JP3071515B2 - Field effect transistor and method of operating the same - Google Patents

Field effect transistor and method of operating the same

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JP3071515B2 JP3250013A JP25001391A JP3071515B2 JP 3071515 B2 JP3071515 B2 JP 3071515B2 JP 3250013 A JP3250013 A JP 3250013A JP 25001391 A JP25001391 A JP 25001391A JP 3071515 B2 JP3071515 B2 JP 3071515B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は電界効果トランジスタ
及びこれを動作させる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 for operating the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界効果トランジスタは、それ単体とし
て、また、半導体集積回路を構成するうえの個別半導体
素子として、広く使用されている。
2. Description of the Related Art A field effect transistor is widely used as a single unit or as an individual semiconductor element for forming a semiconductor integrated circuit.

【0003】このような電界効果トランジスタの最も一
般的なものは、例えば文献(「超高速MOSデバイス」
培風館 (昭和61年)pp.6〜12)に開示されて
いる構造のMOSFETであった。以下、図6を参照し
て従来のMOSFETの構造及び動作について説明す
る。ここで、図6は従来のMOSFETをそのチャネル
長方向に沿って切って概略的に示した断面図である。
The most common type of such a field-effect transistor is described in, for example, a document (“Ultra-high-speed MOS device”).
Baifukan (Showa 61) pp. 6 to 12). Hereinafter, the structure and operation of the conventional MOSFET will be described with reference to FIG. Here, FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional MOSFET cut along the channel length direction.

【0004】このMOSFETは、シリコン基板11
と、この基板11の所定部分に形成された素子分離用の
フィールド酸化膜13と、このフィールド酸化膜13に
よって囲まれているアクティブ領域15と、このアクテ
ィブ領域15の所定部分に形成されたゲート絶縁膜17
と、このゲート絶縁膜17上に形成されたゲート電極1
9と、このゲート電極19両側のアクティブ領域部分に
夫々形成されたソース・ドレイン領域となる拡散層21
とを具える構成とされている。そして、ゲート電極1
9、拡散層21などを具えた基板11上に中間絶縁膜2
3が設けられ、この中間絶縁膜23の拡散層21と対応
する部分に設けたコンタクトホール25を介しこの拡散
層21に例えばアルミ配線27が接続されている。
[0004] This MOSFET has a silicon substrate 11
A field oxide film 13 for element isolation formed on a predetermined portion of the substrate 11, an active region 15 surrounded by the field oxide film 13, and a gate insulating film formed on a predetermined portion of the active region 15. Membrane 17
And the gate electrode 1 formed on the gate insulating film 17.
9 and diffusion layers 21 serving as source / drain regions respectively formed in active region portions on both sides of the gate electrode 19.
It is configured to include: And the gate electrode 1
9, an intermediate insulating film 2 on a substrate 11 having a diffusion layer 21 and the like.
3 is provided, and for example, an aluminum wiring 27 is connected to the diffusion layer 21 through a contact hole 25 provided in a portion of the intermediate insulating film 23 corresponding to the diffusion layer 21.

【0005】また、このMOSFETでは、これがNチ
ャネルのものである場合、一方の拡散層21(ソース領
域とする拡散層)がグランドレベルの電位になるように
また、他方の拡散層21(ドレイン領域とする拡散層)
がハイレベルの電位になるように電気的な接続をし、そ
して、ゲート電極19の電位を閾値電圧Vth以上の電位
にすると、ゲート電極19下の基板部分表面にチャネル
が形成されて電流がドレイン領域からソース領域に流れ
る。
In this MOSFET, when the MOSFET is of an N-channel type, one diffusion layer 21 (diffusion layer serving as a source region) is set to a ground level potential and the other diffusion layer 21 (drain region) is set to a ground level. Diffusion layer)
Is electrically connected to a high-level potential, and when the potential of the gate electrode 19 is set to a potential equal to or higher than the threshold voltage Vth , a channel is formed on the surface of the substrate portion under the gate electrode 19, and the current flows. It flows from the drain region to the source region.

【0006】半導体集積回路の高集積化・小型化を図る
ためには電界効果トランジスタの小型化が非常に重要と
なっている。
In order to achieve high integration and miniaturization of a semiconductor integrated circuit, miniaturization of a field effect transistor is very important.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電界効
果トランジスタを小型化する場合比例縮小則の原則より
ゲート長も短くされるのでゲート長方向の電界が強くな
り、この結果、いわゆるホットキャリアによる素子特性
劣化が起こるという問題点があった。
However, when the size of a field effect transistor is reduced, the gate length is shortened according to the principle of the proportional reduction rule, so that the electric field in the gate length direction becomes strong. There was a problem that occurs.

【0008】また、ゲート長を短くすると、電界効果ト
ランジスタの駆動能力は増大するが、ゲート電極の電位
が閾値以下の電位においてリーク電流が増大してしま
う、いわゆる短チャネル効果が生じるという問題点があ
った。
Further, when the gate length is shortened, the driving capability of the field effect transistor increases, but there is a problem that a so-called short channel effect occurs in which a leak current increases when the potential of the gate electrode is lower than a threshold value. there were.

