JP3919473B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にソース領域およびドレイン領域を積上げ型にした電界効果トランジスタ(FET)およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ソース領域およびドレイン領域が積上げ型であるFETとして、積上げ層がポリシリコンからなる半導体装置が提案されている(特開2000‐82815公報)。この半導体装置であるトランジスタの構造を図20および図21に示す。尚、図20は平面図であり、図21は図20におけるA‐A'矢視断面図である。
【0003】
図20および図21において、1は半導体基板、2はウェル領域、3は素子分離領域、4はゲート酸化膜、5はゲート電極、6はシリコン窒化膜のサイドウォール、7は積上げ型の拡散層(ソース領域あるいはドレイン領域)、8は層間絶縁膜、9はソース領域あるいはドレイン領域へのコンタクト孔、10はゲート電極へのコンタクト孔である。
【0004】
この構造によれば、上記ソース領域またはドレイン領域7とウェル領域2との接合を浅接合化するのが容易なため、短チャネル効果が抑制され、素子を微細化するのが容易である。さらに、この構造は、拡散層(ソース領域およびドレイン領域)7へコンタクトを取るために必要とされるマージンが非常に小さいので、素子の微細化に有利な構造なのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の積上げ型のFETにおいては、以下のような問題がある。すなわち、上述した従来の積上げ型FETの製造工程中には、ゲート電極5およびゲート電極5の側壁にサイドウォール6を介して形成された拡散層7等の導電性膜を異方性エッチングによって部分的に除去して、互いを分離する工程がある。図22(a)は分離前のゲート電極周辺の断面図であり、図22(b)は分離した後の分離部の断面図である。ここで、11はシリコン窒化膜、12はポリシリコンのサイドウォール(拡散層7)、13はポリシリコン膜(ゲート電極5)である。
【0006】
ここで、上記ポリシリコン膜13を分離するために部分的に除去する際に、図22(b)に示すように、ポリシリコン残り14が発生する場合がある。このポリシリコン残り14は、シリコン窒化膜のサイドウォール6の内壁に発生し易いのである。そして、このようなポリシリコン残り14が発生すると、ポリシリコン膜13の分離が不完全となり、異なるFETのゲート電極5同士が短絡して歩留りが低下するという問題がある。
【0007】
そこで、上記ポリシリコン残り14を除去するために等方性エッチングを行うと、分離されたゲート電極5間の距離Dは等方性エッチング量Sの2倍だけ増加してしまう。したがって、ゲート電極5間のマージンが増加することになり、素子の微細化を図って半導体装置の高集積化を行うことができないと言う問題がある。尚、この問題は、ポリシリコンのサイドウォール12に関しても同様に生ずる。
【0008】
そこで、この発明の目的は、ゲート電極およびゲート電極の側方に形成された導電性膜を部分的に除去してゲート電極同士および導電性膜同士を分離する際に生ずる除去残りを無くして歩留りを向上できると共に、ゲート電極間および導電性膜間のマージンを減少させることができる半導体装置、および、その製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第1の発明は、
半導体基板上に複数のFETが設けられた半導体装置であって、
上記複数のFETの夫々は、上記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記複数のFETにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数のFETにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記ゲート電極の側壁に形成されている上記側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、上記第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、上記ゲート電極側とは反対側の面は上記半導体基板に対して略垂直になっている
ことを特徴としている。
【0010】
上記構成によれば、ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜における上記ゲート電極側は順テーパーになっている。したがって、上記側壁絶縁膜で周囲を囲まれた第1導電性膜をエッチングによって個々のゲート電極に分離する場合に、上記第1導電性膜のエッチング残りが抑制される。一方、上記側壁絶縁膜における上記第2導電性膜側は略垂直になっている。したがって、上記側壁絶縁膜の周囲を囲む第2導電性膜をエッチングによって個々のソース・ドレイン領域用のサイドウォールに分離する場合に、上記第2導電性膜のエッチング残りは起き難い。
【0011】
すなわち、上記エッチング残りを除去するために行われる等方性エッチングの量を減らすことが可能になり、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンが減少される。さらに、上記第1導電性膜または半導体膜と第2導電性膜とのエッチング残りによる素子不良が減少する。
【0012】
また、第2の発明は、
半導体基板表面にウェル領域が形成され、このウェル領域上に複数のFETが設けられた半導体装置であって、
上記複数のFETの夫々は、上記ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記複数のFETにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数のFETにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記ゲート電極の側壁に形成されている上記側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、上記第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、上記ゲート電極側とは反対側の面は上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記FETのうちの少なくとも1つにおける上記ウェル領域に電位を与えるために設けられた端子と、
上記端子に接続されて、上記少なくとも1つのFETがアクティブ状態であるかスタンドバイ状態であるかに応じて上記ウェル領域の電位を変化させる電圧発生回路
を備えたことを特徴としている。
【0013】
上記構成によれば、上記第1の発明の場合と同様に、側壁絶縁膜におけるゲート電極側は順テーパーになっており、第2導電性膜側は略垂直になっている。したがって、第1導電性膜と第2導電性膜とをエッチングによって個々のゲート電極およびソース・ドレイン領域用のサイドウォールに分離する場合のエッチング残りが抑制されて、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンが減少されると共に素子不良が減少される。
【0014】
さらに、少なくとも1つのFETのウェル領域に設けられた端子に接続されている電圧発生回路によって、上記少なくとも1つのFETがスタンドバイ状態にある場合には、トランジスタのオフ電流を減らような電位がウェル領域に与えられる。こうして、低消費電力化が図られる。一方、上記少なくとも1つのFETがアクティブ状態にある場合には、閾値電圧が下がるような電位がウェル領域に与えられる。こうして、高速動作が行われる。
【0015】
また、第3の発明は、
半導体基板内に第1導電型の深いウェル領域が形成され、この深いウェル領域上に第2導電型の浅いウェル領域が形成され、この浅いウェル領域上に複数のFETが設けられた半導体装置であって、
