2789931B2 JP4121550A JP12155092A JP2789931B2 JP 2789931 B2 JP2789931 B2 JP 2789931B2 JP 4121550 A JP4121550 A JP 4121550A JP 12155092 A JP12155092 A JP 12155092A JP 2789931 B2 JP2789931 B2 JP 2789931B2
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    • Y10S257/903FET configuration adapted for use as static memory cell
    • Y10S257/904FET configuration adapted for use as static memory cell with passive components,, e.g. polysilicon resistors

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
高密度集積回路に組み込まれるTFT(Thin Fi
lm Transistorの略)の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】基板の上に設けられた半導体薄膜をチャ
ネル領域として形成されたMOSトランジスタは薄膜ト
ランジスタ(TFT)と呼ばれている。TFTは、例え
ば、液晶ディスプレイを駆動するためのスイッチングマ
トリクス素子として、開発が進められてきた。半導体装
置においても、これの高集積化に伴ない、TFTが着目
されるようになってきた。これは、半導体基板の表面に
あらかじめ形成されたトランジスタ上にTFTを積層す
ることにより、半導体装置をより高集積化することが可
能になるためである。特に、SRAMにおいては、従来
の多結晶シリコンからなる負荷素子の代りに、Pチャネ
ルのTFTを負荷素子として採用することが進められて
いる。
【0003】従来の半導体装置に用いられるTFTは、
例えば、半導体基板上に設けられた絶縁膜上にゲート電
極が形成され、このゲート電極の表面がゲート絶縁膜で
被覆され、ゲート絶縁膜の上に堆積された半導体薄膜に
ソース領域,ドレイン領域,およびチャネル領域が形成
された構造を有している。(このように、ゲート電極が
半導体薄膜の下に形成されているTFTは、ボトム・ゲ
ート型のTFTと呼ばれる。一方、ゲート電極が半導体
薄膜の上に形成されているTFTは、トップ・ゲート型
のTFTと呼ばれる。)多くの場合、チャネル領域は半
導体基板表面に平行に配置される。このチャネル幅およ
びチャネル長は、微細加工時の最小寸法以下にはできな
い。
【0004】この欠点を緩和するため、ゲート電極の側
面に形成された部分の半導体薄膜をチャネル領域とする
構造のTFTが、例えば、1984年シンポジウム−オ
ン−ブイ・エル・エス・アイ−テクノロジーの予稿集の
8,9頁(1984Symposium on VLS
I Technology,Digest of Te
chnical Papers,pp.8−9)に報告
されている。
【0005】半導体装置の略断面図である図14を参照
すると、上記報告のTFTは、ボトム・ゲート型のTF
Tである。このTFTを含む半導体装置は、以下のよう
に構成される。P型のシリコン基板201aの表面には
NチャネルMOSトランジスタが設けられている。この
NチャネルMOSトランジスタは、P型のシリコン基板
201aの表面に設けられたN+ 型ソース領域205お
よびN+ 型ドレイン領域206,シリコン基板201a
上に設けられたゲート酸化膜203,および第1のゲー
ト酸化膜203を介してシリコン基板201a上に設け
られたゲート電極204aから構成される。このゲート
電極204aは、N+ 型の多結晶シリコンからなる。
【0006】このNチャネルMOSトランジスタ上に形
成されたTFTのゲート電極は、NチャネルMOSトラ
ンジスタのゲート電極と共通である。このNチャネルM
OSトランジスタのゲート電極204a,N+ 型ソース
領域205,およびN+ 型ドレイン領域206の表面を
覆って設けられたゲート酸化膜213aが、このTFT
のゲート絶縁膜となる。ゲート酸化膜213a上には多
結晶シリコン薄膜が設けられる。P型不純物をシリコン
基板に対して垂直にイオン注入することにより、この多
結晶シリコン薄膜に、このTFTのP+ 型ソース領域2
15a,P+ 型ドレイン領域216a,およびチャネル
領域211aが形成される。チャネル領域211aは、
ゲート酸化膜213aを介して、ゲート電極204aの
側面に形成される。P+ 型ソース領域215aは、ゲー
ト酸化膜213aを介して、N+型ソース領域205a
並びにN+ 型ドレイン領域206aの上面に形成され
る。P+ 型ドレイン領域216aは、ゲート酸化膜21
3aを介して、ゲート電極204aの上面に形成され
る。このTFTのチャネル領域211aの表面はサイド
ウォール用のシリコン酸化膜221により覆われ、さら
にTFTの表面はシリコン酸化膜222により覆われて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記報告のTFTで
は、チャネル電流はシリコン基板201aの表面に対し
