JP3003633B2 - Field effect transistor and method for manufacturing the same - Google Patents

Field effect transistor and method for manufacturing the same

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JP3003633B2
JP3003633B2 JP9183507A JP18350797A JP3003633B2 JP 3003633 B2 JP3003633 B2 JP 3003633B2 JP 9183507 A JP9183507 A JP 9183507A JP 18350797 A JP18350797 A JP 18350797A JP 3003633 B2 JP3003633 B2 JP 3003633B2
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俐昭 黄
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【従来の技術】本発明は電界効果トランジスタ及びその
製造方法に関し、特にサブスレッショルド特性の改善、
短チャネル効果の抑制及びオン電流の改善を可能とした
電界効果トランジスタ及びその製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an improvement in subthreshold characteristics.
The present invention relates to a field effect transistor capable of suppressing a short channel effect and improving an on-current, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゲート電極の中央部とその両端部に、仕
事関数が互いに相違する材料を夫々用いることにより、
ソース/ドレイン領域に隣接するチャネル領域に、大き
な電位障壁を形成せしめ、短チャネル効果を抑制する電
界効果トランジスタが、特開平6−232389号公報
に記載されている。このトランジスタの構造を図21に
示している。
2. Description of the Related Art By using materials having different work functions for a central portion and both end portions of a gate electrode, respectively,
A field effect transistor which forms a large potential barrier in a channel region adjacent to a source / drain region and suppresses a short channel effect is described in JP-A-6-232389. FIG. 21 shows the structure of this transistor.

【0003】図21を参照すると、シリコン基板101
上にゲート酸化膜102を介してゲート電極105が形
成され、このゲート電極の両側のシリコン基板には、n
+ 型のソース/ドレイン領域104が形成される。ゲー
ト電極の両側のシリコン基板101には、n+ 型のソー
ス/ドレイン拡散層104が形成され、ゲート電極の中
央部はn+ 型ポリシリコン105からなり、その上部に
はタングステンシリサイド107が積層され、n+ 型ポ
リシリコン105及びタングステンシリサイド107の
側面に、p+ 型ポリシリコン106が接する。
Referring to FIG. 21, a silicon substrate 101 is provided.
A gate electrode 105 is formed thereon with a gate oxide film 102 interposed therebetween.
A + type source / drain region 104 is formed. On the silicon substrate 101 on both sides of the gate electrode, an n + -type source / drain diffusion layer 104 is formed, a central portion of the gate electrode is made of n + -type polysilicon 105, and a tungsten silicide 107 is stacked on the upper portion thereof. , N + type polysilicon 105 and tungsten silicide 107 are in contact with p + type polysilicon 106.

【0004】この従来例において、両端部のp+ ポリシ
リコン106は、ソース/ドレインを形成する第一導電
型拡散層あるいはLDD(Lightly Doped Drain )を形
成する低濃度の第一導電型領域の上部ではなく、それよ
りも内側にあたるチャネル形成領域の上部に位置するこ
とが特徴である。
In this conventional example, p + polysilicon 106 at both ends is formed above a first conductivity type diffusion layer forming a source / drain or a lightly doped first conductivity type region forming an LDD (Lightly Doped Drain). Rather, it is characterized in that it is located above the channel forming region which is located inside.

【0005】また、この従来例ではゲートを構成する材
料はこの限りではなく、nチャネルトランジスタの場合
は、側壁部にゲート中央部よりも仕事関数の大きい材
料、pチャネルトランジスタの場合は、側壁部にゲート
中央部よりも仕事関数の小さい材料を選択すれば良いと
記されている。
In this conventional example, the material constituting the gate is not limited to this. In the case of an n-channel transistor, a material having a larger work function than the central portion of the gate is provided on the side wall. It is stated that a material having a smaller work function than the central part of the gate should be selected.

【0006】チャネルの導電型はソース/ドレイン領域
の導電型と同一であるので、n型のソース/ドレイン領
域を持つ場合には、側壁部にはゲート中央部よりも仕事
関数の大きい材料を用い、p型のソース/ドレイン領域
を持つ場合にはその逆となる。この構成は、チャネル領
域のソース/ドレイン領域寄りの部分において、チャネ
ルを形成するキャリアに対する電位障壁を大きくするこ
とを目的とするものである。
[0006] Since the conductivity type of the channel is the same as the conductivity type of the source / drain regions, when an n-type source / drain region is provided, a material having a larger work function than the gate central portion is used for the side wall. , And p-type source / drain regions. This configuration is intended to increase a potential barrier to carriers forming a channel in a portion of the channel region near the source / drain region.

【0007】また、本願発明とは目的を異にするが、微
細MOSトランジスタにおける耐圧を改善することを目
的として、nチャネルトランジスタにおいて、ゲート中
央部をn+ 型ポリシリコン、両端部をp+ 型ポリシリコ
ンとする構造が、特開平59−134879号公報に開
示されている。この構造を図22に示す。
Although the purpose of the present invention is different from that of the present invention, in order to improve the breakdown voltage of a fine MOS transistor, in an n-channel transistor, the center of the gate is n + -type polysilicon, and both ends are p + -type. A structure using polysilicon is disclosed in JP-A-59-134879. This structure is shown in FIG.

【0008】図22において、シリコン基板101上に
ゲート酸化膜102が形成され、ゲート電極の両側のシ
リコン基板には、n+ 型のソース/ドレイン拡散層1
04が形成され、ゲート電極の中央部はn+ 型ポリシ
リコン105、両端部はp+型ポリシリコン106から
なる。
In FIG. 22, a gate oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101, and n + type source / drain diffusion layers 1 are formed on the silicon substrate on both sides of the gate electrode.
04 is formed, and the center of the gate electrode is made of n + polysilicon 105, and both ends are made of p + polysilicon 106.

【0009】電界効果型トランジスタでは微細化に伴
い、トランジスタを導通させるゲート電圧(しきい値電
圧)が本来設定した値よりも低下してしまう。この効果
は短チャネル効果と呼ばれる。これは素子の微細化に伴
い、ドレイン領域からの電界の影響が強くなること等に
よって、電位障壁(チャネルを形成する電荷担体の流れ
を阻害する障壁)が本来の状態よりも小さくなることが
原因である。
In a field effect transistor, a gate voltage (threshold voltage) for conducting the transistor becomes lower than an originally set value with miniaturization. This effect is called the short channel effect. This is because the potential barrier (a barrier that hinders the flow of the charge carriers forming the channel) becomes smaller than the original state due to the effect of the electric field from the drain region becoming stronger as the element becomes finer. It is.

【0010】図21の従来例では、上述のようにゲート
両端部に仕事関数の異なる材料を配置すると、仕事関数
の異なる側壁部からの電界により、チャネル領域のうち
ソース/ドレイン寄りの部分に強固な電位障壁が形成さ
れ、その結果短チャネル効果を抑制されるという原理を
用いている。
In the prior art shown in FIG. 21, when materials having different work functions are arranged at both ends of the gate as described above, the electric field from the side walls having different work functions firmly strengthens the channel region near the source / drain. It employs the principle that a high potential barrier is formed and, as a result, the short channel effect is suppressed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図21に示した構造で
は、ソース端の電位障壁を強固にすることにより、短チ
ャネル効果(微細化に伴うしきい値電圧の低下)が抑制
されるが、以下のような課題を持つ。これらはnチャネ
ル、pチャネルともに同様の原理により発生するので、
以下nチャネルトランジスタによって代表させる。
In the structure shown in FIG. 21, the short channel effect (decrease in threshold voltage due to miniaturization) is suppressed by strengthening the potential barrier at the source end. It has the following issues. Since these occur on the same principle for both n-channel and p-channel,
Hereinafter, it is represented by an n-channel transistor.

【0012】第一の課題はしきい値電圧設定の自由度に
関する。図21に示した従来例では、トランジスタの導
通が始まるゲート電圧(しきい値電圧)は側壁からの電
界が形成する電位障壁に支配される。側壁からの電界が
形成する電位障壁の大きさは、側壁の仕事関数により決
まるので、結局しきい値電圧は側壁の仕事関数に支配さ
れることになる。従って、側壁の材料が決まってしまう
とその仕事関数も決まってしまうので、しきい値電圧を
あまり自由に設定できない。
A first problem relates to a degree of freedom in setting a threshold voltage. In the conventional example shown in FIG. 21, the gate voltage (threshold voltage) at which the transistor starts conducting is governed by the potential barrier formed by the electric field from the side wall. Since the magnitude of the potential barrier formed by the electric field from the side wall is determined by the work function of the side wall, the threshold voltage is eventually governed by the work function of the side wall. Therefore, if the material of the side wall is determined, its work function is also determined, so that the threshold voltage cannot be set freely.

【0013】側壁にはp型半導体か、金属、金属シリサ
イドが用いられるが、これらの材料では一般にしきい値
電圧が高くなりすぎるという問題がある。しきい値電圧
は、動作速度とリーク電流に影響するが、側壁の仕事関
数がしきい値電圧を強く支配すると、しきい値電圧の値
を回路動作上が最適となる値に合わせて設定することが
難しくなる。
Although a p-type semiconductor, metal, or metal silicide is used for the side wall, these materials generally have a problem that the threshold voltage becomes too high. Although the threshold voltage affects the operation speed and the leakage current, if the work function of the side wall strongly controls the threshold voltage, the value of the threshold voltage is set to a value that is optimal in circuit operation. It becomes difficult.

【0014】第二の課題は、電流が半導体表面から離れ
た位置を流れることによるサブスレッショルド特性の劣
化である。チャネル形成領域の不純物濃度が低い場合、
しきい値電圧よりも低いゲート電圧が印可された状態
(サブスレッショルド領域)では、側壁部の電位が半導
体層よりも低くなり、図23に示す如く、ゲート側壁1
06により形成される電位障壁(他の領域よりも電位が
低く、電子の流れを疎外する障壁)110aがゲート側
から下向きに伸びる。
[0014] The second problem is that the sub-threshold characteristic is degraded due to the current flowing at a position distant from the semiconductor surface. When the impurity concentration of the channel formation region is low,
In a state where a gate voltage lower than the threshold voltage is applied (sub-threshold region), the potential of the side wall portion becomes lower than that of the semiconductor layer, and as shown in FIG.
A potential barrier 110a (a barrier having a lower potential than other regions and alienating the flow of electrons) 110a formed by the gate electrode 06 extends downward from the gate side.

【0015】すると、電流は電位障壁を避けて半導体の
表面から離れた位置を流れる(埋め込みチャネルが形成
される)。電流がゲート電極から離れた位置を流れる
と、ゲート電極によって電流を制御する能力(ゲート電
極による制御性)が劣化するので、その結果サブスレッ
ショルド領域の急峻性が失われる。
Then, the current flows at a position away from the surface of the semiconductor while avoiding the potential barrier (a buried channel is formed). When the current flows at a position distant from the gate electrode, the ability to control the current by the gate electrode (controllability by the gate electrode) deteriorates, and as a result, the sharpness of the sub-threshold region is lost.