【0009】この出願はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの出願の目的は小型化に伴う上述の
問題点が従来より生じにくい電界効果トランジスタとこ
れを有効に使用するための動作方法とを提供することに
ある。
[0009] The present application has been made in view of the above points, and it is therefore an object of the present application to provide a field effect transistor in which the above-mentioned problems associated with miniaturization are less likely to occur than in the past, and an operation for effectively using the field effect transistor. And to provide a method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願の第一発明の電界効果トランジスタによれ
ば、半導体基板に、トランジスタのアクティブ領域に相
当する基板部分を露出する窓を有する第1の絶縁膜を、
設けてあり、前述のアクテイブ領域に相当する基板部分
に、長手方向が当該電界効果トランジスタのチャネル長
方向に対し概ね直角の溝であってその長さが当該電界効
果トランジスタのチャネル幅と概ね同一の溝を、前述の
チャネル長方向に沿って複数並置して設けてあり、該複
数の溝の内壁各々と前述のアクティブ領域に相当する基
板部分表面とに第2の絶縁膜を設けてあり、前述の複数
の溝内各々に第1のゲート電極を設けてあり、該第1の
ゲート電極上に第3の絶縁膜を設けてあり、前述のアク
ティブ領域に相当する基板部分上の第2の絶縁膜の所定
部分上に、前述の第1のゲート電極と同じ材料又は異質
の材料で構成した第2のゲート電極を設けてあり、前述
のアクティブ領域に相当する基板部分の、前記複数の溝
が形成された部分及び第2のゲート電極が形成された部
分以外の部分にソース・ドレイン領域となる拡散層を設
けてあることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a field effect transistor having a window for exposing a substrate portion corresponding to an active region of a transistor. The first insulating film,
And a groove whose longitudinal direction is substantially perpendicular to the channel length direction of the field effect transistor and whose length is substantially the same as the channel width of the field effect transistor. A plurality of grooves are provided side by side along the above-described channel length direction, and a second insulating film is provided on each of the inner walls of the plurality of grooves and the surface of the substrate portion corresponding to the active region. A first gate electrode is provided in each of the plurality of trenches, a third insulating film is provided on the first gate electrode, and a second insulating film is formed on a substrate portion corresponding to the active region. A second gate electrode made of the same material or a different material as the first gate electrode is provided on a predetermined portion of the film, and the plurality of grooves in the substrate portion corresponding to the active region are provided. Formed part Wherein the portion other than beauty second portion where the gate electrode is formed of is provided with a diffusion layer serving as source and drain regions.

【0011】なお、この第一発明において、溝の長さ方
向がチャネル長方向に対し概ね直角とは真に直角の場合
も勿論含む。また、溝の長さがチャネル幅と概ね同一と
は真に同一の場合も勿論含む。
In the first aspect of the present invention, the case where the length direction of the groove is substantially perpendicular to the direction of the channel length is, of course, included. In addition, it is needless to say that the case where the length of the groove is substantially the same as the channel width also includes the case where it is truly the same.

【0012】また、この第一発明の実施に当たり、前述
の複数の溝の深さを全部の溝で又は一部の溝で違えても
良い。全部の溝の深さを同じとした場合より電流経路の
長さ変更を種々に行なえるからである。またこの際に、
前述の複数の溝のうちドレイン領域用拡散層に最も近い
位置に設けた溝の深さを他の溝の深さより深くするのが
好適である。ドレイン領域近傍でのチャネルは基板の深
い部分に形成されるため、そうしない場合に比べ、絶縁
膜へのホットキャリアの侵入が少なくなり、また駆動能
力がより増加するからである。
In the first embodiment of the present invention, the depth of the plurality of grooves may be different for all the grooves or for some of the grooves. This is because the length of the current path can be changed more variously than when the depth of all the grooves is the same. At this time,
It is preferable that the depth of the groove provided at the position closest to the drain region diffusion layer among the plurality of grooves is greater than the depths of the other grooves. This is because the channel near the drain region is formed in a deep part of the substrate, so that the penetration of hot carriers into the insulating film is reduced and the driving capability is further increased as compared with the case where the channel is not formed.

【0013】また、この出願の第二発明によれば、第一
発明の電界効果トランジスタを動作させるに当たり、前
述の第1のゲート電極及び第2のゲート電極の何れか一
方に一定電圧の信号を印加するか、または、前述の第1
のゲート電極及び第2のゲート電極各々に電位が変動す
る信号を印加することを特徴とする。ここで、何れか一
方のゲート電極に一定電圧の信号を印加する例として
は、例えば、第1及び第2のゲート電極の何れか一方に
固定電圧を印加し他方に通常のシングルゲートタイプの
MOSFETのゲート電極に印加されるような信号を印
加する例が挙げられる。また、両ゲート電極各々に電位
が変動する信号を印加する例としては、第1及び第2の
ゲート電極各々に、例えば、通常のデュアルゲートタイ
プのMOSFETのゲート電極に印加されるような信号
を印加する例が挙げられる。
According to the second invention of this application, when operating the field effect transistor of the first invention, a signal of a constant voltage is applied to one of the first gate electrode and the second gate electrode. Applied or the first
A signal whose potential fluctuates is applied to each of the gate electrode and the second gate electrode. Here, as an example of applying a constant voltage signal to one of the gate electrodes, for example, a fixed voltage is applied to one of the first and second gate electrodes, and a normal single gate type MOSFET is applied to the other. An example in which a signal is applied to the gate electrode is applied. As an example of applying a signal whose potential fluctuates to both gate electrodes, a signal applied to each of the first and second gate electrodes, for example, a gate electrode of a normal dual gate type MOSFET is applied. An example of application is given.