て垂直方向に流れる。このTFTのチャネル長は、ゲー
ト電極204aの高さ(膜厚)でほぼ決まるため、微細
加工時の最小寸法以下にすることが可能であり、TFT
の微細化に適している。しかしながら、上記構造のTF
Tの場合、チャネル長の短かいトランジスタであるにも
かかわらず、ゲート酸化膜213aを介してゲート電極
204aの上面に形成されたドレイン領域216aとチ
ャネル領域211aとの界面がゲート酸化膜213a上
にあるため、ドレイン領域216a端での電界が大き
く、リーク電流の増加などの特性劣化の原因となる。
【0008】この欠点を改善する提案が、特開平2−3
0147号公報でなされている。半導体装置の略断面図
である図15を参照すると、上記公報記載のTFTは、
シリコン基板201b上に形成された第1の絶縁膜21
2上に設けられている。このTFTのゲート電極204
bは多結晶シリコンからなり、第1の絶縁膜212上に
形成される。このゲート電極204bの側面にはこのT
FTのゲート絶縁膜213bが設けられ、ゲート電極2
04bの上面には膜厚200nm程度の充分に厚い第2
の絶縁膜223が設けられている。ゲート絶縁膜213
b,第1の絶縁膜212,223を覆って設けられた多
結晶シリコン薄膜に、上記報告と同様に、P型不純物を
シリコ基板201bに対して垂直にイオン注入すること
により、このTFTのP+ 型ソース領域215b,P+
型ドレイン領域216b,およびチャネル領域211b
が形成される。このTFTは、第2の絶縁膜223の存
在により、P+ 型ドレイン領域216bがゲート電極2
04bに対してオフ・セット構造になっており、P+
ドレイン領域216b端での電界が緩和されることにな
る。このため、上記報告のTFTに較べて、このTFT
は、特性改善ができる。
【0009】上記公報記載のTFTを高密度集積回路に
適用する例として、SRAMのP型負荷素子が挙られ
る。上述のように半導体薄膜として多結晶シリコン薄膜
を用いたTFTは、チャネル領域211bが多結晶シリ
コンであることから、単結晶シリコン表面に形成したM
OSトランジスタと較べると、特性が劣る。多結晶シリ
コンは単結晶シリコンに較べて不純物の拡散係数が大き
いため、チャネル長の短かいTFTを形成しても特性は
悪い。PチャネルのTFTではソース,ドレイン領域を
形成するためにBあるいはBF2 のイオン注入を行なう
が、ソース領域とドレイン領域との注入間隔が0.8μ
m以下になると、ショート・チャネル効果のため、TF
Tのオフ電流が増大する。ゲート電極に対してドレイン
領域の端部がオフ・セット構造となっていないとき、注
入間隔が0.8μmとした場合のオフ時のリーク電流
(ドレイン電圧=−3.3ボルト)は1pA/μmであ
るが、注入間隔が0.7μmとした場合のオフ時のリー
ク電流は10〜100pA/μmとなる。さらに注入間
隔を0.1μm短かくすると、オフ時のリーク電流は2
桁以上増加する。すなわち、ソース領域とドレイン領域
との注入間隔が0.8μm以下になると、オフ時のリー
ク電流に対するオフ・セット構造の効果はほとんどなく
なり、ゲート電圧0ボルトでもオフしなくなる。これに
対して、ソース領域とドレイン領域との注入間隔の長い
領域では、ショート・チャネル効果が小さくなるためオ
フ時のリーク電流は低減し、オフ・セット構造のドレイ
ン領域を有するTFTの方がオフ時のリーク電流は小さ
くなる傾向を有する。従って、上記公報記載のTFT
は、現状の特性が大幅に改善されない限り、実用上の利
点はほとんど無いと考えられる。SRAMのP型負荷素
子の場合には、オフ時のリーク電流に対する厳しい要求
があり、上記公報記載のTFTではその要求に答えるこ
とはできない。
【0010】また、SRAMなどのように高速動作が要
求される場合には、不要な寄生容量はできるだけ小さく
する必要がある。上記報告のTFTでは、N+ 型ソース
領域205並びにN+ 型ドレイン領域206とP+ 型ソ
ース領域215aとの間のカップリング容量,およびP
+ 型ドレイン領域216aとゲート電極204aとの間
のカップリング容量が大きく、高速動作の妨げになる。
また、上記公報記載のTFTでは、ゲート電極204b
がSRAMのNチャネルの駆動トランジスタのゲート電
極となり、このTFTのP+ 型ソース領域215aの直
下には第1の絶縁膜212ではなくこの駆動トランジス
タのゲート絶縁膜が形成され、さらにその下にはこの駆
動トランジスタのソース,あるいはドレイン領域が形成
されているため、これらとこのTFTのP+ 型ソース領
域215bとの間のカップリング容量が大きく、高速動
作の妨げになる。
【0011】本発明の目的は、高速動作に適し,かつリ
ーク電流の少ない微細化に適したTFTを有する半導体
装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に設けられた凸部を含めて半導体基板上を
覆って設けられた絶縁膜を有し、この凸部の側面の一部
を含んで凸部を除く部分に延在して絶縁膜上に設けられ
た第1の部分,この第1の部分から分離した位置におい
てこの凸部の側面の一部を含んで凸部を除く部分に延在
して絶縁膜上に設けられた第2の部分,および上記第1
の部分と上記第2の部分とを接続してこの凸部の側面の
絶縁膜上にのみ設けられた第3の部分からなる半導体薄
膜を有し、この半導体薄膜の第1の部分をソース領域と
し,この半導体薄膜の第2の部分をドレイン領域とし,