上記複数のFETの夫々は、上記浅いウェル領域内に形成された素子分離領域と、上記浅いウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記複数のFETにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数のFETにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記ゲート電極の側壁に形成されている上記側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、上記第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、上記ゲート電極側とは反対側の面は上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記FETのうちの少なくとも1つは、上記浅いウェル領域と上記ゲート電極とが電気的に接続された動的閾値トランジスタであり、
上記動的閾値トランジスタの素子分離領域は上記深いウェル領域に達するように形成されており、当該動的閾値トランジスタの浅いウェル領域は、当該素子分離領域および上記深いウェル領域によって、他のFETの浅いウェル領域と電気的に分離されている
ことを特徴としている。
【0016】
上記構成によれば、上記第1の発明の場合と同様に、側壁絶縁膜におけるゲート電極側は順テーパーになっており、第2導電性膜側は略垂直になっている。したがって、第1導電性膜と第2導電性膜とをエッチングによって個々のゲート電極およびソース・ドレイン領域用のサイドウォールに分離する場合のエッチング残りが抑制されて、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンが減少されると共に素子不良が減少される。
【0017】
さらに、少なくとも1つのFETは、上記第2導電型の浅いウェル領域とゲート電極とが電気的に接続された動的閾値トランジスタになっている。そして、当該動的閾値トランジスタのゲート電極にオン電位が与えられた場合にのみ上記浅いウェル領域のポテンシャルが低下され、トランジスタの実効的な閾値電圧が低下される。こうして、トランジスタのオフ電流を増加させることなくドライブ電流が増加される。したがって、電源電圧を下げて、消費電力を大幅に低くすることが可能になる。
【0018】
また、第4の発明は、
半導体基板上に複数のFETが設けられた半導体装置であって、
上記複数のFETの夫々は、上記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記ゲート電極の両側壁に形成されている上記側壁絶縁膜の上端部内側には、先端側から上記ゲート電極側に向かって広がる逆テーパーを有する段部が設けられており、上記ゲート電極の両側に位置する2つの上記側壁絶縁膜の上端間の開口幅よりも上記ゲート電極の幅が狭くなっており、
上記側壁絶縁膜における外側の面は、上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記複数のFETにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数のFETにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されている
ことを特徴としている。
【0019】
上記構成によれば、ゲート電極の両側壁に形成された側壁絶縁膜の上端部内側には逆テーパーを有する段部が設けられており、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりもゲート電極の幅が狭くなっている。したがって、上記側壁絶縁膜で周囲を囲まれた第1導電性膜をエッチングによって個々のゲート電極に分離する場合に、上記側壁絶縁膜の開口部がイオンやラジカルを遮蔽することがなく、上記第1導電性膜のエッチング残りが抑制される。一方、上記側壁絶縁膜における上記第2導電性膜側は略垂直になっている。したがって、上記側壁絶縁膜の周囲を囲む第2導電性膜をエッチングによって個々のソース・ドレイン領域用のサイドウォールに分離する場合に、上記第2導電性膜のエッチング残りは起き難い。
【0020】
すなわち、上記エッチング残りを除去するために行われる等方性エッチングの量を減らすことが可能になり、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンが減少される。さらに、上記第1導電性膜または半導体膜と第2導電性膜とのエッチング残りによる素子不良が減少される。
【0021】
また、第5の発明は、
半導体基板表面にウェル領域が形成され、このウェル領域上に複数のFETが設けられた半導体装置であって、
上記複数のFETの夫々は、上記ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記ゲート電極の両側壁に形成されている上記側壁絶縁膜の上端部内側には、先端側から上記ゲート電極側に向かって広がる逆テーパーを有する段部が設けられており、上記ゲート電極の両側に位置する2つの上記側壁絶縁膜の上端間の開口幅よりも上記ゲート電極の幅が狭くなっており、
上記側壁絶縁膜における外側の面は、上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記複数のFETにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数のFETにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記FETのうちの少なくとも1つにおける上記ウェル領域に電位を与えるために設けられた端子と、
上記端子に接続されて、上記少なくとも1つのFETがアクティブ状態であるかスタンドバイ状態であるかに応じて上記ウェル領域の電位を変化させる電圧発生回路
を備えたことを特徴としている。
【0022】
上記構成によれば、上記第4の発明の場合と同様に、側壁絶縁膜の上端部内側には逆テーパーを有する段部が設けられており、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりもゲート電極の幅が狭くなっており、第2導電性膜側は略垂直になっている。したがって、第1導電性膜と第2導電性膜とをエッチングによって個々のゲート電極およびソース・ドレイン領域用のサイドウォールに分離する場合のエッチング残りが抑制されて、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンが減少されると共に素子不良が減少される。
【0023】
さらに、少なくとも1つのFETのウェル領域に設けられた端子に接続されている電圧発生回路によって、上記少なくとも1つのFETがスタンドバイ状態にある場合には、トランジスタのオフ電流を減らような電位がウェル領域に与えられる。こうして、低消費電力化が図られる。一方、上記少なくとも1つのFETがアクティブ状態にある場合には、閾値電圧が下がるような電位がウェル領域に与えられる。こうして、高速動作が行われる。
【0024】
また、第6の発明は、
半導体基板内に第1導電型の深いウェル領域が形成され、この深いウェル領域上に第2導電型の浅いウェル領域が形成され、この浅いウェル領域上に複数のFETが設けられた半導体装置であって、
上記複数のFETの夫々は、上記浅いウェル領域内に形成された素子分離領域と、上記浅いウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記ゲート電極の両側壁に形成されている上記側壁絶縁膜の上端部内側には、先端側から上記ゲート電極側に向かって広がる逆テーパーを有する段部が設けられており、上記ゲート電極の両側に位置する2つの上記側壁絶縁膜の上端間の開口幅よりも上記ゲート電極の幅が狭くなっており、
上記側壁絶縁膜における外側の面は、上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記複数のFETにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数のFETにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記FETのうちの少なくとも1つは、上記浅いウェル領域と上記ゲート電極とが電気的に接続された動的閾値トランジスタであり、