【0014】[0014]

【作用】この発明の構成によれば、複数の溝を設けた
分、同一ゲート長のFETで平面構造の従来のFET
(例えば図6のFET。以下、「従来のFET」とい
う。)に比べ実効的なチャネル長は長くなる。そして、
ゲート電極の電位(以下、「ゲート電位」と称すること
もある。)がFETの閾値電圧以下の場合リーク電流は
この溝に沿う基板部分を流れるので従来のFETに比べ
リーク電流が小さくなる。
According to the structure of the present invention, a conventional FET having the same gate length and a planar structure is provided for a plurality of grooves.
(For example, the FET of FIG. 6; hereinafter, referred to as “conventional FET”), the effective channel length is longer. And
When the potential of the gate electrode (hereinafter, also referred to as “gate potential”) is equal to or lower than the threshold voltage of the FET, the leak current flows through the substrate along this groove, so that the leak current is smaller than that of the conventional FET.

【0015】さらに、第1のゲート電極の構成材料、第
2のゲート電極の構成材料各々を任意に選定できる。さ
らに、これらゲート電極に印加する信号を任意に設定で
きる。これにより、各ゲート電極と対向する基板部分で
の反転層の形成のされ方に違いを生じさせることができ
る。この点でも、リーク電流の低減、ホットキャリアの
影響の低減が図れる。またさらに、反転層の形成のされ
方の違いを利用しスイッチング速度の増加が図れる。
Further, the constituent materials of the first gate electrode and the constituent material of the second gate electrode can be arbitrarily selected. Further, signals applied to these gate electrodes can be set arbitrarily. Thus, it is possible to cause a difference in how the inversion layer is formed in the substrate portion facing each gate electrode. Also in this respect, it is possible to reduce the leak current and the influence of hot carriers. Further, the switching speed can be increased by utilizing the difference in the formation of the inversion layer.

【0016】また、この出願の第二発明によれば、第
1、第2の各ゲート電極と対向する基板部分での反転層
の形成のされ方に違いを生じさせることができ、第一発
明のFETの有効な使用ができる。
Further, according to the second invention of this application, it is possible to make a difference in how the inversion layer is formed in the substrate portion facing the first and second gate electrodes. Can be used effectively.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を参照して第一発明の電界効果ト
ランジスタ(以下、「FET」と略称することもあ
る。)の実施例及び第二発明のFETの動作方法の実施
例についてそれぞれ説明する。しかしながら、以下の説
明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に各構成
成分の寸法、形状及び配置関係を概略的に示してある。
また、説明に用いる各図において、同様な構成成分につ
いては同一の符号を付して示してあり重複する説明は省
略している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the drawings, an embodiment of a field effect transistor (hereinafter, may be abbreviated as "FET") of the first invention and an embodiment of an operation method of the FET of the second invention will be described below. I do. However, the drawings used in the following description schematically show the dimensions, shapes, and arrangements of the components so that the present invention can be understood.
Further, in each of the drawings used for the description, the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping description is omitted.

【0018】1.第一発明(FET)の実施例の説明 1−1.構造説明 図1はこの発明の実施例のFETの構造を説明するため
の図であり、このFETをそのチャネル長方向に沿って
切って示した断面図である。
1. 1. Description of Embodiment of First Invention (FET) 1-1. Structure Description FIG. 1 is a view for explaining the structure of an FET according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the FET cut along the channel length direction.

【0019】この実施例のFETでは、半導体基板とし
ての例えばシリコン基板31に、トランジスタのアクテ
ィブ領域に相当する基板部分33を露出する窓35aを
有する第1の絶縁膜35を、設けてある。この第1の絶
縁膜35は素子分離のためのフィールド酸化膜になる。
In the FET of this embodiment, a first insulating film 35 having a window 35a exposing a substrate portion 33 corresponding to an active region of a transistor is provided on, for example, a silicon substrate 31 as a semiconductor substrate. This first insulating film 35 becomes a field oxide film for element isolation.

【0020】さらにこの実施例のFETでは、アクテイ
ブ領域に相当する基板部分33に、長手方向が当該電界
効果トランジスタのチャネル長方向(この場合図1にX
を付した方向)に対し概ね直角の溝であってその長さが
当該電界効果トランジスタのチャネル幅と概ね同一で然
も断面形状が矩形の溝37を、チャネル長方向に沿って
複数(図示例では3個)並置して設けてある。なお、溝
の幅W、深さD、ピッチP(それぞれ図1参照。)、及
び個数は設計に応じた寸法、個数にできる。また、溝3
7は設計に応じ断面形状が矩形以外の任意好適な溝とで
きる。
Further, in the FET of this embodiment, the longitudinal direction of the substrate portion 33 corresponding to the active region corresponds to the channel length direction of the field effect transistor (in this case, X in FIG. 1).
A plurality of grooves 37 each having a rectangular shape which is substantially perpendicular to (i.e., the direction denoted by) and whose length is substantially the same as the channel width of the field effect transistor and whose cross-sectional shape is rectangular along the channel length direction (illustrated example) 3) are provided side by side. The width W, depth D, pitch P (refer to FIG. 1) and the number of the grooves can be set to dimensions and numbers according to the design. Groove 3
Reference numeral 7 can be any suitable groove having a cross-sectional shape other than a rectangle depending on the design.

