JP5544715B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、特性を制御端子によって調整することが可能であり、且つ高い集積度と駆動能力を実現することができるMIS(Metal Insulator Semiconductor)型電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and in particular, a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type field effect transistor whose characteristics can be adjusted by a control terminal and which can realize high integration and driving ability. And a manufacturing method thereof.

MIS型電界効果トランジスタ(MISFET)は、寸法の微細化により駆動能力の向上と集積度の向上とを同時に実現してきた。しかし、近時、ゲート絶縁薄膜の厚さが2nm以下、ゲート長が50nm以下、といったレベルにまで達し、単純に微細化を進めることはリーク電流の増大等の理由により困難になりつつある。このため、従来の半導体基板平面上に形成する平面型MISFETでは、駆動力と集積度とを更に向上することが難しくなっている。   MIS field effect transistors (MISFETs) have simultaneously improved driving capability and integration by miniaturizing dimensions. However, recently, the thickness of the gate insulating thin film has reached the level of 2 nm or less and the gate length is 50 nm or less, and it is becoming difficult to simply miniaturize due to an increase in leakage current and the like. For this reason, it is difficult to further improve the driving force and the degree of integration in the conventional planar MISFET formed on the semiconductor substrate plane.

この課題を解決する手段として、チャネルを形成する薄膜半導体を基板に対して上下方向に複数個並べ、これらを並列接続して一個のトランジスタとする多層チャネル型MISFETが特許文献1及び2に記載されている。図9は、特許文献1及び2で開示された従来のMISFETの構造を示す概念図であり、(c)はその平面図、(a)は(c)に示すA−A断面図、(b)は(c)に示すB−B断面図である。以下、MISFETがNチャネルMISFETであるとして説明する。PチャネルMISFETの場合は、電位の極性を逆とし、不純物の導電型であるNとPとを入れ替えて読みかえればよい。なお、以下本明細書において、上下方向というときは、基板側を下側とし、その反対側を上側とする。   As means for solving this problem, Patent Documents 1 and 2 describe multilayer channel type MISFETs in which a plurality of thin film semiconductors forming a channel are arranged in the vertical direction with respect to a substrate and these are connected in parallel to form one transistor. ing. 9 is a conceptual diagram showing the structure of a conventional MISFET disclosed in Patent Documents 1 and 2, FIG. 9C is a plan view thereof, FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. ) Is a BB cross-sectional view shown in (c). In the following description, it is assumed that the MISFET is an N-channel MISFET. In the case of a P-channel MISFET, the polarity of the potential may be reversed, and N and P, which are impurity conductivity types, may be interchanged and read. In the following description, when referring to the vertical direction, the substrate side is the lower side and the opposite side is the upper side.

図9に示すように、基板100の上方には、MISFETのチャネルとなる薄い半導体層102bと102aとが相互に離隔して順次積み重ねられている。半導体層102a及び102bは、その上下面と2側面を、ゲート絶縁膜104を介して、ゲート電極105によって取り囲まれている。即ち、図9(a)に示すように、半導体層102bの上下面には、ゲート絶縁膜104を介して、夫々ゲート電極105b及び105cが設けられており、また、半導体層102aの上下面には、ゲート絶縁膜104を介して、夫々ゲート電極105a及び105bが設けられている。更に、図9(b)に示すように、B−B断面により形成される半導体層102a及び102bの断面はゲート電極105によって取り囲まれている。言い換えれば、ゲート電極105は半導体層102aと102bとによって、ゲート絶縁膜104を介して水平方向に貫通されている。半導体層102aと102bの上記以外の2側面は、その一側面が両半導体層に対して共通の一方のソース・ドレイン領域103aに、他側面が両半導体層に対して共通の他のソース・ドレイン領域103bに接続されている。ソース・ドレイン領域103a及び103bの上部には、夫々ソース・ドレイン用コンタクト導体106a及び106bが設けられ、また、ゲート電極105上部には、ゲート用コンタクト導体106cが設けられている。そして、ソース・ドレイン領域103aと103bはN型にドーピングされている。以上により、単一のMISFETが構成される。   As shown in FIG. 9, above the substrate 100, thin semiconductor layers 102b and 102a that become channels of the MISFET are sequentially stacked so as to be separated from each other. The upper and lower surfaces and two side surfaces of the semiconductor layers 102 a and 102 b are surrounded by the gate electrode 105 with the gate insulating film 104 interposed therebetween. That is, as shown in FIG. 9A, gate electrodes 105b and 105c are provided on the upper and lower surfaces of the semiconductor layer 102b via the gate insulating film 104, respectively, and on the upper and lower surfaces of the semiconductor layer 102a. Are provided with gate electrodes 105 a and 105 b through a gate insulating film 104, respectively. Further, as shown in FIG. 9B, the cross sections of the semiconductor layers 102 a and 102 b formed by the BB cross section are surrounded by the gate electrode 105. In other words, the gate electrode 105 is horizontally penetrated by the semiconductor layers 102a and 102b with the gate insulating film 104 interposed therebetween. The other two sides of the semiconductor layers 102a and 102b are one source / drain region 103a, one side of which is common to both semiconductor layers, and the other source / drain of the other side common to both semiconductor layers. It is connected to the area 103b. Source / drain contact conductors 106a and 106b are provided above the source / drain regions 103a and 103b, respectively, and a gate contact conductor 106c is provided above the gate electrode 105. The source / drain regions 103a and 103b are doped N-type. Thus, a single MISFET is configured.

半導体層102aと102bには、ゲート電極105の電位が閾値より十分高いときにはチャネルが形成され、ソース・ドレイン103aと103bとの間が電気的に導通される。一方、ゲート電極105の電位が閾値より十分低いときにはチャネルが形成されず、ソース・ドレイン103aと103bとの間が電気的に遮断される。   A channel is formed in the semiconductor layers 102a and 102b when the potential of the gate electrode 105 is sufficiently higher than the threshold value, and the source / drain 103a and 103b are electrically connected. On the other hand, when the potential of the gate electrode 105 is sufficiently lower than the threshold value, a channel is not formed, and the source / drain 103a and 103b are electrically disconnected.