上記動的閾値トランジスタの素子分離領域は上記深いウェル領域に達するように形成されており、当該動的閾値トランジスタの浅いウェル領域は、当該素子分離領域および上記深いウェル領域によって、他のFETの浅いウェル領域と電気的に分離されている
ことを特徴としている。
【0025】
上記構成によれば、上記第4の発明の場合と同様に、側壁絶縁膜の上端部内側には逆テーパーを有する段部が設けられており、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりもゲート電極の幅が狭くなっており、第2導電性膜側は略垂直になっている。したがって、第1導電性膜と第2導電性膜とをエッチングによって個々のゲート電極およびソース・ドレイン領域用のサイドウォールに分離する場合のエッチング残りが抑制されて、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンが減少されると共に素子不良が減少される。
【0026】
さらに、少なくとも1つのFETは、上記第2導電型の浅いウェル領域とゲート電極とが電気的に接続された動的閾値トランジスタになっている。そして、当該動的閾値トランジスタのゲート電極にオン電位が与えられた場合にのみ上記浅いウェル領域のポテンシャルが低下され、トランジスタの実効的な閾値電圧が低下される。こうして、トランジスタのオフ電流を増加させることなくドライブ電流が増加される。したがって、電源電圧を下げて、消費電力を大幅に低くすることが可能になる。
【0027】
また、第7の発明は、
上記第4の発明乃至第6の発明の何れか一つの半導体装置の製造方法であって、
上記ゲート絶縁膜上に上記第1導電性膜を被着する工程と、
上記第1導電性膜の上に、絶縁膜を被着する工程と、
上記絶縁膜を所定のパターンにパターニングする工程と、
上記パターニングされた絶縁膜をマスクとして、上記第1導電性膜に対して異方性エッチングを行った後に等方性エッチングを行なって、上記第1導電性膜の幅を上記絶縁膜の上端部の幅よりも小さくして、上記第1導電性膜から成るゲート電極を形成する工程
を含んでいることを特徴としている。
【0028】
上記構成によれば、上記ゲート電極となる上記第1導電性膜をエッチングする工程においては、異方性エッチングを行なった後に等方性エッチングが行われる。こうして、上記第1導電性膜の幅が、マスクとしてのパターニングされた絶縁膜の幅よりも狭く形成される。したがって、上記絶縁膜と上記第1導電性膜との側壁に上記壁絶縁膜が形成された場合に、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりも上記ゲート電極としての第1導電性膜の幅の方が狭くなるのである。
【0029】
また、第8の発明は、
上記第4の発明乃至第6の発明の何れか一つの半導体装置の製造方法であって、
上記ゲート絶縁膜上に上記第1導電性膜を被着する工程と、
上記第1導電性膜の上に、絶縁膜を被着する工程と、
上記絶縁膜を所定のパターンにパターニングする工程と、
上記パターニングされた絶縁膜をマスクとして、上記第1導電性膜に対して等方成分を含む異方性エッチングを行なって、上記第1導電性膜の幅を上記絶縁膜の上端部の幅よりも小さくして、上記第1導電性膜から成るゲート電極を形成する工程
を含んでいることを特徴としている。
【0030】
上記構成によれば、上記ゲート電極となる第1導電性膜をエッチングする工程においては、等方成分を含む異方性エッチングが行われる。こうして、1回のエッチング工程で簡単に、上記第1導電性膜の幅が、マスクとしてのパターニングされた絶縁膜の幅よりも狭く形成される。したがって、上記絶縁膜と上記第1導電性膜との側壁に上記壁絶縁膜が形成された場合に、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりも上記ゲート電極としての第1導電性膜の幅の方が狭くなるのである。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、以下の説明において、第1導電型とはP型またはN型を意味する。また、第2導電型とは、上記第1導電型がP型である場合はN型を意味し、N型である場合はP型を意味する。また、使用することができる半導体基板として特に限定はないが、シリコン基板が好ましい。また、半導体基板は、P型またはN型の導電型を有していても差し支えない。ところで、この発明の目的は、ゲート電極同士および導電性膜同士を分離する際に生ずる除去残りを無くすことであるが、説明の都合上、先に第1実施の形態〜第3実施の形態において、この発明が適用される半導体装置について説明する。そうした後に、上記除去残りを無くす実施例について説明する。
【0032】
<第1実施の形態>
図1〜図3は、本実施の形態の半導体装置としてのトランジスタ(FET)アレイにおける概略図である。但し、図1は平面図であり、図2は図1におけるB‐B'矢視断面図であり、図3は図1におけるC‐C'矢視断面図である。但し、図1〜図3においては、シリサイド化された領域,層間絶縁膜および上部メタル配線は省略している。尚、本実施の形態においてはバルク型の半導体基板を用いているが、例えば、SOI(Silicon on Insulator)等の半導体基板を用いても差し支えない。また、図4〜図13は、図1〜図3に示すFETアレイの製造手順を示す図である。
【0033】
以下、図1〜図13に従って、本実施の形態における半導体装置について説明する。尚、図1〜図13においてはN型のFETのみを示しているが、P型のFETであってもよいし、N型とP型のFETが混在していても差し支えない。
【0034】
図1〜図3において、半導体基板21表面に、P型のウェル領域22が形成されている。そして、P型のウェル領域22上にはゲート絶縁膜23を介してゲート電極24が形成されている。ゲート電極24の側壁にはシリコン窒化膜のサイドウォール25が形成され、更にその側壁にはポリシリコンのサイドウォール26が形成されている。このポリシリコンのサイドウォール26はエッチングによって分断されており、分離された部分は夫々ソース領域またはドレイン領域を構成している。より正確に言えば、分離されたサイドウォール26にはN型不純物が注入されており、このN型不純物は熱拡散によってウェル領域22に染み出している。そして、このN型不純物が染み出した領域も含めてソース領域またはドレイン領域を構成しているのである。
【0035】
尚、上記ゲート電極24は、上記ポリシリコンのサイドウォール26を分断する際のエッチング工程によって複数の領域に分断されている。そして、P型のウェル領域22と分離されたゲート電極24と分離されたサイドウォール26(ソース領域およびドレイン領域)とから、N型のFETが構成されるのである。
【0036】
上記各N型のFET間は、素子分離領域27によって分離されている。シリコン窒化膜28は、各種エッチングからシリコン基板21,ウェル領域22および素子分離領域27を保護するためのものである。尚、説明はしないが、P型のFETの場合は不純物を反対の導電型にすればよい。
【0037】
本実施の形態においては、上記ゲート電極24間およびサイドウォール26間の距離D(図1参照)はF(エッチングの最小加工幅)で足りる。例えば、0.25μmルールの微細加工技術を用いる場合には、距離D(=F)も0.25μm程度に小さくすることができるのである。
【0038】
以下、本実施の形態におけるFETアレイの作成手順を、図4〜図13に従って説明する。尚、図4,図7および図10は作成順序に従った平面図である。また、図5は図4におけるB‐B'矢視断面図、図8は図7におけるB‐B'矢視断面図、図11は図10におけるB‐B'矢視断面図である。また、図6は図4におけるC‐C'矢視断面図、図9は図7におけるC‐C'矢視断面図、図12は図10におけるC‐C'矢視断面図である。
【0039】
先ず、図4〜図6に示すように、半導体基板21の表面に素子分離領域27を形成する。この素子分離領域27は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成することができる。しかしながら、素子分離領域27の形成方法は上記STI法に限定されるものではない。例えば、素子分離領域に埋め込まれる物質は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の他に、ポリシリコンやアモルファスシリコン等の導電性物質でもよい。但し、ポリシリコンやアモルファスシリコン等の導電性物質を埋め込む場合には、素子分離領域27の側壁を予め酸化しておくなどして、素子分離領域の絶縁性を確保しておく必要がある。