かつこの半導体薄膜の第3の部分をチャネル領域とする
TFTを有することを特徴とする。
【0013】好ましくは、上記半導体基板がシリコン基
板であり、上記凸部がシリコン基板表面に形成されたM
OSトランジスタのゲート電極である。
【0014】好ましくは、このTFTは半導体薄膜上に
設けられたゲート絶縁膜とこのゲート絶縁膜上に設けら
れたゲート電極とを有する。もしくは、上記MOSトラ
ンジスタのゲート電極をこのTFTのゲート電極として
共有し、かつ、半導体薄膜の第3の部分と上記MOSト
ランジスタのゲート電極との間の部分の上記絶縁膜がこ
のTFTのゲート絶縁膜である。
【0015】好ましくは、この半導体装置がSRAMで
あり、上記シリコン基板がP型のシリコン基板であり、
上記MOSトランジスタがNチャネルMOSトランジス
タからなる駆動トランジスタであり、上記半導体薄膜が
多結晶シリコンからなり、上記TFTがPチャネルのT
FTからなる負荷素子である。
【0016】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0017】半導体装置の略平面図である図1と、図1
におけるAA線,BB線,およびCC線での略断面図で
ある図2(A),(B),および(C)とを併せて参照
すると、本発明の第1の実施例は、以下に述べる構造の
PチャネルのTFTを有する半導体装置である。P型の
シリコン基板101の表面にはフィールド酸化膜112
が形成され、このフィールド酸化膜112には側面を含
む凸部112aが設けられている。この凸部112aの
高さは0.1μm程度である。この側面の一部以外の凸
部112aを除く部分に延在してフィールド酸化膜11
2上に設けられた第1の部分,この第1の部分から分離
した位置において上記側面の一部以外の凸部112aを
除く部分に延在してフィールド酸化膜112上に設けら
れた第2の部分,および上記第1の部分と上記第2の部
分とを接続するとともにこの凸部112aの側面にのみ
に設けれた第3の部分には、膜厚30〜50nm程度の
N型の多結晶シリコン薄膜(この多結晶シリコン薄膜の
形成方法の詳細は、後述する。)が形成されている。こ
の多結晶シリコン薄膜,凸部112a,およびフィール
ド酸化膜112上には気相成長法によるゲート酸化膜1
13aが形成されている。ゲート酸化膜113aを介し
て、上記第3の部分の多結晶シリコン薄膜を覆う姿態を
有して、ゲート電極用の多結晶シリコン膜が形成されて
いる。BもしくはBF2 のイオン注入により、ゲート電
極用の多結晶シリコン膜はこのTFTのP+ 型のゲート
電極114となり、第1の部分の多結晶シリコン薄膜は
このTFTのP+ 型ソース領域115となり、第2の部
分の多結晶シリコン薄膜はこのTFTのP+ 型ドレイン
領域116となる。この段階で、上記第3の部分の多結
晶シリコン薄膜はこのTFTのチャネル領域111aと
なる。このチャネル領域111aは、シリコン基板10
1の表面に対して垂直に形成される。また、チャネル電
流は、シリコン基板101の表面に対して平行な方向に
流れることになる。なお、理解を容易にするため、図1
の略平面図では、P+ 型ソース領域115およびP+
ドレイン領域116には斜め左下りのハッチングを施
し、チャネル領域111aには斜め右下りのハッチング
を施してある。
【0018】このTFTのゲート長(凸部112aがこ
のゲート電極114により覆われる長さ)が例えば1.
2μm程度とすると、P+ 型ソース領域115とゲート
電極114とのオーバーラップ,およびP+ 型ドレイン
領域116とゲート電極114とのオーバーラップはそ
れぞれ0.2μm程度となり、このTFTのチャネル長
(チャネル領域111aの長さ)は0.8μm程度にな
る。また、このTFTのチャネル幅は凸部112aの高
さにより決り、0.2μm程度(凸部112aの高さの
2倍)となる。すなわち、微細加工時の最小寸法以下の
チャネル幅を有するTFTが得られる。ここでは、チャ
ネル領域111aが凸部112aの2つの側面に形成さ
れているが、凸部112aの1つの側面にのみにチャネ
ル領域が形成されるならば0.1μm程度のチャネル幅
が得られる。
【0019】上記第1の実施例におけるTFTは、チャ
ネル長を短かくせずにチャネル幅を狭くすることによ
り、容易に微細化されるという効果を有する。さらにこ
のため、ショート・チャネル効果を抑制することが容易
になり、オフ時のリーク電流が低減できるという効果を
有する。また、平面的な面積を増加させることなしに、
凸部112aの高さを変えることにより、チャネル幅を
広くすることも可能である。
【0020】なお、上記第1の実施例は、半導体基板と
してはP型のシリコン基板,半導体薄膜としては多結晶
シリコン薄膜を用いたが、これらに限定されにものでは
なく、半導体基板,半導体薄膜として他の半導体材料を
用いることは可能である。
【0021】半導体装置の製造方法の主要部を説明する
ための工程順の略平面図である図3と、図3におけるA
A線での略断面図である図4と、図3におけるBB線で
の略断面図である図5とを併せて参照すると、上記第1
の実施例の半導体装置を形成するにあたり、途中工程で
形成される多結晶シリコン薄膜の形成方法は、以下のよ
うになる。
【0022】まず、P型のシリコン基板101上に、凸
部112aを有するフィールド酸化膜112が形成され
る。次に、全面に膜厚30〜50nm程度の非晶質シリ
