JP4435057B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L29/78654—Monocrystalline silicon transistors
Description
1.1.第1の半導体装置
本発明の第1の半導体装置は、
絶縁層上に設けられ、素子形成領域である半導体層部と、
前記半導体層部の上方に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に設けられたゲート電極と、
前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域と、を含み、
前記半導体層部には、凹部と、該凹部に絶縁物が埋め込まれてなる分離絶縁層とが設けられている。
本発明の第2の半導体装置は、絶縁層上に設けられ、素子形成領域である半導体層部と、
前記半導体層部の上方に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に設けられたゲート電極と、
前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域と、を含み、
前記絶縁層は、前記半導体層部と接する面に凸部を有している。
前記絶縁層は、前記基体と接する面に凹凸を有していることができる。
本発明の第3の半導体装置は、
所与の基体と、
前記基体の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、素子形成領域である半導体層部と、
前記半導体層部の上方に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に設けられたゲート電極と、
前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域と、を含み、
前記絶縁層は、前記基体と接する面に凸部を有している。
本発明の第4の半導体装置は、
絶縁層上に設けられた第1半導体層部と、
前記第1半導体層部に設けられた第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
少なくとも前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタの上方に設けられた第1層間絶縁層と、
前記第1層間絶縁層の上方に設けられた第2半導体層部と、
前記第2半導体層部の上方に設けられた第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタの上方に設けられた第2層間絶縁層と、を含み、
前記第1半導体層部および前記第2半導体層部の表面積の和は、
連続した一の半導体層からなる素子形成領域に絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する他の半導体装置における該半導体層の表面積と比して大きい。
2.1.第1の半導体装置の製造方法
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、
(a)絶縁層上に設けられた素子形成領域である半導体層部に凹部を形成すること、
(b)前記凹部に分離絶縁層を形成すること、
(c)少なくとも前記半導体層部の上方にゲート絶縁層を形成すること、
(d)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成すること、
(e)前記半導体層に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域を形成すること、を含む。
前記絶縁層上に半導体層が設けられた基板を準備すること、
前記半導体層において、素子分離領域となる開口部を形成すること、
を含み、
前記開口部と、前記凹部の形成とは、同一の工程で行われることができる。
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
(a)凹部を有する半導体層を準備すること、
(b)前記凹部を埋め込み、かつ、前記半導体層の上に絶縁層を形成すること、
(c)前記絶縁層の上に所与の基体を設け、前記半導体層のうち前記凹部が設けられた面と対向する面が素子を形成する面となるSOI基板を形成すること、
(d)前記半導体層に素子分離領域を設け、素子形成領域である半導体層部を形成すること、
(e)前記半導体層部の上方にゲート絶縁層を形成すること、
(f)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成すること、
(g)前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域を形成すること、を含む。
1.1.半導体装置
まず、第1の実施の形態にかかる半導体装置について、図1を参照しつつ説明する。図1(A)は、第1の実施の形態にかかる半導体装置の半導体層部とゲート電極との位置関係を模式的に示す平面図であり、図1(B)は、図1(A)のI−I線に沿った断面図であり、図1(C)は、図1(A)のII−II線に沿った断面図である。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図2〜5を参照しつつ説明する。図2〜5は、本実施の形態にかかる製造方法の一工程を示す図であり、図2は、図1(C)に対応する断面を示し、図3〜5の(A)〜(C)は、それぞれ、図1(A)〜(C)に対応した断面を示す。