上記した従来のMISFETの構造においては、チャネルは薄い半導体層102aと102bに形成され、且つゲート電極105が半導体層102a及び102bを両側から挟みこむ、いわゆるダブルゲートSOI(Silicon On Insulator)構造となっている。このように薄い半導体層にチャネルを形成する場合、半導体層を薄くすることにより短チャネル効果を抑制し、ソース・ドレイン領域間の距離(チャネル長)を短くすることが可能である。チャネル長はほぼ半導体層の厚さに比例して縮小できる。また、ゲート電極が両側から挟みこむことにより(ダブルゲート)、ゲート電極が片側にしかない場合(シングルゲート)に比べて、チャネル長を概ね1/2に縮小できる。従って、図9の従来のMISFETは微細化に適し、高集積化の要求に応えることができる。   In the conventional MISFET structure described above, the channel is formed in the thin semiconductor layers 102a and 102b, and the gate electrode 105 has a so-called double gate SOI (Silicon On Insulator) structure in which the semiconductor layers 102a and 102b are sandwiched from both sides. ing. When a channel is formed in such a thin semiconductor layer, it is possible to suppress the short channel effect and reduce the distance (channel length) between the source and drain regions by thinning the semiconductor layer. The channel length can be reduced approximately in proportion to the thickness of the semiconductor layer. Further, by sandwiching the gate electrode from both sides (double gate), the channel length can be reduced to approximately ½ compared to the case where the gate electrode is only on one side (single gate). Therefore, the conventional MISFET of FIG. 9 is suitable for miniaturization and can meet the demand for high integration.

上記した従来のMISFETの構造は、チャネルを形成する半導体層が上下方向に2層並列に形成されている。このため、MISFETが占める投影面積を増すことなく、半導体層を1層しか形成しない通常のダブルゲート形MISFETに比べて、ほぼ2倍の駆動能力を得ることができる。また、半導体層を1層しか形成しない通常のシングルゲート形MISFET(チャネルが半導体層の片面にしか形成されない)に比べて、ほぼ4倍の駆動能力を得ることができる。このように、高集積化を妨げることなく大幅に駆動能力を向上させることができる。   In the conventional MISFET structure described above, two semiconductor layers forming a channel are formed in parallel in the vertical direction. For this reason, without increasing the projected area occupied by the MISFET, it is possible to obtain a driving capability almost twice that of a normal double gate MISFET in which only one semiconductor layer is formed. In addition, a driving capability almost four times that of a normal single gate type MISFET (a channel is formed only on one side of a semiconductor layer) in which only one semiconductor layer is formed can be obtained. In this way, the driving capability can be greatly improved without hindering high integration.

また、特許文献3に記載の従来のSOI構造の半導体装置においては、シリコン基板上に絶縁膜を介してMOSトランジスタが形成されており、このMOSトランジスタにおける薄膜半導体層上のゲート酸化膜が形成された側とは反対側には、埋め込みゲート絶縁膜、埋め込みゲート電極が順次形成されている。そして、この埋め込みゲート電極に印加する電圧を制御することにより、MOSトランジスタの閾値電圧を制御することができる。   Further, in the conventional SOI structure semiconductor device described in Patent Document 3, a MOS transistor is formed on a silicon substrate via an insulating film, and a gate oxide film on the thin film semiconductor layer in this MOS transistor is formed. A buried gate insulating film and a buried gate electrode are sequentially formed on the side opposite to the opposite side. The threshold voltage of the MOS transistor can be controlled by controlling the voltage applied to the buried gate electrode.

特開2003−324200号公報JP 2003-324200 A 特開2004−128508号公報JP 2004-128508 A 特開平05−167073号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-167073

しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。   However, the above-described prior art has the following problems.

バルク半導体基板を用いたMISFETにおいては、半導体基板の電位を制御することにより、MISFETの閾値電圧を変化させることができる。また、SOI基板を用いたMISFETにおいても、SOI基板に埋め込まれた埋め込み絶縁膜下の半導体基板の電位を制御することにより、MISFETの閾値電圧を変化させることができる。以上においては、基板が第四の端子として機能する。第四の端子によってMISFETの閾値電圧の制御が可能であると、回路が待機状態のときに閾値電圧を高めてリーク電流を削減し、回路が動作状態のときに閾値電圧を下げてMISFETの駆動能力を高めることにより、可変閾値動作が可能となる。又は、MISFETの閾値が製造上のばらつきによって目標値からずれた場合、基板の電位によって閾値電圧を所望の値に調整することができる。しかしながら、特許文献1及び2に開示された半導体装置においては、チャネルが形成される半導体層が四方を単一のゲート電極105によって取り囲まれるため、基板の電位の影響はチャネルに及ばず、閾値電圧の調整を行うことができない。   In a MISFET using a bulk semiconductor substrate, the threshold voltage of the MISFET can be changed by controlling the potential of the semiconductor substrate. Also in a MISFET using an SOI substrate, the threshold voltage of the MISFET can be changed by controlling the potential of the semiconductor substrate under the buried insulating film embedded in the SOI substrate. In the above, the substrate functions as the fourth terminal. If the threshold voltage of the MISFET can be controlled by the fourth terminal, the threshold voltage is increased when the circuit is in the standby state to reduce the leakage current, and the threshold voltage is decreased when the circuit is in the operating state to drive the MISFET. By increasing the capability, variable threshold operation is possible. Alternatively, when the threshold value of the MISFET deviates from the target value due to manufacturing variations, the threshold voltage can be adjusted to a desired value by the substrate potential. However, in the semiconductor devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the semiconductor layer in which the channel is formed is surrounded on all sides by the single gate electrode 105, the influence of the substrate potential does not reach the channel, and the threshold voltage Cannot be adjusted.