コン薄膜が堆積される。この非晶質シリコン薄膜にN型
不純物がイオン注入され、さらに600℃程度の熱処理
が行なわれ、この非晶質シリコン薄膜はN型の多結晶シ
リコン薄膜111となる。次に、フィールド酸化膜11
2の上面並びに凸部112aの上面においてソース領域
115(図1参照)が形成される領域,およびフィール
ド酸化膜112の上面並びに凸部112aの上面におい
てドレイン領域116(図1参照)が形成される領域を
覆って、ネガ型のレジスト161が形成される。次に、
多結晶シリコン薄膜111に対して異方性のドライエッ
チングが行なわれ、凸部112aの側面並びにレジスト
161の直下のみの多結晶シリコン薄膜111が残る
〔図3(A),図4(A),図5(A)〕。
【0023】次に、2つの部分からなるレジスト161
を除去せずに、この2つの部分からなるレジスト161
を結ぶ領域の凸部112aを覆って、ポジ型のレジスト
162が形成される。次に、凸部112aの側面に残さ
れた多結晶シリコン薄膜111におけるレジスト16
1,162に覆われていない部分が、等方性のエッチン
グにより除去される〔図3(B),図4(B),図5
(B)〕。
【0024】続いて、レジスト161,162が除去さ
れた後、ゲート酸化膜113aが形成され、さらにゲー
ト電極114のP+ 化と同時に多結晶シリコン薄膜から
+型ソース領域115とP+ 型ドレイン領域116と
チャネル領域111aとが形成され、図1,図2に示し
た構造の半導体装置が得られる。
【0025】上記第1の実施例ではフィールド酸化膜に
設けられた凸部を用いてTFTが形成されているが、凸
部としては他のものを用いることができる。半導体装置
の製造方法に沿って説明するための工程順の略断面図で
ある図6を参照すると、本発明の第2の実施例は、以下
のように形成される。
【0026】まず、公知の方法により、P型のシリコン
基板101の表面にLOCOS型のシリコン酸化膜10
2,ゲート酸化膜103が形成され、膜厚0.2μm程
度のN+ 型の多結晶シリコンからなるゲート電極104
が形成され、さらにN+ 型ソース領域105,N+ 型ド
レイン領域106が形成される。これにより、P型のシ
リコン基板101の表面にNチャネルMOSトランジス
タが形成される。次に、全面に膜厚100〜200nm
程度の絶縁膜121が堆積される〔図6(A)〕。この
絶縁膜121は、段差被覆性の良い低圧気相成長法,も
しくは高温気相成長法により形成される。
【0027】次に、上記第1の実施例と同様の方法によ
り、膜厚30〜50nm程度のN型の多結晶シリコン薄
膜111が全面に形成される〔図6(B)〕。次に、上
記第1の実施例と同様の方法により、この多結晶シリコ
ン薄膜111がエッチング加工される。さらに上記第1
の実施例と同様の方法により、TFT用のゲート酸化膜
113a,P+ 型の多結晶シリコンからなるTFT用の
ゲート電極114,TFT用のP+ 型ソース領域(図示
せず),TFT用のP+ 型ドレイン領域(図示せず),
およびTFT用のチャネル領域111aが形成される
〔図6(C)〕。
【0028】上記第2の実施例におけるTFTはPチャ
ネル型である。上記第2の実施例は、第1の実施例と異
なり、凸部がシリコン基板表面に形成されたNチャネル
MOSトランジスタのゲート電極104からなる。この
TFTのチャネル領域111aのチャネル幅は、ゲート
電極104の高さに等しく、0.2μm程度である。ま
た、このTFTのチャネル領域111aは、ゲート電極
104の側面の一方の側(N+ 型ドレイン領域106が
形成されている側)にのみ形成されている。これは、N
チャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域105
は低電位に印加されるため、これの直上にチャネル領域
111aを配置することによるTFTの誤動作を防止す
るためである。上記第2の実施例のTFTは、上記第1
の実施例のTFTと同様の効果を有している。
【0029】SRAMのメモリセルの途中工程における
略平面図である図7とSRAMのメモリセルの略平面図
である図8とを併せて参照することにより、上記第2の
実施例のSRAMへの適用例について説明する。なお、
このSRAMのメモリセルは点対称であり、この適用例
は特開平3−114256号公報に記載されたSRAM
に上記第2の実施例を適用したものである。
【0030】まず、P型のシリコン基板(図示せず)表
面にシリコン酸化膜102,NチャネルMOSトランジ
スタ用のゲート酸化膜(図示せず)が形成され、膜厚
0.2μm程度のN+ 型の多結晶シリコンからなるゲー
ト電極104a,104b,およびワード線104cが
形成される。ゲート電極104a,104b,およびワ
ード線104cをマスクにしたイオン注入により、N+
型ソース領域105a,105b,N+ 型ドレイン領域
106a,106b等が形成される。これにより、ゲー
ト電極104aとN+ 型ソース領域105aとN+ 型ド
レイン領域106aとからなる第1の駆動トランジスタ
と、ゲート電極104bとN+ 型ソース領域105bと
+ 型ドレイン領域106bとからなる第2の駆動トラ
ンジスタと、ワード線104cおよびN+ 型ドレイン領
域106aおよびN+ 型ソース領域を含んでなる第1の
トタンスファトランジスタと、ワード線104cおよび
+型ドレイン領域106bおよびN+ 型ソース領域を
