JP3147161B2 - Field effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

Field effect transistor and method of manufacturing the same

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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果型トラン
ジスタにおける、しきい値電圧の制御に関する。特に高
速、高集積LSIに用いられる電界効果型トランジスタ
に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to control of a threshold voltage in a field effect transistor. In particular, it relates to a field-effect transistor used for a high-speed, highly integrated LSI.

【0002】[0002]

【従来の技術】図34に通常のnチャネル電界効果型ト
ランジスタ(MOSFET)の断面図を示す。p-型シリ
コン基板101上に薄いゲート酸化膜102を介して、
+ポリシリコンよりなるゲート電極103が設けられ
る。ゲート電極103の両側のシリコン基板101の表
面に、n+型のソース・ドレイン領域105が設けられ
る。このトランジスタにおいて、しきい値電圧よりも高
い電圧がゲート電極に印加されると、ゲート電極下部の
シリコン基板(チャネル形成領域104)に、電子濃度の
高い領域(反転層)が形成され、それが電流の経路(チ
ャネル)となる。
2. Description of the Related Art FIG. 34 is a sectional view of a normal n-channel field effect transistor (MOSFET). On a p - type silicon substrate 101 via a thin gate oxide film 102,
A gate electrode 103 made of n + polysilicon is provided. On the surface of the silicon substrate 101 on both sides of the gate electrode 103, n + -type source / drain regions 105 are provided. In this transistor, when a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode, a region (inversion layer) having a high electron concentration is formed in the silicon substrate (channel formation region 104) below the gate electrode, and this region is formed. It becomes a current path (channel).

【0003】一般に電界効果型トランジスタのしきい値
電圧は、チャネル形成領域104及びその付近のシリコ
ン基板101中における不純物(例えばホウ素)の濃度
に依存する。これは不純物濃度を変えると、不純物イオ
ンがもたらす電界の大きさが変わり、その結果しきい値
電圧が変わるためである。従って、不純物濃度を調整す
ることにより、しきい値電圧を所望の電圧に設定でき
る。一般にnチャネルトランジスタは正のしきい値電圧
を、pチャネルトランジスタは負のしきい値電圧を持つ
ように設定される。
In general, the threshold voltage of a field effect transistor depends on the concentration of an impurity (for example, boron) in the channel formation region 104 and the silicon substrate 101 in the vicinity thereof. This is because, when the impurity concentration is changed, the magnitude of the electric field caused by the impurity ions changes, and as a result, the threshold voltage changes. Therefore, the threshold voltage can be set to a desired voltage by adjusting the impurity concentration. Generally, an n-channel transistor is set to have a positive threshold voltage, and a p-channel transistor is set to have a negative threshold voltage.

【0004】また、不純物の導入とは異なる方法でしき
い値電圧を設定する方法が、例えば牛木らによって、1
996年IEDMテクニカルダイジェスト、117ペー
ジ(T.Ushiki et.al.,1996IED
M Tech Dig.,p.117)に示されてい
る。その構造を図35に示す。シリコン基板101上に
埋め込み酸化膜110、単結晶半導体からなるSOI層
111が積層されたSOI基板上に、ゲート絶縁膜10
2を介してゲート電極113を設け、ゲート電極の両側
のSOI層の表面に、n+型のソース・ドレイン領域1
05を設ける。ゲート電極113の側面には、絶縁膜1
12よりなる側壁を持ち、チャネルはゲート電極下部の
SOI層(チャネル形成領域104)に形成される。この
トランジスタは、不純物濃度を調整する代わりに、n+
ポリシリコンよりも仕事関数の大きいTaをゲート電極
113の材料として用いることにより、しきい値電圧の
設定を行う。
A method of setting a threshold voltage by a method different from the method of introducing impurities is disclosed in Ushiki et al.
996 IEDM Technical Digest, 117 pages (T. Ushiki et. Al., 1996 IED)
M Tech Dig. , P. 117). FIG. 35 shows the structure. A gate insulating film 10 is formed on an SOI substrate in which a buried oxide film 110 and an SOI layer 111 made of a single crystal semiconductor are stacked on a silicon substrate 101.
A gate electrode 113 is provided through the gate electrode 2, and n + -type source / drain regions 1 are formed on the surface of the SOI layer on both sides of the gate electrode.
05 is provided. The insulating film 1 is formed on the side surface of the gate electrode 113.
A channel is formed in the SOI layer (channel formation region 104) below the gate electrode. This transistor uses n + instead of adjusting the impurity concentration.
The threshold voltage is set by using Ta having a larger work function than polysilicon as the material of the gate electrode 113.

【0005】これは、しきい値電圧が不純物濃度だけで
なく、ゲート電極の仕事関数にも依存するという性質を
利用したものである。これについて詳しく説明する。ゲ
ート電極の電位は仕事関数が大きい程低下する。したが
って、nチャネルトランジスタにおいて、n+ポリシリ
コンよりも仕事関数の大きい材料をゲート電極として用
いると、チャネルを形成するためには、より高い電圧を
ゲート電極にかける必要が生じる。すなわち、チャネル
の形成させるしきい値電圧が上がる。通常のnチャネル
トランジスタでは、チャネル形成領域に不純物を導入し
なければしきい値電圧は0V以下となる。しかし、Ta
等をゲート電極に用いると、しきい値電圧が上がるの
で、不純物を導入せずともnチャネルトランジスタにお
いて、しきい値電圧を正の値にできる。
This utilizes the property that the threshold voltage depends not only on the impurity concentration but also on the work function of the gate electrode. This will be described in detail. The potential of the gate electrode decreases as the work function increases. Therefore, when a material having a larger work function than n + polysilicon is used as a gate electrode in an n-channel transistor, a higher voltage needs to be applied to the gate electrode in order to form a channel. That is, the threshold voltage for forming a channel increases. In a normal n-channel transistor, the threshold voltage is 0 V or lower unless impurities are introduced into the channel formation region. However, Ta
When such a material is used for the gate electrode, the threshold voltage is increased, so that the threshold voltage can be set to a positive value in the n-channel transistor without introducing impurities.

【0006】また、発明の目的がしきい値電圧の設定で
はないので、本発明とは目的が異なるが、短チャネル効
果の抑制、電界集中の緩和を目的とした図36に示す電
界効果型トランジスタが、特開昭60−43863号公
報に記されている。このトランジスタは、半導体基板1
01と、基板とは異なる導電型のソース・ドレイン領域
105と、半導体基板上にゲート絶縁膜102を介して
設けられた第一のゲート電極(図ではp+ポリシリコンゲ
ート115)と、第一のゲート電極の側壁に接して設け
られた第一のゲート電極と仕事関数の異なる第二のゲー
ト電極(図ではn+ポリシリコン116)を備える。そし
て半導体基板をp型(ソース・ドレイン領域はn型。n
チャネルトランジスタ)とするときは、第二のゲート電
極の仕事関数を第一のゲート電極の仕事関数より小さく
する。半導体基板をn型(ソース・ドレイン領域はp
型。pチャネルトランジスタ)とするときは、第二のゲ
ート電極の仕事関数を第一のゲート電極の仕事関数より
も大きくする。また、第一のゲート電極、第二のゲート
電極の一方をMo、あるいはMoシリサイドとする例も
示されている。図36に示す発明は、第二のゲート電極
の下に浅い反転層を誘起させることによりドレイン電界
を緩和し、信頼性の向上あるいは短チャネル効果を抑制
を実現するものである。なお、ここで述べた材料では、
+シリコン(あるいはp+ポリシリコン)の仕事関数が
最も大きく、MoあるいはMoシリサイドがそれに続
き、n+シリコン(あるいはn+ポリシリコン)が最も小
さい。
Although the object of the present invention is not the setting of the threshold voltage, the object is different from that of the present invention. However, the field effect transistor shown in FIG. Are described in JP-A-60-43863. This transistor is a semiconductor substrate 1
01, a source / drain region 105 of a conductivity type different from that of the substrate, a first gate electrode (p + polysilicon gate 115 in the figure) provided on the semiconductor substrate via the gate insulating film 102, And a second gate electrode (in the figure, n + polysilicon 116) having a different work function from the first gate electrode provided in contact with the side wall of the gate electrode. The semiconductor substrate is p-type (the source / drain regions are n-type. N
When using a channel transistor, the work function of the second gate electrode is made smaller than the work function of the first gate electrode. Semiconductor substrate is n-type (source / drain region is p
Type. When a p-channel transistor is used, the work function of the second gate electrode is made larger than the work function of the first gate electrode. In addition, an example is shown in which one of the first gate electrode and the second gate electrode is Mo or Mo silicide. In the invention shown in FIG. 36, a shallow inversion layer is induced under the second gate electrode to alleviate the drain electric field, thereby improving the reliability or suppressing the short channel effect. In the materials described here,
The work function of p + silicon (or p + polysilicon) is the largest, followed by Mo or Mo silicide, and n + silicon (or n + polysilicon) is the smallest.

【0007】これと類似した構造は、特開平3−227
562号公報、特開平6−151828号公報にも記さ
れている。特開平3−227562号公報に記載の発明
の目的は、ソース・ドレイン領域上にゲートがオーバー
ラップする領域において、ドレイン領域のディープディ
プレッションした領域に誘起される電界を緩和し、漏れ
電流を低減すること、特開平6−151828号公報に
記載の発明の目的は、短チャネル効果の抑制である。
[0007] A similar structure is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-227.
562 and JP-A-6-151828. An object of the invention described in JP-A-3-227562 is to alleviate an electric field induced in a deeply depleted region of a drain region in a region where a gate overlaps a source / drain region and reduce a leakage current. The object of the invention described in JP-A-6-151828 is to suppress the short channel effect.

【0008】また、n型のソース・ドレイン領域を持つ
nチャネルトランジスタにおいて、図36の従来例とは
逆に、上記第一のゲート電極よりも、第二のゲート電極
の仕事関数を大きくなるよう、ポリシリコン、金属等か
らそれぞれの材料を選択する方法が、特開昭59−20
0465号公報、特開平6−232389号公報、特開
平8−340104号公報等に記されている。これを図
37に示す。これらの発明の目的は、特開昭59−20
0465号公報では電界の緩和、特開平6−23238
9号公報、特開平8−340104号公報では短チャネ
ル効果の抑制である。
In an n-channel transistor having n-type source / drain regions, the work function of the second gate electrode is set to be larger than that of the first gate electrode, contrary to the conventional example of FIG. JP-A-59-20 discloses a method of selecting respective materials from silicon, polysilicon, metal and the like.
No. 0465, JP-A-6-232389, JP-A-8-340104 and the like. This is shown in FIG. The purpose of these inventions is disclosed in JP-A-59-20.
No. 0465 discloses a relaxation of an electric field.
No. 9 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-340104 relate to suppression of the short channel effect.

【0009】また、チャネル形成領域ではなく、LDD
領域(ソース・ドレイン領域に隣接し、ソース・ドレイ
ン領域と同一導電型でソース・ドレイン領域よりも不純
物濃度の低い領域)上の位置において、ゲート電極とは
異なる導電性材料により側壁を設ける方法が、特開昭6
3−144574号公報、特開昭64−89461号公
報、特開平1−232765号公報、特開平5−226
361号公報に記されている。これらは、LDD部にお
いて電子(ホットキャリア)がトラップされることによ
る、経時劣化を防ぐことを目的とする。
In addition, instead of the channel forming region, LDD
In a region (a region adjacent to the source / drain region, having the same conductivity type as the source / drain region and having a lower impurity concentration than the source / drain region), a method of providing a sidewall with a conductive material different from the gate electrode is used. , JP 6
JP-A-3-144574, JP-A-64-89461, JP-A-1-232765, JP-A-5-226
No. 361. These are intended to prevent deterioration over time due to trapping of electrons (hot carriers) in the LDD portion.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】第一の課題 しきい値の制御のためにチャネル形成領域に導入された
不純物は、ドレイン電流(ドレイン領域に流入する電流)
を減少させる作用がある(第一の課題)。不純物の導入に
より電流が低下する理由は、不純物濃度が低い場合に
は、主に不純物イオンにより形成されるチャネル面に垂
直な方向の電界が原因であり、不純物濃度が高い場合に
は不純物イオンによるキャリアの散乱(不純物散乱)が
主たる原因となる。 この問題は、電界効果型トランジ
スタが微細化し、薄いゲート酸化膜が用いられると(あ
るいは単位面積当たりのゲート容量が大きくなると)よ
り深刻化する。ゲート長さが0.25μmより小さいト
ランジスタで、厚さ5nm以下のゲート酸化膜を使うこ
とが検討されているが、しきい値電圧の絶対値はゲート
酸化膜が薄くなるに従い小さくなるので、しきい値電圧
を確保するためには、不純物濃度を上げる必要が生じ
る。すると、第一の課題はより深刻になる。また特に、
絶縁膜上の薄い半導体層(SOI)に素子を形成するS
OI電界効果型トランジスタでは、しきい値電圧の設定
に必要なだけの不純物を、薄い半導体層中に配置する必
要があるので、その結果キャリアが流れる領域における
不純物濃度が高くなり、電流の低下が深刻化する。
The first problem is that the impurity introduced into the channel forming region for controlling the threshold voltage is a drain current (a current flowing into the drain region).
(First problem). The reason that the current is reduced by the introduction of impurities is mainly due to the electric field in the direction perpendicular to the channel surface formed by the impurity ions when the impurity concentration is low, and due to the impurity ions when the impurity concentration is high. The main cause is carrier scattering (impurity scattering). This problem becomes more serious when the field-effect transistor is miniaturized and a thin gate oxide film is used (or when the gate capacitance per unit area is increased). It has been studied to use a gate oxide film with a gate length of less than 0.25 μm and a thickness of 5 nm or less, but the absolute value of the threshold voltage becomes smaller as the gate oxide film becomes thinner. In order to secure the threshold voltage, it is necessary to increase the impurity concentration. Then, the first task becomes more serious. Also, in particular,
S for forming an element on a thin semiconductor layer (SOI) on an insulating film
In an OI field-effect transistor, it is necessary to dispose only impurities necessary for setting a threshold voltage in a thin semiconductor layer. As a result, the impurity concentration in a region where carriers flow is increased, and the current is reduced. Become serious.

【0011】第二の課題 不純物の導入によりしきい値電圧を設定する場合、トラ
ンジスタごとに不純物の分布が異なり、その結果しきい
値電圧等の特性がトランジスタごとに異なってしまうと
いう問題(統計的バラツキ)が発生する。この問題は、素
子の微細化に伴い顕著になることが知られている。
Second Problem In the case where the threshold voltage is set by introducing impurities, the distribution of impurities differs for each transistor, and as a result, characteristics such as threshold voltage differ for each transistor (statistical problem). (Variation) occurs. It is known that this problem becomes significant with miniaturization of elements.

【0012】第三の課題 以上のように、不純物導入によりしきい値電圧を制御す
るという方法には問題があり、これは素子の微細化や、
SOI構造の適用によって顕在化する。
Third Problem As described above, the method of controlling the threshold voltage by introducing impurities has a problem.
It becomes obvious by applying the SOI structure.

【0013】図35の構造は、不純物を用いずにしきい
値を設定できるので、前記第一、第二の課題が解消され
る。しかし、この方法では、しきい値電圧はゲート電極
を構成する材料に固有の仕事関数により決まってしま
う。しきい値電圧を調整するためには、ゲート電極の材
料を選び直す必要がある。材料の変更は製造装置、製造
工程、原料の変更の伴うので、しきい値電圧を簡単に変
更することが難しくなる。また、必要なしきい値が得ら
れるゲート電極材料が必ず存在するとは限らない。本
来、しきい値電圧は、トランジスタにより構成する回路
の動作が最適になるように決めることが望ましいが、こ
の方法では、しきい値電圧の最適化が難しくなるとい
う、第三の課題が発生する。
In the structure shown in FIG. 35, the first and second problems can be solved because the threshold value can be set without using impurities. However, in this method, the threshold voltage is determined by a work function inherent to the material forming the gate electrode. In order to adjust the threshold voltage, it is necessary to reselect the material of the gate electrode. Since the change of the material involves the change of the manufacturing apparatus, the manufacturing process, and the raw material, it is difficult to easily change the threshold voltage. In addition, a gate electrode material that can provide a necessary threshold value does not always exist. Originally, it is desirable to determine the threshold voltage so that the operation of a circuit formed by transistors is optimized. However, this method has a third problem that it is difficult to optimize the threshold voltage. .

【0014】第四の課題 特開昭60−43863号公報(図36)の技術および
類似の技術は、不純物の導入を抑制することや、しきい
値電圧の制御を目的としたものではなく、もとより第
一、第二の課題は解決されない。これらの技術は電界の
緩和、短チャネル効果の抑制を目的としたものである。
しかし、しきい値電圧に着目すると、これらの技術にお
いては、トランジスタを形成した場合に、通常のしきい
値電圧が得られないという、本質的な欠陥がある(第四
の課題)。従って、これら公報に記載された電界効果型
トランジスタを作製しても、通常のしきい値電圧が得ら
れないので、正常に回路を動作させることができない。
Fourth Problem The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-43863 (FIG. 36) and similar techniques are not aimed at suppressing the introduction of impurities or controlling the threshold voltage. Of course, the first and second issues will not be solved. These techniques aim at relaxing the electric field and suppressing the short channel effect.
However, focusing on the threshold voltage, these technologies have an essential defect that a normal threshold voltage cannot be obtained when a transistor is formed (fourth problem). Therefore, even if the field-effect transistors described in these publications are manufactured, a normal threshold voltage cannot be obtained, and the circuit cannot operate normally.

【0015】第四の課題について詳しく述べる。従来の
技術において、nチャネルトランジスタを例にとると、
第一のゲート電極に比べ、第二のゲート電極のしきい値
電圧を低くする。第二のゲート電極には、n+ポリシリ
コン又はこれより仕事関数の大きな材料を用いる。第一
のゲート電極には、第二のゲート電極よりもさらに仕事
関数の大きな材料を用いる。通常のトランジスタのゲー
ト電極はn+ポリシリコンであるので、この結果、第一
のゲート電極の仕事関数は通常のトランジスタのゲート
電極よりも大きくなる。図36のトランジスタにおい
て、しきい値電圧は第一のゲート電極下部に形成される
電位障壁で決まるが、第一のゲート電極の仕事関数が大
きいために、しきい値電圧が通常のトランジスタに比べ
て、高くなりすぎる。しきい値電圧が第一のゲート電極
の仕事関数に依存するので、しきい値電圧の設定が自由
に行えないという第三の課題と同様の問題が発生する。
また、一般にトランジスタが微細化すると、パンチスル
ー(漏れ電流が流れる異常動作)を防ぐために、チャネ
ル形成領域またはその下部に、不純物(ホウ素等)をや
や高い濃度で導入する。この不純物はしきい値電圧を高
くする作用があるので、その上第一のゲート電極に仕事
関数の大きい材料を用いると、しきい値電圧が高くなり
すぎる。従って、第一のゲート電極の仕事関数が、通常
のトランジスタの場合より大きい場合にも、しきい値電
圧を所望の値に設定できるよう、構造上の工夫が必要に
なる。図37の発明においても、第一、第二の課題は同
様に発生する。また、中央にn+ポリシリコンよりも仕
事関数の大きな材料(nチャネルの場合)を用いると、
図36の技術と同様に第三、第四の課題が発生する。し
きい値の制御には、前記図34の構造(不純物の導
入)、又は図35の構造(ゲートの仕事関数の利用)の
いずれかと同一の方法を用いている。不純物を導入する
と、前記第一、第二の課題が発生する。また、ゲートの
中央部を通常とは異なる材料により構成した場合には、
第三の課題が発生し、しきい値電圧が高くなり過ぎ、必
要な値に調整できないという問題が生じる。
The fourth problem will be described in detail. In the prior art, taking an n-channel transistor as an example,
The threshold voltage of the second gate electrode is lower than that of the first gate electrode. For the second gate electrode, n + polysilicon or a material having a higher work function is used. A material having a higher work function than the second gate electrode is used for the first gate electrode. Since the gate electrode of a normal transistor is n + polysilicon, this results in the work function of the first gate electrode being larger than that of a normal transistor. In the transistor of FIG. 36, the threshold voltage is determined by a potential barrier formed below the first gate electrode. However, since the work function of the first gate electrode is large, the threshold voltage is lower than that of a normal transistor. Too high. Since the threshold voltage depends on the work function of the first gate electrode, the same problem as the third problem that the threshold voltage cannot be set freely occurs.
In general, when a transistor is miniaturized, an impurity (boron or the like) is introduced at a slightly higher concentration into or below a channel formation region in order to prevent punch-through (abnormal operation in which leakage current flows). Since this impurity has an effect of increasing the threshold voltage, if a material having a large work function is used for the first gate electrode, the threshold voltage becomes too high. Therefore, even when the work function of the first gate electrode is larger than that of a normal transistor, a structural device is required so that the threshold voltage can be set to a desired value. In the invention of FIG. 37 as well, the first and second problems occur similarly. If a material having a larger work function than n + polysilicon (in the case of n-channel) is used in the center,
The third and fourth problems occur similarly to the technique of FIG. For controlling the threshold value, the same method as in either the structure of FIG. 34 (introduction of impurities) or the structure of FIG. 35 (use of a gate work function) is used. The introduction of impurities causes the first and second problems. Also, if the center part of the gate is made of a material different from the usual,
The third problem occurs, in which the threshold voltage becomes too high, and it is not possible to adjust to a required value.