【0016】第三の課題は、電位障壁がソースに近い部
分に形成されることによるサブスレッショルド特性の劣
化である。図23に示す如く、電位障壁110bがソー
ス端の側壁の下に形成されると、側壁のない場合に比べ
電位障壁がソースに近い位置に形成される。すると、電
位障壁部とソース電極との静電気的な結合(109で示
す)が強くなり、その結果ゲート電極による電流に対す
る制御性が劣化する。
The third problem is that the subthreshold characteristic is deteriorated due to the formation of the potential barrier near the source. As shown in FIG. 23, when the potential barrier 110b is formed below the side wall of the source end, the potential barrier is formed closer to the source than when there is no side wall. Then, the electrostatic coupling (indicated by 109) between the potential barrier portion and the source electrode becomes stronger, and as a result, the controllability of the current by the gate electrode deteriorates.

【0017】第二、第三の課題の影響ついて、より具体
的に説明する。電界効果型トランジスタでは、ゲート電
圧をしきい値電圧よりも低い値まで下げていくと、ドレ
イン電流はゲート電圧の変化に対して指数関数的に減少
する。縦軸にドレイン電流の対数、横軸にゲート電圧を
とり、この領域(サブスレッショルド領域)についてグ
ラフにすると、図24に示す様な直線的な関係が得ら
れ、この直線の傾きの逆数はSファクタと呼ばれる。オ
フ状態における漏れ電流を減少させるためには、この直
線の傾きが大きいこと(サブスレッショルド特性が急峻
性であること)が要求される。すなわち、Sファクタが
小さいことが要求される。
The effects of the second and third problems will be described more specifically. In a field-effect transistor, when the gate voltage is reduced to a value lower than the threshold voltage, the drain current decreases exponentially with a change in the gate voltage. The logarithm of the drain current is plotted on the ordinate and the gate voltage is plotted on the abscissa, and a graph of this region (sub-threshold region) is obtained. As shown in FIG. 24, a linear relationship is obtained. Called the factor. In order to reduce the leakage current in the off state, it is required that the slope of the straight line is large (the sub-threshold characteristic is steep). That is, a small S factor is required.

【0018】サブスレッショルド領域における電流の大
きさは、電流の経路において電位障壁が最も大きくなる
位置(以下、電流規定点と称し、図23では108とし
て示している)の電位に支配される。従って電流規定点
108の電位がゲート電極によって強く制御されれば、
サブスレッショルド電流はゲート電圧に対して急峻な特
性(小さなSファクタ)を示すことになる。
The magnitude of the current in the sub-threshold region is governed by the potential at the position where the potential barrier is greatest in the current path (hereinafter, referred to as a current regulation point and shown as 108 in FIG. 23). Therefore, if the potential of the current regulation point 108 is strongly controlled by the gate electrode,
The subthreshold current shows a steep characteristic (small S factor) with respect to the gate voltage.

【0019】このためには、電流規定点108とゲート
105との距離を小さくし、二者の間の静電気的な結合
が大きくすることが有効である。また、電流規定点の電
位がゲート以外の部分の電位の影響を強く受けると、相
対的な効果により、ゲート電極の制御性が劣化するの
で、ゲート電極以外の領域(ソース領域、ドレイン領
域、基板領域等)と電流規定点との距離を大きくとり、
両者の静電気結合を小さくすることが有効である。
To this end, it is effective to reduce the distance between the current regulating point 108 and the gate 105 and increase the electrostatic coupling between the two. In addition, if the potential at the current regulation point is strongly affected by the potential of the portion other than the gate, the controllability of the gate electrode is deteriorated due to a relative effect. Area) and the specified current point,
It is effective to reduce the electrostatic coupling between the two.

【0020】前記第二の課題は、電流が表面から離れる
と、ゲートと電流規定点との静電気的な結合が小さくな
って、ゲート電極による制御性が弱まり、サブスレッシ
ョルド特性の急峻性が得られなくなる(Sファクタが大
きくなる)ものといえる。
The second problem is that when the current is away from the surface, the electrostatic coupling between the gate and the specified current point is reduced, the controllability by the gate electrode is weakened, and the sharpness of the sub-threshold characteristic is obtained. It can be said that it disappears (the S factor increases).

【0021】前記第三の課題は、電流規定点がソース電
極近傍にできるため、電流規定点とソース電極間の静電
気的結合が増し、その結果電流規定点とゲート電極間の
静電気的結合が相対的に小さくなり、ゲート電極による
制御性が劣化し、Sファクタが大きくなるものといえ
る。
The third problem is that since the current regulating point can be formed near the source electrode, the electrostatic coupling between the current regulating point and the source electrode increases, and as a result, the electrostatic coupling between the current regulating point and the gate electrode becomes relatively large. In other words, the controllability by the gate electrode deteriorates, and the S factor increases.

【0022】第四の課題は、側壁下部への拡散層のもぐ
り込みの問題である。図21の従来例では、チャネル形
成領域(ソース/ドレイン拡散層に挟まれた領域)の端
に、側壁部の電界により電位障壁を作ることによって、
短チャネル効果を抑制する。しかし、ソース/ドレイン
拡散層を形成する際のイオン注入量のバラつき、熱処理
時間のバラつき等により、側壁部の下にソース/ドレイ
ン拡散層が潜り込む長さは一定とならない。すると、側
壁のうちチャネル形成領域上に存在する部分(ソース/
ドレイン拡散層に重ならない部分)の長さが変わること
になる。この結果、側壁によりチャネル形成領域に障壁
を形成する効果、すなわち短チャネル効果を抑制する能
力がばらつくことになる。
The fourth problem is that the diffusion layer is penetrated into the lower part of the side wall. In the conventional example of FIG. 21, a potential barrier is formed at an end of a channel formation region (a region sandwiched between source / drain diffusion layers) by an electric field of a side wall portion.
Suppress short channel effects. However, the length of the source / drain diffusion layer sunk under the side wall portion is not constant due to variations in the amount of ion implantation when forming the source / drain diffusion layers, variations in the heat treatment time, and the like. Then, a portion (source /
The length that does not overlap with the drain diffusion layer) changes. As a result, the effect of forming a barrier in the channel formation region by the sidewall, that is, the ability to suppress the short channel effect varies.

【0023】以上述べたように、図21の構造は第一〜
第四の課題を持ち、少なくとも一つ以上の課題を解決す
る方策が必要となる。よって、本発明の目的は、サブス
レッショルド特性を急峻とし、また短チャネル効果を抑
制でき、かつオン電流の改善を可能とした電界効果トラ
ンジスタ及びその製造方法を提供することである。
As described above, the structure shown in FIG.
There is a fourth problem, and a solution to at least one or more problems is needed. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a field effect transistor which has a sharp sub-threshold characteristic, can suppress a short channel effect, and can improve an on-current, and a method for manufacturing the same.

【0024】[0024]

【0025】本発明によれば、半導体層上にゲート絶縁
膜とゲート電極とが積層され、前記半導体層のうち前記
ゲート電極と対向した部分の少なくとも一部領域がチャ
ネル形成領域となり、このチャネル形成領域を挟む二つ
の第一導電型拡散層からなるソース/ドレイン領域が形
成された電界効果トランジスタであって、前記ゲート電
極が、中央部に位置する第一領域、その外側の第二領
域、更にその外側の第三領域から構成され、前記第一導
電型がn型の場合、前記第二領域が前記第一及び第三領
域のいずれよりも仕事関数が大なる材料で構成され、前
記第一導電型がp型の場合、前記第二領域が前記第一及
び第三領域のいずれよりも仕事関数が小なる材料で構成
されていることを特徴とする電界効果トランジスタが得
られる。
According to the present invention , a gate insulating film and a gate electrode are stacked on a semiconductor layer, and at least a part of a portion of the semiconductor layer facing the gate electrode becomes a channel formation region. A field effect transistor in which a source / drain region including two first conductivity type diffusion layers sandwiching a region is formed, wherein the gate electrode has a first region located at a central portion, a second region outside the first region, When the first conductivity type is n-type, the second region is made of a material having a larger work function than any of the first and third regions. When the conductivity type is p-type, a field effect transistor is obtained in which the second region is made of a material having a lower work function than any of the first and third regions.

【0026】更に本発明によれば、一対のn型拡散層と
この一対の拡散層の中間点に位置するチャネル中央部と
の間において、ゲート電極が第一領域、第二領域、第三
領域の配列構造とされ、前記第二領域が前記第一及び第
三領域のいずれよりも仕事関数が大なる材料であり、前
記配列構造が前記一対の拡散層の少なくとも一方に設け
られていることを特徴とする電界効果トランジスタが得
られる。
Further, according to the present invention, the gate electrode is formed between the first region, the second region, and the third region between the pair of n-type diffusion layers and the center of the channel located at the midpoint between the pair of diffusion layers. The second region is a material having a larger work function than any of the first and third regions, and the arrangement structure is provided in at least one of the pair of diffusion layers. A characteristic field-effect transistor is obtained.

【0027】更にはまた本発明によれば、一対のp型拡
散層とこの一対の拡散層の中間点に位置するチャネル中
央部との間において、ゲート電極が第一領域、第二領
域、第三領域の配列構造とされ、前記第二領域が前記第
一及び第三領域のいずれよりも仕事関数が小なる材料で
あり、前記配列構造が前記一対の拡散層の少なくとも一
方に設けられていることを特徴とする電界効果トランジ
スタが得られる。
Further, according to the present invention, the gate electrode is formed between the first region, the second region, and the second region between the pair of p-type diffusion layers and the channel center located at the midpoint between the pair of diffusion layers. The second region is a material having a smaller work function than any of the first and third regions, and the array structure is provided on at least one of the pair of diffusion layers. Thus, a field effect transistor characterized by the above is obtained.

【0028】本発明によれば、半導体上にゲート絶縁膜
を形成し、その上に第一材料からなるゲート電極を形成
し、その側面に第二材料の堆積を行い、前記ゲート絶縁
膜に対して選択性のある異方性エッチバックを施し、続
いて前記第一または第三材料の堆積を行い、前記ゲート
絶縁膜に対して選択性のある異方性エッチバックを施
し、中央から端部にかけて三領域からなるゲート電極を
形成し、このゲート電極形成の前または後に、ソース/
ドレイン領域の拡散をなすようにしたことを特徴とする
電界効果トランジスタの製造方法が得られる。
According to the present invention, a gate insulating film is formed on a semiconductor, a gate electrode made of a first material is formed thereon, and a second material is deposited on a side surface of the gate electrode. Selective anisotropic etch-back, followed by deposition of the first or third material, selective anisotropic etch-back to the gate insulating film, from center to edge To form a gate electrode consisting of three regions, and before or after forming the gate electrode,
A method of manufacturing a field-effect transistor, characterized in that the drain region is diffused.

【0029】そして、前記三領域からなるゲート電極の
中央から一方の端部にかけてレジストパターンを設け、
このレジストパターンを使用した選択的除去処理をなす
ようにしたことを特徴としている。
Then, a resist pattern is provided from the center to one end of the gate electrode comprising the three regions,
It is characterized in that a selective removal process using this resist pattern is performed.