また、特許文献3に開示された従来技術においては、埋め込みゲート電極に印加する電圧を制御することにより閾値電圧の制御は可能であるものの、MOSトランジスタの半導体層は1層であり、且つこれらが平面的に配置されており、半導体層が上下方向に複数層並列に形成されている構造とは異なる。このため、集積度及び駆動力を向上させることが困難である。   In the prior art disclosed in Patent Document 3, although the threshold voltage can be controlled by controlling the voltage applied to the buried gate electrode, the semiconductor layer of the MOS transistor is a single layer, and The structure is different from the structure in which the semiconductor layers are arranged in parallel in a plurality of layers in the vertical direction. For this reason, it is difficult to improve the integration degree and the driving force.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高集積度、高駆動能力を実現でき、且つ外部印加電圧による閾値電圧の制御を可能とする半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a semiconductor device capable of realizing a high integration degree and a high driving capability and capable of controlling a threshold voltage by an externally applied voltage, and a method for manufacturing the same. With the goal.

本発明に係る半導体装置は、基板と、この基板上に形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記基板上の前記ソース領域及びドレイン領域間に相互に離隔して積層された複数個のチャネル形成領域と、前記各チャネル形成領域を挟むように形成された複数個のゲート電極と、前記各チャネル形成領域とこれに隣接する1対の前記ゲート電極の少なくとも一方との間に形成されたゲート絶縁膜と、を有し、前記各チャネル形成領域は前記ゲート電極のいずれかによって相互に離間され、前記各チャネル形成領域に隣接する前記ゲート電極同士は相互に短絡されておらず、前記基板側から奇数番目の前記ゲート電極は、第1の共通配線に接続された第1の導体に短絡され、前記基板側から偶数番目の前記ゲート電極は、第2の共通配線に接続された第2の導体に短絡されており、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが、前記複数個のチャネル形成領域に亘って夫々連続した半導体領域であり、前記基板側から偶数番目及び奇数番目の前記ゲート電極はそれぞれ複数あり、かつ奇数番目の前記ゲート電極が接続された前記第1の共通配線と偶数番目の前記ゲート電極が接続された前記第2の共通配線とは相互に独立した配線であることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a source region and a drain region formed on the substrate, and a plurality of channel layers stacked apart from each other between the source region and the drain region on the substrate. Region, a plurality of gate electrodes formed so as to sandwich each channel formation region, and gate insulation formed between each channel formation region and at least one of the pair of gate electrodes adjacent thereto Each channel forming region is separated from each other by any of the gate electrodes, and the gate electrodes adjacent to each channel forming region are not short-circuited to each other, and from the substrate side The odd-numbered gate electrodes are short-circuited to the first conductor connected to the first common wiring, and the even-numbered gate electrodes from the substrate side are connected to the second common wiring. The are short-circuited to the second conductor, said source region and said drain region is a semiconductor region respectively continuous over the plurality of channel forming regions, of the even and odd from the substrate side There are a plurality of the gate electrodes, and the first common wiring to which the odd-numbered gate electrodes are connected and the second common wiring to which the even-numbered gate electrodes are connected are independent from each other. characterized in that there.

また、前記各チャネル形成領域とこれに隣接する1対の前記ゲート電極の双方との間に前記ゲート絶縁膜が形成されているように構成することが好ましい。   Further, it is preferable that the gate insulating film is formed between each of the channel forming regions and the pair of gate electrodes adjacent to the channel forming regions.

また、相互に隣接する1対の前記チャネル形成領域の間に配置された前記ゲート電極は、前記1対のチャネル形成領域の双方に対して共通のゲート電極とすることができる。   The gate electrode disposed between the pair of channel forming regions adjacent to each other can be a common gate electrode for both of the pair of channel forming regions.

更にまた、前記基板側から奇数番目の前記ゲート電極を相互に短絡する前記第1の導体は、前記基板に立設された第1の絶縁体側壁によって偶数番目の前記ゲート電極から絶縁され、前記基板側から偶数番目の前記ゲート電極を相互に短絡する前記第2の導体は、前記基板に立設された第2の絶縁体側壁によって奇数番目の前記ゲート電極から絶縁されているように構成することができる。   Furthermore, the first conductors that short-circuit the odd-numbered gate electrodes from the substrate side are insulated from the even-numbered gate electrodes by the first insulator sidewalls erected on the substrate, The second conductors that short-circuit the even-numbered gate electrodes from the substrate side are configured to be insulated from the odd-numbered gate electrodes by a second insulator side wall standing on the substrate. be able to.

また、前記チャネル形成領域が単結晶の半導体層からなることが好ましい。   The channel formation region is preferably formed of a single crystal semiconductor layer.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1の材料からなる第1の半導体層と第2の材料からなる第2の半導体層とを基板上に交互に積層する工程と、前記第1及び第2の半導体層を絶縁体内に埋設する工程と、前記第1の半導体層を選択的に除去して前記絶縁体内に空洞を形成する工程と、前記空洞内にゲート電極材料を埋め込む工程と、不要な前記ゲート電極材料を除去してゲート電極を形成する工程と、前記基板側から奇数番目の前記ゲート電極に接続し偶数番目の前記ゲート電極には接続しないように第1の導体を形成する工程と、前記基板側から偶数番目の前記ゲート電極に接続し奇数番目の前記ゲート電極には接続しないように第2の導体を形成する工程と、を有することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of alternately stacking a first semiconductor layer made of a first material and a second semiconductor layer made of a second material on a substrate, Embedding a second semiconductor layer in an insulator; selectively removing the first semiconductor layer to form a cavity in the insulator; and embedding a gate electrode material in the cavity; Forming a gate electrode by removing the unnecessary gate electrode material, and forming a first conductor so as to connect to the odd-numbered gate electrode from the substrate side and not to the even-numbered gate electrode. And a step of forming a second conductor so as to be connected to the even-numbered gate electrodes from the substrate side and not connected to the odd-numbered gate electrodes .