【0021】さらにこの実施例のFETでは、これら複
数の溝37の内壁各々とアクティブ領域に相当する基板
部分33表面とに第2の絶縁膜としてのゲート絶縁膜3
9を設けてあり、さらに、これら複数の溝37内各々に
第1のゲート電極41を設けてあり、さらに、この第1
のゲート電極41上に第3の絶縁膜43をこの場合その
表面が第2の絶縁膜39の基板上の部分の表面と面一と
なるように設けてある。
Further, in the FET of this embodiment, the gate insulating film 3 as the second insulating film is formed on each of the inner walls of the plurality of grooves 37 and the surface of the substrate portion 33 corresponding to the active region.
9 is provided, and a first gate electrode 41 is provided in each of the plurality of trenches 37.
In this case, a third insulating film 43 is provided on the gate electrode 41 such that the surface thereof is flush with the surface of the portion of the second insulating film 39 on the substrate.

【0022】さらに、この実施例のFETでは、第2の
絶縁膜39及び第3の絶縁膜43で構成される連続面上
の一部分(この場合当該FETのソース・ドレイン領域
形成予定部分以外の部分)上に、第1のゲート電極と同
じ材料又は異質の材料で構成した第2のゲート電極45
を設けてあり、さらに、アクティブ領域に相当する基板
部分33の、前記複数の溝37が形成された部分及び第
2のゲート電極45が形成された部分以外の部分にソー
ス・ドレイン領域となる拡散層47を設けてある。そし
て、第2のゲート電極45、拡散層47形成済みの試料
上に中間絶縁膜49を設けてあり、この中間絶縁膜49
の拡散層47に対応する所定部分にはコンタクトホール
51を設けてあり、このコンタクトホール51を介し配
線53(例えばアルミ配線)を拡散層47に接続してあ
る。
Further, in the FET of this embodiment, a portion on the continuous surface composed of the second insulating film 39 and the third insulating film 43 (in this case, a portion other than a portion where the source / drain region of the FET is to be formed). ) A second gate electrode 45 made of the same material or a different material as the first gate electrode.
In addition, a diffusion that becomes a source / drain region in a portion of the substrate portion 33 corresponding to the active region other than the portion where the plurality of grooves 37 are formed and the portion where the second gate electrode 45 is formed is provided. A layer 47 is provided. An intermediate insulating film 49 is provided on the sample on which the second gate electrode 45 and the diffusion layer 47 have been formed.
A contact hole 51 is provided in a predetermined portion corresponding to the diffusion layer 47. A wiring 53 (for example, an aluminum wiring) is connected to the diffusion layer 47 through the contact hole 51.

【0023】ここで、第1のゲート電極41及び第2の
ゲート電極45各々の構成材料が同じ又は異質とは、例
えば、下記の表1のような場合をいうものとする。勿
論、これは例示である。
Here, that the constituent materials of the first gate electrode 41 and the second gate electrode 45 are the same or different is, for example, a case as shown in Table 1 below. Of course, this is only an example.

【表1】[Table 1]

【0024】 [0024]

【0025】1−2.製造方法の説明 図1を用いて説明した実施例のFETは、例えば以下に
説明するような方法により製造することができる。図2
(A)〜(C)及び図3(A)〜(C)はその説明に供
する製造工程図である。いずれの図も図1に対応する位
置での断面図で示してある。
1-2. Description of Manufacturing Method The FET of the embodiment described with reference to FIG. 1 can be manufactured by, for example, a method described below. FIG.
3 (A) to 3 (C) and FIGS. 3 (A) to 3 (C) are manufacturing process diagrams for explanation thereof. Both figures are cross-sectional views at positions corresponding to FIG.

【0026】先ず、シリコン基板31に、例えば公知の
LOCOS(Local oxidation of silicon)法を用い、
トランジスタのアクティブ領域に相当する基板部分33
を露出する窓35aを有する第1の絶縁膜35を、形成
する(図2(A))。
First, a known LOCOS (Local oxidation of silicon) method is applied to the silicon substrate 31, for example.
Substrate portion 33 corresponding to active region of transistor
A first insulating film 35 having a window 35a for exposing is formed (FIG. 2A).

【0027】次に、溝37を形成するためにアクティブ
領域に相当する基板部分33にこの基板部分33の溝3
7形成予定領域を選択的に露出するレジストパターン5
5を形成する(図2(B))。
Next, a groove 3 of the substrate portion 33 is formed in the substrate portion 33 corresponding to the active area for forming the groove 37.
7 A resist pattern 5 for selectively exposing a region to be formed
5 (FIG. 2B).

【0028】次に、レジストパターン55形成済みの試
料に対し、例えばRIE(反応性イオンエッチング)法
により異方性のエッチングを行ない溝37を形成する
(図2C))。
Next, anisotropic etching is performed on the sample on which the resist pattern 55 has been formed by, for example, RIE (Reactive Ion Etching) to form a groove 37 (FIG. 2C).

【0029】次に、例えば熱酸化法により各溝37内
と、アクティブ領域に相当する基板部分33表面上とに
第2の絶縁膜39をそれぞれ形成する(図3(A))。
Next, a second insulating film 39 is formed in each groove 37 and on the surface of the substrate portion 33 corresponding to the active region by, for example, a thermal oxidation method (FIG. 3A).