【0016】そこで本発明の目的は、上記課題を解決す
ることであり、不純物のドーピングを行わずに、しきい
値電圧を自由に設定可能な電解効果型トランジスタ及び
その製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a field effect transistor capable of freely setting a threshold voltage without doping impurities and a method of manufacturing the same. is there.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明においては、図1
に示す通り、電界効果型トランジスタのゲート電極を、
中央部の第一のゲート電極7と、その両側の第二のゲー
ト電極8により構成される三層構造にする。第一のゲー
ト電極と第二のゲート電極は、互いに仕事関数の異なる
材料を用いる。第一のゲート電極長(Tm、図1の横方
向の長さ)を、ある長さより小さくすると、第一のゲー
ト電極による電界と、第二のゲート電極による電界が互
いに干渉を起こし、ゲート電極の仕事関数が、第一のゲ
ート電極を構成する材料の仕事関数と、第二のゲート電
極を構成する材料の仕事関数の、あたかも中間的な値
(実効的な仕事関数)を持つようにふるまう。すると、
この構造では、第一のゲート電極7の幅を変えることに
より、実効的な仕事関数を変化させ、しきい値電圧を自
由に調整することができる。
According to the present invention, FIG.
As shown in the figure, the gate electrode of the field effect transistor is
It has a three-layer structure including a first gate electrode 7 at the center and second gate electrodes 8 on both sides thereof. The first gate electrode and the second gate electrode use materials having different work functions. If the first gate electrode length (T m , the length in the horizontal direction in FIG. 1) is smaller than a certain length, the electric field generated by the first gate electrode and the electric field generated by the second gate electrode interfere with each other. The work function of the electrode has an intermediate value (effective work function) between the work function of the material forming the first gate electrode and the work function of the material forming the second gate electrode. act. Then
In this structure, by changing the width of the first gate electrode 7, the effective work function can be changed and the threshold voltage can be freely adjusted.

【0018】従って本発明を用いると、しきい値を設定
するためのチャネルドーピングを必要としないので前記
第一、第二の課題が解決され、また、しきい値を自由に
調整することができるので、第三の課題が解決される。
さらに、ゲート電極の実効的な仕事関数が、第一のゲー
ト電極を構成する材料の仕事関数よりも実効的に小さく
なるので、第四の課題を軽減できる。また、本発明は、
ポリシリコンと金属等、通常の材料の組み合わせで構成
可能であり、特殊な材料(例えばn+ポリシリコンより
仕事関数の低い材料)を必ずしも必要としない。
Therefore, according to the present invention, since the channel doping for setting the threshold value is not required, the first and second problems can be solved, and the threshold value can be freely adjusted. Therefore, the third problem is solved.
Further, since the effective work function of the gate electrode is effectively smaller than the work function of the material forming the first gate electrode, the fourth problem can be reduced. Also, the present invention
It can be composed of a combination of ordinary materials such as polysilicon and metal, and does not necessarily require a special material (for example, a material having a lower work function than n + polysilicon).

【0019】第一のゲート電極による電界と、第二のゲ
ート電極による電界が互いに干渉を起こし、本発明の効
果が顕著になるのは、しきい値電圧がゲート電極に印加
された状態で、ソース・ドレイン領域がn型の場合は半
導体層の電位がゲート電極よりも高くなるような電界
を、ソース・ドレイン領域がp型の場合は半導体層の電
位がゲート電極よりも低くなるような電界を、ゲート電
極の中央において第二のゲート電極が形成するような、
第一のゲート電極において第二のゲート電極に接触する
両界面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さを持つ場
合、第一のゲート電極において第二のゲート電極に接触
する両界面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さが4
0nm以下である場合、であり、チャネル領域に不純物
を導入しないSOIMOSFETでは、後述のようにこ
の二つの条件は一致する。
The electric field generated by the first gate electrode and the electric field generated by the second gate electrode interfere with each other, and the effect of the present invention becomes remarkable when the threshold voltage is applied to the gate electrode. An electric field that causes the potential of the semiconductor layer to be higher than the gate electrode when the source / drain region is n-type, and an electric field that causes the potential of the semiconductor layer to be lower than the gate electrode when the source / drain region is p-type Such that the second gate electrode forms in the center of the gate electrode,
In the case where the first gate electrode has a distance between both interfaces in contact with the second gate electrode, that is, the length of the first gate electrode, the distance between both interfaces in contact with the second gate electrode in the first gate electrode, that is, The length of the first gate electrode is 4
In the case of an SOI MOSFET in which an impurity is not introduced into the channel region, these two conditions match as described later.

【0020】また、本発明の効果をより顕著にするため
に、第一のゲート電極において第二のゲート電極に接触
する両界面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さをT
m、トランジスタのしきい値電圧をVthとしたとき、V
thをTmで微分した係数dVth/dTmの絶対値(|dV
th/dTm|)が4×10-3V/nmより大きくなる範
囲に、Tmを設定する。
In order to make the effect of the present invention more conspicuous, the distance between the two interfaces in contact with the second gate electrode in the first gate electrode, that is, the length of the first gate electrode is set to T.
m , when the threshold voltage of the transistor is V th ,
absolute value of the coefficient dV th / dT m obtained by differentiating th with T m (| dV
th / dT m |) in the range is greater than 4 × 10 -3 V / nm, setting the T m.

【0021】以下、手段について具体的に記述する。Hereinafter, the means will be specifically described.

【0022】本発明においては、半導体3上に絶縁膜4
を介してゲート電極(7、8)が設けられ、ゲート電極
の下部の半導体層はチャネル形成領域9を成し、チャネ
ル形成領域を挟んで第一導電型のソース・ドレイン領域
6が形成される電界効果型トランジスタにおいて、ゲー
ト電極は、その中央部に位置する第一のゲート電極7
と、その両側に位置する第二のゲート電極8からなり、
第二のゲート電極において、その少なくとも一部はチャ
ネル形成領域上に位置し、該第一導電型がn型の場合
は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の
仕事関数よりも小さく、該第一導電型がp型の場合は、
第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の仕事
関数よりも大きく、しきい値電圧がゲート電極に印加さ
れた状態で、ソース・ドレイン領域がn型の場合は半導
体層の電位がゲート電極よりも高くなるような電界を、
ソース・ドレイン領域がp型の場合は半導体層の電位が
ゲート電極よりも低くなるような電界を、ゲート電極の
中央において第二のゲート電極が形成するような、第一
のゲート電極において第二のゲート電極に接触する両界
面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さを持つことを
特徴とする。この条件は、具体的にはTmが40nm以
下の場合に明確に現れ(図44、図45参照)、この条
件は、第一のゲート電極の幅を変えることによって、し
きい値電圧を調整するという効果が顕著になる条件に一
致する(図39、図41参照)。
In the present invention, the insulating film 4 is formed on the semiconductor 3.
And a semiconductor layer below the gate electrode forms a channel forming region 9, and a source / drain region 6 of the first conductivity type is formed with the channel forming region interposed therebetween. In the field-effect transistor, the gate electrode is a first gate electrode 7 located at the center thereof.
And second gate electrodes 8 located on both sides thereof,
In the second gate electrode, at least a part thereof is located on the channel formation region, and when the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is higher than the work function of the first gate electrode. Is small, and when the first conductivity type is a p-type,
When the work function of the second gate electrode is larger than the work function of the first gate electrode, and the threshold voltage is applied to the gate electrode, and the source / drain region is n-type, the potential of the semiconductor layer becomes higher. An electric field that is higher than the gate electrode
When the source / drain regions are p-type, an electric field such that the potential of the semiconductor layer is lower than that of the gate electrode is applied to the first gate electrode such that the second gate electrode forms at the center of the gate electrode. The distance between the two interfaces contacting the gate electrode, that is, the length of the first gate electrode. Specifically, this condition clearly appears when Tm is 40 nm or less (see FIGS. 44 and 45), and this condition adjusts the threshold voltage by changing the width of the first gate electrode. This is consistent with the condition that the effect of performing the operation becomes remarkable (see FIGS. 39 and 41).

【0023】また本発明においては、半導体3上に絶縁
膜4を介してゲート電極(7、8)が設けられ、ゲート
電極の下部の半導体層はチャネル形成領域9を成し、チ
ャネル形成領域を挟んで第一導電型のソース・ドレイン
領域6が形成される電界効果型トランジスタにおいて、
ゲート電極は、その中央部に位置する第一のゲート電極
7と、その両側に位置する第二のゲート電極8からな
り、第二のゲート電極において、その少なくとも一部は
チャネル形成領域上に位置し、該第一導電型がn型の場
合は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極
の仕事関数よりも小さく、該第一導電型がp型の場合
は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の
仕事関数よりも大きく、第一のゲート電極において第二
のゲート電極に接触する両界面の間隔すなわち第一のゲ
ート電極の長さが40nm以下であることを特徴とす
る。この条件を満たす時に、第一のゲート電極の幅を変
えることによって、しきい値電圧を調整するという効果
が顕著になる(図39、図41参照)。
In the present invention, a gate electrode (7, 8) is provided on the semiconductor 3 with an insulating film 4 interposed therebetween, and a semiconductor layer below the gate electrode forms a channel formation region 9, and the channel formation region is formed. In the field-effect transistor in which the source / drain region 6 of the first conductivity type is formed sandwiching,
The gate electrode includes a first gate electrode 7 located at a central portion thereof and second gate electrodes 8 located on both sides thereof. At least a part of the second gate electrode is located on a channel formation region. When the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is smaller than the work function of the first gate electrode, and when the first conductivity type is p-type, The work function of the gate electrode is larger than the work function of the first gate electrode, and the distance between both interfaces of the first gate electrode that contacts the second gate electrode, that is, the length of the first gate electrode is 40 nm or less. It is characterized by the following. When this condition is satisfied, the effect of adjusting the threshold voltage becomes significant by changing the width of the first gate electrode (see FIGS. 39 and 41).

【0024】また本発明においては、半導体層3上に絶
縁膜4を介してゲート電極(7、8)が設けられ、ゲー
ト電極の下部の半導体層はチャネル形成領域9を成し、
チャネル形成領域を挟んで第一導電型のソース・ドレイ
ン領域6が形成される電界効果型トランジスタにおい
て、ゲート電極は、その中央部に位置する第一のゲート
電極7と、その両側に位置する第二のゲート電極8から
なり、第二のゲート電極において、その少なくとも一部
はチャネル形成領域上に位置し、該第一導電型がn型の
場合は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電
極の仕事関数よりも小さく、該第一導電型がp型の場合
は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の
仕事関数よりも大きく、第一のゲート電極において第二
のゲート電極に接触する両界面の間隔すなわち第一のゲ
ート電極の長さをTm、トランジスタのしきい値電圧を
thとしたとき、VthをTmで微分した係数dVth/d
mの絶対値(|dVth/dTm|)4×10-3V/nm
より大きくなる範囲に、Tmを設定することを特徴とす
る。この条件を満たす時に、第一のゲート電極の幅を変
えることによって、しきい値電圧を調整するという効果
がより顕著になる(図39、図41参照)。
In the present invention, a gate electrode (7, 8) is provided on the semiconductor layer 3 via an insulating film 4, and a semiconductor layer below the gate electrode forms a channel forming region 9,
In the field-effect transistor in which the source / drain regions 6 of the first conductivity type are formed with the channel forming region interposed therebetween, the gate electrode is composed of the first gate electrode 7 located at the center and the first gate electrode 7 located on both sides thereof. A second gate electrode, at least a part of which is located on a channel forming region; and when the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is the second gate electrode. When the work function of the first gate electrode is smaller than the work function of the one gate electrode and the first conductivity type is p-type, the work function of the second gate electrode is larger than the work function of the first gate electrode. Assuming that the distance between both interfaces in contact with the second gate electrode, that is, the length of the first gate electrode is T m and the threshold voltage of the transistor is V th , the coefficient dV th / d obtained by differentiating V th by T m. d
The absolute value of T m (| dV th / dT m |) is 4 × 10 −3 V / nm
It is characterized in that Tm is set in a larger range. When this condition is satisfied, the effect of adjusting the threshold voltage becomes more remarkable by changing the width of the first gate electrode (see FIGS. 39 and 41).

【0025】また本発明においては、図24のように第
二のゲート電極53の上部に、第一のゲート電極54の
延長部を設ける。これは第一のゲート電極と第二のゲー
ト電極の接触面積を増し、両電極間の導通を良くするこ
とができ、両電極の電位を安定させられる。
In the present invention, an extension of the first gate electrode 54 is provided above the second gate electrode 53 as shown in FIG. This increases the contact area between the first gate electrode and the second gate electrode, improves the conduction between the two electrodes, and stabilizes the potential of both electrodes.

【0026】また本発明においては、図26、図28の
ように、第一のゲート電極54、64と第二のゲート電
極53の間に、絶縁膜を挟むことを特徴とする。これは
両電極相互間の不純物の拡散、あるいは両電極を構成す
る材料間の化学反応を抑制する効果を持つ。
In the present invention, as shown in FIGS. 26 and 28, an insulating film is interposed between the first gate electrodes 54 and 64 and the second gate electrode 53. This has the effect of suppressing the diffusion of impurities between the two electrodes or the chemical reaction between the materials forming the two electrodes.

【0027】また本発明においては、図29のように第
一のゲート電極64と第二のゲート電極53の上部に、
これら双方に接続した導電体66を設けることを特徴と
する。これは、両ゲート電極間の導通を改善し、両ゲー
ト電極の電位を安定させる作用を持つ。
In the present invention, as shown in FIG. 29, on the first gate electrode 64 and the second gate electrode 53,
A conductor 66 connected to both of them is provided. This has the effect of improving conduction between both gate electrodes and stabilizing the potential of both gate electrodes.

【0028】また本発明においては、図19〜図26に
示すように、ダミーパターンを形成し、ダミーパターン
をマスクに半導体中にソース・ドレイン領域を形成し、
全面を絶縁膜で覆い、該ダミーパターン上の絶縁膜に開
口部を設け、開口部からのエッチングによってダミーパ
ターンを除去して開口部を下に延長し、延長された開口
部に第一の導電性材料を堆積してこれをエッチバックす
ることにより、開口部に側壁を設け、続いて第二の導電
性材料を堆積し、これをパターニングすることにより、
側壁を前記第二のゲート電極、第二の導電性材料を前記
第一のゲート電極とすることを特徴とする。
In the present invention, as shown in FIGS. 19 to 26, a dummy pattern is formed, and a source / drain region is formed in a semiconductor using the dummy pattern as a mask.
The whole surface is covered with an insulating film, an opening is provided in the insulating film on the dummy pattern, the dummy pattern is removed by etching from the opening, the opening is extended downward, and the first conductive film is formed in the extended opening. By depositing a conductive material and etching it back, a sidewall is provided in the opening, followed by depositing a second conductive material and patterning the same.
A sidewall is the second gate electrode, and a second conductive material is the first gate electrode.

【0029】また本発明の製造方法においては、図2
2、図23、図25、図26が示すように、延長された
開口部に第一の導電性材料を堆積してこれをエッチバッ
クすることにより、開口部に側壁を設けた後、その側壁
表面に絶縁膜を形成し、続いて第二の導電性材料を埋め
込むことを特徴とする。
Further, in the manufacturing method of the present invention, FIG.
2. As shown in FIGS. 23, 25, and 26, the first conductive material is deposited in the extended opening and etched back to form a sidewall in the opening. It is characterized in that an insulating film is formed on the surface, and subsequently, a second conductive material is embedded.

【0030】[0030]

【0031】また本発明の製造方法においては、エッチ
ングによって該ダミーパターンを除去するために開口部
を設ける際に、該ダミーパターン上の絶縁膜をCMPに
より除去することによって、該ダミーパターン上に絶縁
膜の開口部を設けることができる
In the manufacturing method of the present invention, when an opening is provided for removing the dummy pattern by etching, the insulating film on the dummy pattern is removed by CMP to form an insulating film on the dummy pattern.
An opening in the membrane can be provided .

【0032】[0032]

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】さらに本発明は、前記の電界効果型トラン
ジスタの製造方法であって、ダミーパターンを形成し、
ダミーパターンをマスクにダミーパターンの両側の半導
体中にソース・ドレイン領域を形成し、全面を絶縁膜で
覆い、該ダミーパターン上の絶縁膜に開口部を設け、開
口部からのエッチングによってダミーパターンを除去し
て開口部を下に延長し、延長された開口部に、第一の導
電性材料を堆積してこれをエッチバックすることによ
り、開口部内に側壁を設け、少なくとも開口部を含む領
域に第二の導電性材料を堆積した後、開口部を除く領域
に堆積された第二の導電性材料をCMPにより除去し、
開口部内の側壁を前記第二のゲート電極、開口部に埋め
込まれた第二の導電性材料を前記第一のゲート電極とす
ることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法
に関する。さらに本発明は、前記の製造方法において、
前記第一のゲート電極の上部、及び第二のゲート電極の
上部に、これら双方のゲート電極と接続した導電体を成
長させることを特徴とする電界効果型トランジスタの製
造方法に関する。
Further, the present invention is the above-mentioned method for manufacturing a field effect transistor, wherein a dummy pattern is formed,
Using the dummy pattern as a mask, source / drain regions are formed in the semiconductor on both sides of the dummy pattern, the entire surface is covered with an insulating film, an opening is provided in the insulating film on the dummy pattern, and the dummy pattern is etched from the opening. By removing and extending the opening downward, depositing the first conductive material in the extended opening and etching it back, a sidewall is provided in the opening, and at least a region including the opening is provided. After depositing the second conductive material, the second conductive material deposited in the region excluding the opening is removed by CMP,
The present invention relates to a method for manufacturing a field-effect transistor, wherein a side wall in an opening is the second gate electrode, and a second conductive material embedded in the opening is the first gate electrode. Further, the present invention provides the above-mentioned production method,
The top of the first gate electrode, and the second gate electrode
At the top, a conductor connected to both of these gate electrodes is formed.
Of field effect transistors characterized by lengthening
Construction method.

【0036】これらの製造方法を用いると、上述のトラ
ンジスタ構造を容易に形成できる。
By using these manufacturing methods, the above-described transistor structure can be easily formed.

【0037】上記本発明のダミーパターンを用いる製造
方法は、第一及び第二のゲート電極を持つトランジスタ
で、図1の構造とは第一のゲート電極の寸法や仕事関数
の設定が異なるもの(例えば図36の従来例など目的が
異なるもの)に適用してもよい。これらの製造方法の長
所は、第一にはパターンの形成が容易であることであ
る。一般にゲート電極は大きいほど加工が容易である。
しかし、先に第一のゲート電極を形成し、その側壁に第
二のゲート電極を設ける工程では、ゲート長(第一及び
第二のゲート電極を合わせた全長)よりも小さい寸法
に、第一のゲート電極をリソグラフィにより形成するこ
とが強いられる。しかし、本発明の製造方法は、ゲート
の全長に等しいダミーパターンをリソグラフィにより形
成すればよいので、リソグラフィ工程の負担が軽減され
る。第二には熱の影響の低減である。ダミーパターンを
マスクにソース・ドレイン領域を形成後に第一及び第二
のゲート電極を形成するので、ソース・ドレイン領域を
形成する際の熱処理によって、第一及び第二のゲート電
極の界面で化学反応、あるいは界面間のイオンの移動が
起きることがない。
The manufacturing method using the dummy pattern according to the present invention is a transistor having first and second gate electrodes, which differs from the structure of FIG. 1 in the size of the first gate electrode and the setting of the work function ( For example, the present invention may be applied to one having a different purpose such as the conventional example in FIG. The advantage of these manufacturing methods is firstly that the formation of the pattern is easy. Generally, the larger the gate electrode is, the easier it is to process.
However, in the step of first forming the first gate electrode and providing the second gate electrode on the side wall thereof, the first gate electrode is reduced to a dimension smaller than the gate length (the total length of the first and second gate electrodes). To form the gate electrode by lithography. However, according to the manufacturing method of the present invention, a dummy pattern equal to the entire length of the gate may be formed by lithography, so that the burden on the lithography process is reduced. The second is to reduce the effect of heat. Since the first and second gate electrodes are formed after the source / drain regions are formed using the dummy pattern as a mask, a chemical reaction occurs at the interface between the first and second gate electrodes due to the heat treatment when forming the source / drain regions. No migration of ions between interfaces occurs.

【0038】さらに、ダミーパターンの上部の絶縁膜を
CMPにより除去してダミーパターンを露出させる製法
を用いると、その上部の絶縁膜を除去してダミーパター
ンを露出させる際にフォトリソグラフィ工程を行う必要
がなく、工程が簡略化され工程における負担が軽減され
るとともに、フォトリソグラフィに伴うパターンの位置
ズレによる不良を削減できる。開口部中に導電性材料を
埋め込んだ後、CMPにより導電性材料を加工し、ゲー
ト電極を得る製法を用いると、平坦な構造が得られる。
なお、ここに述べたCMP工程の長所は、ゲートが単一
の材料より成る場合に適用した場合にも得られる。
Further, if a manufacturing method of exposing the dummy pattern by removing the insulating film on the dummy pattern by CMP is used, it is necessary to perform a photolithography step when removing the insulating film on the dummy pattern and exposing the dummy pattern. In addition, the process is simplified, the load on the process is reduced, and defects due to pattern displacement due to photolithography can be reduced. After the conductive material is embedded in the opening, the conductive material is processed by CMP to obtain a gate electrode, whereby a flat structure can be obtained.
It should be noted that the advantages of the CMP process described above can also be obtained when applied to a case where the gate is made of a single material.