この場合に、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とを前記基板上に交互に積層する工程は、前記基板上に形成された単結晶の前記第1の半導体層上に、前記第2の半導体層と前記第1の半導体層とを交互に順次エピタキシャル成長させるものとすることができる。   In this case, the step of alternately stacking the first semiconductor layer and the second semiconductor layer on the substrate includes the step of forming the single crystal on the first semiconductor layer formed on the substrate. The second semiconductor layer and the first semiconductor layer can be alternately epitaxially grown sequentially.

本発明によれば、多層チャネル型MISFETにおいて、チャネルが形成される各半導体層の上下に相互に短絡されないゲート電極を設け、これらのゲート電極に印加する電圧を独立に制御することにより、高集積度、高駆動能力に加えて閾値電圧の可変性を備えた半導体装置を提供することができる。   According to the present invention, in a multilayer channel type MISFET, gate electrodes that are not short-circuited with each other are provided above and below each semiconductor layer in which a channel is formed, and the voltage applied to these gate electrodes is independently controlled, thereby achieving high integration. In addition to the high driving capability, it is possible to provide a semiconductor device having threshold voltage variability.

本発明の実施形態に係る多層チャネル型MISFETの構造を示す概念図であり、(c)はその平面図、(a)は(c)に示すA−A断面図、(b)は(c)に示すB−B断面図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the multilayer channel type | mold MISFET which concerns on embodiment of this invention, (c) is the top view, (a) is AA sectional drawing shown in (c), (b) is (c). It is BB sectional drawing shown in FIG. 本実施形態において、半導体層が3層の場合を示す概念図であり、(a)は図1(a)に相当する断面図、(b)は図1(b)に相当する断面図である。In this embodiment, it is a conceptual diagram which shows the case where a semiconductor layer is three layers, (a) is sectional drawing equivalent to Fig.1 (a), (b) is sectional drawing equivalent to FIG.1 (b). . 本実施形態の製造方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method of this embodiment. 図3に続く、本実施形態の製造方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method of this embodiment following FIG. 図4に続く、本実施形態の製造方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method of this embodiment following FIG. 図5に続く、本実施形態の製造方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method of this embodiment following FIG. 図6に続く、本実施形態の製造方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method of this embodiment following FIG. 本実施形態におけるゲート電極用コンタクト導体の形成方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the formation method of the contact conductor for gate electrodes in this embodiment. 特許文献1及び2で開示された従来のMISFETの構造を示す概念図であり、(c)はその平面図、(a)は(c)に示すA−A断面図、(b)は(c)に示すB−B断面図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the conventional MISFET disclosed by patent document 1 and 2, (c) is the top view, (a) is AA sectional drawing shown in (c), (b) is (c) It is BB sectional drawing shown to).

符号の説明Explanation of symbols

1;基板
2a、2b、2c;半導体層
3a、3b;ソース・ドレイン領域
4;ゲート絶縁膜
5a、5b、5c、5d;ゲート電極
7a、7b;導体
11、12;半導体層
13、14;絶縁体
1; substrates 2a, 2b, 2c; semiconductor layers 3a, 3b; source / drain regions 4; gate insulating films 5a, 5b, 5c, 5d; gate electrodes 7a, 7b; conductors 11, 12; body

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る多層チャネル型MISFETの構造を示す概念図であり、(c)はその平面図、(a)は(c)に示すA−A断面図、(b)は(c)に示すB−B断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a multilayer channel MISFET according to an embodiment of the present invention, where (c) is a plan view thereof, (a) is a cross-sectional view taken along line AA shown in (c), and (b). FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B shown in FIG.

図1(a)に示すように、本実施形態においては、基板1上にはゲート電極5cが形成されており、このゲート電極5c上にはゲート絶縁膜4を介して半導体層2bが形成されている。半導体層2b上には、ゲート絶縁膜4を介してゲート電極5bが形成され、ゲート電極5b上には、ゲート絶縁膜4を介して半導体層2bが形成されている。更に、半導体層2b上には、ゲート絶縁膜4を介してゲート電極5aが形成されている。半導体層2aと2bは、MISFETのチャネルが形成される薄い半導体層であり、このように、半導体層2bと2aとが、基板1に対して上方に、相互に間を空けながら順次積み重ねられている。   As shown in FIG. 1A, in this embodiment, a gate electrode 5c is formed on a substrate 1, and a semiconductor layer 2b is formed on the gate electrode 5c with a gate insulating film 4 interposed therebetween. ing. A gate electrode 5b is formed on the semiconductor layer 2b through a gate insulating film 4, and a semiconductor layer 2b is formed on the gate electrode 5b through a gate insulating film 4. Further, a gate electrode 5a is formed on the semiconductor layer 2b with a gate insulating film 4 interposed therebetween. The semiconductor layers 2a and 2b are thin semiconductor layers in which the channel of the MISFET is formed. In this way, the semiconductor layers 2b and 2a are sequentially stacked on the substrate 1 while being spaced apart from each other. Yes.