【0030】本発明の作用を述べる。ゲート電極に、そ
の中央部を形成する第一領域、この第一領域の外側に位
置する第二領域(第一側壁)、更にその外側の第三領域
(第二側壁)の三重構造を設ける。第二領域の仕事関数
は、nチャネルトランジスタでは、第一、第三領域のい
ずれよりも大きく、pチャネルトランジスタでは小さく
する。
The operation of the present invention will be described. The gate electrode is provided with a triple structure including a first region forming a central portion thereof, a second region (first side wall) located outside the first region, and a third region (second side wall) outside the first region. The work function of the second region is larger in the n-channel transistor than in the first and third regions, and smaller in the p-channel transistor.

【0031】nチャネルトランジスタを例にとると、第
二領域を形成する第一側壁は、仕事関数が小さく障壁を
形成する作用の弱い領域(ゲート中央部と第三領域を形
成する第二側壁)に挟まれているので、第一側壁からの
電位障壁はその両側の材料から電界の影響を受けて小さ
くなる。これは、第一側壁が薄い場合に顕著になる。
Taking an n-channel transistor as an example, the first side wall forming the second region is a region where the work function is small and the function of forming a barrier is weak (the second side wall forming the central portion of the gate and the third region). , The potential barrier from the first side wall is reduced by the influence of the electric field from the materials on both sides thereof. This becomes remarkable when the first side wall is thin.

【0032】従って、第一側壁が仕事関数の小さい二つ
の材料に挟まれた構造を取る場合には、第一側壁の厚さ
を変えると、電位障壁の大きさを変えることができる。
電位障壁の大きさを変えられると、しきい値電圧を変え
られるので、第一側壁の厚さを変えることによって、し
きい値を自由に制御することが可能となる。また、しき
い値電圧を低い値に設定することも容易となる。
Therefore, when the first side wall has a structure sandwiched between two materials having small work functions, the size of the potential barrier can be changed by changing the thickness of the first side wall.
If the magnitude of the potential barrier can be changed, the threshold voltage can be changed, so that the threshold can be freely controlled by changing the thickness of the first side wall. Further, it becomes easy to set the threshold voltage to a low value.

【0033】本発明はこのようにして第一の課題(しき
い値電圧を自由に制御できないという問題)を解決でき
るのである。
The present invention can solve the first problem (the problem that the threshold voltage cannot be freely controlled) in this way.

【0034】また、第二側壁は第一側壁よりも電位障壁
を作る作用が小さいので、電位障壁と電流規定点は第一
側壁の下に形成される。従って第二側壁がある分だけ、
電流規定点をソース電極から離すことができる。すると
電流規定点とソース電極間の静電気的結合が減るので、
第三の課題(電流規定点がソース近づくことによるSフ
ァクタの劣化)を解決でき、Sファクタを改善できる。
第二側壁を持たない場合、第一側壁を薄くすると、電位
障壁がソースに極めて近い位置に形成され、第三の課題
が顕著になるが、第二側壁を持つ本発明では第一側壁が
薄い場合にもこの問題が生じない。
Since the second side wall has a smaller effect of forming a potential barrier than the first side wall, the potential barrier and the current defining point are formed below the first side wall. Therefore, as long as there is a second side wall,
The current regulation point can be separated from the source electrode. Then, the electrostatic coupling between the current regulation point and the source electrode is reduced,
The third problem (deterioration of the S factor due to the current specified point approaching the source) can be solved, and the S factor can be improved.
When the second side wall is not provided, when the first side wall is thinned, a potential barrier is formed at a position very close to the source, and the third problem becomes remarkable. However, in the present invention having the second side wall, the first side wall is thin. In this case, this problem does not occur.

【0035】また、第二側壁を持つ本発明では、ソース
/ドレイン拡散層がプロセスのばらつきによって第二側
壁の下にある程度回り込むことがあっても、電位障壁や
しきい値電圧を支配している第一側壁の下には回り込み
にくい。従って第一側壁の実効的な長さ(チャネル形成
領域上にある領域の幅)は、プロセスのばらつきの影響
を受けず、前記第四の課題(プロセス上のバラつきによ
る、しきい値等の特性のバラつき)を解決できる。
Further, in the present invention having the second side wall, even if the source / drain diffusion layers may go under the second side wall to some extent due to process variations, they control the potential barrier and the threshold voltage. It is hard to go under the first side wall. Therefore, the effective length of the first side wall (the width of the region on the channel forming region) is not affected by process variations, and the fourth problem (characteristics such as a threshold value due to process variations). Can be solved.

【0036】また、ゲート電極に仕事関数の異なる側壁
を設け、側壁部で大きな電位障壁を形成するトランジス
タにおいて、チャネル領域に50nm以下の薄いSOI
層を用いる。SOI層の底は絶縁膜に接しているので、
SOI層の底面よりも、ゲートから離れた位置に電流が
流れることはない。即ち、電流の経路とゲートとの距離
が、SOI層の厚さによって制限されるので、第二の課
題を解決でき、Sファクタが小さくなるように改良でき
る。
In a transistor in which a side wall having a different work function is provided on a gate electrode and a large potential barrier is formed at the side wall, a thin SOI film of 50 nm or less is formed in a channel region.
Use layers. Since the bottom of the SOI layer is in contact with the insulating film,
No current flows to a position farther from the gate than the bottom surface of the SOI layer. That is, since the distance between the current path and the gate is limited by the thickness of the SOI layer, the second problem can be solved and the S factor can be improved to be small.

【0037】n型拡散層あるいはn型拡散層に接続する
低濃度のn型領域と、二つの拡散層の中間点にあたるチ
ャネル中央部との間において、ゲート電極が、第一領
域、第二領域、第三領域の配列により構成され、第二領
域が、第一及び第三領域のいずれよりも仕事関数が大き
い材料によりなる構造が、向かい合ったソース/ドレイ
ン領域の少なくとも一方に対して設ける。
Between the n-type diffusion layer or the low-concentration n-type region connected to the n-type diffusion layer and the center of the channel, which is the midpoint between the two diffusion layers, the gate electrode is divided into the first region and the second region. , And a structure in which the second region is made of a material having a higher work function than any of the first and third regions is provided for at least one of the opposed source / drain regions.

【0038】p型拡散層あるいはp型拡散層に接続する
低濃度のp型領域と、二つの拡散層の中間点にあたるチ
ャネル中央部との間において、ゲート電極が、第一領
域、第二領域、第三領域の配列により構成され、第二領
域が、第一及び第三の領域のいずれよりも仕事関数が小
さい材料によりなる構造が、向かい合ったソース/ドレ
イン領域の少なくとも一方に対して設ける。また、第三
領域を持たず、かつ絶縁体上の半導体層の厚さが50n
m以下であるとする。
Between the p-type diffusion layer or the low-concentration p-type region connected to the p-type diffusion layer and the center of the channel, which is the midpoint between the two diffusion layers, the gate electrode is composed of the first region and the second region. , And a structure in which the second region is made of a material having a lower work function than either of the first and third regions is provided for at least one of the opposed source / drain regions. Further, the semiconductor layer having no third region and having a thickness of 50 n
m or less.

【0039】半導体上にゲート絶縁膜を設け、その上に
第一の材料からなるゲート電極を形成し、その側面に第
二の材料の堆積とゲート絶縁膜に対して選択制のある異
方性エッチバック、続いて第一または第三の材料の堆積
とゲート絶縁膜に対して選択制のある異方性エッチバッ
クを行い、中央から端にかけて三つの領域からなるゲー
ト電極を形成し、ゲート電極の形成前または後に、ソー
ス/ドレイン拡散層を形成する。
A gate insulating film is provided on a semiconductor, a gate electrode made of a first material is formed on the gate insulating film, and a second material is deposited on the side surface of the gate electrode and anisotropy is selectively formed with respect to the gate insulating film. Etchback, followed by selective anisotropic etchback for the first or third material deposition and gate insulating film, forming a gate electrode consisting of three regions from the center to the end, A source / drain diffusion layer is formed before or after the formation of.

【0040】中央から端にかけて三つの領域からなるゲ
ート電極を形成し、その中央から一方の端にかけて、レ
ジストパターンを設け、一方の端に形成された第二の材
料及びその外側にある第一、第三の材料の領域を除去す
る。
A gate electrode consisting of three regions is formed from the center to the end, a resist pattern is provided from the center to one end, and the second material formed at one end and the first and second materials at the outside are formed. Remove the third material area.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0042】図1は本発明の一実施の形態を示す図であ
る。図1において、シリコン基板1上に埋め込み酸化膜
2、その上にSOI層3(単結晶シリコン層)を設け
る。SOI層は不純物を導入しない真性半導体とする
か、1017cm-3台以下のp型またはn型不純物が導入
される。SOI層上には薄いゲート酸化膜4を設け、そ
の上にゲート電極5が形成される。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a buried oxide film 2 is provided on a silicon substrate 1, and an SOI layer 3 (single-crystal silicon layer) is provided thereon. The SOI layer is an intrinsic semiconductor into which impurities are not introduced, or a p-type or n-type impurity of 10 17 cm -3 or less. A thin gate oxide film 4 is provided on the SOI layer, and a gate electrode 5 is formed thereon.

【0043】ゲート電極は、ゲート電極中央部6(第一
領域)、その両側の第一側壁7(第二領域)、さらにそ
の外側の第二側壁8(第三領域)が組み合わされて構成
される。第一側壁はnチャネルトランジスタの場合はゲ
ート電極中央部6、第二側壁8のいずれよりも仕事関数
が大きく、pチャネルトランジスタの場合はゲート電極
中央部6、第二側壁8のいずれよりも仕事関数が小さ
い。
The gate electrode is formed by combining a gate electrode central portion 6 (first region), first side walls 7 (second regions) on both sides thereof, and a second side wall 8 (third region) on the outside thereof. You. In the case of an n-channel transistor, the first side wall has a larger work function than any of the gate electrode central portion 6 and the second side wall 8. Function is small.

【0044】第二側壁8の外側の端の真下から外側に当
たるSOI層中(図1)、または第一側壁と第二側壁の
界面の真下よりもある間隔を置いた外側(図2)には不
純物が高濃度に導入されたソース/ドレイン拡散層9が
形成される。ソース/ドレイン領域はnチャネルトラン
ジスタではn+ 型、pチャネルトランジスタではp+
である。
In the SOI layer that hits from just below the outer end of the second side wall 8 to the outside (FIG. 1), or on the outside (FIG. 2) at a certain interval below the interface between the first side wall and the second side wall. A source / drain diffusion layer 9 into which impurities are introduced at a high concentration is formed. The source / drain regions are n + type for an n-channel transistor and p + type for a p-channel transistor.

【0045】なお、ゲート電極を構成する材料は、第一
側壁の仕事関数が、ゲート中央部及び第二側壁のそれら
よりも大きく選択されていれば良い。nチャネルトラン
ジスタの場合、例えばゲート中央部と第二側壁はn+ポ
リシリコン、第一側壁はp+ポリシリコン、あるいは他
のp型半導体を用いる。また第一側壁にW、Moなどの
金属、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイ
ド、コバルトシリサイド等の金属半導体化合物を用い
る。
The material constituting the gate electrode may be such that the work function of the first side wall is selected to be larger than those of the central portion of the gate and the second side wall. In the case of an n-channel transistor, for example, the gate central portion and the second sidewall use n + polysilicon, and the first sidewall uses p + polysilicon or another p-type semiconductor. For the first side wall, a metal such as W or Mo, or a metal semiconductor compound such as tungsten silicide, molybdenum silicide, or cobalt silicide is used.