含んでなる第2のトタンスファトランジスタとが形成さ
れる。第1の駆動トランジスタ並びに第2の駆動トラン
ジスタのゲート長およびゲート幅は、それぞれ0.5μ
m程度および1.0μm程度である。第1のトタンスフ
ァトランジスタ並びに第2のトタンスファトランジスタ
のゲート長およびゲート幅は、それぞれ0.5μm程度
および0.5μm程度である。ゲート電極104aはダ
イレクタ・コンタクト・ホール131bを介してN+
ドレイン領域106bに接続され、ゲート電極104b
はダイレクタ・コンタクト・ホール131aを介してN
+ 型ドレイン領域106aに接続される。
【0031】次に、全面に膜厚200nm程度の絶縁膜
(図示せず)が堆積された後、前述の方法と同様の方法
により、膜厚30〜50nm程度の多結晶シリコン薄膜
からなるチャネル領域111aa,111ab並びにP
+ 型ソース領域115並びにP+ 型ドレイン領域116
a,116bと、TFT用のゲート酸化膜(図示せず)
と、P+ 型の多結晶シリコンからなるゲート電極114
a,114bとが形成される。第1の負荷トランジスタ
となるPチャネルのTFTは、TFT用のゲート酸化
膜,ゲート電極114a,チャネル領域111aa,P
+ 型ソース領域115,およびP+ 型ドレイン領域11
6aから構成される。同様に、第2の負荷トランジスタ
となるPチャネルのTFTは、TFT用のゲート酸化
膜,ゲート電極114b,チャネル領域111ab,P
+ 型ソース領域115,およびP+ 型ドレイン領域11
6bから構成される。第1の負荷トランジスタ並びに第
2の負荷トランジスタのゲート長,およびチャネル長
は、それぞれ1.2μm程度,および0.8μm程度で
ある。また、これら2つの負荷トランジスタのチャネル
幅は、0.2μm程度である。ゲート電極114aはダ
イレクタ・コンタクト・ホール132bを介してN+
ドレイン領域106bに接続され、ゲート電極114b
はダイレクタ・コンタクト・ホール132aを介してN
+ 型ドレイン領域106aに接続される〔図7〕。
【0032】なお、ダイレクタ・コンタクト・ホール1
32a,132bでは、PN接合が形成されるが、SR
AMではこれらダイレクタ・コンタクト・ホール132
a,132bを通して流れる電流はPN接合に対して順
方向の電流であるため、なんら問題とはならない。ゲー
ト電極114a,114bがN+ 型の多結晶シリコンあ
るいはシリサイド等で形成されるならば上記のPN接合
は形成されないが、この場合にはチャネル領域111a
a,111abのN型不純物の濃度をそれに応じて調整
することが必要である。
【0033】次に、全面に第1の層間絶縁膜(図示せ
ず)が形成された後、コンタクト・ホール133a,1
33b,134,135aa,135ab,135b
a,135bbがこの第1の層間絶縁膜に形成される。
次に、アルミニウムからなる第1層配線である接地配線
141a,141bと電源配線142と接続配線143
a,143bとが形成される。接地配線141a,14
1bは、それぞれコンタクト・ホール133a,133
bを介して、それぞれN+ 型ソース領域105a,10
5bに接続される。電源配線142はコンタクト・ホー
ル134を介してP+ 型ソース領域115に接続され
る。P+ 型ドレイン領域116aは、コンタクト・ホー
ル135aa,接続配線143a,およびコンタクト・
ホール135abを介して、N+ 型ドレイン領域106
aに接続される。同様に、P+ 型ドレイン領域116b
は、コンタクト・ホール135ba,接続配線143
b,およびコンタクト・ホール135bbを介して、N
+ 型ドレイン領域106bに接続される。
【0034】次に、全面に第2の層間絶縁膜(図示せ
ず)が形成された後、コンタクト・ホール136a,1
36bがこれら第1,第2の層間絶縁膜に形成される。
アルミニウムからなる第2層配線である一対のビット配
線144a,144bが形成される。ビット配線144
aは、コンタクト・ホール136aを介して、第1のト
ランスファトランジスタのN+ 型ソース領域に接続され
る。同様に、ビット配線144bは、コンタクト・ホー
ル136bを介して、第2のトランスファトランジスタ
のN+ 型ソース領域に接続される〔図8〕。これによ
り、上記第2の実施例を適用したSRAMのメモリセル
が完成する。
【0035】このSRAMは、上記第2の実施例の効果
を有する。さらに、このSRAMでは、PチャネルのT
FTのソース,ドレイン領域とNチャネルMOSトラン
ジスタからなる駆動トランジシタのソース,ドレイン領
域との間のオーバーラップがほとんど無いことから、カ
ップリング容量が低くなり、高速動作に優れているとい
う効果を有する。
【0036】半導体装置の略平面図である図9と、図9
におけるAA線,BB線,およびCC線での略断面図で
ある図10(A),(B),および(C)とを併せて参
照すると、本発明の第3の実施例は、以下に述べる構造
のPチャネルのTFTを有する半導体装置である。P型
のシリコン基板101の表面には、Nチャネル型MOS
トランジスタが形成されている。このNチャネル型MO
Sトランジスタは、P型のシリコン基板101の表面に
設けられたLOCOS型のシリコン酸化膜102および
ゲート酸化膜103と、ゲート酸化膜103上に設けら
れた膜厚0.2μm程度のN+ 型の多結晶シリコンから
なるゲート電極104と、このゲート電極104に自己