図1(b)に示すように、基板側から奇数番目のゲート電極5aと5cとは、導体7aを介して互いに短絡され、図示しない配線に接続される。また、基板側から偶数番目のゲート電極5bは、他の導体7bを介して、図示しない配線に接続される。以上の状況を言い換えると、基板側から奇数番目のゲート電極は互いに短絡されて第一ゲート電極を構成し、基板側から偶数番目のゲート電極は互いに短絡されて第二ゲート電極を構成し、奇数番目のゲート電極と偶数番目のゲート電極とは相互に短絡しないようにして、第一ゲート電極と第二ゲート電極とを独立したゲート電極としている。但し、本実施形態においては、偶数番目のゲート電極は一個しかないため、複数個を相互に短絡される形態とはなっていない。また、導体7aは、偶数番目のゲート電極5bとは、絶縁体側壁(図示せず)により絶縁されている。同様に、導体7bは、奇数番目のゲート電極5aとは絶縁体側壁(図示せず)により絶縁されている。なお、前記絶縁体側壁については、後述の本実施形態の製造方法において、詳細に説明する。   As shown in FIG. 1B, the odd-numbered gate electrodes 5a and 5c from the substrate side are short-circuited to each other through a conductor 7a and connected to a wiring (not shown). The even-numbered gate electrode 5b from the substrate side is connected to a wiring (not shown) via another conductor 7b. In other words, the odd-numbered gate electrodes from the substrate side are short-circuited to form the first gate electrode, and the even-numbered gate electrodes from the substrate side are short-circuited to form the second gate electrode. The first gate electrode and the second gate electrode are independent gate electrodes so as not to short-circuit the even-numbered gate electrode and the even-numbered gate electrode. However, in this embodiment, since there is only one even-numbered gate electrode, a plurality of gate electrodes are not short-circuited to each other. The conductor 7a is insulated from the even-numbered gate electrode 5b by an insulator side wall (not shown). Similarly, the conductor 7b is insulated from the odd-numbered gate electrode 5a by an insulator side wall (not shown). The insulator sidewall will be described in detail in the manufacturing method of the present embodiment described later.

図1(a)に示すように、半導体層2aと2bの対向する2側面(図示例における左右方向に対向して設けられた2側面)は、その一側面が両半導体層に対して共通の一方のソース・ドレイン領域3aに、他側面が両半導体層に対して共通の他のソース・ドレイン領域3bに接続されている。そして、ソース・ドレイン領域3aと3bは夫々N型にドーピングされている。また、図1(b)に示すように、ソース・ドレイン領域3a及び3b上には、夫々ソース・ドレイン用コンタクト導体6a及び6bが設けられている。以上により、第四の端子を備えた単一のMISFETが構成される。   As shown in FIG. 1A, two opposing side surfaces of semiconductor layers 2a and 2b (two side surfaces provided opposite to each other in the left-right direction in the illustrated example) are common to both semiconductor layers. The other side surface of one source / drain region 3a is connected to another source / drain region 3b common to both semiconductor layers. The source / drain regions 3a and 3b are doped N-type. As shown in FIG. 1B, source / drain contact conductors 6a and 6b are provided on the source / drain regions 3a and 3b, respectively. As described above, a single MISFET having the fourth terminal is configured.

基板1は少なくともその表面を絶縁性材料とすることが好ましい。但し、ソース・ドレイン領域3aと3bとが互いに短絡しないよう、基板1の表面をソース・ドレイン領域と逆極性(NチャネルMISFETにおいてはP型)とするなら、基板1の表面又は全体を半導体とすることもできる。ソース・ドレイン領域はその全体を半導体とするのが好適であるが、少なくともその一部領域が金属から成っていてもよい。特にチャネル領域と接する領域を金属とすることで、金属ソース・ドレイン型トランジスタとしてもよい。   The substrate 1 is preferably made of an insulating material at least on the surface thereof. However, if the surface of the substrate 1 has a polarity opposite to that of the source / drain regions (P-type in the N-channel MISFET) so that the source / drain regions 3a and 3b are not short-circuited with each other, the surface or the whole of the substrate 1 is made of a semiconductor. You can also The entire source / drain region is preferably a semiconductor, but at least a partial region may be made of metal. In particular, a metal source / drain transistor may be formed by using a metal in a region in contact with the channel region.

次に、本実施形態の動作について説明する。半導体層2aと2bには、第一及び第二ゲート電極の電位が十分高いときにはチャネルが形成され、ソース・ドレイン領域3aと3bとの間が電気的に導通される。第一及び第二ゲート電極の電位が十分低いときにはチャネルが形成されず、ソース・ドレイン領域3aと3bとの間が電気的に遮断される。このようにして、MISFETのオン電流は、各チャネルを流れる電流の和として得ることができる。そして、第一ゲート電極を主ゲート電極とし、第二ゲート電極を閾値電圧制御のための補助ゲート電極、即ち第四の電極とすることができる。補助ゲートの電位を高くすると、主ゲートに対する閾値が下がり、補助ゲートの電位を低くすると、主ゲートに対する閾値が上がる。第一ゲートと第二ゲートの役割は、入れ替えても良い。また、図1のMISFETを、第一のゲート電極をゲート電極とする第一のMISFETと、第二のゲート電極をゲート電極とする第二のMISFETと、の並列接続であると看做して用いることも可能である。   Next, the operation of this embodiment will be described. A channel is formed in the semiconductor layers 2a and 2b when the potentials of the first and second gate electrodes are sufficiently high, and the source / drain regions 3a and 3b are electrically connected. When the potentials of the first and second gate electrodes are sufficiently low, no channel is formed, and the source / drain regions 3a and 3b are electrically disconnected. In this way, the ON current of the MISFET can be obtained as the sum of the currents flowing through the respective channels. The first gate electrode can be a main gate electrode, and the second gate electrode can be an auxiliary gate electrode for threshold voltage control, that is, a fourth electrode. Increasing the potential of the auxiliary gate lowers the threshold value for the main gate, and decreasing the potential of the auxiliary gate increases the threshold value for the main gate. The roles of the first gate and the second gate may be interchanged. Further, the MISFET of FIG. 1 is considered to be a parallel connection of a first MISFET having a first gate electrode as a gate electrode and a second MISFET having a second gate electrode as a gate electrode. It is also possible to use it.