【0040】
次に、上記半導体基板21には、NMOS(金属酸化膜半導体)部にはP型のウェル領域22が形成され、PMOS部にはN型のウェル領域(図示せず)が形成される。
【0041】
次に、上記ゲート絶縁膜23が形成される。ゲート絶縁膜23としては、絶縁性を有する限りその材質は特に限定されない。ここで、半導体基板21としてシリコン基板を使用した場合には、シリコン酸化膜,シリコン窒化膜あるいはそれらの積層体を使用することができる。また、酸化アルミニウム膜,酸化チタニウム膜,酸化タンタル膜等の高誘電膜あるいはそれらの積層体を使用することもできる。尚、ゲート絶縁膜23としてシリコン酸化膜を用いた場合には、1nm〜10nmの厚に形成することが好ましい。また、ゲート絶縁膜23は、CVD(化学気相成長法)法,スパッタ法,熱酸化法等の方法で形成することができる。
【0042】
次に、上記ゲート電極24となるポリシリコン膜29が形成される。ポリシリコン膜29は、導電性を有する限り他の導電性膜で置き換えても良い。ここで、半導体基板21としてシリコン基板を使用した場合は、上記導電性膜としては、ポリシリコンの他に、単結晶シリコン,アルミニウム,銅等が挙げられる。尚、上記導電性膜は、0.1μm〜0.4μmの厚さを有することが好ましく、CVD法や蒸着法等の方法で形成することができる。
【0043】
次に、上記ポリシリコン膜29上に、絶縁膜30を形成する。絶縁膜30としてはシリコン酸化膜が好ましい。また、絶縁膜30は、0.05μm〜0.25μmの厚さを有することが好ましく、CVD法やスパッタ法や熱酸化法等の方法で形成することができる。
【0044】
次に、上記ポリシリコン膜29および絶縁膜30を図4〜図6に示す形状にパターニングする。このパターニングを行うには、図4〜図6の形状にパターニングされたフォトレジストをマスクとして、絶縁膜30およびポリシリコン膜29をエッチングすればよい。また、フォトレジストをマスクとして絶縁膜30のみをエッチングし、フォトレジストを除去した後に絶縁膜30をマスクとしてポリシリコン膜29をエッチングするようにしても差し支えない。
【0045】
次に、図7〜図9に示すように、シリコン窒化膜のサイドウォール25とシリコン窒化膜28とを形成する。このシリコン窒化膜のサイドウォール25とシリコン窒化膜28とは、図13に示す手順によって同時に形成することができる。図13(a)において、上述したように、ポリシリコン膜29および絶縁膜30をパターニングした後、図13(b)に示すようにシリコン窒化膜31を堆積し、一部をフォトレジスト32でマスクする。シリコン窒化膜31は、例えば0.02μm〜0.1μmの厚さを有することが好ましい。その後、エッチングバックすることによって、図13(c)に示すように、ポリシリコン膜29および絶縁膜30の側壁にシリコン窒化膜のサイドウォール25が形成され、フォトレジスト32によってマスクされていた領域にシリコン窒化膜28が残る。このシリコン窒化膜28の機能は、様々なエッチング工程から半導体基板(ウェル領域)22および素子分離領域27を保護することであるが、特に、ポリシリコンのサイドウォール26を形成する際のエッチングバック工程と、絶縁膜30を除去するためのエッチング工程と、ソース領域またはドレイン領域にコンタクト孔を形成する際のエッチング工程において重要な役割を果たす。
【0046】
上述のようにしてシリコン窒化膜のサイドウォール25とシリコン窒化膜28とが形成されると、次に、図10〜図12に示すようにして、ポリシリコンのサイドウォール26を形成する。ポリシリコンのサイドウォール26を形成するためには、ポリシリコンを全面に堆積した後にエッチングバックを行えばよい。その場合、サイドウォール26として、ポリシリコン以外にもアモルファスシリコン等の半導体や導電性物質を用いることも可能ではあるが、ポリシリコンが最も好ましい。その理由は、ポリシリコンの不純物拡散速度がウェル領域22に比べて非常に大きいために、ソース領域およびドレイン領域とウェル領域との接合を浅くするのが容易であり、短チャネル効果の抑制がし易いためである。尚、上記堆積されたポリシリコンをエッチングバックする際には、シリコン窒化膜28がストッパーとなって、P型ウェル領域22が掘れるのを防止するのである。
【0047】
次に、上記ポリシリコン膜29上の絶縁膜30を、エッチングによって除去する。その場合におけるエッチングは、等方性エッチングで行うことができる。このエッチングの際に、素子分離領域27が表面に露出していると素子分離領域27もエッチングされてしまう。したがって、素子分離領域27は、シリコン窒化膜28またはポリシリコンのサイドウォール26により完全に覆われているのが好ましい。
【0048】
次に、フォトレジストをマスクとして、上記ポリシリコン膜29およびポリシリコンのサイドウォール26の一部を、図1に示すゲート電極24およびサイドウォール26の形状に残して異方性エッチングで除去する。この異方性エッチングによって、シリコン窒化膜のサイドウォール25で囲まれたポリシリコン膜29は複数の領域に分離され、夫々がゲート電極24となる。また、ポリシリコンのサイドウォール26も複数の領域に分離され、以下に述べるように不純物注入および不純物拡散を行うことによって、夫々がソース領域またはドレイン領域となる。
【0049】
次に、上記ゲート電極24およびポリシリコンのサイドウォール26に不純物イオン注入を行い、不純物活性化のためのアニールを行う。これによって、上述のように、ポリシリコンのサイドウォール26にソース領域およびドレイン領域が形成される。その場合におけるソース領域及びドレイン領域に対するイオン注入は、例えば、不純物イオンとして75As+を使用した場合は、注入エネルギーとして10KeV〜180KeV、注入量として1×1015cm-2〜2×1016cm-2の条件で行うことができる。また、不純物イオンとして31P+を使用した場合には、注入エネルギーとして5KeV〜100KeV、注入量として1×1015cm-2〜2×1016cm-2の条件で行うことができる。また、不純物イオンとして11B+イオンを使用した場合には、注入エネルギーとして5KeV〜40KeV、注入量として1×1015cm-2〜2×1016cm-2の条件で行うことができる。
【0050】
その後、公知の手法によって、シリサイド化や配線等の形成を行って、FETを形成することができる。
【0051】
上述のように、本実施の形態においては、ゲート電極24となるポリシリコン膜29とその上に保護用に積層された絶縁膜30とを、図4に示すように、複数のFET分を1つの連続したパターンに形成する。そして、シリコン窒化膜のサイドウォール25およびシリコン窒化膜28と、ポリシリコンのサイドウォール26を形成する。その場合におけるポリシリコンのサイドウォール26も複数のFET分を1つの連続したパターンに形成する。そして、絶縁膜30を除去した後、ポリシリコン膜29およびポリシリコンのサイドウォール26を、図1に示すゲート電極24およびサイドウォール26の形状に異方性エッチングによって分離するようにしている。
【0052】
したがって、本実施の形態によれば、上記分離が完全に行われるとすれば、ゲート電極24間およびサイドウォール26間の距離Dは、F(エッチングの最小加工幅)で足りることになる。例えば、最小加工寸法が0.25μmルールの場合にはFも同程度であり、上記距離Dも同程度の寸法で足りることになる。すなわち、従来のFETに比してゲート電極24間およびサイドウォール26間の距離Dを著しく縮小することができ、素子面積を縮小でき、延いてはFETの高集積化が可能になるのである。
【0053】
また、本実施の形態によれば、上記ゲート電極24の分離とポリシリコンのサイドウォール26の分離とを同時に行うことができる。したがって、工程を増加させることなくゲート電極24をエッチングによって分離することができる。すなわち、工程の増加なしに高集積化ができ、製造コストを減少することが可能になるのである。