【0046】またゲート中央部、第二側壁の一方または
両方をW、Moなどの金属、タングステンシリサイド、
モリブデンシリサイド、コバルトシリサイド等の金属半
導体化合物とし、第一側壁をp+ ポリシリコンとする。
pチャネルトランジスタではこれらの極性を逆にする。
Further, one or both of the central portion of the gate and the second side wall is made of a metal such as W or Mo, tungsten silicide,
A metal semiconductor compound such as molybdenum silicide or cobalt silicide is used, and the first side wall is p + polysilicon.
In a p-channel transistor, these polarities are reversed.

【0047】また、第一、第二側壁はソース電極側だけ
に設ける(図3)。また、通常のバルク基板上に、前記
第一、第二側壁を持つトランジスタを形成する。また、
ドレイン領域に隣接してドレイン領域と同一導電型の低
濃度領域13を設ける。低濃度領域13は第一側壁7と
第二側壁8の界面よりも外側とする。また、SOI層を
50nmよりも薄くする。また、SOI層を50nmよ
りも薄くし、第二側壁を設けない。
The first and second side walls are provided only on the source electrode side (FIG. 3). Further, a transistor having the first and second side walls is formed on a normal bulk substrate. Also,
A low-concentration region 13 of the same conductivity type as the drain region is provided adjacent to the drain region. The low concentration region 13 is located outside the interface between the first side wall 7 and the second side wall 8. Further, the SOI layer is made thinner than 50 nm. Further, the SOI layer is made thinner than 50 nm, and the second side wall is not provided.

【0048】最初に、ゲート電極を従来例における二重
構造(側壁が左右に二つあるので、合計三つの部分より
なる構造)から、前記三重構造(第一、第二、第三領域
を含む構造。左右対称な構成では、第二、第三領域は二
つあるので、合計五つの部分よりなる構造)にすること
によって、第一、第三、第四の課題を解決する作用につ
いて述べる。
First, the gate electrode is changed from the double structure in the conventional example (a structure having a total of three portions because there are two side walls on the left and right) to the triple structure (including the first, second, and third regions). Structure: In a symmetrical configuration, there are two second and third regions, so a structure consisting of a total of five parts) will be described to solve the first, third, and fourth problems.

【0049】nチャネルトランジスタを例にとると、第
二領域を形成する第一側壁は、仕事関数が小さく障壁を
形成する作用の弱い領域(ゲート中央部と第三領域を形
成する第二側壁)に挟まれているので、第一側壁からの
電位障壁は、その両側の材料からの電界の影響を受けて
小さくなる。これは、第一側壁が薄い場合に顕著にな
る。従って、第一側壁が仕事関数の小さい二つの材料に
挟まれた構造を取る場合には、第一側壁の厚さを変える
と電位障壁の大きさを変えることができる。
Taking an n-channel transistor as an example, the first side wall forming the second region is a region where the work function is small and the function of forming a barrier is weak (the second side wall forming the central portion of the gate and the third region). , The potential barrier from the first side wall is reduced by the influence of the electric field from the material on both sides thereof. This becomes remarkable when the first side wall is thin. Therefore, when the first side wall has a structure sandwiched between two materials having a small work function, the size of the potential barrier can be changed by changing the thickness of the first side wall.

【0050】電位障壁の大きさを変えられると、しきい
値電圧を変えられるので、第一側壁の厚さを変えること
によって、しきい値を自由に制御することが可能とな
る。また、しきい値電圧を低い値に設定することも容易
となる。本発明はこのようにして第一の課題(しきい値
電圧を自由に制御できないという問題)を解決できる。
When the magnitude of the potential barrier can be changed, the threshold voltage can be changed. Therefore, the threshold value can be freely controlled by changing the thickness of the first side wall. Further, it becomes easy to set the threshold voltage to a low value. The present invention can thus solve the first problem (the problem that the threshold voltage cannot be freely controlled).

【0051】また、第二側壁は第一側壁よりも電位障壁
を作る作用が小さいので、電位障壁と電流規定点は第一
側壁の下に形成される。従って第二側壁がある分だけ、
電流規定点をソース電極から離すことができる。すると
電流規定点とソース電極間の静電気的結合が減るので、
第三の課題(電流規定点がソース近づくことによるSフ
ァクタの劣化)を解決でき、Sファクタを改善できる。
第二側壁を持たない場合、第一側壁を薄くすると、電位
障壁がソースに極めて近い位置に形成され、第三の課題
が顕著になるが、第二側壁を持つ本発明では第一側壁が
薄い場合にもこの問題が生じない。
Since the second side wall has a smaller effect of forming a potential barrier than the first side wall, the potential barrier and the current defining point are formed below the first side wall. Therefore, as long as there is a second side wall,
The current regulation point can be separated from the source electrode. Then, the electrostatic coupling between the current regulation point and the source electrode is reduced,
The third problem (deterioration of the S factor due to the current specified point approaching the source) can be solved, and the S factor can be improved.
When the second side wall is not provided, when the first side wall is thinned, a potential barrier is formed at a position very close to the source, and the third problem becomes remarkable. However, in the present invention having the second side wall, the first side wall is thin. In this case, this problem does not occur.

【0052】また、第二側壁を持つ本発明では、ソース
/ドレイン拡散層がプロセスのばらつきによって第二側
壁の下にある程度回り込むことがあっても、電位障壁や
しきい値電圧を支配している第一側壁の下には回り込み
にくい。従って第一側壁の実効的な長さ(チャネル形成
領域上にある領域の幅)は、プロセスのばらつきの影響
を受けず、第四の課題(プロセス上のバラつきによる、
しきい値等の特性のバラつき)を解決できる。
Further, in the present invention having the second side wall, even if the source / drain diffused layer may go under the second side wall to some extent due to process variation, it controls the potential barrier and the threshold voltage. It is hard to go under the first side wall. Therefore, the effective length of the first side wall (the width of the region on the channel forming region) is not affected by the process variation, and the fourth problem (the process variation)
Variations in characteristics such as threshold values) can be solved.

【0053】次に、第二の課題を解決する作用について
述べる。チャネル領域に50nm以下の薄いSOI層を
用いると、電流の流れる位置はSOI層の底面よりはゲ
ートから離れないので、第二の課題を解決でき、Sファ
クタが小さくなるように改良できる。これはSOI層の
下に埋め込み酸化膜があるため、電位障壁がゲート電極
側から伸びても、電流はSOI層の底よりも遠い位置に
流れることが出来ないことによる。
Next, the operation for solving the second problem will be described. When a thin SOI layer having a thickness of 50 nm or less is used for the channel region, the position where a current flows is not farther from the gate than the bottom surface of the SOI layer, so that the second problem can be solved and the S-factor can be reduced. This is because, since the buried oxide film exists under the SOI layer, even if the potential barrier extends from the gate electrode side, current cannot flow to a position farther than the bottom of the SOI layer.

【0054】シミュレーションによると、ゲート長が
0.15μmの場合は膜厚が50nm以下の場合、ゲー
ト長が0.1μmの場合は膜厚が30nm以下の場合に
有効である。これはSOI層の膜厚をゲート長の3分の
1以下にすることが望ましいということができる。
According to the simulation, it is effective when the gate length is 0.15 μm, the film thickness is 50 nm or less, and when the gate length is 0.1 μm, the film thickness is 30 nm or less. This means that it is desirable that the thickness of the SOI layer be equal to or less than one third of the gate length.

【0055】また、SOI膜厚を反転層厚さ(典型的に
は5nm程度)の2から3倍以下の場合にすることで、
効果がさらに顕著になる。これは以下のように説明でき
る。SOI層がこの程度の厚さになり、反転層厚さとS
OI層厚との差が小さくなると、ON状態においてSO
I層表面を電流が流れる電位分布が形成される場合で
も、サブスレッショルド領域においてSOI裏側を電流
が流れる電位分布が形成される場合でも、実際に電流が
流れる位置がほとんど変わらなくなるので、サブスレッ
ショルド電流が表面から離れて流れることに起因する特
性の劣化が非常に小さくなる。SOI層の厚さが反転層
と同程度か、あるいはそれ以下の場合には、この効果は
特に顕著になる。
Further, by making the SOI film thickness two to three times or less the thickness of the inversion layer (typically about 5 nm),
The effect becomes more remarkable. This can be explained as follows. The SOI layer has such a thickness, and the inversion layer thickness and S
When the difference from the OI layer thickness becomes small, the SO
Even when a potential distribution in which a current flows through the surface of the I layer or a potential distribution in which a current flows behind the SOI in the sub-threshold region, the position where the current actually flows hardly changes. Of the characteristics due to the flow away from the surface is very small. This effect is particularly significant when the thickness of the SOI layer is equal to or less than the thickness of the inversion layer.

【0056】また、サブスレッショルド領域において電
流が流れる位置が表面から遠いと、オン電流を決めるし
きい値電圧よりも、サブスレッショルド電流の全体が、
低ゲート電圧側にずれ、リーク電流を増すという現象が
ある。これは、埋め込みチャネル型トランジスタに見ら
れる効果であり、オン電流に対するしきい値電圧と、裏
側にチャネルが出来きはじめるゲート電圧とがずれるも
のである。これはSOI層が厚い場合またはドレイン電
圧が高い場合に顕著となる。SOI層を薄くすることに
より、オン状態とサブスレッショルド領域とにおいて、
電流が流れる深さの差が小さくなると、この効果もまた
抑制される。
If the position where the current flows in the sub-threshold region is far from the surface, the entire sub-threshold current becomes larger than the threshold voltage that determines the on-state current.
There is a phenomenon that the current shifts to the low gate voltage side and the leak current increases. This is an effect seen in the buried channel type transistor, in which the threshold voltage with respect to the on-state current is shifted from the gate voltage at which a channel starts to be formed on the back side. This is remarkable when the SOI layer is thick or the drain voltage is high. By making the SOI layer thin, in the ON state and the sub-threshold region,
This effect is also suppressed if the difference in the depth at which the current flows is reduced.

【0057】次に本願発明が持つ他の作用についてnチ
ャネルトランジスタを例に述べる。対称的な構造では、
ゲート中央部の仕事関数はその両端部より小さい。非対
称な構造では、ゲート中央部からドレイン端にかけての
領域においても、仕事関数が小さい。これら仕事関数が
小さい部分では電位障壁が低く、よって、反転層が形成
されやすい。従って、これらの仕事関数の小さい領域で
は、チャネル領域における反転層電荷が増すことにな
る。
Next, another function of the present invention will be described by taking an n-channel transistor as an example. In a symmetric structure,
The work function at the center of the gate is smaller than its ends. With an asymmetric structure, the work function is small even in the region from the gate center to the drain end. In these portions where the work function is small, the potential barrier is low, so that an inversion layer is easily formed. Therefore, in these regions where the work function is small, the inversion layer charge in the channel region increases.