本実施形態によれば、夫々チャネルが形成される複数個の半導体層を相互に離隔するように積層し、且つ、各半導体層の上下に相互に独立な第一のゲート電極と第二のゲート電極とを配置することにより、高集積度、高駆動力に加えて、閾値電圧を可変に制御することができる半導体装置を実現することができる。   According to the present embodiment, a plurality of semiconductor layers each having a channel are stacked so as to be spaced apart from each other, and the first gate electrode and the second gate independent of each other above and below each semiconductor layer. By arranging the electrodes, it is possible to realize a semiconductor device capable of variably controlling the threshold voltage in addition to high integration and high driving force.

また、単純にダブルゲート型MISFET(各半導体層に対して、上下にゲート電極を有する)をN個積み重ねると、ゲート電極の層数は2Nとなる。しかしながら、本実施形態においては、ある一層のゲート電極はその上下の半導体層によって共有される。このため、半導体層がN個の場合、必要なゲート電極の層の数はN+1個で済み、製造工程が低減されると共に、積層された総膜厚も薄くなる。   Further, when N double gate MISFETs (having gate electrodes above and below each semiconductor layer) are simply stacked, the number of gate electrodes is 2N. However, in this embodiment, one layer of gate electrode is shared by the upper and lower semiconductor layers. For this reason, when the number of semiconductor layers is N, the number of necessary gate electrode layers is N + 1, the number of manufacturing steps is reduced, and the total thickness of the stacked layers is reduced.

なお、本実施形態においては、半導体層2aと、その上下に配置されたゲート電極5a、5bとの間にはゲート絶縁膜4が設けられており、同様に、半導体層2bと、その上下に配置されたゲート電極5b、5cとの間にもゲート絶縁膜4が設けられている。しかしながら、バックゲート(プレーナ型FETの基板電位側)に相当するゲート電極と半導体層との間には、必ずしもゲート絶縁膜4を介する構成となっていなくても良い。即ち、基板側に相当するゲート電極と半導体層との間には必ずしもゲート絶縁膜を介する必要はなく、補助ゲート電極としての第二ゲート電極と半導体層との間には、絶縁膜を設けないような構成も可能である。   In the present embodiment, the gate insulating film 4 is provided between the semiconductor layer 2a and the gate electrodes 5a and 5b disposed above and below the semiconductor layer 2a. A gate insulating film 4 is also provided between the arranged gate electrodes 5b and 5c. However, the gate insulating film 4 may not necessarily be interposed between the gate electrode corresponding to the back gate (substrate potential side of the planar FET) and the semiconductor layer. That is, it is not always necessary to provide a gate insulating film between the gate electrode corresponding to the substrate side and the semiconductor layer, and no insulating film is provided between the second gate electrode as the auxiliary gate electrode and the semiconductor layer. Such a configuration is also possible.

また、本実施形態においては、基板側から奇数番目のゲート電極を互いに短絡された第一ゲート電極として構成し、基板側から偶数番目のゲート電極を互いに短絡された第二ゲート電極として構成したが、各ゲート電極を相互に独立な配線に接続し、その印加電圧を独立に制御することもできる。   In the present embodiment, the odd-numbered gate electrodes from the substrate side are configured as the first gate electrodes short-circuited with each other, and the even-numbered gate electrodes from the substrate side are configured as the second gate electrodes short-circuited with each other. The gate electrodes can be connected to mutually independent wirings, and the applied voltage can be controlled independently.

また、図1は半導体層が2層の場合であるが、半導体層が3層ある場合を図2に示す。図2は、本実施形態において、半導体層が3層の場合を示す概念図であり、(a)は図1(a)に相当する断面図、(b)は図1(b)に相当する断面図である。図2(a)及び(b)に示すように、全く同様にして、基板側から奇数番目のゲート電極5b、5dは、導体7aを介して互いに短絡され第一ゲート電極を成し、基板側から偶数番目のゲート電極5a、5cは、導体7bを介して互いに短絡されて第二ゲート電極を成し、奇数番目のゲート電極と偶数番目のゲート電極とは互いに短絡しないようにして、第一ゲート電極と第二ゲート電極とを独立したゲート電極とすることができる。なお、図2においては、図1と同一の構成物には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。半導体層が4層以上ある場合も同様にして実現することができる。このような構成により、更に、集積度と駆動力を向上させることができる。   FIG. 1 shows a case where there are two semiconductor layers. FIG. 2 shows a case where there are three semiconductor layers. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a case where the semiconductor layer has three layers in this embodiment, (a) is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1 (a), and (b) is equivalent to FIG. 1 (b). It is sectional drawing. As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), odd-numbered gate electrodes 5b and 5d from the substrate side are short-circuited to each other via a conductor 7a to form a first gate electrode. The even-numbered gate electrodes 5a and 5c are short-circuited to each other via the conductor 7b to form a second gate electrode, and the odd-numbered gate electrode and the even-numbered gate electrode are not short-circuited to each other. The gate electrode and the second gate electrode can be independent gate electrodes. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The same can be realized when there are four or more semiconductor layers. With such a configuration, the degree of integration and driving force can be further improved.