【0039】また、ダミーパターン上に、ダミーパター
ンよりも幅の広い開口部を設けると、形成されるゲート
電極の上部において、その幅を広くできるので、ゲート
抵抗を低減できる。
If an opening wider than the dummy pattern is provided on the dummy pattern, the width can be increased above the gate electrode to be formed, so that the gate resistance can be reduced.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】第一の実施形態 まず、図1を参照して本発明の一実施形態の構成を説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment First, the configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0041】絶縁体2上の半導体層(SOI層)3上
に、ゲート絶縁膜4を介し、第一のゲート電極7が設け
られる。第一のゲート電極の両側のゲート絶縁膜上に
は、第一のゲート電極の側面に接して第二のゲート電極
8が設けられ、第二のゲート電極の外側の半導層の表面
に、第一導電型のソース・ドレイン領域6が設けられ
る。第一導電型がn型の場合は、第二のゲート電極の仕
事関数は第一のゲート電極の仕事関数よりも小さく、第
一導電型がp型の場合は、第二のゲート電極の仕事関数
は第一のゲート電極の仕事関数よりも大きくなるよう
に、第一、第二のゲート電極の材料を選ぶ。第一、第二
のゲート電極は互いに導通し、同じ電圧が印加される。
第一のゲート電極長(Tm、図1の水平方向における第
一のゲート電極の長さ)は40nm以下とする。
A first gate electrode 7 is provided on a semiconductor layer (SOI layer) 3 on an insulator 2 with a gate insulating film 4 interposed therebetween. On the gate insulating film on both sides of the first gate electrode, a second gate electrode 8 is provided in contact with the side surface of the first gate electrode, and on the surface of the semiconductor layer outside the second gate electrode, A source / drain region 6 of the first conductivity type is provided. When the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is smaller than the work function of the first gate electrode. When the first conductivity type is p-type, the work function of the second gate electrode is The materials of the first and second gate electrodes are selected so that the function is larger than the work function of the first gate electrode. The first and second gate electrodes conduct with each other, and the same voltage is applied.
The first gate electrode length (T m , the length of the first gate electrode in the horizontal direction in FIG. 1) is set to 40 nm or less.

【0042】この構造において、しきい値電圧の第一の
ゲート電極長(Tm)依存性をデバイスシミュレータに
より求めた結果を、図38及び図40に示す。シミュレ
ーションは、n+型のソース・ドレイン領域を持つトラ
ンジスタ(nチャネルトランジスタ)に対して行った。
ゲート長(L:第一のゲート電極7と二つの第二のゲー
ト電極8を合わせたゲートの全長であって、図1の横方
向の幅)はそれぞれ0.1μmおよび0.2μmであ
る。ゲート酸化膜厚は1.5nm、3nm、5nm、S
OI膜厚は10nm、ドレイン電圧は0.1Vとした。
第二のゲート電極はn+ポリシリコン、第一のゲート電
極の仕事関数はシリコンの禁制帯中央とした。チャネル
形成領域9のSOI層3中にはドーピングを行っていな
い。なお、しきい値電圧は、ゲート長と同じゲート幅を
持つトランジスタにおいて、ドレイン電流が10-7Aと
なるゲート電圧とした。
FIG. 38 and FIG. 40 show the results obtained by using a device simulator to determine the dependence of the threshold voltage on the first gate electrode length (T m ) in this structure. The simulation was performed on a transistor (n-channel transistor) having n + -type source / drain regions.
The gate length (L: the total length of the gate including the first gate electrode 7 and the two second gate electrodes 8 and the width in the horizontal direction in FIG. 1) is 0.1 μm and 0.2 μm, respectively. The gate oxide thickness is 1.5 nm, 3 nm, 5 nm, S
The OI film thickness was 10 nm, and the drain voltage was 0.1 V.
The second gate electrode was n + polysilicon, and the work function of the first gate electrode was the center of the forbidden band of silicon. The SOI layer 3 in the channel formation region 9 is not doped. Note that the threshold voltage was a gate voltage at which the drain current of a transistor having the same gate width as the gate length was 10 -7 A.

【0043】第一のゲート電極長Tmを変えると、しき
い値電圧Vthが変わることがわかる。この効果はTm
40nm以下の時に特に顕著である。この理由について
説明する。Tmが50nm以上では、しきい値電圧はゲ
ート酸化膜が厚くなると上昇している。これは通常のト
ランジスタと同じ振る舞いである。この振る舞いは、ゲ
ート電極の電位を、電子が流れるチャネルの電位よりも
高くする方向の電界がゲート酸化膜中に形成され、チャ
ネルとゲート電極を隔てるゲート酸化膜が厚くなればな
るほど、ゲート酸化膜の両界面の電位差が大きくなり、
ゲート電極の電位が高くなることを反映している。しか
しTmが40nm以下では、しきい値電圧はゲート酸化
膜が厚くなると低下し、通常のトランジスタとは振る舞
いが異なる。これは第一のゲート電極の電界と第二のゲ
ート電極の電界が互いに干渉し、ゲート電極とチャネル
の間に、通常のトランジスタとは異なる電位分布が形成
されていることを反映したものである。この領域では、
トランジスタのしきい値電圧は、第一または第二のいず
れか一方のゲート電極からの電界によって決まるのでは
なく、両者の電界が混合されて形成される電界によって
決まる。これは、あたかも、ゲート電極の仕事関数が、
第一のゲート電極を構成する材料と、第二のゲート電極
を構成する材料との中間の値を持つ、実効的な仕事関数
に変化したようにふるまうものである。その結果、図3
8及び図40に示すように、第一のゲート電極の幅を変
え、電界の干渉状況を変えることにより、しきい値電圧
を大きく変えることができるようになる。そしてこれら
の図に示すように、第一のゲート電極の電界と第二のゲ
ート電極の電界が互いに干渉を起こす条件(Tmが40
nm以下)において、第一のゲート電極長を変化させる
ことにより、しきい値電圧を大きく変化させることがで
きる。また、ゲート長を変化させた場合にも同様なシミ
ュレーション結果が得られるので、この関係はゲート長
が異なる場合でも成り立つといえる。従って本発明のよ
うに、第一のゲート電極長を、第一のゲート電極の電界
と第二のゲート電極の電界が互いに干渉を起こす範囲
(40nm以下)において変化させれば、しきい値電圧
を自由に設定することができる。また、上記のシミュレ
ーション結果は、チャネル形成領域に不純物を導入しな
くても、nチャネルトランジスタにおいて、正のしきい
値電圧が得られることを示している。
[0043] Changing the first gate electrode length T m, it can be seen that the threshold voltage V th is changed. This effect is particularly remarkable when T m is 40 nm or less. The reason will be described. When Tm is 50 nm or more, the threshold voltage increases as the gate oxide film becomes thicker. This is the same behavior as a normal transistor. In this behavior, an electric field is formed in the gate oxide film in a direction that makes the potential of the gate electrode higher than the potential of the channel through which electrons flow. The potential difference between the two interfaces increases,
This reflects an increase in the potential of the gate electrode. However, when Tm is 40 nm or less, the threshold voltage decreases as the thickness of the gate oxide film increases, and the behavior differs from that of a normal transistor. This reflects that the electric field of the first gate electrode and the electric field of the second gate electrode interfere with each other, and a potential distribution different from that of a normal transistor is formed between the gate electrode and the channel. . In this area,
The threshold voltage of the transistor is determined not by the electric field from either the first or the second gate electrode, but by the electric field formed by mixing the two electric fields. This is as if the work function of the gate electrode is
It behaves as if it had changed to an effective work function having an intermediate value between the material forming the first gate electrode and the material forming the second gate electrode. As a result, FIG.
As shown in FIG. 8 and FIG. 40, the threshold voltage can be largely changed by changing the width of the first gate electrode and changing the interference state of the electric field. Then, as shown in these figures, the condition that the electric field of the first gate electrode and the electric field of the second gate electrode interfere with each other ( Tm is 40
(nm or less), the threshold voltage can be largely changed by changing the length of the first gate electrode. Further, since the same simulation result is obtained when the gate length is changed, it can be said that this relationship holds even when the gate length is different. Therefore, as in the present invention, if the first gate electrode length is changed in a range where the electric field of the first gate electrode and the electric field of the second gate electrode interfere with each other (40 nm or less), the threshold voltage is changed. Can be set freely. The above simulation results show that a positive threshold voltage can be obtained in an n-channel transistor without introducing an impurity into a channel formation region.

【0044】また、pチャネルトランジスタについて
は、極性をすべて逆にすれば、同様の事が成り立つ。
The same holds true for the p-channel transistor if the polarities are all reversed.

【0045】以上の作用により、本発明の電界効果型ト
ランジスタは、不純物の導入を必要とせずに、しきい値
電圧を自由に設定できるので、第一、第二の課題が解決
される。また第一のゲート電極の幅を変えることによ
り、しきい値電圧を自由に調整できるので、しきい値を
変更するために第一のゲート電極を構成する材料を変え
る必要が無く、第三の課題が解決される。
By the above operation, the field effect transistor of the present invention can freely set the threshold voltage without the need of introducing impurities, thereby solving the first and second problems. In addition, since the threshold voltage can be freely adjusted by changing the width of the first gate electrode, there is no need to change the material forming the first gate electrode in order to change the threshold value. The problem is solved.

【0046】第一のゲート電極の電界と第二のゲート電
極の電界との干渉について、具体的に説明する。
The interference between the electric field of the first gate electrode and the electric field of the second gate electrode will be specifically described.

【0047】図42に本発明のトランジスタの断面図を
示す。nチャネルトランジスタの場合、第二のゲート電
極165の仕事関数は第一のゲート電極164の仕事関
数よりも小さいので、第二のゲート電極の電位は第一の
ゲート電極よりも高い。このため、第一のゲート電極の
下部の電位は、図42の矢印に示すように、第二のゲー
ト電極からの電界により上昇する。これが、上に述べた
電界の干渉であり、これは第一のゲート電極長が小さい
ほど顕著になる。また、第一のゲート電極の直下では、
第一のゲート電極の影響が大きく、電位は低くなるの
で、この効果は第一のゲート電極の下部の、第一のゲー
ト電極から少し距離を置いた部分、具体的には例えばチ
ャネル形成領域において顕著になる。
FIG. 42 is a sectional view of a transistor of the present invention. In the case of an n-channel transistor, since the work function of the second gate electrode 165 is smaller than the work function of the first gate electrode 164, the potential of the second gate electrode is higher than that of the first gate electrode. Therefore, the potential below the first gate electrode rises due to the electric field from the second gate electrode, as shown by the arrow in FIG. This is the above-mentioned electric field interference, which becomes more conspicuous as the first gate electrode length is smaller. In addition, immediately below the first gate electrode,
Since the influence of the first gate electrode is large and the potential is low, this effect is obtained in a portion of the lower portion of the first gate electrode, which is a little away from the first gate electrode, specifically, for example, in a channel formation region. Become noticeable.

【0048】電位の上昇について、図43に示す。これ
は、第一のゲート電極の中央部において、垂直方向の電
位分布を示したものである。素子構造は、図39におけ
るものとと同様であり、図43の中央の曲線(b)がT
m=30nmの場合である。ドレイン電圧は0.1Vで
ある。図43中の曲線(a)はゲート電極の全体がn +
ポリシリコンである場合、曲線(c)はゲート電極の全
体が金属の場合(仕事関数はシリコンの禁制体中央と仮
定した場合)である。曲線(b)の構造に対して、曲線
(a)の構造はゲート電極の全体が第二のゲート電極と
同じ材料である場合、曲線(c)の構造はゲート電極の
全体が第一のゲート電極と同じ材料である場合に相当す
るが、図43を見ると、曲線(b)におけるSOI層中
の電位は、曲線(a)と曲線(b)の中間になり、曲線
(b)の構造における電界は、n +ポリシリコンの場合
の電界と金属の場合の電界とがあたかも混合されたよう
な振る舞いを示すことがわかる。 ゲート電極に、トラ
ンジスタのしきい値電圧となる電圧を印加した場合の、
垂直方向の電位分布を図44、図45に示す。素子構造
は図39におけるものと同様であり、ドレイン電圧は
0.1Vである。第一のゲート電極の長さTmが30n
m及び40nmの場合(図44)は、SOI層の電位が
ゲート電極よりも高くなっており、前記電界の混合が起
きている。この場合には第二のゲート電極からの電界の
干渉が顕著であり、Tmを10nm変化させると、しき
い値電圧は40mV以上変化する(図右端の電位の変化
量に相当。)。これに対して、第一のゲート電極の長さ
mが50nm、60nm及び70nmの場合(図4
5)は、SOI層よりもゲート電極の電位が高く、通常
のMOSFETにおいて、同様のバイアス条件を与えた
場合と何ら変わらない。すなわち、上に述べたような顕
著な電界の干渉、混合は無く、Tmを10nm変化させ
た場合のしきい値電圧の変化は10〜15mVと小さ
い。
FIG. 43 shows the rise in potential. this
At the center of the first gate electrode.
FIG. The element structure is shown in FIG.
The curve (b) in the center of FIG.
m= 30 nm. The drain voltage is 0.1V
is there. The curve (a) in FIG. 43 indicates that the entire gate electrode is n. +
In the case of polysilicon, the curve (c) shows the entire gate electrode.
If the body is metal (the work function is
If specified). For the structure of curve (b), the curve
In the structure of (a), the entire gate electrode is formed as a second gate electrode.
For the same material, the structure of curve (c) is
This corresponds to the case where the whole is made of the same material as the first gate electrode.
However, looking at FIG. 43, it can be seen that in the SOI layer in the curve (b)
Is halfway between the curves (a) and (b),
The electric field in the structure of (b) is n +For polysilicon
As if the electric field of the metal and the electric field of the metal were mixed
It can be seen that the behaviors are as follows. Tiger on the gate electrode
When a voltage that becomes the threshold voltage of the transistor is applied,
The potential distribution in the vertical direction is shown in FIGS. Element structure
Is the same as that in FIG. 39, and the drain voltage is
0.1V. Length T of first gate electrodemIs 30n
In the case of m and 40 nm (FIG. 44), the potential of the SOI layer is
Higher than the gate electrode, causing the mixing of the electric field.
coming. In this case, the electric field from the second gate electrode
The interference is significant and TmIs changed by 10 nm.
The threshold voltage changes by 40 mV or more (change in potential at the right end of the figure)
Equivalent to quantity. ). In contrast, the length of the first gate electrode
TmAre 50 nm, 60 nm and 70 nm (FIG. 4)
In 5), the potential of the gate electrode is higher than that of the SOI layer.
The same bias condition was given to the MOSFET of
It is no different from the case. That is, as described above,
No significant electric field interference and mixingmIs changed by 10 nm.
The change in threshold voltage is as small as 10 to 15 mV
No.

【0049】従って本発明においては、電界の混合が顕
著になる条件(Tmが40nm以下。SOI層の電位が
ゲート電極よりも高い。ゲート酸化膜中の電位がゲート
電極側で低くなる。)を積極的に用いることにより、第
一のゲート電極長Tmを制御することにより、しきい値
電圧を大きく制御することを可能とするものである。
Therefore, in the present invention, the condition that the mixing of the electric field becomes remarkable ( Tm is 40 nm or less. The potential of the SOI layer is higher than that of the gate electrode. The potential in the gate oxide film becomes lower on the gate electrode side). Is positively used to control the first gate electrode length Tm, thereby making it possible to greatly control the threshold voltage.

【0050】ゲート電極にしきい値電圧を印加したとき
に、SOI層の電位がゲート電極よりも高くなる電位分
布は、通常のSOIMOSFETにおいても、ドレイン
電圧が極めて高い場合において、特にソース・ドレイン
領域に近い領域等において認められるが、本発明は第
一、第二のゲート電極の電界の干渉によって発生するも
のであり、ドレイン電圧が低くとも発生する。また、本
発明では、これがゲートの中央(図43、図44では、
ゲート長0.1μmのトランジスタにおいて、ソースか
ら0.05μmの位置)でも認められる。また、SOI
層の電位がゲート電極よりも高くなる電位分布は、SO
I層に大量のドナーを導入した場合(この場合、第一、
第二の課題が発生)にも認められるが、本発明はドナー
を導入せず第一、第二の課題が発生しないという点にお
いて優れる。また、SOI層の電位がゲート電極より高
くなる電位分布は、支持基板に正の電圧を印加した場合
にも発生するが、この場合は基板に電圧を印加するため
の電源、配線が必要となる欠点がある。本発明はこれら
の欠点も持たない。
When a threshold voltage is applied to the gate electrode, the potential distribution in which the potential of the SOI layer is higher than that of the gate electrode shows that even in a normal SOIMOSFET, when the drain voltage is extremely high, particularly in the source / drain region. Although the present invention is observed in a near region or the like, the present invention is generated by the interference between the electric fields of the first and second gate electrodes, and is generated even when the drain voltage is low. In the present invention, this is the center of the gate (in FIGS. 43 and 44,
In a transistor having a gate length of 0.1 μm, it is also recognized at a position 0.05 μm from the source). Also, SOI
The potential distribution in which the potential of the layer is higher than that of the gate electrode is represented by SO
When a large amount of donor is introduced into the I layer (in this case, first,
Although the second problem occurs), the present invention is excellent in that the first and second problems do not occur without introducing a donor. A potential distribution in which the potential of the SOI layer is higher than that of the gate electrode also occurs when a positive voltage is applied to the supporting substrate. In this case, a power supply and a wiring for applying a voltage to the substrate are required. There are drawbacks. The present invention does not have these disadvantages.

【0051】図39及び図41は、nチャネルトランジ
スタのしきい値電圧Vthを第一のゲート電極幅Tmで微
分した値(dVth/dTm)を示す。図39はゲート長
0.1μm、図41は0.2μmの場合である。Tm
40nmより大きくなると、その値がTmが小さい領域
(Tm=10nm)の20%以下まで低下する。dVth
/dTmの値は、Tm=10nmでは1〜2×10-2V/
nmであるが、Tm=50nmでは2×10-3V/nm
以下となり、Tm=60nmではほぼTm=10nmでの
値の1/10程度となる。従って、Tmを50nm以上
に厚くしても、VthのTm依存性は小さく、Tmを変える
ことによってしきい値を制御するという効果は薄れる。
これに対して、Tm=40nmではdVth/dTmの値は
1.5×10 -3V/nmから4×10-3V/nmの範囲
にあり、Tmが40nm未満ではこれよりも大きくな
る。従って、第一、第二のゲート電極の電界が干渉を起
こす範囲(Tmが40nm以下)では、VthのTm依存性
は大きく、第一のゲート電極の幅を調整することによっ
てVthを有効に調整できる。
FIGS. 39 and 41 show n-channel transistors.
Star threshold voltage VthIs the first gate electrode width TmIn fine
Divided value (dVth/ DTm). Figure 39 shows the gate length
FIG. 41 shows the case of 0.1 μm, and FIG. 41 shows the case of 0.2 μm. TmBut
When it is larger than 40 nm, the value becomes TmIs small area
(Tm= 10 nm) to 20% or less. dVth
/ DTmIs Tm= 1 × 2 × 10 at 10 nm-2V /
nm, but Tm= 2 × 10 at 50 nm-3V / nm
Becomes Tm= 60nm and almost Tm= 10nm
It is about 1/10 of the value. Therefore, Tm50 nm or more
Even if thicker, VthTmDependence is small, Tmchange
This diminishes the effect of controlling the threshold.
In contrast, TmDV at = 40 nmth/ DTmThe value of
1.5 × 10 -34 × 10 from V / nm-3V / nm range
And TmIs smaller than 40 nm.
You. Therefore, the electric fields of the first and second gate electrodes cause interference.
Scrub area (TmIs 40 nm or less).thTmDependence
Is large, by adjusting the width of the first gate electrode.
VthCan be adjusted effectively.

【0052】また、図39に示すように、第一、第二の
ゲート電極が干渉を起こす範囲であっても、dVth/d
mの値はゲート酸化膜厚が薄いと低下するので、しき
い値電圧を大きく制御したい場合には、ゲート酸化膜が
厚い場合と同じ値が得られる範囲にTmを設定してもよ
い。例えば、Tm=40nm、ゲート酸化膜厚5nmで
は、dVth/dTmの値は3×10-3V/nmから4×
10-3V/nmの範囲にあるので、ゲート酸化膜等の素
子の構造条件が変わった場合においても、dVth/dT
mの値が4×10-3V/nmを越える範囲にTmを設定す
る。この場合、図39より、ゲート酸化膜厚3nmでは
mを37nm以下、ゲート酸化膜厚1.5nmではTm
を32nm以下に設定することになる。こうすることに
より、Vt hがTmに対して敏感な領域を利用できる。
Further, as shown in FIG. 39, even if the first and second gate electrodes cause interference, dV th / d
Since the value of the T m decreases the gate oxide film thickness is thin, when it is desired to increase the control the threshold voltage may be set T m in a range equal to the case where the gate oxide film is thick is obtained . For example, when T m = 40 nm and the gate oxide film thickness is 5 nm, the value of dV th / dT m is 3 × 10 −3 V / nm to 4 × 10 −3 V / nm.
Since it is in the range of 10 −3 V / nm, even when the structural conditions of the device such as the gate oxide film are changed, dV th / dT is obtained.
T m is set in a range where the value of m exceeds 4 × 10 −3 V / nm. In this case, from FIG. 39, the T m in the gate oxide film thickness 3 nm 37 nm or less, the gate oxide film thickness 1.5 nm T m
Is set to 32 nm or less. By doing so, V t h are available sensitive region with respect to T m.