【0054】
<第2実施の形態>
図14は、本実施の形態における半導体装置の概略断面図である。この半導体装置は、上記第1実施の形態と同様にして形成されたFETアレイに、ウェル領域の電位を変化させるための端子を設けたものである(尚、上記第1実施の形態の場合にも、ウェル領域22の電位を固定させるための端子を設けても差し支えない)。
【0055】
本半導体装置においては、半導体基板41の表面に素子分離領域48が形成され、NMOS部にはP型ウェル領域42が形成され、PMOS部にはN型ウェル領域43が形成されている。そして、P型ウェル領域42上には、上記第1実施の形態と同様にして、ゲート絶縁膜44,ゲート電極45,シリコン窒化膜のサイドウォール46,シリコン窒化膜49およびポリシリコンのサイドウォール47が形成されて、N型FET50を構成する。さらに、P型ウェル領域42の電位を入力する端子52が形成されている。これらがN型素子による回路ブロックを形成している。
【0056】
同様に、上記N型ウェル領域43上に、ゲート絶縁膜44,ゲート電極45,シリコン窒化膜のサイドウォール46,シリコン窒化膜49およびポリシリコンのサイドウォール47で成るP型FET51が形成されている。さらに、N型ウェル領域43の電位を入力する端子53が形成されている。これらがP型素子による回路ブロックを形成している。
【0057】
上記構成において、上記N型素子による回路ブロックがアクティブ状態にある場合(回路動作時)には、P型ウェル領域42の電位を入力する端子52には0Vまたは正の電位を与える。一方、N型素子による回路ブロックがスタンドバイ状態にある場合(回路停止時)には、P型ウェル領域の電位を入力する端子52には負の電位を与える。こうすることによって、上記回路ブロックがスタンドバイ状態にある場合にはFET50の実効的な閾値電圧が上昇し、オフ電流を低減することができるのである。また、上記回路ブロックがアクティブ状態にある場合にP型ウェル42の電位を正にした場合には、FET50の実効的な閾値電圧が減少してドライブ電流が増加するのである。
【0058】
これに対して、上記P型素子による回路ブロックがアクティブ状態にある場合(回路動作時)には、N型ウェル領域43の電位を入力する端子53には電源電圧または電源電圧より低い電位を与える。一方、P型素子による回路ブロックがスタンドバイ状態にある場合(回路停止時)には、N型ウェル領域43の電位を入力する端子53に電源電圧より高い電位を与える。こうすることによって、上述したN型素子による回路ブロックの場合と同様の効果を奏することができるのである。
【0059】
このように、上記N型素子による回路ブロックおよびP型素子による回路ブロックを動作させることによって、上記回路ブロックがスタンドバイ状態にある場合における素子のオフ電流を減らすことができるので、半導体装置の低消費電力化を図ることができる。また、回路ブロックがアクティブ状態にある場合には、FET50,51の閾値電圧が下がるようにウェル領域42,43にバイアスを加えれば、半導体装置を高速に動作させることが可能になる。すなわち、本実施の形態における半導体装置は、上記第1実施の形態の半導体装置に比して、低消費電力化し若しくは高速動作化することができるのである。
【0060】
尚、本実施の形態における半導体装置の製造工程は、上記第1実施の形態の場合と同じである。そして、P型ウェル領域42の電位を入力する端子52およびN型ウェル領域43の電位を入力する端子53に、夫々電圧発生回路を設ければ良い。
【0061】
<第3実施の形態>
図15および図16は、本実施の形態の半導体装置としてのFETアレイにおける概略図である。但し、図15は平面図であり、図16は図15におけるE‐E'矢視断面図である。但し、図15および図16においては、シリサイド化された領域,層間絶縁膜および上部メタル配線は省略している。尚、図15および図16においてはN型のFETのみを示しているが、本実施の形態はP型のFETであっても良いし、上記第2実施の形態のごとくN型とP型とのFETが混在していても良い。
【0062】
本実施の形態における半導体装置は、上記第1実施の形態における半導体装置とは、各FETにおけるゲート電極65とウェル領域とがゲート‐ウェル接続領域70によって電気的に接続された動的閾値トランジスタである点と、ウェルが二層構造である点とにおいて異なる。上記ウェル領域は、N型の深いウェル領域62とP型の浅いウェル領域63との二層構造になっており、上記P型の浅いウェル領域63は素子分離領域67によって素子毎に分断されている。これは、ゲート電極65から浅いウェル領域63に伝わった電位の変化が他の素子に影響を与えないためである。そして、ゲート‐ウェル接続領域70では、P型の浅いウェル領域63にP型の不純物濃度が濃い領域71が形成され、ゲート電極65上に形成されたシリサイド化された領域72によってゲート電極65に接続されている。
【0063】
尚、61は半導体基板であり、64はゲート絶縁膜であり、66はシリコン窒化膜のサイドウォールであり、68はポリシリコンのサイドウォールであり、69はシリコン窒化膜である。
【0064】
上記構成を有する動的閾値トランジスタでは、上記ゲート電極65にオン電位が与えられた場合のみに浅いウェル領域63のポテンシャルを低下させ、素子の実効的な閾値電圧を低下させる。したがって、素子のオフ電流を増加させることなくドライブ電流を増加させることができ、電源電圧を下げることができる。したがって、消費電力を大幅に低くすることが可能なのである。
【0065】
本実施の形態における半導体装置の製造工程は、上記第1実施の形態における製造工程の場合とウェル領域形成の工程において異なる。また、ゲート‐ウェル接続領域70を形成するために素子分離領域67の形状が変更されることにはなるが、特に工程が追加されることはない。
【0066】
上記ウェル領域としては、N型(P型)の深いウェル領域62とP型(N型)の浅いウェル領域63とを形成する必要がある。したがって、N型素子とP型素子を混在させる場合は、計4回の注入を行えばよい。尚、上記素子分離領域67の深さは、深いウェル領域62と浅いウェル領域63との接合よりも深くなるように設定する。こうすることにより、各素子の浅いウェル領域63を電気的に独立させて素子間の干渉を防ぐことができるのである。
【0067】
ところで、上記ゲート電極65と浅いウェル領域63とを短絡するための工程は、以下の通りである。ゲート‐ウェル接続領域70となる領域には、素子分離領域67は設けないようにする。そして、上記第1実施の形態に示すようにゲート電極65となるポリシリコン膜およびポリシリコンのサイドウォール68の一部をエッチングする際に、図15に示すように、ゲート‐ウェル接続領域70となる領域のポリシリコン膜をも除去する。これによって、浅いウェル領域63が露出する。ここで、露出した浅いウェル領域63に不純物の濃い領域71を形成し(この工程は、反対導電型の素子のソース・ドレイン注入と同時に行うことができる)、シリサイド工程によってゲート電極65と接続するのである。
【0068】
本実施の形態における半導体装置は、動的閾値トランジスタを用いているために電源電圧を下げることができ、上記第1実施の形態における半導体装置に比して、低消費電力化することが可能となる。そして、その際に増加する工程は、上述したようにウェル領域形成に関する工程のみである。
【0069】
<第4実施の形態>
本実施の形態は、上記第1実施の形態〜第3実施の形態における半導体装置を製造する際に、ゲート電極24,45,65となるポリシリコン膜およびポリシリコンのサイドウォール26,47,68の一部をエッチングする工程において、ポリシリコン残りの発生を防止するものである。
【0070】
上記ポリシリコン残りを除去するためには、例えば図22(b)の状態からポリシリコンに対する等方性エッチングを行うことができる。但し、この等方性エッチング量をSとすると、上記第1実施の形態〜第3実施の形態のように、ゲート電極24,45,65およびサイドウォール26,47,68を分離する際に設定されたゲート電極間およびサイドウォール間の距離Dは、ポリシリコン残り除去用の等方性エッチングによって(F+2S)となり、2Sだけ増加してしまう。したがって、ゲート電極24,45,65間およびサイドウォール26,47,68間の距離DがFで足りると言う効果が失われてしまうのである。尚、上記Fはエッチングの最小加工幅である。