次に、本実施形態の製造方法について、図3乃至図7を参照して説明する。図3乃至図7は、本実施形態の製造方法を工程順に示す概念図であり、夫々、(c)はその平面図、(a)は(c)におけるA−A断面図、(b)は(c)におけるB−B断面図である。図3及び図4に示すような構造を形成するために、先ず基板上にゲート電極を形成し、次にその上にゲート絶縁膜を形成し、次にその上に半導体層を形成する、というように下から順次MISFETの構成層を形成していく方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、図1に示す半導体層2a及び2bを単結晶に形成することが出来ない。なぜなら、半導体層を堆積する下地はゲート絶縁膜であるが、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜等)は通常非晶質であり、その上に半導体を堆積した場合、半導体は非晶質又は多結晶となる。非晶質又は多結晶をMISFETのチャネル部分に使用することは可能であるが、単結晶に比べて駆動能力及び特性の均一性が著しく劣化する。   Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG. 3 thru | or FIG. 3 to 7 are conceptual diagrams showing the manufacturing method of the present embodiment in the order of steps, where (c) is a plan view thereof, (a) is a cross-sectional view taken along line AA in (c), and (b) is FIG. It is BB sectional drawing in (c). In order to form a structure as shown in FIGS. 3 and 4, first, a gate electrode is formed on a substrate, then a gate insulating film is formed thereon, and then a semiconductor layer is formed thereon. Thus, a method of forming the constituent layers of the MISFET sequentially from the bottom can be considered. However, with such a method, the semiconductor layers 2a and 2b shown in FIG. 1 cannot be formed into a single crystal. This is because the base layer on which the semiconductor layer is deposited is a gate insulating film, but the gate insulating film (silicon oxide film or the like) is usually amorphous, and when a semiconductor is deposited thereon, the semiconductor is amorphous or polycrystalline. It becomes. Although amorphous or polycrystalline can be used for the channel portion of the MISFET, the driving capability and the uniformity of characteristics are significantly deteriorated as compared with the single crystal.

そこで、チャネルを形成する半導体層を単結晶とするため、以下のようにして本実施形態のMISFETを製造することができる。先ず、図3の構造を形成する。即ち、図3に示すように、基板1上に第一材料(例えば、SiGe(シリコンゲルマニウム))から成る半導体層11と、第二材料(例えば、Si(シリコン))から成る半導体層12とが交互に堆積されている。半導体層11と12は共に単結晶である。半導体層12は半導体層11より横方向に後退されている。半導体層12は、後にチャネルが形成される半導体層2a及び2bとなる。また、半導体層11は鋳型として機能する。   Therefore, since the semiconductor layer forming the channel is a single crystal, the MISFET of this embodiment can be manufactured as follows. First, the structure of FIG. 3 is formed. That is, as shown in FIG. 3, a semiconductor layer 11 made of a first material (for example, SiGe (silicon germanium)) and a semiconductor layer 12 made of a second material (for example, Si (silicon)) are formed on the substrate 1. They are alternately deposited. The semiconductor layers 11 and 12 are both single crystals. The semiconductor layer 12 is retracted laterally from the semiconductor layer 11. The semiconductor layer 12 becomes the semiconductor layers 2a and 2b in which channels are formed later. The semiconductor layer 11 functions as a mold.

図3の構造を形成するには、先ず、単結晶の半導体層11が基板1上全面に形成されたSilicon-on-insulator(SOI)基板、又はSilicon Germanium on insulator(SGOI)基板等から出発する。SOI基板又はSGOI基板の製造方法は公知である。例えば、SGOI基板から出発すると、元々SGOI基板上にあったSiGe層が最も下層の半導体層11となる。この上に半導体層12と半導体層11とを順次エピタキシャル成長させる。図3の例では、半導体層12と半導体層11とを夫々2回ずつ堆積する。エピタキシャル成長では、下地半導体結晶の周期性が上層に引き継がれるため、半導体層12と半導体層11は全て単結晶とすることができる。次に、堆積された多層の半導体を、リソグラフィとエッチングを用いるなどして、所望の平面形状に加工する。図3では横長の長方形に加工している。次に半導体層12を選択的に横方向に後退させる。更に、半導体層11と12の全てを埋設するように絶縁体13を堆積して、図3の構造を得る。なお、図3(c)では、下層の様子を示すため、最上層の絶縁体13を透視している。   In order to form the structure of FIG. 3, first, a silicon-on-insulator (SOI) substrate in which a single crystal semiconductor layer 11 is formed on the entire surface of the substrate 1 or a silicon germanium on insulator (SGOI) substrate is used. . A method for manufacturing an SOI substrate or an SGOI substrate is known. For example, when starting from the SGOI substrate, the SiGe layer originally on the SGOI substrate becomes the lowermost semiconductor layer 11. On this, the semiconductor layer 12 and the semiconductor layer 11 are epitaxially grown sequentially. In the example of FIG. 3, the semiconductor layer 12 and the semiconductor layer 11 are deposited twice each. In the epitaxial growth, since the periodicity of the base semiconductor crystal is inherited by the upper layer, the semiconductor layer 12 and the semiconductor layer 11 can all be single crystals. Next, the deposited multilayer semiconductor is processed into a desired planar shape using lithography and etching. In FIG. 3, it is processed into a horizontally long rectangle. Next, the semiconductor layer 12 is selectively retracted in the lateral direction. Further, an insulator 13 is deposited so as to embed all of the semiconductor layers 11 and 12 to obtain the structure of FIG. In FIG. 3C, the uppermost insulator 13 is seen through to show the state of the lower layer.

次に、図4(c)に示す範囲を残すように半導体層11と12、及び絶縁体13を整形する。次に、半導体層11のみを選択的に横方向に後退させて、図4の構造を得る。なお、図4(c)では、下層の様子を示すため、最上層の絶縁体13を透視している。   Next, the semiconductor layers 11 and 12 and the insulator 13 are shaped so as to leave the range shown in FIG. Next, only the semiconductor layer 11 is selectively retracted in the lateral direction to obtain the structure of FIG. In FIG. 4C, the uppermost insulator 13 is seen through to show the state of the lower layer.