【0053】なお、pチャネルトランジスタでは、Vth
及びdVth/dTmの値が負になるので、その絶対値に
ついて上と同様の関係を持つようにTmを設定するばよ
い。従って、上述のVth及びdVth/dTmをそれぞれ
の絶対値に置き換えることで、nチャネルトランジスタ
とpチャネルトランジスタの両方に対して成り立つ関係
が得られる。また、nチャネルトランジスタに対して決
めたTmを、そのままpチャネルトランジスタに適用し
てよい。
In the p-channel transistor, V th
And dV th / dT m are negative, so that T m may be set so that the absolute value has the same relationship as above. Accordingly, by replacing the above-described V th and dV th / dT m with their respective absolute values, a relation that holds for both the n-channel transistor and the p-channel transistor can be obtained. Furthermore, the T m was determined for n-channel transistors, it may be directly applied to the p-channel transistor.

【0054】また、通常、FETにおいて不純物を導入
することには、しきい値の設定と、パンチスルーの抑制
の二つの目的がある。また逆に不純物濃度は、しきい値
とパンチスルーの両者に影響する。すなわち、通常のM
OSFETでは、しきい値の設定に加えて、パンチスル
ーの抑制という観点からも不純物を導入する。従って、
仮にしきい値電圧を設定するために不純物を導入しなく
てもよい構造が形成できたとしても、パンチスルー抑制
のために導入した不純物が、しきい値に影響を与え、前
記第一、第二の課題を引き起こすという問題がある。し
かし、上に述べた本発明の実施例では、パンチスルーを
起こしにくいSOI構造を用いるので、パンチスルー抑
制の観点からも不純物を導入する必要がなく、前記第
一、第二の課題が解決される。 なお、Tmの値は、上
に述べた範囲内において、必要なしきい値電圧を満たす
ように設定すればよい。例えば、nチャネルトランジス
タでしきい値電圧が正の値となるように設定する。図3
8から、これはTm以上の場合であるから、Tmの値を
3.5nm以上とするのが望ましい。このことは、特に
CMOS回路等、正のしきい値電圧を必要とする回路に
おいて重要である。また、オフ電流(ゲート電極に0V
を印加した場合のドレイン電流)を、ゲート電極にしき
い値電圧を印加した場合にくらべて2桁小さくしようと
すると、しきい値電圧は約0.12V以上とする必要が
あるので、これを満たすようにTmを設定する。この場
合、図38からTmは11nm以上であることが好まし
い。また、一般に1.2〜1.5V程度の電源電圧で動
作するCMOS回路では、しきい値電圧を0.2〜0.
3Vに設定することで、動作速度、リーク電流およびノ
イズマージンを同時に良好に保ことができると考えられ
ているので(タウア他、1997、アイ・イー・ディー
・エム テックニカルダイジェスト、215頁)、これ
を満たすようにTmを設定することが望ましい。この場
合、図38から、Tmは18nm〜30nmの範囲が望
ましい。
In general, the introduction of impurities into an FET has two purposes: setting a threshold value and suppressing punch-through. Conversely, the impurity concentration affects both the threshold value and punch-through. That is, the normal M
In the OSFET, an impurity is introduced from the viewpoint of suppressing punch-through in addition to the setting of the threshold value. Therefore,
Even if a structure that does not require the introduction of impurities to set the threshold voltage can be formed, the impurities introduced for suppressing punch-through affect the threshold, and the first and second impurities are not affected. There is a problem that causes two problems. However, in the above-described embodiment of the present invention, since the SOI structure that does not easily cause punch-through is used, it is not necessary to introduce impurities from the viewpoint of suppressing punch-through, and the first and second problems are solved. You. Note that the value of Tm may be set so as to satisfy a necessary threshold voltage within the range described above. For example, the threshold voltage of an n-channel transistor is set to a positive value. FIG.
From FIG. 8, since this is the case of T m or more, it is desirable to set the value of T m to 3.5 nm or more. This is especially important in circuits requiring a positive threshold voltage, such as CMOS circuits. In addition, the off current (0 V is applied to the gate electrode)
, The threshold voltage needs to be about 0.12 V or more, which satisfies this requirement. Is set as follows. In this case, from FIG. 38, it is preferable that T m is 11 nm or more. In general, in a CMOS circuit operating at a power supply voltage of about 1.2 to 1.5 V, the threshold voltage is set to 0.2 to 0.
It is considered that the operation speed, the leak current, and the noise margin can be simultaneously and satisfactorily maintained by setting the voltage to 3 V (Taua et al., 1997, IEDM Technical Digest, page 215). it is desirable to set the T m so as to satisfy this. In this case, from FIG. 38, Tm is desirably in the range of 18 nm to 30 nm.

【0055】また例えば、図36の従来例では、第一の
ゲート電極(p+ポリシリコン、Mo、Moシリサイ
ド)の仕事関数が、通常のトランジスタでゲート電極と
して用いられる材料であるn+ポリシリコンよりも大き
い。この場合、トランジスタのしきい値電圧が高くなり
すぎるという問題が発生する。しきい値電圧は、チャネ
ル形成領域の不純物濃度とゲートの仕事関数に依存する
が、チャネル形成領域への不純物ドーピングはパンチス
ルー(不要な導通による漏れ電流の発生)の抑制のため
にも必要であるので、パンチスルーを抑制するためのド
ーピングを行うと、しきい値電圧が高くなりすぎ、実際
の素子に適用することができない。これはしきい値が第
一のゲート電極の仕事関数に依存するために、前記第三
の課題と同様の問題が発生するものと言える。これにつ
いても本発明では、第一のゲート電極長を40nm以下
にすると、第一、第二のゲート電極による電界が顕著に
干渉することを利用し、しきい値が高くなり過ぎること
を防ぎ、最適なしきい値を得られるように設定すること
ができる。従って、本発明を図36の従来例に適用する
と、第一のゲート電極の仕事関数を実効的に下げること
ができるので、しきい値電圧が高くなり過ぎるという問
題を解決し、回路への適用が可能になる。
For example, in the conventional example of FIG. 36, the work function of the first gate electrode (p + polysilicon, Mo, Mo silicide) is n + polysilicon which is a material used as a gate electrode in a normal transistor. Greater than. In this case, a problem occurs that the threshold voltage of the transistor becomes too high. Although the threshold voltage depends on the impurity concentration of the channel formation region and the work function of the gate, the impurity doping of the channel formation region is also necessary for suppressing punch-through (generation of leakage current due to unnecessary conduction). Therefore, if doping for suppressing punch-through is performed, the threshold voltage becomes too high and cannot be applied to an actual device. This can be said to cause the same problem as the third problem because the threshold value depends on the work function of the first gate electrode. With respect to this, in the present invention, when the first gate electrode length is set to 40 nm or less, the threshold value is prevented from becoming excessively high by utilizing the fact that the electric fields by the first and second gate electrodes significantly interfere with each other. It can be set to obtain an optimal threshold. Therefore, when the present invention is applied to the conventional example shown in FIG. 36, the work function of the first gate electrode can be effectively lowered, so that the problem that the threshold voltage becomes too high is solved, and the application to a circuit is solved. Becomes possible.

【0056】また、本発明の構造では、しきい値電圧は
第一のゲート電極の電界と、第二のゲート電極のうち第
一のゲート電極に隣接する領域の電界との干渉によって
決まる。従って、第二のゲート電極長(図1中の水平方
向における第二のゲート電極の横方向の長さ)が大きい
場合には、第二のゲート電極のうち外側部分(ソース・
ドレイン領域に隣接する部分)はしきい値電圧に関与し
ない。従って、第一のゲート電極長が一定であれば、第
二のゲート電極長が大きくなっても、しきい値に関与し
ない外側部分の長さが変化するだけであるので、しきい
値電圧はゲートの全長に依存しなくなる。すなわち短チ
ャネル効果が抑制される。図36、図37の従来例にお
いても、短チャネル効果の抑制(電界を緩和することに
よる効果)が主張されているが、本発明はこれらとは異
なる原理(第二のゲート電極の長さが、しきい値に与え
る影響が小さいという効果)によって短チャネル効果を
抑制するものであり、その効果は従来例よりも優れる。
なおこの効果は、本発明の主張する第一、第二のゲート
電極の電界の干渉が起きる構成によって得られるもので
ある。
In the structure of the present invention, the threshold voltage is determined by the interference between the electric field of the first gate electrode and the electric field of a region of the second gate electrode adjacent to the first gate electrode. Therefore, when the second gate electrode length (the horizontal length of the second gate electrode in the horizontal direction in FIG. 1) is large, the outer portion (source
The portion adjacent to the drain region) does not contribute to the threshold voltage. Therefore, if the length of the first gate electrode is constant, even if the length of the second gate electrode is increased, only the length of the outer portion that does not contribute to the threshold value changes. It no longer depends on the total length of the gate. That is, the short channel effect is suppressed. The suppression of the short channel effect (effect by relaxing the electric field) is also claimed in the conventional examples of FIGS. 36 and 37, but the present invention uses a different principle (the length of the second gate electrode is shorter). , The effect on the threshold value is small) to suppress the short channel effect, and the effect is superior to the conventional example.
This effect is obtained by a configuration in which the electric field interference of the first and second gate electrodes claimed in the present invention occurs.

【0057】また、通常の電界効果型トランジスタで
は、ソース・ドレイン領域が不純物の拡散によって、ゲ
ート電極の下に入り込むと、二つのソース・ドレイン領
域間の距離(実行チャネル長)が小さくなり、その結果
しきい値電圧が変動する。しかし、本発明の構造では、
第一のゲート電極の下部の電位が第二のゲート電極の電
界の干渉を受けて変化するものであるから、第二のゲー
ト電極の下部の構造はしきい値電圧にあまり影響しな
い。従って、ソース・ドレイン領域が不純物の拡散によ
って、ゲート電極の下に入り込んでも、それが第二のゲ
ート電極下部に一部入り込む程度であれば、しきい値電
圧の変動が小さいので、ソース/ドレイン不純物の横方
向の拡散に起因する、素子の特性バラツキが抑制され
る。
In a normal field-effect transistor, when the source / drain region enters below the gate electrode due to diffusion of impurities, the distance (execution channel length) between the two source / drain regions decreases. As a result, the threshold voltage fluctuates. However, in the structure of the present invention,
Since the potential below the first gate electrode changes due to the interference of the electric field of the second gate electrode, the structure below the second gate electrode does not significantly affect the threshold voltage. Therefore, even if the source / drain region enters under the gate electrode due to diffusion of impurities, if the source / drain region partially penetrates under the second gate electrode, the variation in threshold voltage is small. Variations in element characteristics due to the lateral diffusion of impurities are suppressed.

【0058】また、第一のゲート電極が第二のゲート電
極に挟まれた組み合わせを二組以上連続して接続しても
同じ効果が得られるが、ゲートの全長を短くするために
は、ゲート電極の構成要素は少ないほうがよい。従っ
て、第一のゲート電極を二つの第二のゲート電極で挟ん
だ上記三層構造が、素子の微細化から最も望ましい。ま
た、ソース・ドレイン領域の入れ替えに対して対称にな
るという要請も、この三層構造は満たしている。
Although the same effect can be obtained by connecting two or more combinations of the first gate electrode sandwiched between the second gate electrodes, the same effect can be obtained. The fewer components of the electrode, the better. Therefore, the above three-layer structure in which the first gate electrode is sandwiched between two second gate electrodes is most desirable from the viewpoint of miniaturization of the device. The three-layer structure also satisfies the requirement that the source / drain regions be symmetric with respect to the replacement.

【0059】なお、本発明に関する記述においては、特
開昭60−43863号公報の記述とは異なり、ソース
・ドレイン領域の導電型を第一導電型と呼ぶ。これは、
SOIトランジスタ等において、チャネル形成領域の導
電型が必ずしもソース・ドレイン領域とは逆の導電型と
はならない場合があり、特開昭60−43863号公報
のように、チャネル形成領域をなす基板を第一導電型、
ソース・ドレイン領域を第二導電型と定義できない場合
があるためである。なお、電界効果型トランジスタの導
電型(チャネルタイプ)は、ソース・ドレイン領域の導電
型と必ず一致するので、本発明の説明において第一導電
型と説明される導電型は、トランジスタのチャネルタイ
プと一致する。
In the description relating to the present invention, the conductivity type of the source / drain region is called the first conductivity type, unlike the description in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-43863. this is,
In an SOI transistor or the like, the conductivity type of a channel formation region may not always be the conductivity type opposite to that of a source / drain region. One conductivity type,
This is because the source / drain region may not be defined as the second conductivity type. Note that the conductivity type (channel type) of the field-effect transistor always matches the conductivity type of the source / drain regions, and thus the conductivity type described as the first conductivity type in the description of the present invention is the same as the channel type of the transistor. Matches.

【0060】次に、図1に示す構造において一部を変化
させた構造例を説明する。
Next, a description will be given of a structural example in which a part of the structure shown in FIG. 1 is changed.

【0061】ソース・ドレイン領域は、第一、第二のゲ
ート電極の境界部の下に達しなければ、その一部が、第
二のゲート電極の下に入り込んでもよい(図3)。これ
は、第一、第二のゲート電極による電界を干渉させ、し
きい値電圧を設定するものであるから、第二のゲート電
極の少なくとも一部がチャネル形成領域上にあればよい
からである。
If the source / drain region does not reach below the boundary between the first and second gate electrodes, a part thereof may enter under the second gate electrode (FIG. 3). This is because the electric field generated by the first and second gate electrodes interferes with each other to set the threshold voltage, so that at least a part of the second gate electrode only needs to be on the channel formation region. .

【0062】また、第二のゲート電極の下部では、ゲー
ト絶縁膜の厚さが、第一のゲート電極の下部よりも薄く
てもよい(図4)。第二のゲート電極下の酸化膜を薄くす
ると、ソース・ドレイン領域からの電界がゲート電極で
終端されるので、短チャネル効果の抑制に対して有利に
なる。一方、第一のゲート酸化膜は、それが厚いほどし
きい値が低くなるので、しきい値を高めに設定し、かつ
短チャネル効果を抑制したい場合にこの構造は有効であ
る。
The thickness of the gate insulating film below the second gate electrode may be smaller than the thickness below the first gate electrode (FIG. 4). When the oxide film below the second gate electrode is thinned, the electric field from the source / drain region is terminated at the gate electrode, which is advantageous for suppressing the short channel effect. On the other hand, since the threshold value of the first gate oxide film becomes lower as it is thicker, this structure is effective when the threshold value is set higher and the short channel effect is desired to be suppressed.

【0063】この構造は、後述の図10〜図18に示す
製造方法において、第一のゲート電極のエッチング後に
酸化膜をオーバーにエッチングした場合、あるいは後述
の図19〜図26に示す製造方法において、第二のゲー
ト電極を形成後に中央部の酸化膜を酸化等により厚くし
た場合、酸化膜をCVD等により再度堆積した場合に形
成される。
This structure can be obtained when the oxide film is over-etched after the first gate electrode is etched in the manufacturing method shown in FIGS. When the central oxide film is thickened by oxidation or the like after the formation of the second gate electrode, it is formed when the oxide film is deposited again by CVD or the like.

【0064】また、逆に、第二のゲート電極の下部で
は、ゲート絶縁膜の厚さが、第一のゲート電極の下部よ
りも厚くてもよい(図5)。第二のゲート電極の下の絶縁
膜を厚くすると、第二のゲート電極とソース・ドレイン
領域間の電界が弱くなる。但し、この場合、ソース・ド
レイン領域からの電界を第二のゲート電極が終端する効
果は弱くなる。従って、ゲート長が比較的長い場合(例
えば0.25μm)等、短チャネル効果を抑制する必要
は低く、そのかわりリーク電流を抑制する必要等からソ
ース・ドレイン領域とゲート間の電界を抑制したい場合
(例えばダイナミックメモリに用いられる素子)には、
この構造が有効となる。この構造は、後述の図10〜図
18の製造方法において、第一のゲート電極のエッチン
グ後に再度の酸化を行った場合、あるいは後述の図19
〜図26の製造方法において、第二のゲート電極を形成
後に中央部の酸化膜をエッチング等により薄膜化した場
合等に形成される。
Conversely, the thickness of the gate insulating film may be thicker below the second gate electrode than below the first gate electrode (FIG. 5). When the thickness of the insulating film below the second gate electrode is increased, the electric field between the second gate electrode and the source / drain region is weakened. However, in this case, the effect that the second gate electrode terminates the electric field from the source / drain region is weakened. Therefore, when the gate length is relatively long (for example, 0.25 μm) or the like, it is not necessary to suppress the short channel effect. (For example, elements used for dynamic memory)
This structure is effective. This structure is obtained when the first gate electrode is oxidized again after etching in the manufacturing method shown in FIGS.
26 to 26 are formed, for example, when the oxide film at the center is thinned by etching or the like after the formation of the second gate electrode.

【0065】第二のゲート電極長(図6の断面の水平方
向)は、第一のゲート電極長と同じでもよく(図6)、ま
た第一のゲート電極よりも薄くてもよい(図7)。また、
ソース・ドレイン領域のうち一部が、第一導電型でソー
ス・ドレイン領域よりも不純物濃度の低いLDD領域2
1であってもよい(図8)。また、ソース・ドレイン領域
のうち一部が、第一導電型でソース・ドレイン領域と同
程度に不純物濃度が高く、ソース・ドレイン領域の他の
部分よりも浅く形成された、エクステンション領域22
(図9)であってもよい。但し、いずれの場合において
も、本発明においては第二のゲート電極の少なくとも一
部は、LDD領域やエクステンション領域ではない、チ
ャネル形成領域の上部に必ず位置しなければならず、第
一のゲート電極長Tmは、第一、第二のゲート電極から
の電界が顕著に干渉する範囲(40nm以下)に設定さ
れなければならない。
The length of the second gate electrode (in the horizontal direction of the cross section in FIG. 6) may be the same as the length of the first gate electrode (FIG. 6) or may be thinner than the first gate electrode (FIG. 7). ). Also,
An LDD region 2 in which a part of the source / drain region is of the first conductivity type and has a lower impurity concentration than the source / drain region 2
It may be 1 (FIG. 8). In addition, a part of the source / drain region is of the first conductivity type, has an impurity concentration as high as the source / drain region, and is formed shallower than other portions of the source / drain region.
(FIG. 9). However, in any case, in the present invention, at least a part of the second gate electrode must be located at the top of the channel formation region, not the LDD region or the extension region, and the first gate electrode length T m is the first, the electric field from the second gate electrode must be set significantly interfering range (40 nm or less).

【0066】次に、トランジスタ構成の具体的な寸法を
実施形態の一例として示す。
Next, specific dimensions of the transistor configuration will be shown as an example of the embodiment.

【0067】図1は、本発明による電界効果型トランジ
スタの断面図である。シリコンウエハよりなる支持基板
1上に厚さ400nmのSiO2よりなる埋め込み酸化
膜2を介して、厚さ10nmの単結晶シリコンよりなる
半導体層3(SOI層)が設けられるSOI基板におい
て、半導体層上に厚さ3nmの熱酸化膜よりなるゲート
絶縁膜4を介して、幅(図1の断面における水平方向)2
0nm、厚さ(高さ方向)100nmの、TiNよりなる
第一のゲート電極7が設けられる。第一のゲート電極7
の両側には、ゲート絶縁膜4上に、ゲート電極7の側面
に接して、幅(図1の断面における水平方向)50nmの
第二のゲート電極8が設けられる。第二のゲート電極の
両側の半導体層3には、リンが高濃度(例えば1019
-3)に導入されたn+型のソース・ドレイン領域6が形
成される。第一、第二のゲート電極の下部、ソース・ド
レイン領域6に挟まれた領域は、電子によるチャネルが
形成される、チャネル形成領域9を成す。
FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor according to the present invention. In an SOI substrate in which a semiconductor layer 3 (SOI layer) made of single-crystal silicon having a thickness of 10 nm is provided on a supporting substrate 1 made of a silicon wafer via a buried oxide film 2 made of SiO 2 having a thickness of 400 nm. Width (horizontal direction in the cross section of FIG. 1) 2
A first gate electrode 7 made of TiN and having a thickness of 0 nm and a thickness (height direction) of 100 nm is provided. First gate electrode 7
On both sides of the gate insulating film 4, a second gate electrode 8 having a width (horizontal direction in the cross section in FIG. 1) of 50 nm is provided on the gate insulating film 4 in contact with the side surface of the gate electrode 7. The semiconductor layer 3 on both sides of the second gate electrode has a high concentration of phosphorus (for example, 10 19 c).
The n + -type source / drain regions 6 introduced at m −3 ) are formed. A region between the source / drain regions 6 below the first and second gate electrodes forms a channel forming region 9 in which a channel is formed by electrons.