【0030】次に、第2の絶縁膜39形成済みの試料全
面上に例えばポリシリコン等のような第1のゲート電極
形成材を溝37を埋め込むに充分な厚さで堆積させ、次
いで、この第1のゲート電極形成材上にレジスト等表面
の平坦化が可能な材料を堆積させ、その後、レジスト
(平坦化材料)のエッチング速度と第1のゲート電極形
成材のエッチング速度とが等しくなるようなエッチング
条件で両者を基板31表面の第2の絶縁膜39表面が露
出するまでエッチングする(エッチバック法を実施す
る。)。これにより、溝内に第1のゲート電極41を形
成できる(図3(B))。
Next, a first gate electrode forming material such as polysilicon is deposited on the entire surface of the sample on which the second insulating film 39 has been formed in a thickness sufficient to fill the groove 37. A material capable of planarizing the surface such as a resist is deposited on the first gate electrode forming material, and thereafter, the etching rate of the resist (planarizing material) is equal to the etching rate of the first gate electrode forming material. Both are etched under appropriate etching conditions until the surface of the second insulating film 39 on the surface of the substrate 31 is exposed (etchback method is performed). Thus, the first gate electrode 41 can be formed in the groove (FIG. 3B).

【0031】次に、第1のゲート電極形成材がポリシリ
コンであれば例えば熱酸化法によりその表面を酸化させ
ることにより、第1のゲート電極41上に第3の絶縁膜
43を形成する(図3(C))。なお、このように第3
の絶縁膜43を形成する場合は、基板表面に形成されて
いる第2の絶縁膜39を先ず除去し第3の絶縁膜43形
成のための熱酸化工程で第2の絶縁膜39を再び形成す
るのが良い。第2の絶縁膜はゲート絶縁膜として機能す
るので所定の膜厚にする必要があるからである。
Next, if the first gate electrode forming material is polysilicon, the third insulating film 43 is formed on the first gate electrode 41 by oxidizing the surface by, for example, a thermal oxidation method ( (FIG. 3 (C)). In addition, the third
When the insulating film 43 is formed, the second insulating film 39 formed on the substrate surface is first removed, and the second insulating film 39 is formed again by a thermal oxidation process for forming the third insulating film 43. Good to do. This is because the second insulating film functions as a gate insulating film and needs to have a predetermined thickness.

【0032】次に、第3の絶縁膜43形成済みの試料上
全面に第2のゲート電極形成材を公知の方法により形成
し、その後、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技
術によりこの第2のゲート電極形成材を所定形状にパタ
ーニングして第2のゲート電極45を形成する(図4
(A))。
Next, a second gate electrode forming material is formed on the entire surface of the sample on which the third insulating film 43 has been formed by a known method, and thereafter, the second gate electrode forming material is formed by a known lithography technique and etching technique. The second gate electrode 45 is formed by patterning the forming material into a predetermined shape.
(A)).

【0033】次に、第2のゲート電極45及び第1の絶
縁膜35をイオン注入時のマスクとして用いて基板にイ
オン注入をしソース・ドレイン用の拡散層47をセルフ
アライン的に形成する(図4(B))。
Next, ions are implanted into the substrate using the second gate electrode 45 and the first insulating film 35 as a mask at the time of ion implantation, and a source / drain diffusion layer 47 is formed in a self-aligned manner. FIG. 4 (B)).

【0034】その後、図示せずも、公知の方法により、
中間絶縁膜49の形成、コンタクトホール51の形成及
び配線53の形成をそれぞれ行なって、図1に示した実
施例のFETが得られる。
Thereafter, though not shown, by a known method,
The formation of the intermediate insulating film 49, the formation of the contact hole 51, and the formation of the wiring 53 are performed to obtain the FET of the embodiment shown in FIG.

【0035】 2.第二発明(FETの動作方法)の実施例の説明 上述の第一発明の実施例のFETは第1のゲート電極4
1及び第2のゲート電極45各々の形成材料を違えるこ
と及び又はこれらゲート電極へ印加する信号を違えるこ
とにより次に説明するような使用が可能である。そし
て、各使用方法においてそれぞれ独特の効果が得られ
る。
[0035] 2. Description of Embodiment of Second Invention (Method of Operating FET) The above-described FET of the first embodiment of the present invention has a first gate electrode 4
By using different materials for the first and second gate electrodes 45 and / or different signals to be applied to these gate electrodes, the following use is possible. In each usage method, a unique effect is obtained.

【0036】2−1.使用例1 第一発明の実施例のFETをPMOSとして使用する場
合で、第1のゲート電極41をp+ 型ポリシリコンで構
成し、第2のゲート電極43をn+ 型ポリシリコンで構
成し、かつ、第1のゲート電極41をシリコン基板31
の電位と同一に固定しておき、然も第2のゲート電極4
5を通常のMOSFETのゲート電極として使用する場
合、次のような効果が得られる。
2-1. Use Example 1 In the case where the FET of the embodiment of the first invention is used as a PMOS, the first gate electrode 41 is made of p + -type polysilicon, and the second gate electrode 43 is made of n + -type polysilicon. And the first gate electrode 41 is connected to the silicon substrate 31
Of the second gate electrode 4
When 5 is used as the gate electrode of a normal MOSFET, the following effects can be obtained.