【0071】
そこで、本実施の形態においては、上記ポリシリコン残りの発生を防止し、歩留りを向上すると共に、ゲート電極間およびサイドウォール間のマージンの増加を抑えるようにするのである。
【0072】
図17は、ゲート電極81,シリコン窒化膜のサイドウォール82およびポリシリコンのサイドウォール83の断面図である。ゲート電極81の断面形状は、上面の幅よりも下面の幅が狭くなっているのが特徴である。つまり、ゲート電極81の上面の幅をaとし、下面の幅をbとし、高さをcとすると、0<(a−b)/2c<0.15の関係が成立するようにするのである。例えば、a=0.25μmであり、c=0.20μmである場合には、0.19μm<b<0.25μmとなる。尚、84はゲート絶縁膜である。
【0073】
上記ゲート電極(ポリシリコン膜)81を上述のような断面形状にすることによって、シリコン窒化膜のサイドウォール82のゲート電極81側は順テーパーとなる。したがって、ポリシリコン膜の異方性エッチングの際に、ポリシリコン残りの発生を抑えることができるのである。一方、シリコン窒化膜のサイドウォール82の外側(ポリシリコンのサイドウォール83側)は、異方性エッチングの特性上略垂直となるので、ポリシリコン残りは起き難い。しかしながら、(a−b)/2c>0.15なる条件では、シリコン窒化膜のサイドウォール82の外側は、もはや垂直ではなく逆テーバー形状となってしまうので、ポリシリコンのサイドウォール83をエッチングした場合にはポリシリコン残りが発生してしまう。したがって、ゲート電極81の上面の幅aと下面の幅bと高さcとの関係は、0<(a−b)/2c<0.15であることが好ましい。
【0074】
本実施の形態における半導体装置によれば、上記ゲート電極81の上面の幅aと下面の幅bと厚さcとの関係を、0<(a−b)/2c<0.15となるようにしたので、ゲート電極81用のポリシリコン膜およびポリシリコンのサイドウォール83の一部をエッチングする際に、ポリシリコン残りを抑えることができるのである。したがって、ポリシリコン残りを除去するための等方性エッチングの量を減らすことができ、ゲート電極81間およびサイドウォール83間のマージンを減少させることができる。更にまた、ポリシリコン残りによる素子不良を減少させることができる。したがって、半導体装置を高集積化し、歩留りを向上することが可能になる。
【0075】
<第5実施の形態>
本実施の形態は、ポリシリコン残りの発生を防止し、歩留りを向上すると共にゲート電極間のマージンの増加を抑える他の方法を提供するものである。
【0076】
図18は、上記ゲート電極91,シリコン窒化膜のサイドウォール92およびポリシリコンのサイドウォール93の断面図である。本実施の形態においては、シリコン窒化膜のサイドウォール92の上端部内側には逆テーパを有する段部を設けて、サイドウォール92の上端間の開口幅よりも、ゲート電極91の幅を小さくしている。そして、シリコン窒化膜のサイドウォール92の上端間の開口幅をdとし、ゲート電極91の幅をeとし、シリコン窒化膜のサイドウォール92の高さをfとすると、0<(d−e)/2f<0.15の関係が成立するようにしている。例えば、d=0.25μm、f=0.20μmの場合には、0.19μm<e<0.25μmとなる。尚、94はゲート絶縁膜である。
【0077】
上記シリコン窒化膜のサイドウォール92を上述のような形状にすることによって、サイドウォール92の開口部がイオンやラジカルを遮蔽することがなく、ポリシリコン残りの発生を防止することができるのである。一方、シリコン窒化膜のサイドウォール92の外側(ポリシリコンのサイドウォール93側)は、異方性エッチングの特性上略垂直になるのでポリシリコン残りは起き難い。しかしながら、(d−e)/2f>0.15なる条件では、シリコン窒化膜のサイドウォール92の外側は、もはや垂直ではなく逆テーパ形状となってしまうので、ポリシリコンのサイドウォール93をエッチングした際にポリシリコン残りが発生してしまう。したがって、0<(d−e)/2f<0.15であることが好ましい。
【0078】
次に、図18に示すようなシリコン窒化膜のサイドウォール92およびゲート電極91を有する半導体装置の製造手順を、図19を用いて説明する。尚、図19は、上記第1実施の形態における図5,図8および図11に相当する素子分離領域に沿った断面図である。
【0079】
上記第1実施の形態の場合と同様にして、ウェル領域95の表面に素子分離領域96及びゲート酸化膜(図示せず)を形成した後に、図19(a)に示すように、ゲート電極91となるポリシリコン膜97および絶縁膜98を形成する。次に、図19(b)に示すように、フォトレジストを用いて絶縁膜98の一部をエッチングしてパターニングする。次に、図19(c)に示すように、絶縁膜98をマスクとして異方性エッチングを行って、ポリシリコン膜97をパターニングする。次に、図19(d)に示すように、等方性エッチングあるいは等方性エッチングの要素が強いエッチングを行って、ポリシリコン膜97の幅を絶縁膜98の上端部の幅よりも小さくする。尚、上記異方性エッチングと等方性エッチング(または等方性エッチングの要素が強いエッチング)の2段階エッチングを行なう代りに、図19(b)において、等方性を含む異方性エッチングを行なっても良い。その場合は、1回のエッチングで図19(d)と同様の形状を得ることができる。次に、図19(e)に示すように、図13に示す手順と同じ手順によってシリコン窒化膜のサイドウォール92およびシリコン窒化膜99を形成する。次に、図19(f)に示すように、ポリシリコンのサイドウォール93を形成するのである。
【0080】
本実施の形態における半導体装置によっても、ポリシリコン膜97およびポリシリコンのサイドウォール93の一部をエッチングして除去する際に、ポリシリコン残りの発生を抑えることができる。したがって、ポリシリコン残りを除去するための等方性エッチングの量を減らすことができ、ゲート電極間およびサイドウォール間のマージンを減少させることができる。さらに、ポリシリコン残りによる素子不良を減少することができる。したがって、半導体装置を高集積化し、歩留りを向上することが可能になる。
【0081】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第1の発明の半導体装置は、ゲート電極の側壁に形成されている側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、反ゲート電極側(第2導電性膜側)は略垂直になっている。したがって、上記側壁絶縁膜内や周囲に形成された第1導電性膜と第2導電性膜とをエッチングによって個々のゲート電極やソース・ドレイン領域に分離する場合に、エッチング残りを抑制できる。
【0082】
すなわち、この発明によれば、上記エッチング残りを除去するための等方性エッチングの量を減らすことができ、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンを減少させることができる。さらに、上記エッチング残りによる素子不良を減少させることができる。その結果、半導体装置の高集積化および歩留りの向上を図ることができるのである。
【0083】
また、第2の発明の半導体装置は、各FETのゲート電極の側壁に形成されている側壁絶縁膜の形状を上記第1の発明の半導体装置と同じ形状にしたので、上記側壁絶縁膜内や周囲に形成された第1導電性膜と第2導電性膜とのエッチング残りを除去するための等方性エッチングの量を減らし、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンと素子不良とを減少できる。
【0084】
さらに、少なくとも1つのFETのウェル領域に設けられた端子に接続された電圧発生回路によって、上記少なくとも1つのFETがアクティブ状態かスタンドバイ状態かに応じて上記ウェル領域の電位を変化させるので、スタンドバイ状態にある場合には、当該FETのオフ電流を減らして、低消費電力化を図ることができる。一方、アクティブ状態にある場合には、当該FETの閾値電圧が下がるようにウェル領域にバイアスを加えることによって、高速動作を行うことができる。その場合、上記第1の発明の半導体装置のウェル領域に端子を設けて上記電圧発生回路を接続するだけで、製造工程を増やすことなく低消費電力化および高速動作化が可能になるのである。