【0068】ここで、半導体層3の厚さは、通常5nm
から100nmの範囲である。5nm以上とするのは量
子力学的サイズ効果(サブバンド準位の変動)の影響を
抑制するためであり、100nm以下とするのは、素子
特性の良い完全空乏化型素子を形成しやすいからであ
る。短チャネル効果の抑制効果をより強く求め、量子力
学的サイズ効果の影響が出てもよい場合はこれよりも薄
くしてもよい。また、高耐圧MOS等においてゲート長
が長く(例えば1ミクロン以上)、短チャネル効果が発生
しにくい場合や、LSIにおいても完全空乏化型素子を
形成しない場合(部分空乏化型素子を用いる場合)等
は、半導体層の厚さを100nm以上としてもよい。ソ
ース・ドレイン領域に導入される不純物は、ひ素でもよ
い。また、ソース・ドレイン領域は、チャネル形成領域
表面よりも、上に突起する、エレベーティッド型の構造
を持っていてもよい。また、半導体層は多結晶半導体で
あってもよい。この場合、単結晶層である場合と比べ
て、漏れ電流の増加、粒界散乱による電流の減少などが
起きるが、基板を容易に製造できるという、長所を持
つ。
Here, the thickness of the semiconductor layer 3 is usually 5 nm.
To 100 nm. The thickness of 5 nm or more is to suppress the influence of the quantum mechanical size effect (fluctuation of the subband level), and the thickness of 100 nm or less is because a fully depleted device having good device characteristics is easily formed. is there. If the effect of suppressing the short channel effect is more strongly sought, and if the effect of the quantum mechanical size effect can appear, the thickness may be made smaller. In addition, when the gate length is long (for example, 1 micron or more) in a high breakdown voltage MOS or the like and a short channel effect is unlikely to occur, or when a fully depleted element is not formed in an LSI (when a partially depleted element is used). For example, the thickness of the semiconductor layer may be 100 nm or more. The impurity introduced into the source / drain regions may be arsenic. Further, the source / drain region may have an elevated structure that projects above the surface of the channel formation region. Further, the semiconductor layer may be a polycrystalline semiconductor. In this case, the leakage current increases, the current decreases due to grain boundary scattering, etc., as compared with the case of a single crystal layer. However, there is an advantage that the substrate can be easily manufactured.

【0069】埋め込み酸化膜2の厚さは、本発明の効果
を得るに当たって、特に制限はない。通常、張り合わせ
技術によって作製されたSOI基板では、埋め込み酸化
膜は1ミクロンから2ミクロン程度、SIMOX技術に
よって作製されたSOI基板では、80nmから400
nm程度であるが、これらより薄い場合、厚い場合にお
いても、本発明は適用できる。また、埋め込み酸化膜に
代えて、サファイア等の厚い絶縁基板を持ち、支持基板
1を持たない構造にも適用できる。
The thickness of the buried oxide film 2 is not particularly limited for obtaining the effects of the present invention. Usually, the buried oxide film is about 1 μm to 2 μm in the SOI substrate manufactured by the bonding technology, and 80 nm to 400 μm in the SOI substrate manufactured by the SIMOX technology.
The thickness is on the order of nm, but the present invention can be applied to cases where the thickness is thinner or thicker. Further, the present invention can be applied to a structure having a thick insulating substrate such as sapphire instead of the buried oxide film and having no support substrate 1.

【0070】ゲート絶縁膜の厚さは通常2nmから20
nm程度である。これより薄いと、トンネル電流によ
り、ゲート電極からの漏れ電流が発生するが、素子の用
途上漏れ電流が多くてもよい場合は、これより薄い絶縁
膜を用いてもよい。また、20nm以下とするのはLS
I用の素子として一般に要求されるだけのドレイン電流
を得るためであるが、高耐圧素子等において、ドレイン
電流よりもゲート酸化膜中の電界緩和が重要な場合はこ
れよりも厚くてもよい、また、ゲート絶縁膜はSiO2
であっても、それ以外の絶縁体、例えばSi34、Ta
25等であってもよい。また、複数の材料が積層された
ものであってもよい。
The thickness of the gate insulating film is usually 2 nm to 20 nm.
nm. If the thickness is smaller than this, a leakage current from the gate electrode is generated due to the tunnel current. However, if the leakage current may be large depending on the use of the device, an insulating film thinner than this may be used. Further, it is LS
In order to obtain a drain current that is generally required as an element for I, in a high breakdown voltage element or the like, the thickness may be larger if the electric field relaxation in the gate oxide film is more important than the drain current. The gate insulating film is made of SiO 2
However, other insulators such as Si 3 N 4 , Ta
It may be 2 O 5 or the like. Further, a plurality of materials may be stacked.

【0071】ゲート電極の全長(第一のゲート電極、二
つの第二のゲート電極の合計、図1断面の水平方向の長
さ)は、例えば30nmから0.6ミクロン程度の範囲
とする。これはLSI用のトランジスタを想定した場
合、通常使われている寸法、及び将来使われるといわれ
ている寸法であるが、高耐圧MOS等、他の用途に適用
する場合は、これより大きくてもよい。
The total length of the gate electrode (the total of the first gate electrode and the two second gate electrodes, the horizontal length of the cross section in FIG. 1) is, for example, in the range of about 30 nm to 0.6 μm. This is a dimension normally used when assuming a transistor for LSI, and a dimension that is said to be used in the future. Good.

【0072】また、nチャネルトランジスタにおいて第
一のゲート電極はp+ポリシリコン、Mo、W、Ta等
の金属、金属シリサイド、TiN等の金属化合物等であ
ってもよい。また、第一のゲート電極がp+ポリシリコ
ンの場合は、第二のゲート電極がMo、W、Ta等の金
属、金属シリサイド等であってもよい。これらの材料の
中では、p+ポリシリコンの仕事関数が最も大きく、次
がMo、W、Ta、あるいはタングステンシリサイド等
の金属シリサイド、TiNであり、n+ポリシリコンの
仕事関数が最も小さい。これらの材料、あるいはこれら
以外の材料も含めて、第二のゲート電極の仕事関数が第
一のゲート電極よりも小さくなるように設定されればよ
い。なお、しきい値を0.5V以下に設定する場合は、
第一のゲート電極を金属、または金属シリサイドとし、
第二のゲート電極をn+ポリシリコンとする組み合わせ
が、必要なしきい値電圧が得られるためには適当であ
る。pチャネルトランジスタの形成する場合、ソース・
ドレイン領域はホウ素を導入したp+型とし、第二のゲ
ート電極の仕事関数が第一のゲート電極よりも大きくな
るように設定する。例えば、第一のゲート電極をTi
N、第二のゲート電極をp+ポリシリコンで形成する。
In the n-channel transistor, the first gate electrode may be p + polysilicon, a metal such as Mo, W, Ta, or the like, a metal silicide, a metal compound such as TiN, or the like. When the first gate electrode is made of p + polysilicon, the second gate electrode may be made of a metal such as Mo, W, or Ta, or a metal silicide. Among these materials, p + polysilicon has the largest work function, followed by Mo, W, Ta, or a metal silicide such as tungsten silicide or TiN, and n + polysilicon has the smallest work function. The work function of the second gate electrode may be set to be smaller than that of the first gate electrode, including these materials or other materials. When setting the threshold value to 0.5 V or less,
The first gate electrode is made of metal or metal silicide,
A combination in which the second gate electrode is made of n + polysilicon is appropriate for obtaining a required threshold voltage. When forming a p-channel transistor, the source
The drain region is a p + type with boron introduced, and the work function of the second gate electrode is set to be larger than that of the first gate electrode. For example, if the first gate electrode is Ti
N, a second gate electrode is formed of p + polysilicon.

【0073】なお、チャネルドーピングを行わない場
合、nチャネルトランジスタにおいてしきい値電圧が正
の値を持つためには、第一のゲート電極の材料が、ソー
ス・ドレイン領域よりも仕事関数が大きくなければなら
ない。pチャネルトランジスタにおいてしきい値電圧が
負の値を持つためには、第一のゲート電極の材料が、ソ
ース・ドレイン領域よりも仕事関数が小さくなければな
らない。
When channel doping is not performed, the material of the first gate electrode must have a work function larger than that of the source / drain regions so that the threshold voltage of the n-channel transistor has a positive value. Must. In order for a p-channel transistor to have a negative threshold voltage, the material of the first gate electrode must have a work function smaller than that of the source / drain region.

【0074】図3に、図1の構造において、ソース・ド
レイン領域が幅10nmに渡って第二のゲート電極の下
部に入り込んだ場合を示す。第二のゲート電極の一部が
チャネル形成領域上にかかっていれば、先に述べたよう
に、その一部が図3のようにソース・ドレイン領域上に
あっても、本発明の効果は代わらない。
FIG. 3 shows a case where the source / drain region has entered the lower portion of the second gate electrode over a width of 10 nm in the structure of FIG. If a part of the second gate electrode is on the channel formation region, as described above, the effect of the present invention can be obtained even if a part of the second gate electrode is on the source / drain region as shown in FIG. Will not be replaced.

【0075】図4の構造では、ゲート絶縁膜の厚さを、
例えば、第一のゲート電極の下においては5nm、第二
のゲート電極の下では3nmとする。図5の構造では、
ゲート絶縁膜の厚さを、例えば、第一のゲート電極の下
においては3nm、第二のゲート電極の下では5nmと
する。
In the structure of FIG. 4, the thickness of the gate insulating film is
For example, the thickness is 5 nm below the first gate electrode and 3 nm below the second gate electrode. In the structure of FIG.
The thickness of the gate insulating film is, for example, 3 nm below the first gate electrode and 5 nm below the second gate electrode.

【0076】図6に、図1の構造において、第二のゲー
ト電極の幅が第一のゲート電極と同じ場合(例えば幅2
0nm)を示す。また図7に、図1の構造において、第
二のゲート電極の幅が第一のゲート電極よりも小さい場
合を示す。例えば、第一のゲート電極の幅を20nm、
第二のゲート電極の幅を15nmとする。
FIG. 6 shows a case where the width of the second gate electrode is the same as that of the first gate electrode in the structure of FIG.
0 nm). FIG. 7 shows a case where the width of the second gate electrode is smaller than that of the first gate electrode in the structure of FIG. For example, when the width of the first gate electrode is 20 nm,
The width of the second gate electrode is 15 nm.

【0077】次に、図10〜図12を参照して製造方法
を説明する。
Next, a manufacturing method will be described with reference to FIGS.

【0078】図10に示すように、シリコン基板31上
に厚さ400nmのSiO2よりなる埋め込み酸化膜3
2を介して、厚さ12nmの単結晶シリコンよりなる半
導体層33(SOI層)が設けられるSOI基板におい
て、半導体層33の表面を熱酸化し、厚さ3nmのSi
2よりなるゲート絶縁膜34を形成する。続いて、全
面にCVD法またはスパッタ法により厚さ100nmの
TiN膜を堆積し、その上部にフォトレジスト36を幅
30nmにパターニングする。ここで30nmという微
細なパターンを得るには、レジストの露光には電子ビー
ムによる直接描画技術(EB直描、例えば、日経マイク
ロデバイス、1997年11月号、141〜144ペー
ジに記載)を用い、レジストとしてはカリックスアレー
ン、クロルメチル化カリックスアレーン等の環状の分子
構造を持つ材料を用いればよい。フォトレジスト36を
マスクにRIE(反応性イオンエッチング)によりTiN
膜をパターニングし、TiNよりなる、厚さ50nm、
幅30nmの第一のゲート電極35を形成し、図10の
構造を得る。
As shown in FIG. 10, a buried oxide film 3 of 400 nm thick SiO 2 is formed on a silicon substrate 31.
2, the surface of the semiconductor layer 33 is thermally oxidized on the SOI substrate on which the semiconductor layer 33 (SOI layer) made of single-crystal silicon having a thickness of 12 nm
A gate insulating film made of O 2 is formed. Subsequently, a TiN film having a thickness of 100 nm is deposited on the entire surface by a CVD method or a sputtering method, and a photoresist 36 is patterned thereon to have a width of 30 nm. Here, in order to obtain a fine pattern of 30 nm, the resist is exposed using an electron beam direct writing technique (EB direct writing, for example, described in Nikkei Micro Devices, November 1997, pages 141 to 144), As the resist, a material having a cyclic molecular structure such as calixarene and chloromethylated calixarene may be used. TiN by RIE (Reactive Ion Etching) using photoresist 36 as a mask
Pattern the film, made of TiN, thickness 50nm,
A first gate electrode 35 having a width of 30 nm is formed to obtain the structure shown in FIG.

【0079】SOI素子では素子分離部(LOCOS)の
段差が小さいので、TiNをパターニングする際に、素
子分離端の段差部にTiNのエッチング残りが生じにく
い。従ってエッチング残りを防ぐことを目的としたオー
バーエッチングを少くできる。オーバーエッチングは第
一のゲート電極の両側の領域でゲート酸化膜にダメージ
を与えるが、オーバーエッチングを抑制できるので、ゲ
ート酸化膜へのダメージを抑制できる。バルク基板上に
素子を形成する場合は、トレンチ分離等の段差の少い素
子分離を用いることにより、同様にオーバーエッチング
の問題を解決できる。
In the SOI element, the step in the element isolation portion (LOCOS) is small, so that when patterning TiN, etching residue of TiN hardly occurs in the step at the element isolation end. Therefore, over-etching for the purpose of preventing etching residue can be reduced. Over-etching damages the gate oxide film on both sides of the first gate electrode. However, over-etching can be suppressed, so that damage to the gate oxide film can be suppressed. When an element is formed on a bulk substrate, the problem of over-etching can be similarly solved by using an element isolation having a small step such as a trench isolation.

【0080】次に、図11に示すように、全面に厚さ5
0nmのn+ポリシリコン37(ドープトポリシリコン)
を、CVDにより堆積する。次に、RIEによる異方性
エッチングにより、n+ポリシリコンを厚さ50nmに
わたってエッチバックし、第一のゲート電極35の側面
に、幅50nmのn+ポリシリコン37よりなる、第二
のゲート電極を形成する。続いて、第一、第二のゲート
電極をマスクに、半導体層33に高濃度のリンを導入
し、第一、第二のゲート電極の外側にn+型のソース・
ドレイン領域38を形成する(図12)。ゲート電極の下
部が、チャネル形成領域39となる。 ソース・ドレイ
ン領域の形成は、例えば低加速電圧のイオン注入を用い
る。あるい、第一、第二のゲート電極をマスクに、ゲー
ト電極の外側の領域のゲート絶縁膜をRIEにより除去
し、続いて全面にリンガラス(PSG)を堆積し、850
℃で10秒の熱処理を行うことにより、リンをPSGか
ら半導体層33に拡散させ、ソース・ドレイン領域を形
成する。また、PSG堆積前に、第二のゲート電極の外
側に酸化膜の側壁を設けることにより、リンの拡散が第
二のゲート電極の下部に侵入することを抑制してもよ
い。第二のゲート電極は、最初不純物を含まないポリシ
リコン(ノンドープポリシリコン)を堆積し、ソース・ド
レイン領域の形成と同時にPSGからリンを拡散して、
これをn+型になるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG.
0 nm n + polysilicon 37 (doped polysilicon)
Is deposited by CVD. Next, n + polysilicon is etched back over a thickness of 50 nm by anisotropic etching by RIE, and a second gate electrode made of n + polysilicon 37 having a width of 50 nm is formed on the side surface of the first gate electrode 35. To form Subsequently, high-concentration phosphorus is introduced into the semiconductor layer 33 using the first and second gate electrodes as masks, and n + -type source / source regions are formed outside the first and second gate electrodes.
A drain region 38 is formed (FIG. 12). The lower part of the gate electrode becomes the channel formation region 39. The source / drain regions are formed by, for example, ion implantation at a low acceleration voltage. Alternatively, using the first and second gate electrodes as a mask, the gate insulating film in the region outside the gate electrodes is removed by RIE, and then phosphorus glass (PSG) is deposited on the entire surface, and 850 is deposited.
By performing a heat treatment at 10 ° C. for 10 seconds, phosphorus is diffused from the PSG into the semiconductor layer 33 to form source / drain regions. In addition, before the PSG is deposited, a sidewall of the oxide film may be provided outside the second gate electrode to suppress the diffusion of phosphorus from entering the lower portion of the second gate electrode. The second gate electrode is formed by first depositing polysilicon containing no impurities (non-doped polysilicon) and diffusing phosphorus from PSG simultaneously with the formation of the source / drain regions,
This may be an n + type.

【0081】また、ゲート酸化膜を5nmとあらかじめ
厚めに設定し、第一のゲート電極形成のためのRIEに
おいてオーバーエッチングを行い、第一のゲート電極の
両側の酸化膜を少し削りとるか、あるいは、第一のゲー
ト電極をマスクに、短時間の酸化膜エッチングを行う
と、図4に示すように、第二のゲート電極下部でゲート
絶縁膜が薄くなるような構造が得られる。
Further, the gate oxide film is set to a thicker thickness of 5 nm in advance, and overetching is performed in RIE for forming the first gate electrode, and the oxide films on both sides of the first gate electrode are slightly removed, or When the oxide film is etched for a short time using the first gate electrode as a mask, a structure in which the gate insulating film is thinner under the second gate electrode is obtained as shown in FIG.

【0082】なお、ここでオーバーエッチング時におけ
る酸化膜の削り取りは、RIE工程において、酸化膜に
対するTiNの選択性が低い場合に顕著である。また、
第一のゲート電極加工後に、短時間の熱酸化を行うと、
第一のゲート電極の外側では酸化膜厚が大きくなり、図
5のような形状が得られる。
Here, the removal of the oxide film at the time of over-etching is remarkable when the selectivity of TiN to the oxide film is low in the RIE step. Also,
After the first gate electrode processing, if thermal oxidation is performed for a short time,
The thickness of the oxide film becomes large outside the first gate electrode, and a shape as shown in FIG. 5 is obtained.

【0083】第二の実施形態 上記の第一の実施形態の各種の構造に対して、絶縁体上
の半導体層および埋め込み酸化膜を、通常のバルク基板
に置き換えてもよい。その例を図2の断面図に示す。
Second Embodiment For the various structures of the first embodiment, the semiconductor layer on the insulator and the buried oxide film may be replaced with a normal bulk substrate. An example is shown in the sectional view of FIG.

【0084】ホウ素を5×1017cm-3含むp-シリコ
ン基板10上に、厚さ3nmの熱酸化膜よりなるゲート
絶縁膜4を介して、幅(図2の断面における水平方向)2
0nm、厚さ(高さ方向)100nmの、TiNよりなる
第一のゲート電極7が設けられる。 第一のゲート電極
7の両側には、ゲート絶縁膜4上に、ゲート電極7の側
面に接して、幅(図2断面における水平方向)50nmの
第二のゲート電極8が設けられる。第二のゲート電極の
両側のシリコン基板上には、ひ素が高濃度(例えば10
19cm-3)に導入された、深さ0.15ミクロンのn+
のソース・ドレイン領域6が形成される。第一、第二の
ゲート電極の下部、ソース・ドレイン領域6に挟まれた
領域は、電子によるチャネルが形成される、チャネル形
成領域9を成す。
On a p - silicon substrate 10 containing 5 × 10 17 cm −3 of boron, a width (horizontal direction in the cross section of FIG. 2) 2 is interposed via a gate insulating film 4 made of a thermal oxide film having a thickness of 3 nm.
A first gate electrode 7 made of TiN and having a thickness of 0 nm and a thickness (height direction) of 100 nm is provided. On both sides of the first gate electrode 7, a second gate electrode 8 having a width (horizontal direction in the cross section in FIG. 2) of 50 nm is provided on the gate insulating film 4 in contact with the side surface of the gate electrode 7. On the silicon substrate on both sides of the second gate electrode, a high concentration of arsenic (for example, 10
An n + -type source / drain region 6 having a depth of 0.15 μm and being introduced at 19 cm −3 ) is formed. A region between the source / drain regions 6 below the first and second gate electrodes forms a channel forming region 9 in which a channel is formed by electrons.

【0085】図2の構造は、絶縁体上に半導体層を有す
る構造(SOI構造)に代えて、通常の半導体基板10
を用い、ソース・ドレイン領域は半導体基板表面に設け
たものである。この場合、不純物はパンチスルーの抑制
に必要なだけの量でよいので、ドーピング量を抑制で
き、第一、第二の課題を軽減できる。例えば、パンチス
ルーを抑制するための不純物を導入した場合、図35の
従来例のように、ゲートの仕事関数によってしきい値を
制御しようとすると、しきい値が高くなりすぎるが、本
発明では第一のゲート電極による障壁形成能力が弱めら
れることを利用し、しきい値が高くなり過ぎることを防
ぎ、最適なしきい値を得ることができる。
The structure shown in FIG. 2 is different from the structure having a semiconductor layer on an insulator (SOI structure) in that a normal semiconductor substrate 10 is used.
And the source / drain regions are provided on the surface of the semiconductor substrate. In this case, since the amount of the impurity is sufficient to suppress punch-through, the doping amount can be suppressed, and the first and second problems can be reduced. For example, when an impurity for suppressing punch-through is introduced, the threshold becomes too high when the threshold is controlled by the work function of the gate as in the conventional example of FIG. Utilizing the fact that the ability of the first gate electrode to form a barrier is weakened, it is possible to prevent the threshold from becoming too high, and to obtain an optimal threshold.

【0086】第三の実施形態 図13を参照して第三の実施形態について説明する。前
記の製造工程において、第二のゲート電極の形成後に、
その側面に厚さ20nmの酸化膜をCVD法により堆積
し、これをエッチバックして酸化膜側壁40を形成す
る。エッチバック時に、酸化膜側壁よりも外側に位置す
るゲート絶縁膜は、同時に除去される。次に、選択エピ
タキシャル法によって、酸化膜側壁40の外側の半導体
層33上に、n+型シリコンよりなるエピタキシャル層
41を厚さ30nmに成長させる。エピタキシャル成長
時にリンを含むガスを混入させることにより、エピタキ
シャル層41をn+型とすることができる。この時、n+
ポリシリコン層37の上部にもn+型の多結晶層42が
成長するが、これは素子特性に影響を与えない。続い
て、短時間の熱処理(例えば850℃で10秒)によ
り、エピタキシャル層からリンを半導体層33に拡散さ
せることにより、ソース・ドレイン領域33を形成す
る。
Third Embodiment A third embodiment will be described with reference to FIG. In the above manufacturing process, after forming the second gate electrode,
An oxide film having a thickness of 20 nm is deposited on the side surface by a CVD method, and this is etched back to form an oxide film side wall 40. At the time of etch back, the gate insulating film located outside the oxide film side wall is simultaneously removed. Next, an epitaxial layer 41 made of n + -type silicon is grown to a thickness of 30 nm on the semiconductor layer 33 outside the oxide film side wall 40 by a selective epitaxial method. By mixing a gas containing phosphorus at the time of epitaxial growth, the epitaxial layer 41 can be made n + type. At this time, n +
An n + -type polycrystalline layer 42 also grows on the polysilicon layer 37, but this does not affect the device characteristics. Subsequently, the source / drain regions 33 are formed by diffusing phosphorus from the epitaxial layer into the semiconductor layer 33 by a short-time heat treatment (for example, at 850 ° C. for 10 seconds).