【0037】この使用例では、図5(A)に示すよう
に、第2のゲート電極45の電位が0Vの場合でも溝3
7の底面及び側面で溝37に接する基板部分に反転層6
1(チャネル)が常に形成されることになる。このた
め、第2のゲート電極45の電位が閾値以上になった場
合に半導体基板31の表面部分63(図5(A)参照)
に反転層が形成されるだけでドレイン電流が流れる。し
たがって、そうしない場合(溝37に沿う基板部分全て
に新たに反転層を形成する場合)に比べFETのスイッ
チング時間は早くなる。また、ゲート電位が閾値電圧以
下ではリーク電流は溝37に沿う基板部分を流れるので
リーク電流は従来のFETより少なくなる。また、ゲー
ト電位が閾値電圧以上の場合もドレイン電流は溝37に
沿う基板部分を流れるので従来のFETに比べ実効的な
チャネル長が長くなり、この結果短チャネル効果(ホッ
トキャリアによる素子特性劣化も含む。)が従来より生
じにくい。また、ゲート電位が閾値電圧以上の場合でか
つ比較的大きな値になると、その電圧の上昇に伴い溝間
の基板部分では基板表面から溝37の深さ方向に空乏層
がより発達するのでチャネルが溝底側に徐々に移ると考
えられその結果FETの駆動能力が高まってくると考え
られる。
In this usage example, as shown in FIG. 5A, even when the potential of the second gate electrode 45 is 0 V, the groove 3
The inversion layer 6 is provided on the portion of the substrate that contacts the groove 37 on the bottom and side surfaces of the substrate 7.
1 (channel) is always formed. Therefore, when the potential of the second gate electrode 45 becomes equal to or higher than the threshold, the surface portion 63 of the semiconductor substrate 31 (see FIG. 5A).
A drain current flows only by forming an inversion layer. Therefore, the switching time of the FET is shorter than in the case where this is not the case (when a new inversion layer is newly formed on the entire substrate along the groove 37). When the gate potential is lower than the threshold voltage, the leak current flows through the substrate along the groove 37, so that the leak current is smaller than that of the conventional FET. Also, when the gate potential is equal to or higher than the threshold voltage, the drain current flows through the substrate along the trench 37, so that the effective channel length becomes longer than that of the conventional FET. Is less likely to occur than before. Further, when the gate potential is equal to or higher than the threshold voltage and becomes a relatively large value, a depletion layer develops more in the depth direction of the groove 37 from the substrate surface in the substrate portion between the grooves as the voltage increases, so that the channel becomes It is considered that the driving capability of the FET gradually increases toward the groove bottom side, and as a result, the driving capability of the FET increases.

【0038】2−2.使用例2 第一発明の実施例のFETをPMOSとして使用する場
合で、第1のゲート電極41及び第2のゲート電極45
を共にn+ 型ポリシリコンで構成し、かつ、第1のゲー
ト電極41に当該FETの閾値以上の一定の電圧を印加
しておき、しかも、第2のゲート電極45を通常のMO
SFETのゲート電極として使用する場合も、上述の使
用例1と同様に、第2のゲート電極45の電位が0Vの
場合でも溝37の底面及び側面で溝37に接する基板部
分に反転層61(チャネル)が常に形成されることにな
る。このため、使用例1同様スイッチング速度が速くな
るという効果が得られる。さらに、使用例1の他の効果
も同様に得られる。
2-2. Use Example 2 In the case where the FET according to the embodiment of the first invention is used as a PMOS, the first gate electrode 41 and the second gate electrode 45 are used.
Are made of n + -type polysilicon, a constant voltage equal to or higher than the threshold value of the FET is applied to the first gate electrode 41, and the second gate electrode 45 is
Also when used as the gate electrode of the SFET, even when the potential of the second gate electrode 45 is 0 V, the inversion layer 61 ( Channel) will always be formed. For this reason, an effect that the switching speed is increased as in the first usage example is obtained. Further, other effects of the usage example 1 are obtained in a similar manner.

【0039】2−3.使用例3 第一発明の実施例のFETをNMOSとして使用する場
合で、第1のゲート電極41及び第2のゲート電極45
を同じ材料で構成し、かつ、第1のゲート電極41に当
該FETの閾値以上の一定の電圧を印加しておき、しか
も、第2のゲート電極45を通常のMOSFETのゲー
ト電極として使用する場合も、上述の使用例1と同様
に、第2のゲート電極45の電位が0Vの場合でも溝3
7の底面及び側面で溝37に接する基板部分に反転層6
1(チャネル)が常に形成されることになるので、使用
例1同様スイッチング速度が速くなるという効果が得ら
れる。さらに、使用例1の他の効果も同様に得られる。
2-3. Usage Example 3 In the case where the FET of the embodiment of the first invention is used as an NMOS, the first gate electrode 41 and the second gate electrode 45 are used.
Are made of the same material, a constant voltage equal to or higher than the threshold value of the FET is applied to the first gate electrode 41, and the second gate electrode 45 is used as a gate electrode of a normal MOSFET. Also, similarly to the above-described usage example 1, even when the potential of the second gate electrode 45 is 0 V, the groove 3
The inversion layer 6 is provided on the portion of the substrate that contacts the groove 37 on the bottom and side surfaces of the substrate 7.
Since 1 (channel) is always formed, an effect of increasing the switching speed is obtained as in the first usage example. Further, other effects of the usage example 1 are obtained in a similar manner.

【0040】なお、使用例2及び使用例3各々では第1
のゲート電極41に電位が一定である固定の信号を印加
する例で説明しているが、最低レベルが閾値以上にシフ
トされていれば電位が変動する信号を第1のゲート電極
に印加しても同様な効果が得られる。
The first and second use examples are the first and second use examples.
In the example described above, a fixed signal having a constant potential is applied to the gate electrode 41 of FIG. Has the same effect.