【0058】反転層電荷が増すと、以下の三つの効果に
より、ドレイン電流が増す。第一には電流の担体である
電荷自体が多くなるので、抵抗が減る効果である。第二
はピンチオフ抵抗の低減である。一般に、電界効果型ト
ランジスタにある電圧(ピンチオフ電圧)より大きいド
レイン電圧をかけると、ドレイン側に反転層が形成され
ない領域(ピンチオフ領域)が形成される。ピンチオフ
領域では抵抗が大きい。本願発明では、ゲート中央部
(非対称構造では中央からドレイン端にかけてのすべて
の領域)で反転層が形成されやすく、よって、この領域
でピンチオフ領域が形成されにくくなり、抵抗の高いピ
ンチオフ領域の幅が小さくなるので、電流が増す。
When the charge in the inversion layer increases, the drain current increases due to the following three effects. The first effect is that the charge itself, which is a carrier of the current, increases, so that the resistance decreases. The second is to reduce the pinch-off resistance. Generally, when a drain voltage higher than a certain voltage (pinch-off voltage) is applied to a field-effect transistor, a region (pinch-off region) where an inversion layer is not formed is formed on the drain side. The resistance is large in the pinch-off region. According to the present invention, an inversion layer is easily formed in the central portion of the gate (all regions from the center to the drain end in the case of the asymmetric structure). Therefore, it is difficult to form a pinch-off region in this region, and the width of the pinch-off region having high resistance is reduced. As it becomes smaller, the current increases.

【0059】第三には横方向電界の増加である。ピンチ
オフ抵抗が減り、その結果ピンチオフ抵抗の反転層抵抗
に対する比が小さくなると、ピンチオフ領域にかかる横
方向の電圧が下がるかわりに、反転領域にかかる電圧が
増す。この結果反転領域の横方向電界が増し、反転層電
荷の速度を増す。そしてその速度が飽和速度を越えるオ
ーバーシュートを起こしやすくなる。キャリアの速度が
増えると、やはり電流が増す。
Third is the increase in the lateral electric field. As the pinch-off resistance decreases, and as a result the ratio of pinch-off resistance to inversion layer resistance decreases, the voltage across the inversion region increases instead of decreasing the lateral voltage across the pinch-off region. As a result, the lateral electric field in the inversion region increases, and the speed of the inversion layer charge increases. Then, the overshoot at which the speed exceeds the saturation speed tends to occur. As the speed of the carrier increases, the current also increases.

【0060】次に、その製造方法の例について述べる。
半導体上にゲート絶縁膜を設け、その上に第一の材料か
らなるゲート電極を形成し、その側面に第二の材料の堆
積とゲート絶縁膜に対して選択制のある異方性エッチバ
ック、続いて第一または第三の材料の堆積とゲート絶縁
膜に対して選択制のある異方性エッチバックを行い、中
央から端にかけて三つの領域からなるゲート電極を形成
し、ゲート電極の形成前または後に、ソース/ドレイン
拡散層を形成する。
Next, an example of the manufacturing method will be described.
A gate insulating film is provided on a semiconductor, a gate electrode made of a first material is formed thereon, and anisotropic etchback with selective control over the deposition of the second material and the gate insulating film on its side surface, Subsequently, selective anisotropic etch-back is performed on the first or third material and the gate insulating film, and a gate electrode including three regions is formed from the center to the end, and before the gate electrode is formed. Alternatively, a source / drain diffusion layer is formed later.

【0061】また、中央から端にかけて三つの領域から
なるゲート電極を形成し、その中央から一方の端にかけ
て、レジストパターンを設け、一方の端に形成された第
二の材料、及びその外側にある第一、第三の材料の領域
を除去する。これにより、前述の構成をもつトランジス
タを製造できる。
Further, a gate electrode consisting of three regions is formed from the center to the end, a resist pattern is provided from the center to one end, and the second material formed at one end and the outside are formed. The first and third material areas are removed. Thereby, a transistor having the above-described configuration can be manufactured.

【0062】[0062]

【実施例】次に本発明の実施例について詳細に説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.

【0063】図1に示した如く、基板1上に厚さ80n
mの埋め込み酸化膜2、その上に厚さ10nmのSOI
層3(単結晶シリコン層)を設ける。SOI層は不純物
を導入しない真性半導体とするか、あるいはSOI層3
に1017cm-3台以下のp型またはn型不純物を導入す
る。SOI層上には厚さ5nmのゲート酸化膜4を設
け、その上に厚さ100nmのゲート電極5が形成され
る。
As shown in FIG. 1, the substrate 1 has a thickness of 80 nm.
m embedded oxide film 2 and a 10 nm thick SOI
Layer 3 (single-crystal silicon layer) is provided. The SOI layer is an intrinsic semiconductor into which impurities are not introduced, or the SOI layer 3
, A p-type or n-type impurity of 10 17 cm −3 or less is introduced. A gate oxide film 4 having a thickness of 5 nm is provided on the SOI layer, and a gate electrode 5 having a thickness of 100 nm is formed thereon.

【0064】ゲート電極5の全長(図中横方向の長さ)
は0.1μmとする。ゲート電極5は、ゲート電極中央
部6、その両側の第一側壁7、さらにその外側の第二側
壁8が組み合わされて構成される。ゲート電極中央部6
は幅(図中横方向の長さ)50nmのn+ ポリシリコ
ン、第一側壁7は幅10nmのTiN、第二側壁7は幅
15nmのn+ ポリシリコンとする。第二側壁8の外側
の端の真下から外側に当たるSOI層中には、n+ 型不
純物が高濃度に導入されたソース/ドレイン拡散層9が
形成される。このトランジスタはソース/ドレイン拡散
層9に挟まれたチャネル形成領域10にn型のチャネル
が形成されるn型電界効果型トランジスタをなす。これ
を図1に示している。
Total length of gate electrode 5 (length in the horizontal direction in the figure)
Is 0.1 μm. The gate electrode 5 is configured by combining a gate electrode central portion 6, first side walls 7 on both sides thereof, and a second side wall 8 on the outside thereof. Gate electrode central part 6
Is n + polysilicon having a width (length in the horizontal direction in the figure) of 50 nm, the first side wall 7 is TiN having a width of 10 nm, and the second side wall 7 is n + polysilicon having a width of 15 nm. A source / drain diffusion layer 9 in which an n + -type impurity is introduced at a high concentration is formed in the SOI layer which is located from right under the outer end of the second side wall 8 to the outside. This transistor is an n-type field-effect transistor in which an n-type channel is formed in a channel forming region 10 sandwiched between source / drain diffusion layers 9. This is shown in FIG.

【0065】なお、ゲート電極を構成する材料は、第一
側壁の仕事関数が、ゲート中央部及び第二側壁のそれら
よりも大きく選択されていれば良い。例えば、第一側壁
はp+ ポリシリコン、あるいは他のp型半導体を用い
る。また第一側壁にW、Moなどの金属、タングステン
シリサイド、モリブデンシリサイド、コバルトシリサイ
ド等の金属半導体化合物を用いる。またゲート中央部、
第二側壁の一方または両方をW、Moなどの金属、タン
グステンシリサイド、モリブデンシリサイド、コバルト
シリサイド等の金属半導体化合物とした場合には、第一
側壁をp+ ポリシリコンとする。
The material constituting the gate electrode may be such that the work function of the first side wall is selected to be larger than those of the central portion of the gate and the second side wall. For example, the first sidewall uses p + polysilicon or another p-type semiconductor. For the first side wall, a metal such as W or Mo, or a metal semiconductor compound such as tungsten silicide, molybdenum silicide, or cobalt silicide is used. Also in the center of the gate,
When one or both of the second side walls is made of a metal such as W or Mo, or a metal semiconductor compound such as tungsten silicide, molybdenum silicide, or cobalt silicide, the first side wall is made of p + polysilicon.

【0066】また、図1における第二側壁の幅を50n
mと広げ、その下に長さ35nmにわたりソース/ドレ
イン拡散層が入り込んだ構造を図2に示す。
Further, the width of the second side wall in FIG.
FIG. 2 shows a structure in which a source / drain diffusion layer extends over a length of 35 nm under the width of m.

【0067】図1において、ゲート電極中央部6と第二
側壁7をp+ ポリシリコン、ソース/ドレイン拡散層9
をp+ 型とするとpチャネルトランジスタを形成するこ
とができる。図1の構造において、SOI層3に代えて
ホウ素濃度5×1017cm-3のバルクシリコン基板1を
用いた例を図15に示す。
In FIG. 1, the gate electrode central portion 6 and the second side wall 7 are formed by p + polysilicon and source / drain diffusion layers 9.
Is ap + type, a p-channel transistor can be formed. FIG. 15 shows an example in which a bulk silicon substrate 1 having a boron concentration of 5 × 10 17 cm −3 is used instead of the SOI layer 3 in the structure of FIG.

【0068】図1の構造において、第一側壁7と第二側
壁2を、n+ 型拡散よりなるソース領域11側にだけ設
け、同じくn+型拡散層よりなるドレイン領域12側に
設けず、n+ 型ポリシリコンよりなるゲート中央部の長
さを75nmとした構造を図3に示す。
[0068] In the structure of FIG. 1, a first side wall 7 of the second side wall 2, provided in the source region 11 side consisting of n + -type diffusion only, also not provided in the drain region 12 side consisting of n + -type diffusion layer, n FIG. 3 shows a structure in which the length of the central portion of the gate made of + type polysilicon is set to 75 nm.

【0069】図1の構造を高耐圧MOSFETに適用し
た例を図4に示す。SOI層3の厚さは200nm、ゲ
ート酸化膜4は厚さ30nm、埋め込み酸化膜2は厚さ
1μm、ゲート電極中央部6は幅(図中横方向の長さ)
10μm、第一側壁7は幅300nm、第二側壁7は幅
300nmとし、ドレイン領域に隣接して長さ2μmの
- 領域13を持つ。第二側壁はソース領域、n- 領域
とそれぞれ100nm重なる。さらにドレイン側の第
一、第二側壁を省略した構造を図18に示す。
FIG. 4 shows an example in which the structure of FIG. 1 is applied to a high breakdown voltage MOSFET. The thickness of the SOI layer 3 is 200 nm, the thickness of the gate oxide film 4 is 30 nm, the thickness of the buried oxide film 2 is 1 μm, and the width of the central part 6 of the gate electrode (length in the horizontal direction in the figure).
The first side wall 7 has a width of 300 nm, the second side wall 7 has a width of 300 nm, and has a 2 μm long n region 13 adjacent to the drain region. The second side wall overlaps the source region and the n region by 100 nm, respectively. FIG. 18 shows a structure in which the first and second side walls on the drain side are omitted.

【0070】図1の構造において第二側壁を設けず、第
一側壁の幅を25nmとした構造を図5に示す。
FIG. 5 shows a structure in which the second side wall is not provided in the structure of FIG. 1 and the width of the first side wall is 25 nm.