【0087】第四の実施形態 図14〜図18を参照して、他の実施の形態の構成およ
び製造方法を説明する。 シリコン基板31上に、厚さ
400nmのSiO2よりなる埋め込み酸化膜32を介
して、厚さ10nmの単結晶シリコンよりなる半導体層
33(SOI層)が設けられるSOI基板において、全
面にCVD法により厚さ100nmのSiO2膜を堆積
し、これをEB露光によるリソグラフィと、RIEによ
るエッチング等によって、幅120nmに加工し、図1
4に示すようにダミー酸化膜51を形成する。
Fourth Embodiment A configuration and a manufacturing method of another embodiment will be described with reference to FIGS. On an SOI substrate in which a semiconductor layer 33 (SOI layer) made of single-crystal silicon having a thickness of 10 nm is provided on a silicon substrate 31 via a buried oxide film 32 made of SiO 2 having a thickness of 400 nm, the entire surface is formed by CVD. A SiO 2 film having a thickness of 100 nm was deposited, and this was processed to a width of 120 nm by lithography by EB exposure, etching by RIE, and the like.
As shown in FIG. 4, a dummy oxide film 51 is formed.

【0088】次に、選択エピタキシャル成長により、図
14に示すように、ダミー酸化膜51の両側に高濃度の
リンを含んだn+型単結晶シリコンよりなる厚さ50n
mのエピタキシャル層41を形成する。
Next, by selective epitaxial growth, as shown in FIG. 14, both sides of the dummy oxide film 51 are made of n + -type single-crystal silicon having a thickness of 50 n
The m epitaxial layers 41 are formed.

【0089】次に、HF(フッ酸)によりダミー酸化膜
を除去する。続いて、厚さ30nmの酸化膜をCVDに
より全面に堆積し、RIEによりこれをエッチバックす
ることにより、エピタキシャル層41の側面に、図15
に示すように、側壁酸化膜52を設ける。短時間の熱処
理を行い(例えば850℃で10秒)、エピタキシャル
層41中のリンを半導体層33中に拡散させ、n+型の
ソース・ドレイン領域38を形成する(図15)。
Next, the dummy oxide film is removed by HF (hydrofluoric acid). Subsequently, an oxide film having a thickness of 30 nm is deposited on the entire surface by CVD, and is etched back by RIE.
As shown in FIG. 7, a sidewall oxide film 52 is provided. Heat treatment is performed for a short time (for example, at 850 ° C. for 10 seconds) to diffuse phosphorus in the epitaxial layer 41 into the semiconductor layer 33 to form an n + -type source / drain region 38 (FIG. 15).

【0090】次に、半導体層33の表面を熱酸化し、厚
さ3nmのSiO2よりなるゲート絶縁膜34を形成す
る。続いて、全面にCVD法またはスパッタ法により厚
さ50nmのn+ポリシリコン(ドープトポリシリコ
ン)層53を堆積する(図16)。
Next, the surface of the semiconductor layer 33 is thermally oxidized to form a gate insulating film 34 of 3 nm thick made of SiO 2 . Subsequently, an n + polysilicon (doped polysilicon) layer 53 having a thickness of 50 nm is deposited on the entire surface by CVD or sputtering (FIG. 16).

【0091】次に、RIEによりn+ポリシリコン層5
3をエッチバックし、これを図17に示すように側壁酸
化膜52の側面にのみ残し、n+ポリシリコン層53よ
りなる第二のゲート電極を形成する。次に、厚さ70n
mのW層54をCVDまたはスパッタにより堆積する
(図17)。
Next, the n + polysilicon layer 5 is formed by RIE.
3 is etched back, and this is left only on the side surface of the side wall oxide film 52 as shown in FIG. 17 to form a second gate electrode made of an n + polysilicon layer 53. Next, the thickness 70n
An m-type W layer 54 is deposited by CVD or sputtering (FIG. 17).

【0092】その上に、レジスト55を電子ビーム露光
等を用いて幅120nmに加工し、これをマスクにW層
をRIE等によって加工すれば、第二のゲート電極(n
+ポリシリコン53)に挟まれた領域のW層が第一のゲ
ート電極54となる(図18)。ここで、図16に示す
形状の形成後、n+ポリシリコン層53をエッチバック
した後に、オーバーエッチングにより露出部の酸化膜を
削り取るか、RIE等により酸化膜を軽くエッチングす
ると、図5に示すような、第一のゲート電極下のゲート
酸化膜が第二のゲート電極下のゲート酸化膜より薄い形
状が得られる。
If the resist 55 is further processed to a width of 120 nm using electron beam exposure or the like and the W layer is processed by RIE or the like using this as a mask, the second gate electrode (n
+ Polysilicon 53) and the W layer in the region interposed therebetween becomes the first gate electrode 54 (FIG. 18). Here, after forming the shape shown in FIG. 16, after etching back the n + polysilicon layer 53, the exposed portion of the oxide film is removed by over-etching or the oxide film is lightly etched by RIE or the like, as shown in FIG. Thus, a shape in which the gate oxide film under the first gate electrode is thinner than the gate oxide film under the second gate electrode can be obtained.

【0093】第五の実施形態 図19〜図24を参照して、他の実施の形態及びその製
造方法を説明する。
Fifth Embodiment Another embodiment and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS.

【0094】シリコン基板31上に、厚さ400nmの
SiO2よりなる埋め込み酸化膜32を介して、厚さ1
0nmの単結晶シリコンよりなる半導体層33(SOI
層)が設けられるSOI基板において、その表面に熱酸
化により厚さ20nmのパッド酸化膜60を形成し、続
いて全面にCVD法により厚さ100nmのSi34
を堆積し、これをEB露光によるリソグラフィとRIE
によるエッチング等によって幅120nmに加工し、ダ
ミー窒化膜61を形成する。次に、ダミー窒化膜61の
両側の半導体層に高濃度のリンを導入し、ソース・ドレ
イン領域38を形成し、全体を厚さ120nmのCVD
酸化膜62で覆う(図19)。ここでソース・ドレイン
領域は、イオン注入、プラズマドーピング、PSGから
の拡散等を用いて形成してもよく、また、図14及び図
15に示す実施形態のようにエピタキシャル成長を用い
てもよい。
On a silicon substrate 31, a buried oxide film 32 of SiO 2 having a thickness of 400 nm
Semiconductor layer 33 (SOI) made of 0 nm single crystal silicon
Layer) is formed on the surface of the SOI substrate, a pad oxide film 60 having a thickness of 20 nm is formed on the surface thereof by thermal oxidation, and then a Si 3 N 4 film having a thickness of 100 nm is deposited on the entire surface by a CVD method. Lithography and RIE by exposure
The dummy nitride film 61 is formed by processing to a width of 120 nm by etching or the like. Next, high-concentration phosphorus is introduced into the semiconductor layers on both sides of the dummy nitride film 61 to form source / drain regions 38, and the whole is formed to a thickness of 120 nm by CVD.
Cover with an oxide film 62 (FIG. 19). Here, the source / drain regions may be formed by ion implantation, plasma doping, diffusion from PSG, or the like, or may be formed by epitaxial growth as in the embodiments shown in FIGS.

【0095】続いて、図20に示すように、CVD酸化
膜62に、フォトリソグラフィとRIEにより開口部7
0を設け、ダミー窒化膜61の上部を露出させる。この
時、ダミー窒化膜の上部にCVD酸化膜が残ることの無
いように、開口部70はダミー窒化膜よりも広くする。
例えば、両側に0.2μmずつ広くとる。このとき、R
IEによってダミー窒化膜を露出させるのでは無く、C
MP(ケミカルメカノポリッシュ:化学機械的研磨)に
よって窒化膜上部のCVD酸化膜による突起を削りとる
ことによって、ダミー窒化膜61の上部を露出させても
よい(図21)。CMPによって窒化膜上部を露出させ
る方法では、開口部70を設けるためのリソグラフィを
行う必要が無くなり、工程を短縮できる。また、形成さ
れる形状が平坦になるという長所がある。一方リソグラ
フィとRIEによりダミー窒化膜を露出させる工程で
は、CMP装置を新たに導入せずに、既存の装置により
製造できるという長所がある。
Subsequently, as shown in FIG. 20, an opening 7 is formed in the CVD oxide film 62 by photolithography and RIE.
0 is provided to expose the upper part of the dummy nitride film 61. At this time, the opening 70 is made wider than the dummy nitride film so that the CVD oxide film does not remain on the dummy nitride film.
For example, it is made wider by 0.2 μm on both sides. At this time, R
Instead of exposing the dummy nitride film by IE, C
The upper portion of the dummy nitride film 61 may be exposed by shaving off the protrusion of the nitride oxide film on the upper portion of the nitride film by MP (chemical mechanical polishing) (FIG. 21). In the method of exposing the upper part of the nitride film by CMP, it is not necessary to perform lithography for providing the opening 70, and the process can be shortened. In addition, there is an advantage that the formed shape becomes flat. On the other hand, in the step of exposing the dummy nitride film by lithography and RIE, there is an advantage in that the dummy nitride film can be manufactured using an existing apparatus without newly introducing a CMP apparatus.

【0096】続いて、熱リン酸によるウエットエッチン
グにより、ダミー窒化膜61を除去する。そして希フッ
酸によりパッド酸化膜60を除去する。この時、CVD
酸化膜62の表面も一部エッチングされる。続いてCV
Dにより、厚さ20nmの酸化膜を堆積し、これをエッ
チバックすることにより、酸化膜側壁40を形成する
(図22)。酸化膜側壁40は、窒化膜61とパッド酸
化膜60のエッチングにより形成されたCVD酸化膜開
口の側壁部の表面形状を整えるためのものであり、省略
してもよい。
Subsequently, the dummy nitride film 61 is removed by wet etching using hot phosphoric acid. Then, the pad oxide film 60 is removed with dilute hydrofluoric acid. At this time, CVD
The surface of oxide film 62 is also partially etched. Then CV
D, an oxide film having a thickness of 20 nm is deposited, and this is etched back to form an oxide film sidewall 40 (FIG. 22). The oxide film side wall 40 is for adjusting the surface shape of the side wall of the CVD oxide film opening formed by etching the nitride film 61 and the pad oxide film 60, and may be omitted.

【0097】続いて、全体にn+ドープトポリシリコン
を45nm堆積し、RIEによりこれをエッチバックし
て、CVD酸化膜62の側面(あるいは酸化膜側壁40
の側面)に、n+ポリシリコン層53を設ける(図2
3)。ここで、n+ポリシリコンに代えて、n+型ドープ
トアモルファスシリコンを用いてもよい。
Subsequently, an n + -doped polysilicon of 45 nm is entirely deposited, and this is etched back by RIE to form a side surface of the CVD oxide film 62 (or a side wall of the oxide film 40).
Is provided with an n + polysilicon layer 53 (FIG. 2).
3). Here, instead of the n + polysilicon, it may be used n + -type doped amorphous silicon.

【0098】続いて、全面にW層54、あるいはTiN
等の金属、金属化合物を堆積し、これをフォトリソグラ
フィとRIEにより加工し、図24に示すようにゲート
電極を形成する。ここで、W層54は第一のゲート電
極、n+ポリシリコン53は第二のゲート電極となる。
また、第一のゲート電極の加工は、フォトリソグラフィ
とRIEを用いるのではなく、CMPによるエッチバッ
クを行い、後述する図26と同様に、第一のゲート電極
の上端と、第一のゲート電極を埋め込んだCVD酸化膜
62等の絶縁膜の表面が平坦になる形状としてもよい。
CMPを用いることの長所/短所は前述と同じである。
Subsequently, the W layer 54 or TiN
And the like, and a metal compound is deposited and processed by photolithography and RIE to form a gate electrode as shown in FIG. Here, the W layer 54 becomes a first gate electrode, and the n + polysilicon 53 becomes a second gate electrode.
The processing of the first gate electrode is not performed by using photolithography and RIE, but is performed by etching back by CMP, and the upper end of the first gate electrode and the first gate electrode are formed as in FIG. The surface of an insulating film such as the CVD oxide film 62 in which the surface is embedded may be flat.
The advantages / disadvantages of using CMP are the same as described above.

【0099】なお、第一、三、四、五の各実施形態に記
載の各製造方法は、第一、第二の実施形態の各種構造、
寸法、材料からなる素子の製造に適用することができ
る。また、各製造方法を構成する一部の工程を選択し
て、第一、第二の実施形態の各種構造の製造に用いても
よい。また、第四、第五の実施形態に記載の、第一のゲ
ート電極を形成する材料が第二のゲート電極上に延長さ
れる構造を、第一、第二の実施形態の各種構造、寸法、
材料からなる素子に適用してもよい。
Note that each of the manufacturing methods described in the first, third, fourth, and fifth embodiments uses various structures of the first and second embodiments,
The present invention can be applied to the manufacture of devices made of dimensions and materials. In addition, some steps constituting each manufacturing method may be selected and used for manufacturing various structures of the first and second embodiments. Further, the structure in which the material for forming the first gate electrode is extended on the second gate electrode as described in the fourth and fifth embodiments, the various structures and dimensions of the first and second embodiments ,
You may apply to the element which consists of a material.

【0100】なお、上述の製造方法のうち、ダミーパタ
ーンの上部の絶縁膜をCMPにより除去することによ
り、ダミーパターンを露出させる工程、ダミーパターン
除去後の開口部の空隙中にゲート電極材料を埋め込んだ
後、これをCMPにより平坦化する工程は、ゲート電極
が単一の材料から構成されるトランジスタの製造に用い
てもよい(図46、図47)。
In the above-described manufacturing method, the step of exposing the dummy pattern by removing the insulating film on the dummy pattern by CMP, and embedding the gate electrode material in the void of the opening after removing the dummy pattern. Thereafter, the step of flattening this by CMP may be used for manufacturing a transistor in which the gate electrode is formed of a single material (FIGS. 46 and 47).

【0101】また、ダミーパターン上の絶縁膜に設ける
開口部は、少なくとも、ダミーパターンの一部が露出す
るように形成されていればよい。これにより、ウェット
エッチングによるダミーパターンの除去と、CVD等に
よるゲート電極材料の埋め込みが可能となり、ゲート電
極を形成することができる。但し、第一のゲート電極と
第二のゲート電極が組み合わされたゲート電極を形成す
る場合には、第二のゲート電極となる側壁を異方性エッ
チバックによって形成する必要から、少なくとも第一の
ゲート電極を形成しようとする位置の上部には、開口部
が設けられていることが好ましい。より好ましくは、ダ
ミーパターン上の絶縁膜に設けられる開口部は、ダミー
パターンの上部全体を露出させるように設けることが望
ましい。ダミーパターン上の絶縁膜に設けられる開口部
がダミーパターンよりも狭すぎると、導電性材料をCV
D等により埋め込む時に、開口部内に導電性材料が均一
に埋め込まれるより以前に、開口部の上部が導電性材料
によって塞がれる虞があるが、ダミーパターンの上部全
体を露出させることで、より均一に開口部内に導電性材
料を埋め込むことができる。その際、開口部を設ける工
程はCMPにより行うことが好ましい。CMPにより開
口部を設ける工程は、ダミーパターンの上部全体を露出
させることが容易であるという長所を持つ。また、ダミ
ーパターン上の絶縁膜に設けられる開口部がダミーパタ
ーンより大きくてもよい。これにより、形成されるゲー
ト電極の上部の幅が広くなり、ゲート電極の断面積(図
24参照。図24の断面における断面積)が大きくなる
ので、寄生抵抗の低減に寄与する。
The opening provided in the insulating film on the dummy pattern may be formed so that at least a part of the dummy pattern is exposed. This makes it possible to remove the dummy pattern by wet etching and bury the gate electrode material by CVD or the like, thereby forming a gate electrode. However, in the case of forming a gate electrode in which the first gate electrode and the second gate electrode are combined, at least the first gate electrode needs to be formed by anisotropic etchback on the side wall serving as the second gate electrode. An opening is preferably provided above the position where the gate electrode is to be formed. More preferably, the opening provided in the insulating film on the dummy pattern is preferably provided so as to expose the entire upper portion of the dummy pattern. If the opening provided in the insulating film on the dummy pattern is too narrow than the dummy pattern, the conductive material
When embedding with D or the like, before the conductive material is uniformly embedded in the opening, the upper part of the opening may be blocked by the conductive material, but by exposing the entire upper part of the dummy pattern, The conductive material can be uniformly embedded in the opening. At this time, the step of providing the opening is preferably performed by CMP. The step of providing an opening by CMP has an advantage that it is easy to expose the entire upper portion of the dummy pattern. Further, an opening provided in the insulating film on the dummy pattern may be larger than the dummy pattern. This increases the width of the upper part of the gate electrode to be formed and increases the cross-sectional area of the gate electrode (see FIG. 24; the cross-sectional area in the cross section of FIG. 24), thereby contributing to a reduction in parasitic resistance.

【0102】上述の製造方法において、CMPを用いる
と、ダミーパターン上部の絶縁膜を除去してダミーパタ
ーンを露出させる際に、フォトリソグラフィ工程を行う
必要がなく、工程が簡略化され工程における負担が軽減
されるとともに、フォトリソグラフィに伴うパターンの
位置ズレによる不良を削減できる。また、上に述べたよ
うに、平坦な形状が得られる。また、開口部の空隙中に
導電性材料を埋め込んだ後、CMPにより導電性材料を
加工し、ゲート電極を得る製法を用いると、平坦な構造
が得られる。
In the above-described manufacturing method, if CMP is used, a photolithography step does not need to be performed when removing the insulating film on the dummy pattern to expose the dummy pattern, which simplifies the process and reduces the burden on the process. In addition to reducing the number of defects, it is possible to reduce defects due to pattern misalignment due to photolithography. Further, as described above, a flat shape is obtained. In addition, a flat structure can be obtained by using a manufacturing method in which a conductive material is processed by CMP after embedding a conductive material in a void in the opening and a gate electrode is obtained.

【0103】また、ダミーパターンを用いることによ
り、ダミーパターンをマスクにソース・ドレイン領域を
加工することができるので、ソース・ドレイン領域を形
成するための熱処理の影響をゲート電極が受けない。
Further, by using the dummy pattern, the source / drain region can be processed using the dummy pattern as a mask, so that the gate electrode is not affected by the heat treatment for forming the source / drain region.

【0104】これらの製造方法の長所は、第一及び第二
の実施形態に述べたトランジスタの製造に対しても、そ
れら以外のトランジスタの製造に対しても同様である。
The advantages of these manufacturing methods are the same for the manufacture of the transistors described in the first and second embodiments and for the manufacture of other transistors.

【0105】また、本発明におけるダミーパターンを用
いる製造方法は、第一及び第二のゲート電極を有し、図
1の構造とは異なる目的を持ち、異なる寸法、仕事関数
の構成を持つトランジスタ(例えば図36の構造等)に
適用してもよい。これらの製造方法の長所は、第一には
パターンの形成が容易であることである。一般にゲート
電極は大きいほど加工が容易である。しかし、先に第一
のゲート電極を形成し、その側壁に第二のゲート電極を
設ける工程では、ゲート長(第一及び第二のゲート電極
を合わせた全長)よりも小さい寸法に、第一のゲート電
極をリソグラフィにより形成することが強いられる。し
かし、本発明の製造方法は、ゲートの全長に等しいダミ
ーパターンをリソグラフィにより形成すればよいので、
リソグラフィ工程の負担が軽減される。第二には熱の影
響の低減である。ダミーパターンをマスクにソース・ド
レイン領域を形成後に第一及び第二のゲート電極を形成
するので、ソース・ドレイン領域を形成する際の熱処理
によって、第一及び第二のゲート電極の界面で化学反
応、あるいは界面間のイオンの移動が起きることがな
い。
Further, the manufacturing method using a dummy pattern according to the present invention provides a transistor having first and second gate electrodes, having a different purpose from the structure of FIG. 1, and having a different size and a different work function. For example, it may be applied to the structure of FIG. 36). The advantage of these manufacturing methods is firstly that the formation of the pattern is easy. Generally, the larger the gate electrode is, the easier it is to process. However, in the step of first forming the first gate electrode and providing the second gate electrode on the side wall thereof, the first gate electrode is reduced to a dimension smaller than the gate length (the total length of the first and second gate electrodes). To form the gate electrode by lithography. However, in the manufacturing method of the present invention, a dummy pattern equal to the entire length of the gate may be formed by lithography.
The burden on the lithography process is reduced. The second is to reduce the effect of heat. Since the first and second gate electrodes are formed after the source / drain regions are formed using the dummy pattern as a mask, a chemical reaction occurs at the interface between the first and second gate electrodes due to the heat treatment when forming the source / drain regions. No migration of ions between interfaces occurs.