【0041】2−4.使用例4 第一発明の実施例のFETにおいて、第1のゲート電極
41と第2のゲート電極45とを、仕事関数が異なる材
料でそれぞれ構成しかつ第1のゲート電極41及び第2
のゲート電極45をそれぞれ通常のMOSFETのゲー
ト電極として使用しても良い。その一例として、第2の
ゲート電極45を、第1のゲート電極の構成材料より仕
事関数が高い材料で構成し、かつ、第1のゲート電極4
1及び第2のゲート電極45をそれぞれ通常のMOSF
ETのゲート電極として使用する場合を説明する。
2-4. Usage Example 4 In the FET according to the embodiment of the first invention, the first gate electrode 41 and the second gate electrode 45 are made of materials having different work functions, respectively, and the first gate electrode 41 and the second gate electrode 45 are made of different materials.
May be used as the gate electrodes of ordinary MOSFETs. As an example, the second gate electrode 45 is made of a material having a higher work function than the constituent material of the first gate electrode, and the first gate electrode 4
Each of the first and second gate electrodes 45 is a normal MOSF
The case of using as an ET gate electrode will be described.

【0042】この使用例では、第1のゲート電極41と
対向する基板部分での閾値の方が第2のゲート電極45
と対向する基板部分での閾値より低くなる。したがっ
て、溝37の底面及び側面と接する基板部分には、第2
のゲート45と対向する基板部分より低いゲート電位で
反転層が形成される。そのため、両ゲート電極41,4
5の電位が第1のゲート電極41の閾値以下の場合は、
リーク電流は溝37に沿う基板部分を流れるのでリーク
電流は従来より低減される。また、両ゲート電極41,
45の電位が第2のゲート電極45の閾値以上になると
第1のゲート電極41と対向する基板部分にはすでに反
転層が形成されているので第2のゲート電極45と対向
する部分に反転層が形成されるだけでドレイン電流が流
れる。このため、これまでの使用例同様に従来よりスイ
ッチング速度が速いという効果が得られる。さらにゲー
ト電位が高くなると、この使用例4では両ゲート電極4
1,45が共に高電位になるので溝37間の基板部分で
は基板表面側及び溝側壁側より空乏層が成長する。この
ため、溝37間の基板部分はこれまでの使用例に比べよ
り多く空乏化すると考えられ、この結果、ドレイン電流
は図5(B)に65で示すように溝37間の基板部分は
パスして溝底分の基板部分を流れるようになると考えら
れる。このため、従来のFETとほぼ同様な駆動能力が
得られる。
In this usage example, the threshold value at the substrate portion facing the first gate electrode 41 is larger than the threshold value at the second gate electrode 45.
Is lower than the threshold value in the substrate portion opposite to. Therefore, the substrate portion in contact with the bottom and side surfaces of the groove 37 has the second
The inversion layer is formed at a gate potential lower than the substrate portion facing the gate 45 of FIG. Therefore, both gate electrodes 41, 4
5 is equal to or less than the threshold value of the first gate electrode 41,
Since the leak current flows through the substrate along the groove 37, the leak current is reduced as compared with the conventional case. Also, both gate electrodes 41,
When the potential of the gate electrode 45 becomes equal to or higher than the threshold value of the second gate electrode 45, an inversion layer is already formed on the substrate portion facing the first gate electrode 41. Is formed, a drain current flows. For this reason, the effect that the switching speed is faster than the conventional one can be obtained as in the conventional use examples. When the gate potential further increases, in this usage example 4, both gate electrodes 4
Since both 1 and 45 have a high potential, a depletion layer grows on the substrate portion between the grooves 37 from the substrate surface side and the groove side wall side. For this reason, it is considered that the substrate portion between the trenches 37 is more depleted than in the conventional example, and as a result, the drain current is reduced as shown by 65 in FIG. Then, it is considered that the fluid flows through the substrate portion corresponding to the groove bottom. Therefore, almost the same driving capability as that of the conventional FET can be obtained.

【0043】なお、上述の各実施例では第2のゲート電
極45は、第2の絶縁膜39上及び第3の絶縁膜43上
にわたって設けていたが、基板31上の第2の絶縁膜3
9上にのみ第2のゲート電極を設けるようにしても良
い。ただし、この場合は製造工程が面倒になる。
Although the second gate electrode 45 is provided on the second insulating film 39 and the third insulating film 43 in each of the above embodiments, the second gate electrode 45 is provided on the substrate 31.
9, the second gate electrode may be provided. However, in this case, the manufacturing process becomes complicated.