整合的にシリコ基板101の表面に設けられたN+ 型ソ
ース領域105およびN+ 型ドレイン領域106とから
構成される。このNチャネル型MOSトランジスタのゲ
ート長,およびゲート幅は、それぞれ0.5μm程度,
および1.0μm程度である。
【0037】ゲート電極104のN+ 型ドレイン領域1
06側の側面にはゲート酸化膜113bが形成され、N
+ 型ソース領域105の上面およびN+ 型ドレイン領域
106の上面およびゲート電極104の上面およびゲー
ト電極104におけるゲート酸化膜113bが形成され
いない部分の側面には、膜厚200nm程度のLOCO
S型のシリコン酸化膜102aが形成されている。ゲー
ト電極104の側面には、ゲート酸化膜113bを介し
て、膜厚30〜50nm程度の多結晶シリコン薄膜から
なるチャネル領域111aが設けられている。シリコン
酸化膜102aの所定領域上並びにシリコン酸化膜10
2の所定領域上には、このチャネル領域111aと接続
する姿態を有して、膜厚30〜50nm程度の多結晶シ
リコン薄膜からなるP+ 型ソース領域115およびP+
型ドレイン領域116が設けられている。本実施例にお
けるPチャネルのTFTのゲート電極は、上記のNチャ
ネルMOSトランジスタのゲート電極104からなる。
すなわち、このPチャネルのTFTは、ゲート電極10
4とゲート酸化膜113bとチャネル領域111aとP
+ 型ソース領域115とP+ 型ドレイン領域116とか
ら構成される。このTFTのゲート長,およびチャネル
長は、それぞれ1.0μm程度,および0.8μm程度
である。またこのTFTのチャネル幅は0.2μm程度
である。
【0038】なお、ゲート酸化膜113bは上記以外の
位置におけるゲート電極104の側面に設けてもよい
が、この場合にはTFTのソース,ドレイン領域とNチ
ャネルMOSトランジスタのソース,ドレイン領域との
オーバーラップに対する考慮が必要である。
【0039】上記第3の実施例におけるチャネル領域1
11a,P+ 型ソース領域115,およびP+ 型ドレイ
ン領域116を構成する多結晶シリコン薄膜の形成方法
は、上記第1の実施例と同じである。このTFTのゲー
ト電極104はN+ 型であるため、チャネル領域111
aのP型不純物の濃度はそれに対応した値に設定する必
要がある。上記第3の実施例は、上記第1,第2の実施
例の効果を有する。さらに、上記のP+ 型ソース領域1
15,およびP+ 型ドレイン領域116がレジスト(図
示せず)をマスクにしたイオン注入により形成されるこ
とから、オフ・セット構造のP+ 型ドレイン領域が容易
に形成されるため、このTFTは上記第1,第2の実施
例に較べてオフ時のリーク電流をさらに小さくすること
が容易である。
【0040】半導体装置の製造方法を工程順に示す略断
面図である図11を併せて参照すると、上記第3の実施
例におけるゲート酸化膜113bは、以下のように形成
される。
【0041】まず、公知の方法により、P型のシリコン
基板101の表面にLOCOS型のシリコン酸化膜10
2,ゲート酸化膜103が形成され、膜厚0.2μm程
度のN+ 型の多結晶シリコンからなるゲート電極104
が形成され、さらにN+ 型ソース領域105,N+ 型ド
レイン領域106が形成される。これにより、P型のシ
リコン基板101の表面にNチャネルMOSトランジス
タが形成される。次に、熱酸化により、ゲート電極の上
面,および側面に、膜厚10〜20nmのシリコン酸化
膜123が形成される〔図11(A)〕。次に、全面に
膜厚100nm程度のシリコン窒化膜124が堆積され
る〔図11(B)〕。次に、異方性のドライエッチング
をこのシリコン窒化膜124に施すことにより、ゲート
電極104の側面にのみシリコン窒化膜124が残る。
続いて、N+ 型ドレイン領域106側の直上のゲート電
極104の側面をレジスト(図示せず)で覆う。次に、
シリコン窒化膜に対する等方性エッチングを行なうこと
により、このレジストで覆われた部分にのみシリコン窒
化膜124が残る〔図11(C)〕。
【0042】このレジストを除去した後、残されたシリ
コン窒化膜124をマスクにした選択酸化を行なうこと
により、シリコン酸化膜102aが形成される。次に、
この残されたシリコン窒化膜124とシリコン酸化膜1
23とを除去した後、熱酸化によりN+ 型ドレイン領域
106側の直上のゲート電極104の側面にゲート酸化
膜113bが形成される(図9,図10(A)参照)。
【0043】SRAMのメモリセルの途中工程における
略平面図である図12とSRAMのメモリセルの略平面
図である図13とを併せて参照することにより、上記第
3実施例のSRAMへの適用例について説明する。
【0044】まず、P型のシリコン基板(図示せず)表
面にシリコン酸化膜102,NチャネルMOSトランジ
スタ用のゲート酸化膜(図示せず)が形成され、膜厚
0.2μm程度のN+ 型の多結晶シリコンからなるゲー
ト電極104a,104b,およびワード線104cが
形成される。ゲート電極104a,104b,およびワ
ード線104cをマスクにしたイオン注入により、N+
型ソース領域105a,105b,N+ 型ドレイン領域
106a,106b等が形成される。これにより、ゲー
ト電極104aとN+ 型ソース領域105aとN+ 型ド
レイン領域106aとからなる第1の駆動トランジスタ
と、ゲート電極104bとN+ 型ソース領域105bと