【0106】第六の実施形態 本発明においては、以上の各実施形態の各種構造におい
て、第一のゲート電極と第二のゲート電極の間に薄い酸
化膜(または窒化膜等の他の絶縁膜)を挟んでもよい
(例えば図26、図27、図28)。また、上述の各製
造方法において、第一のゲート電極と第二のゲート電極
の間に薄い酸化膜(または窒化膜等の他の絶縁膜)を挟
み込む工程を付加してもよい。これについて説明する。
Sixth Embodiment In the present invention, in the various structures of the above embodiments, a thin oxide film (or another insulating film such as a nitride film) is provided between the first gate electrode and the second gate electrode. ) May be interposed (for example, FIGS. 26, 27, and 28). In each of the above-described manufacturing methods, a step of sandwiching a thin oxide film (or another insulating film such as a nitride film) between the first gate electrode and the second gate electrode may be added. This will be described.

【0107】第一のゲート電極と第二のゲート電極の間
の薄い酸化膜63が厚すぎると、その下部ではチャネル
が形成され難くなるので、この膜厚は薄いほうがよい。
シミュレーションからは、膜厚が1nm以下であれば電
流への影響はなく、10nm以下であれば電流の劣化は
あるがその影響は軽微であることが確かめられた。
If the thin oxide film 63 between the first gate electrode and the second gate electrode is too thick, it is difficult to form a channel below the thin oxide film 63. Therefore, the thinner the film, the better.
From the simulation, it was confirmed that if the film thickness was 1 nm or less, the current was not affected, and if the film thickness was 10 nm or less, the current was deteriorated but the influence was slight.

【0108】薄い酸化膜63を形成することで、第一の
ゲート電極と第二のゲート電極間の不純物の拡散や、化
学的反応(例えば、第一のゲート電極の金属と第二のゲ
ート電極のポリシリコンが反応してシリサイド化するこ
と)を抑制できる。第一のゲート電極と第二のゲート電
極間の不純物拡散が低減できるので、第一のゲート電極
にp+ポリシリコン、第二のゲート電極にn+ポリシリコ
ンを用いる等、第一、第二のゲート電極として導電型の
異なる半導体を用いることもできる。
By forming the thin oxide film 63, the diffusion of impurities between the first gate electrode and the second gate electrode and the chemical reaction (for example, the metal of the first gate electrode and the second gate electrode (Reacting into silicide due to the reaction of polysilicon). Since impurity diffusion between the first gate electrode and the second gate electrode can be reduced, the first and second gate electrodes can be made of p + polysilicon and the second gate electrode of n + polysilicon. Semiconductors having different conductivity types can be used as the gate electrode of the semiconductor device.

【0109】この薄い酸化膜を有する構成の製造方法に
ついて述べる。図23の形状を形成後、n+ポリシリコ
ン53の表面を2nm酸化し、図25に示すように薄い
酸化膜63を形成する。この時、ゲート酸化膜4も中央
部において厚くなる。続いて、Wを埋め込み、CMPに
より平坦化して図26の形状を得る。この時、n+ポリ
シリコン53上部の薄い酸化膜63は、熱酸化後に、例
えばRIEにより除去する。この時、ゲート酸化膜の中
央部の厚さも再び薄くなる。あるいは、少量のWをCV
DとRIEにより一旦n+ポリシリコン53の間に埋め
こみ、ゲート酸化膜4を保護した後にRIEやウエット
エッチングによって、n+ポリシリコン53上部の薄い
酸化膜63を除去してもよい。ここで、n+ポリシリコ
ン53が第二のゲート電極、W54が第一のゲート電極
となる。
A method of manufacturing the structure having the thin oxide film will be described. After forming the shape of FIG. 23, the surface of n + polysilicon 53 is oxidized by 2 nm to form a thin oxide film 63 as shown in FIG. At this time, the gate oxide film 4 also becomes thicker at the center. Subsequently, W is buried and planarized by CMP to obtain the shape shown in FIG. At this time, the thin oxide film 63 on the n + polysilicon 53 is removed by, for example, RIE after thermal oxidation. At this time, the thickness of the central portion of the gate oxide film also becomes thin again. Or a small amount of W
The thin oxide film 63 on the n + polysilicon 53 may be removed by RIE or wet etching after burying the gap between the n + polysilicon 53 and protecting the gate oxide film 4 by D and RIE. Here, n + polysilicon 53 is a second gate electrode, and W54 is a first gate electrode.

【0110】また、図27及び図28に、図10〜図1
3の工程において、第一のゲート電極としてp+ポリシ
リコン、第二のゲート電極としてn+ポリシリコンを用
いて、これらの間に薄い酸化膜63を挿入した構造を示
す。ここで、薄い酸化膜63は、p+ポリシリコン64
をパターニング後、その表面を酸化(例えば1nm)し
て形成される。この酸化は、加熱を用いて行うものであ
ってもよいし、単に空気中または酸素を含む環境に暴露
することによるものであってもよい。
FIGS. 27 and 28 show FIGS.
Step 3 shows a structure in which p + polysilicon is used as the first gate electrode and n + polysilicon is used as the second gate electrode, and a thin oxide film 63 is inserted between them. Here, the thin oxide film 63 is formed of p + polysilicon 64
After patterning, the surface is oxidized (for example, 1 nm) and formed. This oxidation may be performed using heating or simply by exposure to air or an environment containing oxygen.

【0111】図28において、p+ポシシリコン64上
の薄い酸化膜63は、酸化膜側壁65を形成するための
エッチバック工程において、同時に除去される。
Referring to FIG. 28, thin oxide film 63 on p + polysilicon 64 is simultaneously removed in an etch-back process for forming oxide film sidewall 65.

【0112】また、図28に示す構造の上部に、さらに
導電体を形成する構造例を図29に示す。図29におい
ては、第一のゲート電極と第二のゲート電極の導通をと
るために、これらの上部に厚さ20nmタングステン層
66を選択成長させた。タングステン層は横方向にも成
長するので、薄い酸化膜63の上部で、第一のゲート電
極及び第二のゲート電極上のタングステンがそれぞれ成
長して連結し、互いの導通がとれる。同様の効果は、W
等の金属を非選択的な条件によって堆積し、これをシリ
サイド化し、余剰な金属を王水等で除去する通常のシリ
サイドプロセスによっても得られる。これは、第一のゲ
ート電極および第二のゲート電極上のシリサイドがそれ
ぞれ成長して連結することによるものである。
FIG. 29 shows an example of a structure in which a conductor is further formed on the structure shown in FIG. In FIG. 29, a 20-nm-thick tungsten layer 66 was selectively grown on the first and second gate electrodes in order to establish electrical continuity between them. Since the tungsten layer also grows in the lateral direction, the tungsten on the first gate electrode and the second gate electrode grows and connects with each other on the thin oxide film 63, and the mutual conduction is established. A similar effect is W
Such a metal is deposited by a non-selective condition, is silicidized, and is obtained by a normal silicide process of removing excess metal with aqua regia or the like. This is because the silicide on the first gate electrode and the silicide on the second gate electrode are grown and connected respectively.

【0113】第一のゲート電極と第二のゲート電極との
間に絶縁層を挟む場合、図10〜図18に示す工程を有
する製造方法では、第二のゲート電極下部の位置に相当
するゲート酸化膜を、図19〜図26に示す工程を有す
る製造方法では、第一のゲート電極の下部の位置に相当
するゲート酸化膜を、それぞれ一旦除去した後、第一の
ゲート電極と第二のゲート電極との間に挿入する絶縁膜
と同時に、もう一度形成しなおしてもよい。例えば、図
19〜図26に示す工程を有する製造方法では、図23
に示す形状を形成する際にRIE等のエッチングにより
第二のゲート電極の存在しない領域のゲート酸化膜を一
度除去し、続いて第一のゲート電極の下に位置すること
になるゲート酸化膜を、薄い酸化膜63の形成と同時に
形成する。この場合、薄い酸化膜の厚さは例えば3nm
程度とする。また、薄い酸化膜63とゲート絶縁膜を同
時に形成する工程には熱酸化を用いてもよいし、CVD
法を用いてもよい。また、ここで形成し直す絶縁膜は、
当初に形成されたゲート絶縁膜4とは異なる材質であっ
てもよい(図30)。例えば、Si34、Ta25等で
あってもよい。この場合、第一及び第二のゲート電極の
隔離には、薄い酸化膜63に代えて、これらの薄い絶縁
膜を用いることになる。
When an insulating layer is interposed between the first gate electrode and the second gate electrode, in the manufacturing method having the steps shown in FIGS. 10 to 18, the gate corresponding to the position below the second gate electrode is used. In the manufacturing method including the steps shown in FIGS. 19 to 26, the oxide film corresponding to the position below the first gate electrode is removed once, and then the first gate electrode and the second gate electrode are removed. It may be formed again at the same time as the insulating film inserted between the gate electrode and the gate electrode. For example, in the manufacturing method having the steps shown in FIGS.
When the shape shown in FIG. 1 is formed, the gate oxide film in the region where the second gate electrode does not exist is once removed by etching such as RIE, and then the gate oxide film to be located under the first gate electrode is removed. , At the same time as the formation of the thin oxide film 63. In this case, the thickness of the thin oxide film is, for example, 3 nm.
Degree. Further, thermal oxidation may be used in the step of simultaneously forming the thin oxide film 63 and the gate insulating film,
Method may be used. Also, the insulating film that is re-formed here
The material may be different from that of the initially formed gate insulating film 4 (FIG. 30). For example, Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 or the like may be used. In this case, these thin insulating films are used instead of the thin oxide film 63 to separate the first and second gate electrodes.

【0114】ここに述べた、ゲート絶縁膜の一部を一旦
除去したのち、第一及び第二のゲートの間に挟む絶縁膜
を形成する際に、ゲート絶縁膜の一部を同時に再度形成
するという製造方法を、図27の構造に適用した例を図
30に示す。これは半導体層33上に、熱酸化によりゲ
ート絶縁膜4を形成後、CVDにより堆積したp+ポリ
シリコン64をパターニングすることにより、第一のゲ
ート電極とし、第一のゲート電極64の形成と同時に、
又は形成後に、RIEにより第一のゲート電極64が存
在しない領域上に残ったゲート絶縁膜を除去し、続いて
CVDにより、Si34膜71を7nm堆積し、続いて
CVDによりn+ポリシリコン53を堆積し、n+ポリシ
リコンとSi34膜をエッチバックすることにより、第
二のゲート電極53を形成し、その上部にタングステン
層66を形成する(タングステン層はソース・ドレイン
領域上にも設けてもよい。)また、Si34膜に代え
て、SiO2等の他の絶縁膜を用いてもよい。
After a part of the gate insulating film described above is once removed, when forming an insulating film sandwiched between the first and second gates, a part of the gate insulating film is simultaneously formed again. FIG. 30 shows an example in which the manufacturing method is applied to the structure of FIG. This is because the gate insulating film 4 is formed on the semiconductor layer 33 by thermal oxidation, and then the p + polysilicon 64 deposited by CVD is patterned to form a first gate electrode. at the same time,
Alternatively, after formation, the gate insulating film remaining on the region where the first gate electrode 64 does not exist is removed by RIE, a 7 nm Si 3 N 4 film 71 is deposited by CVD, and then n + poly is deposited by CVD. By depositing silicon 53 and etching back the n + polysilicon and the Si 3 N 4 film, a second gate electrode 53 is formed, and a tungsten layer 66 is formed thereon (the tungsten layer is a source / drain region). Alternatively, another insulating film such as SiO 2 may be used instead of the Si 3 N 4 film.

【0115】なお、図30に示す構造では、第一のゲー
ト電極64と第二のゲート電極53との間に挟まれる薄
い絶縁膜と、第二のゲート電極下のゲート絶縁膜とが一
体的に形成されているが、これに対して、図23の構造
を形成した後に、中央部のゲート絶縁膜を除去した後、
半導体層33の表面と第二のゲート電極の側面の両方に
絶縁膜を堆積すれば、第一のゲート電極64と第二のゲ
ート電極53との間に挟まれる薄い絶縁膜と、第一のゲ
ート電極下のゲート絶縁膜とが一体的に形成される構造
が得られる。
In the structure shown in FIG. 30, the thin insulating film sandwiched between the first gate electrode 64 and the second gate electrode 53 and the gate insulating film below the second gate electrode are integrally formed. On the other hand, after forming the structure of FIG. 23, after removing the gate insulating film in the center,
If an insulating film is deposited on both the surface of the semiconductor layer 33 and the side surface of the second gate electrode, a thin insulating film sandwiched between the first gate electrode 64 and the second gate electrode 53, A structure in which the gate insulating film below the gate electrode is integrally formed is obtained.

【0116】なお、図29及び図30に示すような、タ
ングステン層66あるいはそれ以外の金属、シリサイ
ド、半導体等の導電体を、第一及び第二のゲート電極の
双方の上に設ける構造および設ける製法は、薄い絶縁膜
63を有しない、前記第一及び第二の実施形態の各種構
造、寸法を有する素子に適用してもよい。これは、ゲー
ト電極の寄生抵抗を低減する効果をもたらす。
Note that, as shown in FIGS. 29 and 30, a structure and a structure in which a tungsten layer 66 or another conductor such as metal, silicide, or semiconductor is provided on both the first and second gate electrodes. The manufacturing method may be applied to devices having various structures and dimensions of the first and second embodiments, which do not have the thin insulating film 63. This has the effect of reducing the parasitic resistance of the gate electrode.

【0117】第七の実施形態 最後に、半導体層下部の構造を変化させた実施形態の構
成を説明する。
Seventh Embodiment Finally, the configuration of an embodiment in which the structure below the semiconductor layer is changed will be described.

【0118】その一例としては、図31に示すように、
図1に示す素子構造を有し、同様のゲート電極がSOI
層3の上下にある構造が挙げられる。この場合、短チャ
ネル効果をより強く抑制することができるという効果が
加わる。この構造は、張り合わせを用いたダブルゲート
SOIMOSFET製造工程を応用することにより形成
できる。図1に示すように一旦片側のゲート電極を形成
した後、その上部に埋め込み酸化膜2を堆積し、続いて
その上部に支持基板を張り合わせ工程により付着させ、
ウエハを反転して元の支持基板と埋め込み酸化膜を除去
し、SOI層3を露出させ、改めて、その上部に図1と
同様のゲート電極を形成すればよい。上部のゲート電極
の位置合わせは、素子領域(フィールド層)か、下部の
ゲートに対して行えばよい。 図1に示す素子構造を有
する他の例は、図32に示すように、SOI層の下部が
SiO2よりも誘電率の低い材料層81で形成された構
成である。例えば、多孔質SiO2や有機膜であっても
よい。また、図33に示すように、SOI層の下部が空
洞82であり、SOI層が絶縁体83(例えばSiO2
やSi34の側壁)によって支持されるものでもよい。
この場合、ソース・ドレイン領域から埋め込み酸化膜を
通ってチャネルに至る電界が緩和されるので、短チャネ
ル効果をより強く抑制できる。図33に示す構造は、図
1に示す構造を形成後、Si34の側壁83をCVDと
RIEによるエッチバックにより設け、Si34側壁の
一部にフォトリソグラフィにより開口部を設け、開口部
からSiO2をフッ酸等によりエッチングして除去すれ
ば形成できる。
As one example, as shown in FIG.
It has the element structure shown in FIG.
Structures above and below layer 3 may be mentioned. In this case, an effect that the short channel effect can be more strongly suppressed is added. This structure can be formed by applying a double gate SOIMOSFET manufacturing process using lamination. As shown in FIG. 1, once a gate electrode on one side is formed, a buried oxide film 2 is deposited on the gate electrode, and a supporting substrate is adhered on the buried oxide film 2 by a bonding step.
The wafer may be inverted to remove the original supporting substrate and the buried oxide film, exposing the SOI layer 3, and forming a gate electrode similar to that of FIG. The upper gate electrode may be positioned with respect to the element region (field layer) or the lower gate. Another example having the element structure shown in FIG. 1 is a structure in which a lower portion of an SOI layer is formed of a material layer 81 having a lower dielectric constant than SiO 2 , as shown in FIG. For example, porous SiO 2 or an organic film may be used. As shown in FIG. 33, the lower part of the SOI layer is a cavity 82 and the SOI layer is an insulator 83 (for example, SiO 2).
Or Si 3 N 4 side walls).
In this case, the electric field from the source / drain region to the channel through the buried oxide film is reduced, so that the short channel effect can be suppressed more strongly. Structure shown in FIG. 33, after forming the structure shown in FIG. 1, is provided a sidewall 83 the Si 3 N 4 by etch back using CVD and RIE, an opening is formed by photolithography in a portion the Si 3 N 4 sidewall, It can be formed by removing SiO 2 from the opening by etching with hydrofluoric acid or the like.

【0119】第七の実施形態は、第一から第六の各実施
形態の構造、あるいはこれらを組み合わせて得られる各
種構造に適用しても、図1の構造に適用した場合と同様
な効果が得られる。
When the seventh embodiment is applied to the structure of each of the first to sixth embodiments, or various structures obtained by combining them, the same effect as when applied to the structure of FIG. 1 is obtained. can get.

【0120】第一から第七の実施形態においては、以下
のような寸法、材料、条件等を用いてもよい。
In the first to seventh embodiments, the following dimensions, materials, conditions and the like may be used.

【0121】以上の説明では、主にnチャネルトランジ
スタを例に述べたが、pチャネルトランジスタにおいて
は、極性をすべて逆にすればよい。例えば、ソース・ド
レイン領域はホウ素を導入したp型とし、第一のゲート
電極はTiN、W等、第二のゲート電極はp+ポリシリ
コンによって形成すればよい。第二のゲート電極の仕事
関数は第一のゲート電極の仕事関数よりも大きければよ
い。第一のゲート電極長を40nm以下とすることはn
チャネルトランジスタの場合と同様である。
In the above description, an n-channel transistor has been mainly described as an example. However, in a p-channel transistor, the polarities may be all reversed. For example, the source / drain regions may be p-type with boron introduced, the first gate electrode may be formed of TiN, W, or the like, and the second gate electrode may be formed of p + polysilicon. The work function of the second gate electrode may be larger than the work function of the first gate electrode. Making the first gate electrode length 40 nm or less is n
This is similar to the case of the channel transistor.

【0122】なお、本発明においては、ソース・ドレイ
ン領域に導入する不純物は上に述べた限りではなく、n
チャネルトランジスタにおいてはリン、ヒ素またはその
他のドナー、pチャネルトランジスタにおいてはホウ素
またはその他のアクセプタを用いればよい。ソース・ド
レイン領域に導入するこれらの不純物の濃度は、一般に
5×1018cm-3から2×1021cm-3、典型的には1
×1019cm-3から2×1020cm-3の範囲にあり、ソ
ース・ドレイン領域の低抵抗化、結晶性の確保が実現で
きるように設定されればよい。
In the present invention, the impurities introduced into the source / drain regions are not limited to those described above.
Phosphorus, arsenic or other donors may be used for a channel transistor, and boron or another acceptor may be used for a p-channel transistor. The concentration of these impurities introduced into the source / drain regions is generally 5 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 21 cm −3 , typically 1 × 10 18 cm −3.
It is in the range of × 10 19 cm -3 to 2 × 10 20 cm -3 , and may be set so as to realize a reduction in the resistance of the source / drain region and an assurance of the crystallinity.

【0123】また、第一、第二の課題を解決するという
観点からは、チャネル領域には不純物を導入しないこと
が最も好ましいが、バルク基板上のトランジスタのパン
チスルー抑制や、あるいはSOIトランジスタのバック
チャネル形成の抑制を目的として、少量の不純物を導入
してもよい。チャネル領域に導入する不純物は、nチャ
ネルトランジスタにおいてはホウ素またはその他のアク
セプタ、pチャネルトランジスタにおいてはリン、ヒ素
またはその他のドナーを用いればよい。これらの不純物
の濃度は、典型的には2×1017cm-3から2×1018
cm-3の範囲である。このような少量の不純物を導入す
る場合においても、本発明のトランジスタにおいては、
通常の構造(nチャネルトランジスタに対してn+ポリ
シリコン、pチャネルトランジスタに対してp+ポリシ
リコンをゲート電極として用いる構造)に比べて、しき
い値を設定するために多量の不純物を導入する必要がな
いので不純物濃度を抑制できるという長所がある。
From the viewpoint of solving the first and second problems, it is most preferable not to introduce impurities into the channel region. However, it is preferable to suppress punch-through of the transistor on the bulk substrate or to prevent back-up of the SOI transistor. A small amount of impurities may be introduced for the purpose of suppressing channel formation. As an impurity to be introduced into the channel region, boron or another acceptor may be used for an n-channel transistor, and phosphorus, arsenic, or another donor may be used for a p-channel transistor. The concentration of these impurities is typically between 2 × 10 17 cm −3 and 2 × 10 18
cm -3 . Even when such a small amount of impurities are introduced, in the transistor of the present invention,
Compared to a normal structure (a structure in which n + polysilicon is used for an n-channel transistor and p + polysilicon is used for a p-channel transistor as a gate electrode), a larger amount of impurities is introduced to set a threshold value. There is an advantage that the impurity concentration can be suppressed because it is not necessary.