1.3.1.第1変形例
次に、本実施の形態にかかる半導体装置の変形例について説明する。なお、以下の説明では、上述の実施の形態にかかる半導体装置と異なる点について説明する。
図6は、第1変形例にかかる半導体装置を示し、図6(A)〜図6(C)は、それぞれ、図1(A)〜図1(C)に対応する平面または断面を示す図である。第1変形例にかかる半導体装置110は、上述の実施の形態にかかる半導体装置100とは分離絶縁層12の配置が異なる例である。
次に、図6に示す半導体装置110の製造方法について図7を参照しつつ説明する。まず、上述の実施の形態の工程(1)と同様にして、SOI基板を準備する。ついで、素子形成領域14を画定する。具体的には、少なくとも素子形成領域14の上方を覆うマスク層(図示せず)を形成した後に半導体層10aをエッチングすることで行われる。このとき、半導体層10aの除去は、絶縁層8が露出するまで行われる。その後、マスク層を除去する。
次に、第2変形例にかかる半導体装置について説明する。
図8は、第2変形例にかかる半導体装置120を示し、図8(A)〜図8(C)は、それぞれ、図1(A)〜図1(C)に対応する平面または断面を示す図である。第2変形例にかかる半導体装置120は、上述の実施の形態にかかる半導体装置100とは分離絶縁層12の配置が異なる例である。
次に、図8に示す半導体装置120の製造方法について図9を参照しつつ説明する。まず、上述の実施の形態の工程(1)と同様にして、SOI基板を準備する。ついで、図9に示すように、素子形成領域14の画定と、分離絶縁層12を形成するための凹部12aの形成とを行う。具体的には、素子形成領域14の上方であり、かつ、分離絶縁層12が形成されない領域の上方をマスク層(図示せず)を形成した後に半導体層10aをエッチングすることで行われる。このとき、半導体層10aの除去は、絶縁層8が露出するまで行われる。その後、マスク層を除去する。これにより、素子形成領域14が画定されると共に凹部12aが形成される。
次に、第2の実施の形態について説明する。
まず、第2の実施の形態にかかる半導体装置について、図10を参照しつつ説明する。図10は、第2の実施の形態にかかる半導体装置200を模式的に示す断面図である。半導体装置200は、第1の実施の形態の半導体装置と比して、絶縁層8および半導体層10の形状が異なる例である。
次に、図10に示した半導体装置の製造方法について、図11〜14を参照しつつ説明する。図11〜14は、図10に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
2.3.1.半導体装置
次に、第2の実施の形態に変形例について、図15を参照しつつ説明する。図15は、本変形例にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。本変形例では、絶縁層8において、半導体層10と接する面および支持基板6と接する面に凹凸が設けられている点が上述の実施の形態と異なる点である。なお、以下の説明では、上述の実施の形態と異なる点について説明する。
次に、本変形例にかかる半導体装置の製造方法について、図16ないし図19を参照しつつ説明する。図16ないし図19は、本変形例にかかる半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
3.1.半導体装置
次に、第3の実施の形態にかかる半導体装置について、図20を参照しつつ説明する。図20は、第3の実施の形態にかかる半導体装置300を模式的に示す断面図である。
次に、図20に示す半導体装置の製造方法について、図21〜図24を参照しつつ説明する。図21〜図24は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法と同様の工程で行うことができる工程については、その詳細な説明を省略する。
。本実施例では、図26(A)、図26(B)に示す構造を有する半導体装置100を作成した。図26(A)は、本実施例にかかる半導体装置100において、半導体層部10とゲート電極24の位置関係を示す図である。図26(B)は、図26(A)のI−I線に沿った断面図である。本実施例では、図26(A)に示すように、ゲート電極24は、主軸部24aと、主軸部24aの長手方向と直交するように分岐した分岐部24bとを有する形状とした。
次に、比較例にかかる半導体装置として、図27(A)、図27(B)に示す構成の半導体装置を作成した。図27(A)は、比較例にかかる半導体装置において、ゲート電極504と、半導体層部10の位置関係を模式的に示す平面図であり、図27(B)は、図27(A)のI−I線に沿った断面図である。図27から明らかなように、比較例の半導体装置では、分離絶縁層12が設けられていない点のみが、実施例と異なる。比較例では、トランジスタ500は、分岐部512bをゲート電極とした複数のトランジスタ500aからなる。実施例と同様に、ゲート長は、1μmで、トランジスタ500aのゲート幅が、40、60、80、100、120μmである5つの半導体装置を形成した。
実施例および比較例にかかる半導体装置に、ゲート電圧(Vgs)が2V、ドレイン電圧(Vds)が2.5V、ソース電圧(Vs)が0Vにおけるドレイン電流(Ids)を測定した。