+ 型ドレイン領域106bとからなる第2の駆動トラ
ンジスタと、ワード線104cおよびN+ 型ドレイン領
域106aおよびN+ 型ソース領域を含んでなる第1の
トタンスファトランジスタと、ワード線104cおよび
+型ドレイン領域106bおよびN+ 型ソース領域を
含んでなる第2のトタンスファトランジスタとが形成さ
れる。第1の駆動トランジスタ並びに第2の駆動トラン
ジスタのゲート長およびゲート幅は、それぞれ0.5μ
m程度および1.0μm程度である。第1のトタンスフ
ァトランジスタ並びに第2のトタンスファトランジスタ
のゲート長およびゲート幅は、それぞれ0.5μm程度
および0.5μm程度である。ゲート電極104aはダ
イレクタ・コンタクト・ホール131bを介してN+
ドレイン領域106bに接続され、ゲート電極104b
はダイレクタ・コンタクト・ホール131aを介してN
+ 型ドレイン領域106aに接続される。
【0045】次に、シリコン酸化膜102a,ゲート酸
化膜113bが形成された後、膜厚30〜50nm程度
の多結晶シリコン薄膜からなるチャネル領域111a
a,111ab並びにP+ 型ソース領域115並びにP
+ 型ドレイン領域116a,116bが形成される。第
1の負荷トランジスタとなるPチャネルのTFTは、ゲ
ート酸化膜113b,ゲート電極104a,チャネル領
域111aa,P+ 型ソース領域115,およびP+
ドレイン領域116aから構成される。同様に、第2の
負荷トランジスタとなるPチャネルのTFTは、ゲート
酸化膜113b,ゲート電極104b,チャネル領域1
11ab,P+ 型ソース領域115,およびP+ 型ドレ
イン領域116bから構成される。第1の負荷トランジ
スタ並びに第2の負荷トランジスタのゲート長,および
チャネル長は、それぞれ1.2μm程度,および0.8
μm程度である。また、これら2つの負荷トランジスタ
のチャネル幅は、0.2μm程度である〔図12〕。
【0046】次に、全面に第1の層間絶縁膜(図示せ
ず)が形成された後、コンタクト・ホール133a,1
33b,134,135aa,135ab,135b
a,135bbがこの第1の層間絶縁膜に形成される。
次に、アルミニウムからなる第1層配線である接地配線
141a,141bと電源配線142と接続配線143
a,143bとが形成される。接地配線141a,14
1bは、それぞれコンタクト・ホール133a,133
bを介して、それぞれN+ 型ソース領域105a,10
5bに接続される。電源配線142はコンタクト・ホー
ル134を介してP+ 型ソース領域115に接続され
る。P+ 型ドレイン領域116aは、コンタクト・ホー
ル135aa,接続配線143a,およびコンタクト・
ホール135abを介して、N+ 型ドレイン領域106
aに接続される。同様に、P+ 型ドレイン領域116b
は、コンタクト・ホール135ba,接続配線143
b,およびコンタクト・ホール135bbを介して、N
+ 型ドレイン領域106bに接続される。
【0047】次に、全面に第2の層間絶縁膜(図示せ
ず)が形成された後、コンタクト・ホール136a,1
36bがこれら第1,第2の層間絶縁膜に形成される。
アルミニウムからなる第2層配線である一対のビット配
線144a,144bが形成される。ビット配線144
aは、コンタクト・ホール136aを介して、第1のト
ランスファトランジスタのN+ 型ソース領域に接続され
る。同様に、ビット配線144bは、コンタクト・ホー
ル136bを介して、第2のトランスファトランジスタ
のN+ 型ソース領域に接続される〔図13〕。これによ
り、上記第2の実施例を適用したSRAMのメモリセル
が完成する。
【0048】このSRAMは、上記第3の実施例の効
果,および上記第2の実施例を適用したSRAMの効果
を有する。さらに、このSRAMは、PチャネルのTF
Tのゲート電極はNチャネルMOSトランジスタのゲー
ト電極と共通であることから、上記第2の実施例を適用
したSRAMより小さなメモリセルが得られるという効
果を有する。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
は、半導体基板上に設けられた凸部を含めて半導体基板
上を覆って設けられた絶縁膜におけるこの凸部の側面の
絶縁膜上にのみにチャネル領域が形成されたTFTを有
する。このため、このTFTは半導体基板表面に対して
垂直なチャネル領域を有し、このTFTのチャネル電流
は半導体基板表面に対して平行に流れることになる。こ
のTFTのチャネル幅は上記凸部の高さにより決るた
め、微細加工時の最小寸法より狭いチャネル幅を有する
TFTが得られ、チャネル長を短かくすることなくTF
Tの微細化が容易になる。
【0050】また、このTFTをSRAMの負荷素子に
使用する場合、ショート・チャネル効果を抑制したTF
Tであるため、オフ時のリーク電流を低減することが容
易となる。さらにまたこの場合、半導体基板表面に形成
されたNチャネルMOSトランジスタのソース,ドレイ
ン領域の直上にこのTFTのソース,ドレイン領域を形
成することが回避できることなどから、このTFTのソ
ース,ドレイン領域の寄生容量を低減することが可能と
なり、高速動作に適した半導体装置を得ることが容易に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための略平面
図である。