【0071】以下に、図6〜図10を参照して製造方法
について述べる。基板1上に厚さ80nmの埋め込み酸
化膜2、その上に厚さ11nmのSOI層3(単結晶シ
リコン層)があるSOI基板において、通常のリソグラ
フィ及びRIEによるエッチングによりSOIを幅1μ
m(図の横方向)にパターニングし、素子領域を形成す
る。次にその表面を熱酸化して、厚さ5nmのゲート酸
化膜4を形成する。
The manufacturing method will be described below with reference to FIGS. In an SOI substrate having a buried oxide film 2 having a thickness of 80 nm on a substrate 1 and an SOI layer 3 (single-crystal silicon layer) having a thickness of 11 nm, the SOI has a width of 1 μm by ordinary lithography and etching by RIE.
m (horizontal direction in the drawing) to form an element region. Next, the surface is thermally oxidized to form a gate oxide film 4 having a thickness of 5 nm.

【0072】続いて、CVD法によりポリシリコン21
を100nm堆積し、これにリンを40keVで5×1
15cm-2イオン注入し、続いて850度で10分の熱
処理を行いポリシリコン21をn+ 型にする。通常のフ
ォトリソグラフィ、または通常の電子ビーム露光を行い
ポリシリコン上にレジストパターンを設けたのち、レジ
ストをマスクに酸化膜に対する選択比の高いRIE(反
応性イオンエッチング)により、ポリシリコン21を幅
100nmに加工し、図6の形状を得る。SOI層3は
ポリシリコン21より薄いので、SOI層の側面に付着
したポリシリコンはRIEによるエッチング時に除去さ
れる。
Subsequently, the polysilicon 21 is formed by the CVD method.
Was deposited to a thickness of 100 nm, and phosphorus was added thereto at 40 keV in 5 × 1
Implantation of 0 15 cm -2 is performed, followed by a heat treatment at 850 degrees for 10 minutes to make the polysilicon 21 an n + type. After performing a normal photolithography or a normal electron beam exposure to form a resist pattern on the polysilicon, the polysilicon 21 is formed to a width of 100 nm by RIE (reactive ion etching) having a high selectivity to an oxide film using the resist as a mask. To obtain the shape shown in FIG. Since the SOI layer 3 is thinner than the polysilicon 21, the polysilicon attached to the side surface of the SOI layer is removed at the time of etching by RIE.

【0073】全面にスパッタによりTiN22を図7の
ように10nm堆積し、RIEによる異方性エッチング
によりエッチバックし、TiN22による第一の側壁を
形成する(図8)。続いて、全面にn+型ドープトポリ
シリコン23を40nm堆積し、続いて第一の側壁と同
じくRIEによる異方性エッチングによりエッチバック
し、n+型ドープトポリシリコン23よりなる第二の側
壁を形成する(図9)。
As shown in FIG. 7, 10 nm of TiN 22 is deposited on the entire surface by sputtering, and etched back by anisotropic etching by RIE to form a first side wall of TiN 22 (FIG. 8). Subsequently, 40 nm of n + type doped polysilicon 23 is deposited on the entire surface, and then etched back by anisotropic etching by RIE similarly to the first side wall, and the second side wall made of n + type doped polysilicon 23 is formed. (FIG. 9).

【0074】次に、CVD法により第一の酸化膜24を
30nm堆積し、これをRIEによる異方性エッチング
によりエッチバックし第一の酸化膜24からなる側壁を
形成する。このとき、第二の側壁の外側に位置するゲー
ト酸化膜4も同時にエッチングにより除去される。続い
て、全面にスピンコートによりPSG(リンガラス)2
5を堆積し、例えば800度10秒のランプアニールに
よる熱処理によりリンをPSG25からSOI層中に拡
散させる。
Next, a first oxide film 24 is deposited to a thickness of 30 nm by the CVD method, and this is etched back by anisotropic etching by RIE to form a side wall made of the first oxide film 24. At this time, the gate oxide film 4 located outside the second side wall is also removed by etching at the same time. Then, PSG (phosphorus glass) 2 is applied to the entire surface by spin coating.
5 is deposited, and phosphorus is diffused from the PSG 25 into the SOI layer by, for example, heat treatment by lamp annealing at 800 ° C. for 10 seconds.

【0075】この時、ポリシリコン21、TiN22、
n+型ドープトポリシリコン23の下部に位置するSO
I層に対しては、これらの構造がマスクになるため、リ
ンが拡散されない。リンはこれらの構造の外側のSOI
層中に拡散され、さらにそこから第一の酸化膜24の下
に回り込み、n+ 型ソース/ドレイン領域9が形成さ
れ、図10の形状が得られる。
At this time, the polysilicon 21, TiN22,
SO located below n + type doped polysilicon 23
Since these structures serve as a mask for the I layer, phosphorus is not diffused. Phosphorus is the SOI outside these structures
It is diffused into the layer, and further goes under the first oxide film 24 therefrom to form the n + -type source / drain region 9, and the shape shown in FIG. 10 is obtained.

【0076】このとき、第二の側壁を形成するn+ 型ド
ープトポリシリコン23の膜厚、第一の酸化膜24の膜
厚、PSG25堆積後の熱処理時間の組み合わせはこの
限りではなく、リンが第一の酸化膜24の下に回り込
み、かつ第一の側壁の下部まで到達しないような条件を
満たすように選択されれば良い。
At this time, the combination of the film thickness of the n + -type doped polysilicon 23 forming the second side wall, the film thickness of the first oxide film 24, and the heat treatment time after the deposition of the PSG 25 is not limited to this. Should be selected so as to satisfy the condition that the wraparound goes under the first oxide film 24 and does not reach the lower portion of the first side wall.

【0077】また、熱処理が低温もしくは短時間である
か、第二の側壁が厚い場合で、第一の酸化膜24を設け
なくともリンの回りこみにより形成されるn+ 型領域
が、第一の側壁と第二の側壁の界面の下部まで回り込ま
ないのであれば、第一の酸化膜を省略しても良い。
In the case where the heat treatment is performed at a low temperature or for a short time, or when the second side wall is thick, the n + -type region formed by sneaking in of phosphorus without providing the first oxide film 24 becomes the first region. The first oxide film may be omitted as long as it does not reach the lower part of the interface between the side wall and the second side wall.

【0078】PSGは絶縁体であるので、このまま残し
てもよいが、熱酸化膜に比べてHFによるエッチレート
が大きいことを利用し、HFによるエッチングを短時間
続いて行うと、熱酸化により形成されたゲート絶縁膜を
残して、PSGだけを除去することができる。
Since PSG is an insulator, it may be left as it is. However, by utilizing the fact that the etching rate by HF is higher than that of a thermal oxide film, if etching by HF is performed for a short time, it is formed by thermal oxidation. Only the PSG can be removed while leaving the gate insulating film thus formed.

【0079】また、第一の側壁形成後と第二の側壁形成
後のそれぞれ、または第二の側壁形成後に、ゲートの中
央より左側にレジストパターンを設け、これをマスク
に、片側の側壁を等方性のケミカルドライエッチングま
たは異方性のRIEにより除去すると、図3のような、
非対称な構造が得られる。
After the formation of the first side wall and the formation of the second side wall, or after the formation of the second side wall, a resist pattern is provided on the left side of the center of the gate. When removed by anisotropic chemical dry etching or anisotropic RIE, as shown in FIG.
An asymmetric structure is obtained.

【0080】CMOSの形成方法について述べるが、ま
た、第一の側壁としてタングステンシリサイドを用いる
例を述べる。図6の形状を形成する工程において、図1
1に示す様に、ポリシリコン21を堆積したのち、レジ
ストパターンを設け、nチャネルトランジスタを形成す
る領域にはリンをエネルギー40keVでドーズ量5×
1015cm-2でイオン注入し、レジストを除去後、リン
を注入した領域にレジストパターンを設け、ホウ素をエ
ネルギー30keV、ドーズ量3×1015cm-2でイオ
ン注入する。続いて、850度10分の熱処理によりこ
れらイオンを活性化させる。
A method of forming a CMOS will be described, and an example in which tungsten silicide is used as the first side wall will be described. In the step of forming the shape of FIG.
As shown in FIG. 1, after depositing polysilicon 21, a resist pattern is provided, and phosphorus is applied to a region for forming an n-channel transistor at an energy of 40 keV and a dose of 5 ×.
After ion implantation at 10 15 cm -2 and removing the resist, a resist pattern is provided in the region implanted with phosphorus, and boron is ion implanted at an energy of 30 keV and a dose of 3 × 10 15 cm -2 . Subsequently, these ions are activated by a heat treatment at 850 ° C. for 10 minutes.

【0081】次に、全面に厚さ100nmの第二の酸化
膜26を堆積する。続いてpチャネルトランジスタを形
成する領域にのみレジストパターン28を設け、nチャ
ネルトランジスタを形成する領域のみ、第二の酸化膜2
6を除去する。
Next, a second oxide film 26 having a thickness of 100 nm is deposited on the entire surface. Subsequently, a resist pattern 28 is provided only in a region where a p-channel transistor is formed, and the second oxide film 2 is formed only in a region where an n-channel transistor is formed.
6 is removed.

【0082】この後図7から図10までに示した方法と
同様にして、nチャネルトランジスタを形成する。この
とき、第一の側壁にはTiNを用いても良く、またタン
グステンシリサイドを用いても良い。第二の酸化膜26
の表面は平坦であるので、第一の側壁の形成に用いたタ
ングステンシリサイド、第二の側壁の形成に用いたn+
ドープトポリシリコン、第一の酸化膜24は、側壁形成
のためのエッチバックによって除去され、PSG25だ
けが第二の酸化膜26上に残る。また、PSGから拡散
されるリンは、第二の酸化膜26、ポリシリコン21に
マスクされ、SOI層3には到達しない。
Thereafter, an n-channel transistor is formed in the same manner as in the method shown in FIGS. At this time, TiN may be used for the first side wall, or tungsten silicide may be used. Second oxide film 26
Is flat, the tungsten silicide used for forming the first side wall and the n + used for forming the second side wall are used.
The doped polysilicon and the first oxide film 24 are removed by etch back for forming the side wall, and only the PSG 25 remains on the second oxide film 26. Further, the phosphorus diffused from the PSG is masked by the second oxide film 26 and the polysilicon 21 and does not reach the SOI layer 3.

【0083】続いて、全面に厚さ200nmの第三の酸
化膜27を堆積し、今度は逆にnチャネルトランジスタ
を形成する領域にのみレジストパターンを設け、pチャ
ネルトランジスタを形成する領域の第三の酸化膜27、
PSG25、第二の酸化膜26をRIEまたはHFを含
んだエッチング液によるウェットエッチングにより除去
する。
Subsequently, a third oxide film 27 having a thickness of 200 nm is deposited on the entire surface. On the other hand, a resist pattern is provided only on the region where an n-channel transistor is to be formed. Oxide film 27 of
The PSG 25 and the second oxide film 26 are removed by RIE or wet etching using an etchant containing HF.

【0084】続いて、図7から図10と同様の工程でp
チャネルトランジスタを形成する。但し、このとき第二
の側壁は、p+ ドープトポリシリコン29により形成
し、ソース/ドレイン領域はBSG31(ボロンガラ
ス)からホウ素を拡散させることにより、p+型とす
る。第一の側壁はタングステンシリサイドとする。SO
I層に対するチャネルドープはいずれのチャネルタイプ
に対しても行わない。こうして、図12のように、nチ
ャネルとpチャネルの両方のトランジスタが形成され
る。
Subsequently, in the same steps as in FIGS. 7 to 10, p
A channel transistor is formed. However, at this time, the second side wall is formed of p + -doped polysilicon 29, and the source / drain regions are of p + type by diffusing boron from BSG 31 (boron glass). The first side wall is made of tungsten silicide. SO
Channel doping for the I layer is not performed for any channel type. Thus, as shown in FIG. 12, both n-channel and p-channel transistors are formed.