【0124】また逆に、nチャネルトランジスタにおい
てリン、ヒ素またはその他のドナーを、pチャネルトラ
ンジスタにおいてはホウ素またはその他のアクセプタを
半導体層(または半導体基板)に少量導入してもよい。
これは、主にnチャネルトランジスタに対してn+ポリ
シリコン以外の材料を、pチャネルトランジスタに対し
てp+ポリシリコン以外の材料をゲート電極に用いた場
合に必要となる措置である。本発明では第一のゲート電
極の電界が弱められるので、これらの不純物の導入を省
略できるが、これらを導入する方法と組み合わせる場合
においても必要となる不純物量を低減できる。
Conversely, a small amount of phosphorus, arsenic or another donor may be introduced into a semiconductor layer (or a semiconductor substrate) in an n-channel transistor, and boron or another acceptor may be introduced in a p-channel transistor.
This is a necessary measure mainly when a material other than n + polysilicon is used for the n-channel transistor and a material other than p + polysilicon is used for the p-channel transistor for the gate electrode. In the present invention, the electric field of the first gate electrode is weakened, so that the introduction of these impurities can be omitted. However, the amount of impurities required in combination with the method of introducing these impurities can be reduced.

【0125】また、n+ポリシリコン、p+ポリシリコン
の不純物濃度は、ソース・ドレイン領域に導入する濃度
の範囲と同様である。また、これらをn+アモルファス
シリコン、p+アモルファスシリコンに置き換えてもよ
い。
The impurity concentrations of n + polysilicon and p + polysilicon are the same as the range of the concentration introduced into the source / drain regions. These may be replaced with n + amorphous silicon and p + amorphous silicon.

【0126】[0126]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
素子構造によれば、不純物の導入を必要とせず、あるい
は不純物の濃度を抑制することができ、かつ、しきい値
電圧を自由に設定することが可能になる。また、本発明
の素子構造によれば、独自の原理により短チャネル効果
を抑制することができる。
As is apparent from the above description, according to the device structure of the present invention, the introduction of impurities is not required, the concentration of impurities can be suppressed, and the threshold voltage can be freely adjusted. It becomes possible to set. Further, according to the element structure of the present invention, the short channel effect can be suppressed by an original principle.

【0127】さらに、本発明の製造方法によれば、上記
効果が得られる電界効果型トランジスタを良好に作製す
ることができる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to satisfactorily manufacture a field effect transistor having the above effects.

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

【図1】本発明の構造を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of the present invention.

【図2】本発明の構造を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図3】本発明の構造を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図4】本発明の構造を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図5】本発明の構造を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図6】本発明の構造を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図7】本発明の構造を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図8】本発明の構造を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図9】本発明の構造を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図10】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図11】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図12】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図13】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図14】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図15】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図16】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図17】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図18】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図19】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図20】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図21】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図22】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図23】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図24】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図25】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図26】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図27】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図28】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図29】本発明の構造及び製造方法を説明するための
断面図。
FIG. 29 is a cross-sectional view for explaining the structure and the manufacturing method of the present invention.

【図30】本発明の構造を示す断面図。FIG. 30 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図31】本発明の構造を示す断面図。FIG. 31 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図32】本発明の構造を示す断面図。FIG. 32 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図33】本発明の構造を示す断面図。FIG. 33 is a sectional view showing the structure of the present invention.

【図34】従来の技術を説明する断面図。FIG. 34 is a cross-sectional view illustrating a conventional technique.

【図35】従来の技術を説明する断面図。FIG. 35 is a cross-sectional view illustrating a conventional technique.

【図36】従来の技術を説明する断面図。FIG. 36 is a cross-sectional view illustrating a conventional technique.

【図37】従来の技術を説明する断面図。FIG. 37 is a cross-sectional view illustrating a conventional technique.

【図38】本発明の効果を示す図。FIG. 38 shows an effect of the present invention.

【図39】本発明の効果を示す図。FIG. 39 is a view showing an effect of the present invention.

【図40】本発明の効果を示す図。FIG. 40 shows an effect of the present invention.

【図41】本発明の効果を示す図。FIG. 41 shows an effect of the present invention.

【図42】本発明の動作原理を説明するためのトランジ
スタの断面図。
FIG. 42 is a cross-sectional view of a transistor for illustrating the operation principle of the present invention.

【図43】本発明の動作原理を説明するための電位分布
を示す図。
FIG. 43 is a diagram showing a potential distribution for describing an operation principle of the present invention.

【図44】本発明の動作原理を説明するための電位分布
を示す図。
FIG. 44 is a diagram showing a potential distribution for describing an operation principle of the present invention.

【図45】本発明の動作原理を説明するための電位分布
を示す図。
FIG. 45 is a diagram showing a potential distribution for describing an operation principle of the present invention.

【図46】本発明の製造方法により作製された素子構造
を示す図。
FIG. 46 is a view showing an element structure manufactured by a manufacturing method of the present invention.

【図47】本発明の製造方法により作製された素子構造
を示す図。
FIG. 47 is a view showing an element structure manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持基板 2 埋め込み酸化膜 3 半導体層 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 ソース・ドレイン領域 7 第一のゲート電極 8 n+ポリシリコン 9 チャネル形成領域 10 シリコン基板 21 LDD領域 22 エクステンション領域 31 シリコン基板 32 埋め込み酸化膜 33 半導体層 34 ゲート絶縁膜 35 第一のゲート電極 36 レジスト 37 n+ポリシリコン層 38 ソース・ドレイン領域 39 チャネル形成領域 40 酸化膜側壁 41 エピタキシャル層 42 多結晶層 51 ダミー酸化膜 52 側壁酸化膜 53 n+ポリシリコン層 54 第一のゲート電極 55 フォトレジスト 60 パッド酸化膜 61 ダミー酸化膜 62 CVD酸化膜 63 薄い酸化膜 64 p+ポリシリコン 65 酸化膜側壁 66 タングステン層 70 開口部 71 Si34膜 81 SiO2よりも誘電率の低い材料層 82 空洞 83 絶縁体 101 シリコン基板 102 ゲート酸化膜 103 ゲート電極 104 チャネル形成領域 105 ソース・ドレイン領域 110 埋め込み酸化膜 111 SOI層 112 絶縁膜 113 タンタルゲート電極 115 p+ポリシリコンゲート 116 n+ポリシリコンゲート 117 n-型の反転層 160 支持基板 161 埋め込み酸化膜 162 ソース・ドレイン領域 163 ゲート絶縁膜 164 第一のゲート電極 165 第二のゲート電極 166 半導体層 167 チャネル形成領域REFERENCE SIGNS LIST 1 support substrate 2 buried oxide film 3 semiconductor layer 4 gate insulating film 5 gate electrode 6 source / drain region 7 first gate electrode 8 n + polysilicon 9 channel formation region 10 silicon substrate 21 LDD region 22 extension region 31 silicon substrate 32 Buried oxide film 33 semiconductor layer 34 gate insulating film 35 first gate electrode 36 resist 37 n + polysilicon layer 38 source / drain region 39 channel formation region 40 oxide film sidewall 41 epitaxial layer 42 polycrystalline layer 51 dummy oxide film 52 sidewall oxide film 53 n + polysilicon layer 54 first gate electrode 55 photoresist 60 pad oxide film 61 dummy oxide film 62 CVD oxide film 63 thin oxide film 64 p + polysilicon 65 oxide film sidewall 66 tungsten layer 70 openings 71 S 3 N 4 film 81 SiO lower material layer 82 cavity 83 dielectric constant than second insulator 101 silicon substrate 102 a gate oxide film 103 gate electrode 104 channel forming region 105 source and drain regions 110 buried oxide film 111 SOI layer 112 insulating film 113 Tantalum gate electrode 115 p + polysilicon gate 116 n + polysilicon gate 117 n type inversion layer 160 support substrate 161 buried oxide film 162 source / drain region 163 gate insulating film 164 first gate electrode 165 second gate electrode 166 Semiconductor layer 167 Channel formation region

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体上に絶縁膜を介してゲート電極が
設けられ、 ゲート電極の下部の半導体層はチャネル形成領域を成
し、 チャネル形成領域を挟んで第一導電型のソース・ドレイ
ン領域が形成される電界効果型トランジスタにおいて、 ゲート電極は、その中央部に位置する第一のゲート電極
と、その両側に位置する第二のゲート電極からなり、 第二のゲート電極において、その少なくとも一部はチャ
ネル形成領域上に位置し、該第一導電型がn型の場合
は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の
仕事関数よりも小さく、 該第一導電型がp型の場合は、第二のゲート電極の仕事
関数が第一のゲート電極の仕事関数よりも大きく、 しきい値電圧がゲート電極に印加された状態で、第一導
電型がn型の場合は半導体層の電位がゲート電極よりも
高くなるような電界を、第一導電型がp型の場合は半導
体層の電位がゲート電極よりも低くなるような電界を、
ゲート電極の中央において第二のゲート電極が形成する
ような、 第一のゲート電極において第二のゲート電極に接触する
両界面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さを持つこ
とを特徴とする、電界効果型トランジスタ。
A gate electrode is provided on a semiconductor via an insulating film, a semiconductor layer below the gate electrode forms a channel formation region, and a source / drain region of a first conductivity type is formed across the channel formation region. In the formed field-effect transistor, the gate electrode comprises a first gate electrode located at the center thereof and second gate electrodes located on both sides thereof, and at least a part of the second gate electrode Is located on the channel forming region, and when the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is smaller than the work function of the first gate electrode, and the first conductivity type is p-type. In the case where the work function of the second gate electrode is larger than the work function of the first gate electrode and the threshold voltage is applied to the gate electrode and the first conductivity type is n-type, The potential of the layer is An electric field that is higher than the gate electrode, and an electric field that makes the potential of the semiconductor layer lower than the gate electrode when the first conductivity type is p-type.
The first gate electrode has a distance between both interfaces in contact with the second gate electrode, that is, a length of the first gate electrode, such that the second gate electrode is formed at the center of the gate electrode. , Field-effect transistors.
【請求項2】 半導体上に絶縁膜を介してゲート電極が
設けられ、 ゲート電極の下部の半導体層はチャネル形成領域を成
し、 チャネル形成領域を挟んで第一導電型のソース・ドレイ
ン領域が形成される電界効果型トランジスタにおいて、 ゲート電極は、その中央部に位置する第一のゲート電極
と、その両側に位置する第二のゲート電極からなり、 第二のゲート電極において、その少なくとも一部はチャ
ネル形成領域上に位置し、該第一導電型がn型の場合
は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の
仕事関数よりも小さく、 該第一導電型がp型の場合は、第二のゲート電極の仕事
関数が第一のゲート電極の仕事関数よりも大きく、 第一のゲート電極において第二のゲート電極に接触する
両界面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さが40n
m以下であることを特徴とする、電界効果型トランジス
タ。
2. A semiconductor device comprising: a gate electrode provided on a semiconductor via an insulating film; a semiconductor layer below the gate electrode forms a channel formation region; and a first conductivity type source / drain region sandwiches the channel formation region. In the formed field-effect transistor, the gate electrode comprises a first gate electrode located at the center thereof and second gate electrodes located on both sides thereof, and at least a part of the second gate electrode Is located on the channel forming region, and when the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is smaller than the work function of the first gate electrode, and the first conductivity type is p-type. In the case of, the work function of the second gate electrode is larger than the work function of the first gate electrode, and the distance between the two interfaces in contact with the second gate electrode in the first gate electrode, that is, 40n in length
m or less, and a field-effect transistor.
【請求項3】 半導体上に絶縁膜を介してゲート電極が
設けられ、 ゲート電極の下部の半導体層はチャネル形成領域を成
し、 チャネル形成領域を挟んで第一導電型のソース・ドレイ
ン領域が形成される電界効果型トランジスタにおいて、 ゲート電極は、その中央部に位置する第一のゲート電極
と、その両側に位置する第二のゲート電極からなり、 第二のゲート電極において、その少なくとも一部はチャ
ネル形成領域上に位置し、該第一導電型がn型の場合
は、第二のゲート電極の仕事関数が第一のゲート電極の
仕事関数よりも小さく、 該第一導電型がp型の場合は、第二のゲート電極の仕事
関数が第一のゲート電極の仕事関数よりも大きく、 第一のゲート電極において第二のゲート電極に接触する
両界面の間隔すなわち第一のゲート電極の長さをTm、 トランジスタのしきい値電圧をVthとしたとき、 VthをTmで微分した係数dVth/dTmの絶対値が4×
10-3V/nmより大きくなる範囲に、Tmを設定する
ことを特徴とする請求項1記載の電界効果型トランジス
タ。
3. A gate electrode is provided on a semiconductor via an insulating film, a semiconductor layer below the gate electrode forms a channel formation region, and a source / drain region of a first conductivity type sandwiches the channel formation region. In the formed field-effect transistor, the gate electrode comprises a first gate electrode located at the center thereof and second gate electrodes located on both sides thereof, and at least a part of the second gate electrode Is located on the channel forming region, and when the first conductivity type is n-type, the work function of the second gate electrode is smaller than the work function of the first gate electrode, and the first conductivity type is p-type. In the case of, the work function of the second gate electrode is larger than the work function of the first gate electrode, and the distance between the two interfaces in contact with the second gate electrode in the first gate electrode, that is, When the length is T m and the threshold voltage of the transistor is V th , the absolute value of the coefficient dV th / dT m obtained by differentiating V th by T m is 4 ×
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein Tm is set in a range larger than 10 -3 V / nm.
【請求項4】 第二のゲート電極の上部には、第一のゲ
ート電極の延長部が設けられることを特徴とする、請求
項1、2又は3記載の電界効果型トランジスタ。
4. The field effect transistor according to claim 1, wherein an extension of the first gate electrode is provided above the second gate electrode.
【請求項5】 第一のゲート電極と第二のゲート電極の
間に、絶縁膜を挟んだ請求項1、2、3又は4記載の電
界効果型トランジスタ。
5. The field-effect transistor according to claim 1, wherein an insulating film is interposed between the first gate electrode and the second gate electrode.
【請求項6】 第一のゲート電極と第二のゲート電極の
上部に、これら双方に接続した導電体を持つことを特徴
とする請求項5記載の電界効果型トランジスタ。
6. The field effect transistor according to claim 5, wherein a conductor connected to both the first gate electrode and the second gate electrode is provided above the first gate electrode and the second gate electrode.
【請求項7】 請求項1記載の電界効果型トランジスタ
を製造する方法であって、ダミーパターンを形成し、ダ
ミーパターンをマスクにダミーパターンの両側の半導体
中にソース・ドレイン領域を形成し、 全面を絶縁膜で覆い、該ダミーパターン上の絶縁膜に開
口部を設け、 開口部からのエッチングによってダミーパターンを除去
して開口部を下に延長し、 延長された開口部に、第一の導電性材料を堆積してこれ
をエッチバックすることにより、開口部内に側壁を設
け、 続いて第二の導電性材料を堆積し、これをパターニング
することにより、 側壁を前記第二のゲート電極、第二の導電性材料を前記
第一のゲート電極とすることを特徴とする電界効果型ト
ランジスタの製造方法。
7. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 1, wherein a dummy pattern is formed, and a source / drain region is formed in a semiconductor on both sides of the dummy pattern using the dummy pattern as a mask. Is covered with an insulating film, an opening is provided in the insulating film on the dummy pattern, the dummy pattern is removed by etching from the opening, the opening is extended downward, and the first conductive material is provided in the extended opening. By depositing a conductive material and etching it back, a sidewall is provided in the opening, and then a second conductive material is deposited and patterned, whereby the sidewall is formed by the second gate electrode and the second gate electrode. A method for manufacturing a field-effect transistor, wherein a second conductive material is used as the first gate electrode.
【請求項8】 延長された開口部に第一の導電性材料を
堆積してこれをエッチバックすることにより、開口部に
第一の導電性材料よりなる側壁を設けた後、その側壁の
表面に絶縁膜を形成し、続いて第二の導電性材料を堆積
することを特徴とする、請求項7記載の電界効果型トラ
ンジスタの製造方法。
8. A method of depositing a first conductive material in an extended opening and etching back the first conductive material to form an opening in the opening.
8. The field effect type according to claim 7 , wherein after providing a side wall made of the first conductive material , an insulating film is formed on a surface of the side wall, and subsequently, a second conductive material is deposited. A method for manufacturing a transistor.
【請求項9】 延長された開口部において、半導体表面9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the extended surface has a semiconductor surface.
にゲート絶縁膜を介して第一の導電性材料を堆積し、前First conductive material is deposited via a gate insulating film on the
記第一の導電性材料をエッチバックすることにより、開The first conductive material is etched back to open
口部に第一の導電性材料よりなる側壁を設けた後、続いAfter providing the side wall made of the first conductive material at the mouth,
て該側壁が存在しない領域において半導体上に設けられIs provided on the semiconductor in a region where the side wall does not exist.
たゲート絶縁膜を除去し、前記第一の導電性材料よりなThe gate insulating film that has been removed is removed, and
る側壁の表面及び前記半導体表面に絶縁膜を形成し、続Forming an insulating film on the surface of the side wall and the semiconductor surface,
いて第二の導電性材料を堆積することを特徴とする、請And depositing a second conductive material.
求項7記載の電界効果トランジスタの製造方法。A method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 7.
【請求項10】 前記開口部に第一の導電性材料よりな10. An opening made of a first conductive material.
る側壁を設けた後、続いて該側壁が存在しない領域におAfter the side wall is provided,
いて半導体上に設けられたゲート絶縁膜を除去し、前記Removing the gate insulating film provided on the semiconductor,
第一の導電性材料よりなる側壁の表面及び前記半導体表Surface of a sidewall made of a first conductive material and the semiconductor surface
面に熱酸化により絶縁膜を形成することを特徴とする、Characterized by forming an insulating film on the surface by thermal oxidation,
請求項9記載の電界効果トランジスタの製造方法。A method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 9.
【請求項11】 前記開口部に第一の導電性材料よりな11. An opening made of a first conductive material.
る側壁を設けた後、続いて該側壁が存在しない領域におAfter the side wall is provided,
いて半導体上に設けられたゲート絶縁膜を除去し、前記Removing the gate insulating film provided on the semiconductor,
第一の導電性材料よりなる側壁の表面及び前記半導体表Surface of a sidewall made of a first conductive material and the semiconductor surface
面にCVDにFor CVD on the surface より絶縁膜を形成することを特徴とする、Characterized by forming an insulating film more,
請求項9記載の電界効果トランジスタの製造方法。A method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 9.
【請求項12】 前記開口部に第一の導電性材料よりな12. An opening made of a first conductive material.
る側壁を設けた後、続いて該側壁が存在しない領域におAfter the side wall is provided,
いて半導体上に設けられたゲート絶縁膜を除去し、前記Removing the gate insulating film provided on the semiconductor,
第一の導電性材料よりなる側壁の表面及び前記半導体表Surface of a sidewall made of a first conductive material and the semiconductor surface
面にSiSi on the surface 3Three N 4Four 膜またはTaMembrane or Ta 2Two O 5Five 膜を形成することを特徴Characteristic of forming a film
とする、請求項9記載の電界効果トランジスタの製造方10. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 9, wherein
法。Law.
【請求項13】 請求項1記載の電界効果型トランジス
タを製造する方法であって、 ダミーパターンを形成し、ダミーパターンをマスクにダ
ミーパターンの両側の半導体中にソース・ドレイン領域
を形成し、 全面を絶縁膜で覆い、該ダミーパターン上の絶縁膜に開
口部を設け、 開口部からのエッチングによってダミーパターンを除去
して開口部を下に延長し、 延長された開口部に、第一の導電性材料を堆積してこれ
をエッチバックすることにより、開口部内に側壁を設
け、 少なくとも開口部を含む領域に第二の導電性材料を堆積
した後、開口部を除く領域に堆積された第二の導電性材
料をCMPにより除去し、 開口部内の側壁を前記第二のゲート電極、開口部に埋め
込まれた第二の導電性材料を前記第一のゲート電極とす
ることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方
法。
13. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 1, wherein a dummy pattern is formed, and source / drain regions are formed in the semiconductor on both sides of the dummy pattern using the dummy pattern as a mask. Is covered with an insulating film, an opening is provided in the insulating film on the dummy pattern, the dummy pattern is removed by etching from the opening, the opening is extended downward, and the first conductive material is provided in the extended opening. By depositing a conductive material and etching it back, a side wall is provided in the opening, a second conductive material is deposited at least in a region including the opening, and then a second conductive material is deposited in a region excluding the opening. Wherein the conductive material is removed by CMP, a side wall inside the opening is used as the second gate electrode, and a second conductive material embedded in the opening is used as the first gate electrode. Method of manufacturing a field-effect transistor.
【請求項14】 前記第一のゲート電極の上部及び
二のゲート電極の上部に、これら双方のゲート電極と接
続した導電体を成長させることを特徴とする、請求項7
又は13記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
14. an upper portion of the first gate electrode, and the upper portion of the second gate electrode, and wherein the growing the conductor connected to the gate electrodes of both claim 7
14. A method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 13 .
【請求項15】 前記第一のゲート電極の上部、及び第15. The method according to claim 15, further comprising:
二のゲート電極の上部に、選択的にタングステンを成長Selectively grow tungsten on top of second gate electrode
させることにより、これら双方のゲート電極と接続したTo connect to both of these gate electrodes.
導電体を成長させることを特徴とする、請求項14記載The method according to claim 14, wherein the conductor is grown.
の電界効果型トランジスタの製造方法。Method for manufacturing a field-effect transistor.
【請求項16】 前記第一のゲート電極の上部、第二の16. The method according to claim 16, further comprising the step of:
ゲート電極の上部、The top of the gate electrode, 及び第一の導電性材料よりなる側壁And a sidewall made of a first conductive material
の表面に設けられた絶縁膜の上部に、第一のゲート電極A first gate electrode on top of the insulating film provided on the surface of
と第二のゲート電極の双方と接続した導電体を成長させGrow a conductor connected to both the first and second gate electrodes
ることを特徴とする、請求項7又は13記載の電界効果14. The electric field effect according to claim 7, wherein:
型トランジスタの製造方法。Method of manufacturing a type transistor.
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