【図2】上記第1の実施例を説明するための略断面図で
あり、分図(A),(B),および(C)はそれぞれ図
1におけるAA線,BB線,およびCC線での略断面図
である。
【図3】上記第1の実施例の製造方法の主要部を説明す
るための工程順の略平面図である。
【図4】上記第1の実施例の製造方法の主要部を説明す
るための工程順の略断面図であり、図3おけるAA線で
の略断面図である。
【図5】上記第1の実施例の製造方法の主要部を説明す
るための工程順の略断面図であり、図3おけるBB線で
の略断面図である。
【図6】本発明の第2の実施例を製造方法に沿って説明
するための工程順の略断面図である。
【図7】上記第2の実施例をSRAMに適用した場合の
メモリセルの途中工程における略平面図である。
【図8】上記第2の実施例をSRAMに適用した場合の
メモリセルの略平面図である。
【図9】本発明の第3の実施例を説明するための略平面
図である。
【図10】上記第3の実施例を説明するため略断面図で
あり、分図(A),(B),および(C)はそれぞれ図
9におけるAA線,BB線,およびCC線での略断面図
である。
【図11】上記第3の実施例の製造方法の主要部を説明
するための工程順の断面図であり、図9におけるAA線
での工程順の略断面図である。
【図12】上記第3の実施例をSRAMに適用した場合
のメモリセルの途中工程における略平面図である。
【図13】上記第3の実施例をSRAMに適用した場合
のメモリセルの略平面図である。
【図14】従来構造のTFTを有する半導体装置を説明
するための略断面図である。
【図15】別の従来構造のTFTを有する半導体装置を
説明するため略断面図である。
【符号の説明】
101,201a,201b P型シリコン基板 102,102a シリコン酸化膜(LOCOS型) 103,113a,113b,203,213a ゲ
ート酸化膜 104,104a,104b,114,114a,11
4b,204a,204b ゲート電極 104c ワード線 105,105a,105b,205 N+ 型ソース
領域 106,106a,106b,206 N+ 型ドレイ
ン領域 111 多結晶シリコン薄膜 111a,111aa,111ab,211a,211
b チャネル領域 112 フィールド酸化膜 112a 凸部 115,215a,215b P+ 型ソース領域 116,116a,116b,216a,216b
+ 型ドレイン領域 121,212,223 絶縁膜 123,221,222 シリコン酸化膜 124 シリコン窒化膜 131a,131b,132a,132b ダイレク
タ・コンタクト・ホール 133a,133b,134,135aa,135a
b,135ba,135bb,136a,136b
コンタクト・ホール 141a,141b 接地配線 142 電源配線 143a,143b 接続配線 144a,144b ビット配線 161,162 レジスト 213a ゲート絶縁膜

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に設けられた側面を有する
    凸部を含めて半導体基板上を覆って設けられた絶縁膜を
    有し、 前記側面の一部を含みかつ前記凸部以外の領域まで延在
    して前記絶縁膜上に設けられた第1の部分、前記第1の部
    分から分離した位置において前記側面の一部を含みかつ
    前記凸部以外の領域まで延在して前記絶縁膜上に設けら
    れた第2の部分、 および前記第1の部分と前記第2の部分とを接続するとと
    もに前記側面の前記絶縁膜上のみに設けられた第3の部
    分とからなる半導体薄膜を有し、 前記半導体膜の前記第1の部分をソース領域とし、前記
    半導体薄膜の前記第2の部分をドレイン領域とし、かつ
    前記半導体薄膜の前記第3の部分をチャネル領域とする
    TFTを有し、前記半導体基板がシリコン基板であり、
    前記凸部が前記シリコン基板表面に形成されたMOSト
    ランジスタのゲート電極であることを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 前記TFTが、前記半導体薄膜上に設け
    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を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記MOSトランジスタのゲート電極が
    前記TFTのゲート電極と共通であることと、 前記半導体薄膜の前記第3の部分と前記MOSトランジ
    スタのゲート電極との間の部分の前記絶縁膜がこのTF
    Tのゲート絶縁膜であることを特徴とする請求項1ある
    いは請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体装置がSRAMであり、前記
    シリコン基板がP型のシリコン基板であり、前記MOS
    トランジスタがNチャネルMOSトランジスタからなる
    駆動トランジスタであり、前記半導体薄膜が多結晶シリ
    コンからなり、前記TFTがPチャネルのTFTからな
    る負荷素子であることを特徴とする請求項2あるいは請
    求項3記載の半導体装置。
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