【0085】この時、第三の酸化膜27の表面は比較的
平坦であるので、nチャネルトランジスタ形成時と同じ
く、第一の側壁の形成に用いたタングステンシリサイ
ド、第二の側壁の形成に用いたp+ ドープトポリシリコ
ン、第一の酸化膜24は、側壁形成のためのエッチバッ
クによって除去され、BSG31だけが第二の酸化膜2
6上に残る。また、BSGから拡散されるホウ素は、第
三の酸化膜27、ポリシリコン21にマスクされ、SO
I層3には到達しない。
At this time, the surface of the third oxide film 27 is relatively flat, so that the tungsten silicide used for forming the first side wall and the second side wall are formed as in the case of forming the n-channel transistor. The p + -doped polysilicon and the first oxide film 24 are removed by etch-back for forming a side wall, and only the BSG 31 is removed from the second oxide film 2.
Remain on 6. The boron diffused from the BSG is masked by the third oxide film 27 and the polysilicon 21, and
It does not reach the I layer 3.

【0086】別の製造方法について述べる。基板1上に
厚さ80nmの埋め込み酸化膜2、その上に厚さ11n
mのSOI層3(単結晶シリコン層)があるSOI基板
において、通常のリソグラフィ及びRIEによるエッチ
ングによりSOIを幅1μmにパターニングし、素子領
域を形成する。次に、その表面にダミー酸化膜40
00nm堆積し、これを幅200nmにパターニングす
(図13)。レジストを除去したのち、リンを高濃度
に含んだシリコン層41を選択的にエピタキシャル成長
させ、続いて、例えば850度10秒の熱処理によりシ
リコン層41からリンを拡散させ、n+ 型ソース/ド
レイン42を形成する。
Next, another manufacturing method will be described. A buried oxide film 2 having a thickness of 80 nm on a substrate 1 and a thickness of 11 n
In an SOI substrate having an SOI layer 3 (single-crystal silicon layer) of m m, the SOI is patterned to a width of 1 μm by ordinary lithography and etching by RIE to form an element region. Next, a dummy oxide film 40 is formed on the
Then, the film is deposited to a thickness of 200 nm and patterned to a width of 200 nm (FIG. 13) . After removing the resist, a silicon layer 41 containing a high concentration of phosphorus is selectively epitaxially grown. Subsequently, phosphorus is diffused from the silicon layer 41 by, for example, a heat treatment at 850 ° C. for 10 seconds to form an n + -type source / drain 42. To form

【0087】ダミー酸化膜40をウエットエッチングに
より除去したのち、全面スペーサ酸化膜43を200
nm堆積しこれをエッチバックし、シリコン層41に側
壁を設ける。
After removing the dummy oxide film 40 by wet etching , a spacer oxide film 43 is
Then, the silicon layer 41 is provided with a side wall.

【0088】熱酸化により厚さ5nmのゲート酸化膜4
を形成し、続いて、n+ ドープトポリシリコンの堆積
とエッチバック、タングステンシリサイドの堆積とエッ
チバックを行い、それぞれ第一、第二の側壁とする。続
いて、n+ ド−プトポリシリコンを100nm埋め込
み、これをパターニングする(図14)
The gate oxide film 4 having a thickness of 5 nm is formed by thermal oxidation.
Then, deposition and etchback of n + doped polysilicon and deposition and etchback of tungsten silicide are performed to form first and second side walls, respectively. Subsequently, 100 nm of n + doped polysilicon is buried, and this is patterned (FIG. 14) .

【0089】スペーサ43にPSGを用いて、熱処理に
よりスペーサからもリンをSOI中に拡散させてソース
/ドレイン拡散層を形成してもよい。この場合、スペー
サはPSGの堆積後に薄い酸化膜を堆積させた二層構造
としても良い。
The source / drain diffusion layer may be formed by using PSG for the spacer 43 and also diffusing phosphorus into the SOI from the spacer by heat treatment. In this case, the spacer may have a two-layer structure in which a thin oxide film is deposited after the deposition of PSG.

【0090】CMOS形成時には、図13に示すダミー
酸化膜40を一方のチャネルタイプのトランジスタを形
成する領域においてのみ除去し、片方ずつトランジスタ
を作成する。あるいは、ダミー酸化膜40を一方を除去
し、片方のソース/ドレインを形成したのち、第一のマ
スク酸化膜を堆積し、ソース/ドレインが形成された領
域の第一のマスク酸化膜を残し、反対のチャネルの第一
のマスク酸化膜とダミー酸化膜をパターニングし、異な
るチャネルタイプトランジスタのソース/ドレイン領域
を形成する。
At the time of CMOS formation, the dummy oxide film 40 shown in FIG. 13 is removed only in a region where one channel type transistor is to be formed, and transistors are formed one by one. Alternatively, after removing one of the dummy oxide films 40 and forming one source / drain, a first mask oxide film is deposited, and the first mask oxide film in the region where the source / drain is formed is left. The first mask oxide film and the dummy oxide film of the opposite channels are patterned to form source / drain regions of different channel type transistors.

【0091】次に、図14に示す様に、第一のマスク酸
化膜とダミー酸化膜を除去し、ゲート酸化膜形成後にス
ペーサ43を堆積し、片方のチャネルのトランジスタの
みレジストをマスクにスペーサ43を除去し、レジスト
除去後にゲート酸化膜とゲートの形成を行う。続いて、
レジストをマスクに、反対のチャネルのトランジスタ形
成領域の第一のマスク酸化膜上に残留するゲート材料を
等方的なケミカルドライエッチングにより除去し、全体
に20nmの薄い第二のスペーサを設け、ゲートを形成
したトランジスタをレジストでマスクし、反対のチャネ
ルのトランジスタ領域の薄い第二のスペーサとスペーサ
43をRIEによりエッチングして、拡散層に側壁を設
ける。
[0091] Next, as shown in FIG. 14, the first mask oxide film and the dummy oxide film is removed, the spacer 43 is deposited after the gate oxide film formation, a spacer 43 as a mask the resist only transistors of one channel Is removed, and a gate oxide film and a gate are formed after removing the resist. continue,
Using the resist as a mask, the gate material remaining on the first mask oxide film in the transistor formation region of the opposite channel is removed by isotropic chemical dry etching, and a second spacer having a thickness of 20 nm as a whole is provided. Is masked with a resist, and the thin second spacer and the spacer 43 in the transistor region of the opposite channel are etched by RIE to provide a side wall in the diffusion layer.

【0092】レジストを除去した後、ゲート酸化膜の形
成とゲートの埋め込みを行なう。最後に、後にゲートを
形成したトランジスタをレジストで覆い、レジストをマ
スクに、最初にゲートを形成したトランジスタ上の第二
のスペーサ上に残るゲート材料を等方的なケミカルドラ
イエッチングにより除去する。
After removing the resist, a gate oxide film is formed and a gate is buried. Finally, the transistor on which the gate is formed later is covered with a resist, and using the resist as a mask, the gate material remaining on the second spacer on the transistor on which the gate is first formed is removed by isotropic chemical dry etching.

【0093】あるいは、両方の拡散層形成後に、ゲート
酸化膜を形成し、ゲートを埋め込んだ後、一方のチャネ
ルタイプの領域をレジストで覆い、他方のチャネルタイ
プの領域のゲートをケミカルドライエチッチングにより
除去し、レジスト除去後に他方のチャネルタイプに対し
てゲートの埋め込みを行なっても良い。
Alternatively, after forming both diffusion layers, a gate oxide film is formed, and after the gate is buried, one channel type region is covered with a resist, and the gate of the other channel type region is subjected to chemical dry etching. And the gate may be embedded in the other channel type after removing the resist.

【0094】図16は図1の変形例を示しており、ソー
ス/ドレイン拡散層9のうち、チャネル領域10に接す
る一部がn- 領域13よりなるLDD領域に置き換る。
-領域に導入される不純物は、例えば、リン等のn型
不純物であり、その濃度は、例えば、1×1018
-3、その長さは、例えば、50nmとする。
FIG. 16 shows a modification of FIG. 1, in which a part of the source / drain diffusion layer 9 which is in contact with the channel region 10 is replaced with an LDD region composed of the n region 13.
The impurity introduced into the n region is, for example, an n-type impurity such as phosphorus, and its concentration is, for example, 1 × 10 18 c
m −3 , and its length is, for example, 50 nm.

【0095】図17は、図16においてn- 領域13よ
りなるLDD領域の一部が、第二側壁8の下部の領域の
一部まで伸びている。
FIG. 17 shows that a part of the LDD region composed of the n region 13 in FIG. 16 extends to a part of the region below the second side wall 8.

【0096】図18は、図4においてドレイン側の第一
及び第二側壁が省略され、それらがあった領域には、ゲ
ート中央部6が延長して設けられている。
FIG. 18 omits the first and second side walls on the drain side in FIG. 4 and extends the gate central portion 6 in the region where they are located.

【0097】図19は図1の構造において、ゲート酸化
膜厚を3nm(図中の黒丸に対応)または5nm(図中
の白丸に対応)とし、しきい値電圧の第一の側壁の厚さ
に対する依存性をシミュレーションにより求めた結果で
ある。第一の側壁の厚さを横軸に、しきい値電圧を縦軸
とした。ゲート端と第一の側壁の中心との距離は30n
mで一定とした。ゲート電極の端は、ソース/ドレイン
拡散層領域の端と、横方向位置において一致している。
ゲート中央部と第二の側壁はn+ ポリシリコンよりなる
とし、第一の側壁の仕事関数はn+ ポリシリコンよりも
0.56V大きいとした。チャネル幅を0.1Vとして
ドレイン電流を求め、10-7Aのドレイン電流が流れる
ゲート電圧をしきい値電圧とした。
FIG. 19 shows that, in the structure of FIG. 1, the gate oxide film thickness is set to 3 nm (corresponding to a black circle in the figure) or 5 nm (corresponding to a white circle in the figure), and the thickness of the first side wall of the threshold voltage is set. This is the result of obtaining the dependency on the simulation. The horizontal axis represents the thickness of the first side wall, and the vertical axis represents the threshold voltage. The distance between the gate end and the center of the first side wall is 30n
m and kept constant. The edge of the gate electrode coincides with the edge of the source / drain diffusion layer region at the lateral position.
The central portion of the gate and the second side wall are made of n + polysilicon, and the work function of the first side wall is 0.56 V larger than that of n + polysilicon. A drain current was determined with a channel width of 0.1 V, and a gate voltage at which a drain current of 10 −7 A flows was defined as a threshold voltage.

【0098】図中Lはゲートの全長、TSOIはSOI
層の膜厚、dはゲート端と第一の側壁の中心との距離、
VDはドレイン電圧を示す。
In the figure, L is the total length of the gate, TSOI is SOI
The thickness of the layer, d is the distance between the gate edge and the center of the first sidewall,
VD indicates a drain voltage.