【0044】[0044]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の出願の第一発明の電界効果トランジスタによれば、複
数の溝を設けた分、従来のFETに比べ実効的なチャネ
ル長は長くなる。そして、ゲート電極の電位がFETの
閾値電圧以下の場合リーク電流はこの溝に沿う基板部分
を流れるので従来のFETに比べリーク電流が小さくな
る。また、第1のゲート電極の構成材料、第2のゲート
電極の構成材料各々を種々に選択でき、さらにこれらゲ
ート電極に任意の信号を印加できる。このため、第二発
明のような使用方法が可能になり、この結果、各ゲート
電極と対向する基板部分での反転層の形成のされ方に違
いを生じさせることができ、これによってもリーク電流
低減、ホットキャリアの影響の低減ができる。また、各
ゲート電極と対向する基板部分での反転層の形成のされ
方に違いを生じさせることによりスイッチング速度を高
めることができる。
As is apparent from the above description, according to the field effect transistor of the first invention of this application, the effective channel length is longer than that of the conventional FET by the provision of the plurality of grooves. . When the potential of the gate electrode is equal to or lower than the threshold voltage of the FET, the leak current flows through the substrate along the groove, so that the leak current is smaller than that of the conventional FET. Further, the constituent material of the first gate electrode and the constituent material of the second gate electrode can be variously selected, and an arbitrary signal can be applied to these gate electrodes. For this reason, the method of use as in the second invention becomes possible, and as a result, it is possible to cause a difference in how the inversion layer is formed in the substrate portion opposed to each gate electrode, which also causes a leakage current. And the effects of hot carriers can be reduced. In addition, the switching speed can be increased by making a difference in how the inversion layer is formed in the substrate portion facing each gate electrode.

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

【図1】第一発明の実施例のFETを概略的に示した断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an FET according to an embodiment of the first invention.

【図2】(A)〜(C)は実施例のFETの製造方法例
を示す工程図である。
FIGS. 2A to 2C are process diagrams showing an example of a method for manufacturing an FET according to an embodiment.

【図3】(A)〜(C)は実施例のFETの製造方法例
を示す図2に続く工程図である。
FIGS. 3A to 3C are process diagrams subsequent to FIG. 2, illustrating an example of a method of manufacturing an FET according to an embodiment.

【図4】(A)及び(B)は実施例のFETの製造方法
例を示す図3に続く工程図である。
FIGS. 4A and 4B are process diagrams subsequent to FIG. 3, illustrating an example of a method for manufacturing an FET according to an embodiment.

【図5】(A)及び(B)は第二発明の各実施例の説明
に供する図である。
FIGS. 5A and 5B are views for explaining each embodiment of the second invention.

【図6】従来技術の説明に供する図である。FIG. 6 is a diagram provided for explanation of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31:半導体基板 33:アクティブ領域 35:第1の絶縁膜(フィールド酸化膜) 35a:アクティブ領域を露出する窓 37:溝 39:第2の絶縁膜(ゲート絶縁膜) 41:第1のゲート電極 43:第3の絶縁膜 45:第2のゲート電極 47:拡散層 49:中間絶縁膜 51:コンタクトホール 53:配線 31: semiconductor substrate 33: active region 35: first insulating film (field oxide film) 35a: window exposing the active region 37: groove 39: second insulating film (gate insulating film) 41: first gate electrode 43: Third insulating film 45: Second gate electrode 47: Diffusion layer 49: Intermediate insulating film 51: Contact hole 53: Wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板に、トランジスタのアクティ
ブ領域に相当する基板部分を露出する窓を有する第1の
絶縁膜を、設けてあり、 前記アクテイブ領域に相当する基板部分に、長手方向が
当該電界効果トランジスタのチャネル長方向に対し概ね
直角の溝であってその長さが当該電界効果トランジスタ
のチャネル幅と概ね同一の溝を、前記チャネル長方向に
沿って複数並置して設けてあり、 該複数の溝の内壁各々と前記アクティブ領域に相当する
基板部分表面とに第2の絶縁膜を設けてあり、 前記複数の溝内各々に第1のゲート電極を設けてあり、 該第1のゲート電極上に第3の絶縁膜を設けてあり、 前記アクティブ領域に相当する基板部分上の第2の絶縁
膜の所定部分上に、前記第1のゲート電極と同じ材料又
は異質の材料で構成した第2のゲート電極を設けてあ
り、 前記アクティブ領域に相当する基板部分の、前記複数の
溝が形成された部分及び第2のゲート電極が形成された
部分以外の部分にソース・ドレイン領域となる拡散層を
設けてあることを特徴とする電界効果トランジスタ。
A first insulating film having a window exposing a substrate portion corresponding to an active region of a transistor is provided on a semiconductor substrate, and a longitudinal direction of the substrate portion corresponding to the active region is set to the electric field. A plurality of grooves which are substantially perpendicular to the channel length direction of the effect transistor and whose length is substantially the same as the channel width of the field effect transistor, are provided side by side along the channel length direction; A second insulating film is provided on each of the inner walls of the groove and the surface of the substrate portion corresponding to the active region; a first gate electrode is provided in each of the plurality of grooves; A third insulating film is provided thereon, and a predetermined material of the second insulating film on a substrate portion corresponding to the active region is formed of the same material or a different material as the first gate electrode. Diffusion on the substrate portion corresponding to the active region except for the portion where the plurality of grooves are formed and the portion where the second gate electrode is formed. A field-effect transistor, comprising a layer.
【請求項2】 請求項1に記載の電界効果トランジスタ
を動作させるに当たり、 前記第1のゲート電極及び第2のゲート電極の何れか一
方に一定電圧の信号を印加するか、または、前記第1の
ゲート電極及び第2のゲート電極各々に電位が変動する
信号を印加することを特徴とする電界効果トランジスタ
の動作方法。
2. When operating the field-effect transistor according to claim 1, a signal of a constant voltage is applied to one of the first gate electrode and the second gate electrode, or the first gate electrode is applied to the first gate electrode or the second gate electrode. A signal whose potential varies is applied to each of the gate electrode and the second gate electrode.
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