JP3128364B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排他的論理和の論理動
作を実現することができる半導体装置及びその製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】排他的論理和の論理動作を実現するため
に、従来は、複数の電界効果トランジスタを組み合わせ
た論理回路を用いていた。この時、組み合わされる電界
効果トランジスタは、各々、個別のトランジスタ素子で
あり、個々に、ソース/ドレイン領域及びチャネル領域
を有していた。そして、各素子間の電気的結合は配線を
通じて行われていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
に個別の電界効果トランジスタを配線により複数組み合
わせて回路を構成すると、その総合的な占有面積が大き
くなり、高集積化に不利であった。
【0004】そこで、本発明の目的は、高集積化に有利
な構造で排他的論理和の論理動作を実現することができ
る半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置では、互いに対向するように配
された一対のゲート電極の間の領域の半導体基板中に、
ソース/ドレイン領域となる一対の拡散領域が、前記一
対のゲート電極に沿った方向で互いに対向するように所
定間隔を置いて形成され、これら一対の拡散領域の間の
前記半導体基板の領域が、前記一対のゲート電極に対応
するチャネル領域に構成されており、前記各ゲート電極
に同電位を印加して前記一対の拡散領域を非導通状態と
する場合と、前記各ゲート電極に相異なる電位を印加し
て前記一対の拡散領域を導通状態とする場合とにより、
2種の論理値からなる排他的論理和を構成する。
【0006】本発明の好ましい態様においては、前記一
対のゲート電極が前記半導体基板中に埋め込み形成され
ている。
【0007】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板の主面側から所定深さ位置に酸素を導入し、
その位置に半導体酸化膜を形成する第1の工程と、前記
半導体基板の前記主面に、互いに平行な一対の条溝を、
前記半導体酸化膜が露出する深さまで形成する第2の工
程と、前記一対の条溝の内側面を含む前記半導体基板の
前記主面の全面に絶縁膜を形成する第3の工程と、前記
一対の条溝を導電物で埋め込み、一対のゲート電極を形
成する第4の工程と、前記一対の条溝の間の前記半導体
基板中に、前記一対の条溝に沿った方向で互いに対向す
るように所定間隔を置いて一対の拡散領域を形成する第
5の工程とを有し、前記各ゲート電極に同電位を印加し
て前記一対の拡散領域を非導通状態とする場合と、前記
各ゲート電極に相異なる電位を印加して前記一対の拡散
領域を導通状態とする場合とにより、2種の論理値から
なる排他的論理和を構成する。
【0008】
【作用】本発明の半導体装置においては、例えばP型の
半導体基板を用い、その一対のゲート電極に2値の入
力、例えば、低電位=0V(論理値“0”とする。)と
高電位=+5V(論理値“1”とする。)を選択的に与
えると、両方のゲート電極が共に低電位の時又は共に高
電位の時には、例えばN型の一対の拡散領域の間のP型
の半導体基板の領域に電位差が発生しないため、そこに
チャネルが形成されず、一対の拡散領域の間が導通しな
い。従って、これらの拡散領域をソース/ドレイン領域
として出力を取り出しても、出力が得られず、出力の論
理値が“0”となる。一方、片方のゲート電極のみが高
電位の時には、その高電位のゲート電極付近にチャネル
が形成され、一対の拡散領域の間が導通する。従って、
これらの領域から出力が得られ、出力の論理値が“1”
になる。即ち、本発明の半導体装置を用いると、排他的
論理和の論理動作を得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例につき図面を参照して
説明する。
【0010】まず、図1に、本発明の第1の実施例によ
る半導体装置の構造を示す。
【0011】同図において、1はP型シリコン基板であ
り、このP型シリコン基板1の主面に互いに平行に延び
る一対の条溝が形成され、これらの条溝の内部に、熱酸
化法等により形成されたシリコン酸化膜2を介してゲー
ト電極3a、3bが埋め込み形成されている。
【0012】そして、これらのゲート電極3aと3bの
間に挟まれたP型シリコン基板1の表面部分には、これ
らのゲート電極3a、3bに沿った方向において互いに
対向するように所定間隔を置いて一対のN型拡散層4、
5が形成されている。即ち、N型拡散層4及び5は、各
々、一方のゲート電極3aから他方のゲート電極3bに
亙る領域に形成されており、これら一対のゲート電極3
a、3bの共通のソース/ドレイン領域として作用す
る。そして、これら一対のN型拡散層4、5に挟まれた