【0099】しきい値電圧は、第一の側壁の厚さが増す
と、増加している。これから、第一の側壁の厚さを変え
ることにより、しきい値電圧を連続的に変えることがで
き、前記第一の課題を解決できることがわかる。
The threshold voltage increases as the thickness of the first side wall increases. This indicates that the threshold voltage can be continuously changed by changing the thickness of the first side wall, and the first problem can be solved.

【0100】図20は図19のシミュレーションを行な
った構造において、SOI膜厚を変えた場合のSファク
タを調べたものである。図中L=0.1μmと示したも
のはゲートの全長が0.1μm、L=0.15μmと示
したものはゲートの全長が0.15μmである。L=
0.15μmとL=0.1μmの構造は、ゲート電極中
央部6とチャネル形成領域10の長さだけが異なり、双
方ともに第一の側壁の幅は20nm、第二の側壁の幅は
20nmである。ゲート酸化膜厚Toxは5nmである。
FIG. 20 shows the S-factor when the SOI film thickness is changed in the structure obtained by performing the simulation of FIG. In the figure, L = 0.1 μm indicates that the gate has a total length of 0.1 μm, and L = 0.15 μm indicates that the gate has a total length of 0.15 μm. L =
The structures of 0.15 μm and L = 0.1 μm differ only in the lengths of the gate electrode central portion 6 and the channel formation region 10. In both cases, the width of the first side wall is 20 nm and the width of the second side wall is 20 nm. is there. The gate oxide film thickness Tox is 5 nm.

【0101】Sファクタを100mV/dec以下に抑
えることにより、急峻なサブスレッショルド特性を得よ
うとする場合、L=0.15μmではSOI膜厚は50
nm以下、L=0.1μmm ではSOI膜厚は30nm
以下にすれば良いことがわかる。
When a steep sub-threshold characteristic is to be obtained by suppressing the S factor to 100 mV / dec or less, when L = 0.15 μm, the SOI film thickness is 50 μm.
nm or less, L = 0.1 μm, SOI film thickness is 30 nm
It is understood that the following should be performed.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、サブ
スレッショルド特性を急峻にし、Sファクタを改善で
き、また短チャネル効果を抑制できるると共に、オン電
流を増すことができるという効果がある。更に、プロセ
スのばらつきによって、拡散層の広がりがばらついた場
合に発生するしきい値電圧その他の素子特性上の問題を
抑制できるという効果もある。
As described above, according to the present invention, the sub-threshold characteristic is sharpened, the S factor can be improved, the short channel effect can be suppressed, and the on-current can be increased. is there. Further, there is also an effect that a problem in the threshold voltage and other element characteristics that occurs when the spread of the diffusion layer varies due to process variations can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例の製造方法を説明する図であ
る。断面図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing method according to an example of the present invention. It is sectional drawing.

【図7】本発明の実施例の製造方法を説明する図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing method according to an example of the present invention.

【図8】本発明の実施例の製造方法を説明する図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing method according to an example of the present invention.

【図9】本発明の実施例の製造方法を説明する図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing method according to an example of the present invention.

【図10】本発明の実施例の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例の製造方法を説明する図であ
る。
FIG. 11 is a diagram illustrating a manufacturing method according to an example of the present invention.

【図12】本発明の実施例の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施例の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例の断面図である。FIG. 16 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例の断面図である。FIG. 17 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施例の断面図である。FIG. 18 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例のシミュレーション結果を示
す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a simulation result of the example of the present invention.

【図20】本発明の実施例のシミュレーション結果を示
す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a simulation result of the example of the present invention.

【図21】従来の電界効果トランジスタの例を示す図で
ある。
FIG. 21 is a diagram showing an example of a conventional field-effect transistor.

【図22】従来の電界効果トランジスタの例を示す図で
ある。
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a conventional field-effect transistor.

【図23】従来の電界効果トランジスタの問題点を説明
する図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating a problem of a conventional field-effect transistor.

【図24】従来の電界効果トランジスタの特性例を示す
図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating a characteristic example of a conventional field-effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 埋め込み酸化膜 3 SOI層 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 ゲート電極中央部 7 第一側壁 8 第二側壁 9 ソース/ドレイン拡散層 10 チャネル形成領域 11 ソース領域 12 ドレイン領域 13 n- 領域 21 ポリシリコン 22 TiN 23 n+ 型ドープトポリシリコン 24 第一の酸化膜 25 PSG 26 第二の酸化膜 27 第三の酸化膜 29 p+ 型ドープトポリシリコン 30 タングステンシリサイド 31 BSG 40 ダミー酸化膜 41 シリコン層 42 n+ 型ソース/ドレイン 43 スペーサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Buried oxide film 3 SOI layer 4 Gate oxide film 5 Gate electrode 6 Gate electrode central part 7 First side wall 8 Second side wall 9 Source / drain diffusion layer 10 Channel formation region 11 Source region 12 Drain region 13 n - region 21 Polysilicon 22 TiN 23 n + -type doped polysilicon 24 first oxide film 25 PSG 26 second oxide film 27 third oxide film 29 p + -type doped polysilicon 30 tungsten silicide 31 BSG 40 dummy oxide film 41 Silicon layer 42 n + type source / drain 43 spacer

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体層上にゲート絶縁膜とゲート電極
とが積層され、前記半導体層のうち前記ゲート電極と対
向した部分の少なくとも一部領域がチャネル形成領域と
なり、このチャネル形成領域を挟む二つの第一導電型拡
散層からなるソース/ドレイン領域が形成された電界効
果トランジスタであって、前記ゲート電極が、中央部に
位置する第一領域、その外側の第二領域、更にその外側
の第三領域から構成され、前記第一導電型がn型の場
合、前記第二領域が前記第一及び第三領域のいずれより
も仕事関数が大なる材料で構成され、前記第一導電型が
p型の場合、前記第二領域が前記第一及び第三領域のい
ずれよりも仕事関数が小なる材料で構成されていること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
1. A gate insulating film and a gate electrode are stacked on a semiconductor layer, and at least a part of a portion of the semiconductor layer facing the gate electrode becomes a channel formation region, and the semiconductor layer sandwiches the channel formation region. A source / drain region formed of two first conductivity type diffusion layers, wherein the gate electrode comprises a first region located at a central portion, a second region outside the first region, and a second region outside the first region. When the first conductivity type is n-type, the second region is made of a material having a larger work function than any of the first and third regions, and the first conductivity type is p. In the case of a mold, the field-effect transistor is characterized in that the second region is made of a material having a lower work function than any of the first and third regions.
【請求項2】 前記第三領域の少なくとも一部が、前記
第一導電型拡散層の上部よりも前記チャネル形成領域側
に位置することを特徴とする請求項記載の電界効果ト
ランジスタ。
Wherein said at least a portion of the third region, the field effect transistor of claim 1 than the top of the first conductivity type diffusion layer, characterized in that located in the channel forming region side.
【請求項3】 前記半導体層は絶縁膜上に形成されてい
ることを特徴とする請求項1または2記載の電界効果ト
ランジスタ。
Wherein the semiconductor layer is a field-effect transistor of claim 1, wherein in that it is formed on the insulating film.
【請求項4】 前記半導体層は50nm以下の膜厚を有
することを特徴とする請求項記載の電界効果トランジ
スタ。
4. The field effect transistor according to claim 3, wherein said semiconductor layer has a thickness of 50 nm or less.
【請求項5】 前記半導体層はバルク半導体であること
を特徴とする請求項1または2記載の電界効果トランジ
スタ。
Wherein said semiconductor layer is a field-effect transistor of claim 1, wherein it is a bulk semiconductor.
【請求項6】 一対のn型拡散層とこの一対の拡散層の
中間点に位置するチャネル中央部との間において、ゲー
ト電極が第一領域、第二領域、第三領域の配列構造とさ
れ、前記第二領域が前記第一及び第三領域のいずれより
も仕事関数が大なる材料であり、前記配列構造が前記一
対の拡散層の少なくとも一方に設けられていることを特
徴とする電界効果トランジスタ。
6. A gate electrode having a first region, a second region, and a third region arranged between a pair of n-type diffusion layers and a channel center located at an intermediate point between the pair of n-type diffusion layers. An electric field effect, wherein the second region is a material having a higher work function than any of the first and third regions, and the array structure is provided on at least one of the pair of diffusion layers. Transistor.
【請求項7】 一対のp型拡散層とこの一対の拡散層の
中間点に位置するチャネル中央部との間において、ゲー
ト電極が第一領域、第二領域、第三領域の配列構造とさ
れ、前記第二領域が前記第一及び第三領域のいずれより
も仕事関数が小なる材料であり、前記配列構造が前記一
対の拡散層の少なくとも一方に設けられていることを特
徴とする電界効果トランジスタ。
7. A gate electrode having an arrangement structure of a first region, a second region, and a third region between a pair of p-type diffusion layers and a channel center located at an intermediate point between the pair of p-type diffusion layers. The second region is a material having a work function smaller than that of any of the first and third regions, and the array structure is provided on at least one of the pair of diffusion layers. Transistor.
【請求項8】 前記拡散層は絶縁体上の半導体層に形成
されていることを特徴とする請求項6または7記載の電
界効果トランジスタ。
8. The field effect transistor according to claim 6, wherein said diffusion layer is formed in a semiconductor layer on an insulator.
【請求項9】 半導体上にゲート絶縁膜を形成し、その
上に第一材料からなるゲート電極を形成し、その側面に
第二材料の堆積を行い、前記ゲート絶縁膜に対して選択
性のある異方性エッチバックを施し、続いて前記第一ま
たは第三材料の堆積を行い、前記ゲート絶縁膜に対して
選択性のある異方性エッチバックを施し、中央から端部
にかけて三領域からなるゲート電極を形成し、このゲー
ト電極形成の前または後に、ソース/ドレイン領域の拡
散をなすようにしたことを特徴とする電界効果トランジ
スタの製造方法。
9. A gate insulating film is formed on a semiconductor, a gate electrode made of a first material is formed thereon, and a second material is deposited on a side surface of the gate electrode. A certain anisotropic etchback is performed, followed by the deposition of the first or third material, and a selective anisotropic etchback with respect to the gate insulating film, from three regions from the center to the edge. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising: forming a gate electrode, and diffusing a source / drain region before or after forming the gate electrode.
【請求項10】 前記第二材料の領域の形成後と、前記
第三材料の領域形成後のそれぞれ、または前記第二材料
の領域の形成後に、ゲート電極の中央から一方の端部に
かけてレジストパターンを設け、このレジストパターン
マスクとして使用して、前記一方の端部に形成された
前記第二材料またはその外側にある前記第三材料の選択
的除去処理をなすようにしたことを特徴とする請求項
記載の電界効果トランジスタの製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein said second material region is formed and said second material region is formed.
Each after the region formation of the third material or the second material
After the formation of the region, a resist pattern was provided from the center of the gate electrode to one end thereof, and the resist pattern was formed at the one end using the resist pattern as a mask.
Claim 9, characterized in that it has to form a selective removal process of the second material or the third material in its outer
A method for manufacturing the field-effect transistor according to the above.
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