【0085】
また、第3の発明の半導体装置は、各FETのゲート電極の側壁に形成されている側壁絶縁膜の形状を上記第1の発明の半導体装置と同じ形状にしたので、上記側壁絶縁膜内や周囲に形成された第1導電性膜と第2導電性膜とのエッチング残りを除去するための等方性エッチングの量を減らし、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンと素子不良とを減少できる。
【0086】
さらに、少なくとも1つのFETを、そのゲート電極にオン電位が与えられた場合のみ浅いウェル領域のポテンシャルが低下されて実効的な閾値電圧が低下される動的閾値トランジスタとしたので、オフ電流を増加させることなくドライブ電流を増加することができ、消費電力を大幅に低くできる。その場合、上記第1の発明の半導体装置のウェル領域を第1導電型の深いウェルと第2導電形の浅いウェルとの構造にし、上記動的閾値トランジスタの浅いウェルを他のFETの浅いウェルと電気的に分離するだけで、消費電力の大幅な低下が可能になるのである。
【0087】
また、第4の発明の半導体装置は、各FETのゲート電極の側壁絶縁膜における上端部内側には逆テーパーを有する段部が設けられており、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりもゲート電極の幅が狭くなっており、反ゲート電極側(第2導電性膜側)は略垂直になっている。したがって、上記側壁絶縁膜内や周囲に形成された第1導電性膜と第2導電性膜とをエッチングによって個々のゲート電極やソース・ドレイン領域に分離する場合に、エッチング残りを抑制できる。
【0088】
すなわち、この発明によれば、上記エッチング残りを除去するための等方性エッチングの量を減らすことができ、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンを減少させることができる。さらに、上記エッチング残りによる素子不良を減少させることができる。その結果、半導体装置の高集積化および歩留りの向上を図ることができるのである。
【0089】
また、第5の発明の半導体装置は、各FETの側壁絶縁膜の形状を上記第4の発明の半導体装置と同じ形状にしたので、上記側壁絶縁膜内や周囲に形成された第1導電性膜と第2導電性膜とのエッチング残りを除去するための等方性エッチングの量を減らし、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンと素子不良とを減少できる。
【0090】
さらに、上記第2の発明の場合と同様に、少なくとも1つのFETのウェル領域に設けられた端子に接続された電圧発生回路を備えたので、当該FETがスタンドバイ状態の場合にはオフ電流を減らして低消費電力化を図ることができる。一方、アクティブ状態の場合には閾値電圧が下がるようにウェル領域にバイアスを加えて、高速動作を行うことができる。その場合、上記第4の発明の半導体装置の製造工程を増やすことなく、低消費電力化および高速動作化が可能になるのである。
【0091】
また、第6の発明の半導体装置は、各FETの側壁絶縁膜の形状を上記第4の発明の半導体装置と同じ形状にしたので、上記側壁絶縁膜内や周囲に形成された第1導電性膜と第2導電性膜とのエッチング残りを除去するための等方性エッチングの量を減らし、上記ゲート電極間およびソース・ドレイン領域間のマージンと素子不良とを減少できる。
【0092】
さらに、上記第3の発明の場合と同様に、少なくとも1つのFETを動的閾値トランジスタとしたので、消費電力を大幅に低くできる。その場合、上記第4の発明の半導体装置のウェル領域を深いウェルと浅いウェルとの二層構造にするだけで、消費電力の大幅な低下が可能になるのである。
【0093】
また、第7の発明の半導体装置の製造方法は、上記第4の発明乃至第6の発明の何れか一つの半導体装置を製造するに際して、ゲート電極となる上記第1導電性膜をエッチングする際に、パターニングされた絶縁膜をマスクとして、異方性エッチングを行なった後に等方性エッチングを行うので、上記第1導電性膜の幅を、上記絶縁膜の幅よりも狭く形成できる。したがって、その後に、上記絶縁膜と上記第1導電性膜との側壁に壁絶縁膜を形成することによって、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりも、上記第1導電性膜(つまりゲート電極)の幅を狭くできるのである。
【0094】
また、第8の発明の半導体装置の製造方法は、上記第4の発明乃至第6の発明の何れか一つの半導体装置を製造するに際して、ゲート電極となる上記第1導電性膜をエッチングする際に、パターニングされた絶縁膜をマスクとして、等方成分を含む異方性エッチングを行うので、上記第1導電性膜の幅を、1回のエッチング工程で簡単に上記絶縁膜の幅よりも狭く形成できる。したがって、その後に、上記絶縁膜と上記第1導電性膜との側壁に壁絶縁膜を形成することによって、上記側壁絶縁膜における上端の開口幅よりも、上記第1導電性膜(つまりゲート電極)の幅を狭くできるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1実施の形態における半導体装置の平面図である。
【図2】 図1におけるB‐B'矢視断面図である。
【図3】 図1におけるC‐C'矢視断面図である。
【図4】 図1〜図3に示す半導体装置の作成手順を示す平面図である。
【図5】 図4におけるB‐B'矢視断面図である。
【図6】 図4におけるC‐C'矢視断面図である。
【図7】 図4に続く作成手順を示す平面図である。
【図8】 図7におけるB‐B'矢視断面図である。
【図9】 図7におけるC‐C'矢視断面図である。
【図10】 図7に続く作成手順を示す平面図である。
【図11】 図10におけるB‐B'矢視断面図である。
【図12】 図10におけるC‐C'矢視断面図である。
【図13】 図7〜図9に示すシリコン窒化膜のサイドウォールとシリコン窒化膜とを形成する手順を示す図である。
【図14】 第2実施の形態における半導体装置の断面図である。
【図15】 第3実施の形態における半導体装置の平面図である。
【図16】 図15におけるE‐E'矢視断面図である。
【図17】 第4実施の形態におけるポリシリコン残りを無くすゲート電極およびシリコン窒化膜のサイドウォールの断面図である。
【図18】 図17とは異なるゲート電極およびシリコン窒化膜のサイドウォールの断面図である。
【図19】 図18に示すようなゲート電極およびシリコン窒化膜のサイドウォールの形成手順を示す図である。
【図20】 従来の積上げ型FETにおける平面図である。
【図21】 図20におけるA‐A'矢視断面図である。
【図22】 図20に示す積上げ型FETのゲート電極および拡散層を分離する際における分離前と分離部とのゲート電極周辺の断面図である。
【符号の説明】
21,41,61…半導体基板、
22,42…P型ウェル領域、
24,45,65,81,91…ゲート電極、
25,46,66,82,92…シリコン窒化膜のサイドウォール、
26,47,68,83,93…ポリシリコンのサイドウォール、
27,48,67,96…素子分離領域、
28,49,69…シリコン窒化膜、
29,97…ポリシリコン膜、
30,98…絶縁膜、
31,99…シリコン窒化膜、
43…N型ウェル領域、
50…N型FET、
51…P型FET、
52,53…端子、
62…N型の深いウェル領域、
63…P型の浅いウェル領域、
70…ゲート‐ウェル接続領域、
71…P型不純物濃度が濃い領域、
72…シリサイド化された領域、
95…ウェル領域。
Claims (8)
- 半導体基板上に複数の電界効果トランジスタが設けられた半導体装置であって、
上記複数の電界効果トランジスタの夫々は、上記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記ゲート電極の側壁に形成されている上記側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、上記第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、上記ゲート電極側とは反対側の面は上記半導体基板に対して略垂直になっている
ことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板表面にウェル領域が形成され、このウェル領域上に複数の電界効果トランジスタが設けられた半導体装置であって、
上記複数の電界効果トランジスタの夫々は、上記ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記ゲート電極の側壁に形成されている上記側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、上記第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、上記ゲート電極側とは反対側の面は上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記電界効果トランジスタのうちの少なくとも1つにおける上記ウェル領域に電位を与えるために設けられた端子と、
上記端子に接続されて、上記少なくとも1つの電界効果トランジスタがアクティブ状態であるかスタンドバイ状態であるかに応じて上記ウェル領域の電位を変化させる電圧発生回路
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板内に第1導電型の深いウェル領域が形成され、この深いウェル領域上に第2導電型の浅いウェル領域が形成され、この浅いウェル領域上に複数の電界効果トランジスタが設けられた半導体装置であって、
上記複数の電界効果トランジスタの夫々は、上記浅いウェル領域内に形成された素子分離領域と、上記浅いウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記ゲート電極の側壁に形成されている上記側壁絶縁膜における上記ゲート電極側の面には、上記第1導電性膜を分離して複数のゲート電極を形成する際に生ずる上記第1導電性膜の除去残りを防止するための順テーパーが設けられる一方、上記ゲート電極側とは反対側の面は上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記電界効果トランジスタのうちの少なくとも1つは、上記浅いウェル領域と上記ゲート電極とが電気的に接続された動的閾値トランジスタであり、
上記動的閾値トランジスタの素子分離領域は上記深いウェル領域に達するように形成されており、当該動的閾値トランジスタの浅いウェル領域は、当該素子分離領域および上記深いウェル領域によって、他の電界効果トランジスタの浅いウェル領域と電気的に分離されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上に複数の電界効果トランジスタが設けられた半導体装置であって、
上記複数の電界効果トランジスタの夫々は、上記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記ゲート電極の両側壁に形成されている上記側壁絶縁膜の上端部内側には、先端側から上記ゲート電極側に向かって広がる逆テーパーを有する段部が設けられており、上記ゲート電極の両側に位置する2つの上記側壁絶縁膜の上端間の開口幅よりも上記ゲート電極の幅が狭くなっており、
上記側壁絶縁膜における外側の面は、上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板表面にウェル領域が形成され、このウェル領域上に複数の電界効果トランジスタが設けられた半導体装置であって、
上記複数の電界効果トランジスタの夫々は、上記ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記ゲート電極の両側壁に形成されている上記側壁絶縁膜の上端部内側には、先端側から上記ゲート電極側に向かって広がる逆テーパーを有する段部が設けられており、上記ゲート電極の両側に位置する2つの上記側壁絶縁膜の上端間の開口幅よりも上記ゲート電極の幅が狭くなっており、
上記側壁絶縁膜における外側の面は、上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記電界効果トランジスタのうちの少なくとも1つにおける上記ウェル領域に電位を与えるために設けられた端子と、
上記端子に接続されて、上記少なくとも1つの電界効果トランジスタがアクティブ状態であるかスタンドバイ状態であるかに応じて上記ウェル領域の電位を変化させる電圧発生回路
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板内に第1導電型の深いウェル領域が形成され、この深いウェル領域上に第2導電型の浅いウェル領域が形成され、この浅いウェル領域上に複数の電界効果トランジスタが設けられた半導体装置であって、
上記複数の電界効果トランジスタの夫々は、上記浅いウェル領域内に形成された素子分離領域と、上記浅いウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1導電性膜から成るゲート電極と、上記ゲート電極の側壁に形成された側壁絶縁膜と、上記ゲート電極の側壁に沿って上記側壁絶縁膜を介して形成されてソース領域またはドレイン領域となる半導体膜から成る第2導電性膜のサイドウォールを含んで構成されると共に、
上記ゲート電極の両側壁に形成されている上記側壁絶縁膜の上端部内側には、先端側から上記ゲート電極側に向かって広がる逆テーパーを有する段部が設けられており、上記ゲート電極の両側に位置する2つの上記側壁絶縁膜の上端間の開口幅よりも上記ゲート電極の幅が狭くなっており、
上記側壁絶縁膜における外側の面は、上記半導体基板に対して略垂直になっており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のゲート電極は、周囲を上記側壁絶縁膜によって囲まれている上記第1導電性膜が上記側壁絶縁膜によって囲まれた領域内において複数の領域に分離されて形成されており、
上記複数の電界効果トランジスタにおける個々のサイドウォールは、上記側壁絶縁膜の周囲を囲んでいる上記第2導電性膜が複数の領域に分離されて形成されており、
上記電界効果トランジスタのうちの少なくとも1つは、上記浅いウェル領域と上記ゲート電極とが電気的に接続された動的閾値トランジスタであり、
上記動的閾値トランジスタの素子分離領域は上記深いウェル領域に達するように形成されており、当該動的閾値トランジスタの浅いウェル領域は、当該素子分離領域および上記深いウェル領域によって、他の電界効果トランジスタの浅いウェル領域と電気的に分離されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項4乃至請求項6何れか一つに記載の半導体装置の製造方法であって、
上記ゲート絶縁膜上に上記第1導電性膜を被着する工程と、
上記第1導電性膜の上に、絶縁膜を被着する工程と、
上記絶縁膜を所定のパターンにパターニングする工程と、
上記パターニングされた絶縁膜をマスクとして、上記第1導電性膜に対して異方性エッチングを行った後に等方性エッチングを行なって、上記第1導電性膜の幅を上記絶縁膜の上端部の幅よりも小さくして、上記第1導電性膜から成るゲート電極を形成する工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4乃至請求項6何れか一つに記載の半導体装置の製造方法であって、
上記ゲート絶縁膜上に上記第1導電性膜を被着する工程と、
上記第1導電性膜の上に、絶縁膜を被着する工程と、
上記絶縁膜を所定のパターンにパターニングする工程と、
上記パターニングされた絶縁膜をマスクとして、上記第1導電性膜に対して等方成分を含む異方性エッチングを行なって、上記第1導電性膜の幅を上記絶縁膜の上端部の幅よりも小さくして、上記第1導電性膜から成るゲート電極を形成する工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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