P型シリコン基板1の部分がチャネル領域6となる。
【0013】次に、この半導体装置の動作を説明する。
【0014】今、各ゲート電極3a、3bに高電位=+
5Vを与えた時を論理値“1”、各ゲート電極3a、3
bが低電位=0Vの時を論理値“0”とする。一方、出
力はソース/ドレイン領域である一対のN型拡散層4と
5から取り出し、これらの間が導通した場合を論理値
“1”、導通しない場合を論理値“0”とする。
【0015】この時、一方のゲート電極3aに高電位
(論理値“1”)を与え、他方のゲート電極3bを低電
位(論理値“0”)とすると、これらの入力のために、
N型拡散層4と5に挟まれたP型シリコン基板1のチャ
ネル領域6に電位差が発生し、ゲート電極3aの近傍部
分にチャネル6aが誘起される。そして、これにより、
ソース/ドレイン領域であるN型拡散層4と5の間が導
通し、論理値“1”の出力が得られる。ゲート電極3
a、3bに与える電位を逆にしても同様であり、この場
合には、ゲート電極3bの近傍部分にチャネル6bが誘
起され、これにより、N型拡散層4と5の間が導通し
て、論理値“1”の出力が得られる。
【0016】これに対し、一対のゲート電極3a、3b
に同じ入力を与えた場合には、P型シリコン基板1のチ
ャネル領域6に電位差が生じないため、チャネルが形成
されず、N型拡散層4と5の間は導通しない。従って、
この場合の出力の論理値は“0”である。
【0017】このように、本実施例の半導体装置を用い
ると、入力の一方のみが論理値“1”の時に論理値
“1”の出力が得られ、入力が共に論理値“1”又は論
理値“0”の時には論理値“0”の出力が得られる。即
ち、排他的論理和の論理動作を得ることができる。
【0018】しかも、本実施例の半導体装置では、一対
のN型拡散層4及び5を2つのゲート電極3a、3bの
間のP型シリコン基板1に形成し、これらのN型拡散層
4及び5を各々のゲート電極3a、3bに対するソース
/ドレイン領域として用いている。従って、排他的論理
和の論理動作を実現する素子を極めてコンパクトな構造
で得ることができる。
【0019】更に、本実施例の半導体装置では、一対の
ゲート電極3a、3bをP型シリコン基板1に埋め込み
形成し、各ゲート電極3a、3bの側面部分に、P型シ
リコン基板1の主面に対して垂直な方向(即ち、深さ方
向)に広がるチャネル層を形成させるようにしている。
従って、2つのゲート電極3a、3bを比較的近接させ
て形成することが可能であり、素子の占有平面積を縮小
することができて、その高集積化を図ることができる。
【0020】なお、ゲート電極は、P型シリコン基板1
の上に形成しても良い。
【0021】次に、図2〜図4を参照しながら、本発明
の第2の実施例による半導体装置をその製造方法に従い
説明する。
【0022】本実施例においては、まず、図2(a)に
示すように、SIMOX(Separation by Implanted Ox
ygen) 法を用い、P型シリコン基板11の所定深さ位置
に酸素101を高濃度にイオン注入し、この後、熱処理
を行って、P型シリコン基板11の所定深さ位置にシリ
コン酸化膜17を形成する。
【0023】次に、図2(b)に示すように、P型シリ
コン基板11の全面にレジスト18を塗布し、このレジ
スト18を図示の如くパターニングした後、このレジス
ト18をマスクとしてP型シリコン基板11を異方性エ
ッチングする。このエッチングをシリコン酸化膜17が
露出する深さまで行い、P型シリコン基板11に互いに
平行な一対の条溝20a、20bを形成する。この時、
シリコン酸化膜17がエッチングストッパーとして作用
するので、条溝20a、20bの形成を精度良く行うこ
とができる。
【0024】次に、図3(a)に示すように、レジスト
18を除去した後、熱酸化を行い、P型シリコン基板1
1の露出面の全面、即ち、条溝20a、20bの内側面
を含むP型シリコン基板11の全面にシリコン酸化膜1
2を形成する。
【0025】次に、図3(b)に示すように、条溝20
a、20bを埋め込むとともに表面がほぼ平坦になるま
で高融点金属13を堆積させる。
【0026】次に、図3(c)に示すように、高融点金
属13a、13bが条溝20a、20b内にのみ残って
P型シリコン基板11の上面には残らない状態まで高融
点金属13をエッチバックする。
【0027】次に、図4(a)に示すように、レジスト
19を全面に塗布した後、図示の如くパターニングし、
このレジスト19をマスクとして、N型の不純物102
を条溝20a、20bの間のP型シリコン基板11にイ
オン注入する。
【0028】この結果、図4(b)に示すように、高融
点金属13aと13bの間で且つシリコン酸化膜17の
上のP型シリコン基板11に一対のN型拡散層14、1
5とその間のP型領域16が形成され、これらのN型拡
散層14、15及びP型領域16を夫々ソース/ドレイ
ン領域及びチャネル領域とするとともに高融点金属13