Claims (11)
- 絶縁層上に設けられ、素子形成領域である半導体層部と、
前記半導体層部の上方に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に設けられたゲート電極と、
前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域と、を含み、
前記半導体層部には、凹部と、該凹部に絶縁物が埋め込まれてなる分離絶縁層とが設けられ、
前記凹部は、格子状に設けられている、半導体装置。 - 請求項1において、
前記絶縁層は、凸部を有している、半導体装置。 - 絶縁層上に設けられ、素子形成領域である半導体層部と、
前記半導体層部の上方に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に設けられたゲート電極と、
前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域と、を含み、
前記絶縁層は、前記半導体層部と接する面に凸部を有し、
前記凸部は、格子状に設けられている、半導体装置。 - 請求項3において、
前記絶縁層は、所与の基体の上に設けられ、
前記絶縁層は、前記基体と接する面に凸部を有している、半導体装置。 - 所与の基体と、
前記基体の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、素子形成領域である半導体層部と、
前記半導体層部の上方に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に設けられたゲート電極と、
前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域と、を含み、
前記絶縁層は、前記基体と接する面に凸部を有し、
前記凸部は、格子状に設けられている、半導体装置。 - 絶縁層上に設けられた第1半導体層部と、
前記第1半導体層部に設けられた第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
少なくとも前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタの上方に設けられた第1層間絶縁層と、
前記第1層間絶縁層の上方に設けられた第2半導体層部と、
前記第2半導体層部の上方に設けられた第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタの上方に設けられた第2層間絶縁層と、を含み、
前記第1半導体層部および前記第2半導体層部の表面積の和は、
連続した一の半導体層からなる素子形成領域に絶縁ゲート型電界効果トランジスタ絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する他の半導体装置における該半導体層の表面積と比して大きく、
前記第1半導体層部および前記第2半導体層部の少なくともいずれか一方には、凹部と、該凹部に絶縁体が埋め込まれてなる分離絶縁層とが設けられ、
前記凹部は、格子状に設けられている、半導体装置。 - 請求項6において、
前記絶縁層は、前記半導体層部と接する面に凸部を有している、半導体装置。 - (a)絶縁層上に設けられた素子形成領域である半導体層部に凹部を格子状に形成すること、
(b)前記凹部に分離絶縁層を形成すること、
(c)少なくとも前記半導体層部の上方にゲート絶縁層を形成すること、
(d)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成すること、
(e)前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域を形成すること、
を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項8において、
前記(a)は、
前記絶縁層上に半導体層が設けられた基板を準備すること、
前記半導体層において、素子分離領域となる開口部を形成すること、
を含み、
前記開口部の形成と、前記凹部の形成とは、同一の工程で行われる、半導体装置の製造方法。 - 請求項8または9において、
前記絶縁層が露出するまで、前記凹部の形成を行う、半導体装置の製造方法。 - (a)格子状に設けられた凹部を有する半導体層を準備すること、
(b)前記凹部を埋め込み、かつ、前記半導体層の上に絶縁層を形成すること、
(c)前記絶縁層の上に所与の基体を設け、前記半導体層のうち前記凹部が設けられた面と対向する面が素子を形成する面となるSOI基板を形成すること、
(d)前記半導体層に素子分離領域を設け、素子形成領域である半導体層部を形成すること、
(e)前記半導体層部の上方にゲート絶縁層を形成すること、
(f)前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成すること、
(g)前記半導体層部に設けられ、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域を形成すること、
を含む、半導体装置の製造方法。
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