a、13bを一対のゲート電極とする半導体装置が形成
される。
【0029】このようにして形成した半導体装置の動作
は、上述した第1実施例と同様である。即ち、ソース/
ドレイン領域である一対のN型拡散層14、15間のP
型領域16に、ゲート電極への入力に応じて、選択的に
チャネル16a、16bが形成され、排他的論理和の論
理動作が得られる。
【0030】本実施例の構成によれば、素子の実働領域
とP型シリコン基板11とがシリコン酸化膜17により
互いに切り離されているので、安定した素子動作を得る
ことができる。
【0031】なお、上述した実施例においては、P型シ
リコン基板11をエッチングすることにより条溝20
a、20bを形成したが、シリコンのエピタキシャル成
長を利用し、そのエピタキシャル層に条溝を形成しても
良い。例えば、P型シリコン基板の上に所望の条溝のパ
ターンにシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜
を一種のマスクとして利用して選択的にシリコンをエピ
タキシャル成長させ、これにより、シリコンエピタキシ
ャル層に相対的に条溝を形成する。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、排他的論理和の論理動
作を実現する全体的に占有面積の小さな半導体装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による半導体装置の構造
を示す一部破断斜視図である。
【図2】本発明の第2の実施例による半導体装置の製造
方法を示す一部破断斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施例による半導体装置の製造
方法を示す一部破断斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施例による半導体装置の製造
方法を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
1、11 P型シリコン基板 2、12 シリコン酸化膜 3a、3b、13a、13b ゲート電極 4、5、14、15 N型拡散層 6、16 P型領域(チャネル領域) 6a、6b、16a、16b チャネル 17 シリコン酸化膜 20a、20b 条溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/088 H01L 29/78 H01L 29/786 H01L 21/8234 H01L 21/336

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに対向するように配された一対のゲ
    ート電極の間の領域の半導体基板中に、ソース/ドレイ
    ン領域となる一対の拡散領域が、前記一対のゲート電極
    に沿った方向で互いに対向するように所定間隔を置いて
    形成され、これら一対の拡散領域の間の前記半導体基板
    の領域が、前記一対のゲート電極に対応するチャネル領
    域に構成されており、 前記各ゲート電極に同電位を印加して前記一対の拡散領
    域を非導通状態とする場合と、前記各ゲート電極に相異
    なる電位を印加して前記一対の拡散領域を導通状態とす
    る場合とにより、2種の論理値からなる排他的論理和を
    構成することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記一対のゲート電極が前記半導体基板
    中に埋め込み形成されていることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板の主面側から所定深さ位置に
    酸素を導入し、その位置に半導体酸化膜を形成する第1
    の工程と、 前記半導体基板の前記主面に、互いに平行な一対の条溝
    を、前記半導体酸化膜が露出する深さまで形成する第2
    の工程と、 前記一対の条溝の内側面を含む前記半導体基板の前記主
    面の全面に絶縁膜を形成する第3の工程と、 前記一対の条溝を導電物で埋め込み、一対のゲート電極
    を形成する第4の工程と、 前記一対の条溝の間の前記半導体基板中に、前記一対の
    条溝に沿った方向で互いに対向するように所定間隔を置
    いて一対の拡散領域を形成する第5の工程とを有し、 前記各ゲート電極に同電位を印加して前記一対の拡散領
    域を非導通状態とする場合と、前記各ゲート電極に相異
    なる電位を印加して前記一対の拡散領域を導通状態とす
    る場合とにより、2種の論理値からなる排他的論理和を
    構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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