次に、再び半導体層11と12を絶縁体14内に埋設する。絶縁体14は絶縁体13の残留部分を含む。次に、絶縁体14に、ソース・ドレイン領域3aと3bを形成するための穴を設け、この穴の中に半導体を埋め込んでソース・ドレイン領域3aと3bを形成する(図5)。ソース・ドレイン領域3aと3bは半導体層12を種とするエピタキシャル成長によって形成することができ、この場合はソース・ドレイン領域3aと3bの少なくとも一部は単結晶とすることができる。ソース・ドレイン領域3aと3bには適宜不純物をイオン注入又は堆積中の不純物混入により不純物ドーピングを行い、ソース・ドレイン領域3aと3bとをN型とする。これにより、図5の構造を得る。なお、図5(c)では、下層の様子を示すため、最上層の絶縁体14を透視している。   Next, the semiconductor layers 11 and 12 are again embedded in the insulator 14. The insulator 14 includes a remaining portion of the insulator 13. Next, holes for forming the source / drain regions 3a and 3b are provided in the insulator 14, and a semiconductor is embedded in the holes to form the source / drain regions 3a and 3b (FIG. 5). The source / drain regions 3a and 3b can be formed by epitaxial growth using the semiconductor layer 12 as a seed. In this case, at least a part of the source / drain regions 3a and 3b can be a single crystal. Impurity doping is appropriately performed on the source / drain regions 3a and 3b by ion implantation or impurity mixing during deposition to make the source / drain regions 3a and 3b N-type. Thereby, the structure of FIG. 5 is obtained. In FIG. 5C, the uppermost insulator 14 is seen through to show the state of the lower layer.

次に、再び半導体層11と12と、ソース・ドレイン領域3aと3bとを、絶縁体15内に埋設する(図6)。次に、絶縁体15に上方から穴を開け、穴の内部に半導体層11の一部が、すべての層について露出するようにする。例えば、図5(c)における円形の二点鎖線部分に基板1に達する穴を開ける。次に、この穴から等方性エッチングにより半導体層11をすべて除去する。次に、半導体層11を除去した後の空洞内の、少なくとも半導体層12の表面上にゲート絶縁膜4を形成する。ゲート絶縁膜4の形成は、半導体層12を酸化すること、又は、絶縁体を化学気相堆積すること、等によって行う。次に、空洞内部をゲート電極材料5によって充填する。次に、絶縁体15に設けた穴の中に形成されたゲート電極材料5を除去し、穴を埋め戻して、図6の構造を得る。   Next, the semiconductor layers 11 and 12 and the source / drain regions 3a and 3b are buried in the insulator 15 again (FIG. 6). Next, a hole is formed in the insulator 15 from above so that a part of the semiconductor layer 11 is exposed in all the layers inside the hole. For example, a hole reaching the substrate 1 is formed in a circular two-dot chain line portion in FIG. Next, the entire semiconductor layer 11 is removed from the hole by isotropic etching. Next, the gate insulating film 4 is formed on at least the surface of the semiconductor layer 12 in the cavity after the semiconductor layer 11 is removed. The gate insulating film 4 is formed by oxidizing the semiconductor layer 12 or chemical vapor deposition of an insulator. Next, the inside of the cavity is filled with the gate electrode material 5. Next, the gate electrode material 5 formed in the hole provided in the insulator 15 is removed, and the hole is backfilled to obtain the structure of FIG.

次に、基板側から奇数番目のゲート電極層を配線に接続するための導体7aと、基板側から偶数番目のゲート電極層を配線に接続するための導体7bとを形成する。先ず、絶縁体15の導体7aを形成すべき箇所に、接続すべき最も下のゲート電極層に達する穴を設ける。次に、穴内部を被覆する絶縁体を堆積し、これを異方性エッチングして絶縁体側壁8aを穴の下部に設ける。次に、穴内部に導体を埋設し、導体7aを形成する。これにより導体7aは奇数番目のゲート電極のみと接続され、偶数番目のゲート電極とは絶縁体側壁8aにより絶縁される。次に、絶縁体15の導体7bを形成すべき箇所に、接続すべき最も下のゲート電極層に達する穴を設ける。次に、穴内部を被覆する絶縁体を堆積し、これを異方性エッチングして絶縁体側壁8bを穴の下部に設ける。次に穴内部に導体を埋設し、導体7bを形成する。これにより導体7bは偶数番目のゲート電極のみと接続され、奇数番目のゲート電極とは絶縁体側壁8bにより絶縁される。また、ソース・ドレイン領域3a、3bを配線に接続するソース・ドレイン用コンタクト導体6a、6bも、絶縁体15に穴を開け、その内部に導体を埋設することで形成する。以上により、図7の構造を得る。図7の構造は、図1の構造と等価であり、半導体層12は半導体層2a、2bに相当し、ゲート電極材料5はゲート電極5a、5b、5cを構成する。   Next, a conductor 7a for connecting the odd-numbered gate electrode layer from the substrate side to the wiring and a conductor 7b for connecting the even-numbered gate electrode layer from the substrate side to the wiring are formed. First, a hole reaching the lowermost gate electrode layer to be connected is provided at a location where the conductor 7a of the insulator 15 is to be formed. Next, an insulator covering the inside of the hole is deposited, and this is anisotropically etched to provide an insulator side wall 8a at the bottom of the hole. Next, a conductor is embedded in the hole to form a conductor 7a. Thus, the conductor 7a is connected only to the odd-numbered gate electrode, and is insulated from the even-numbered gate electrode by the insulator side wall 8a. Next, a hole reaching the lowermost gate electrode layer to be connected is provided at a location where the conductor 7b of the insulator 15 is to be formed. Next, an insulator covering the inside of the hole is deposited, and this is anisotropically etched to provide the insulator side wall 8b at the bottom of the hole. Next, a conductor is embedded in the hole to form a conductor 7b. Thus, the conductor 7b is connected only to the even-numbered gate electrode, and is insulated from the odd-numbered gate electrode by the insulator sidewall 8b. The source / drain contact conductors 6a and 6b for connecting the source / drain regions 3a and 3b to the wirings are also formed by making holes in the insulator 15 and burying the conductors therein. Thus, the structure of FIG. 7 is obtained. The structure of FIG. 7 is equivalent to the structure of FIG. 1, the semiconductor layer 12 corresponds to the semiconductor layers 2a and 2b, and the gate electrode material 5 constitutes the gate electrodes 5a, 5b and 5c.

なお、半導体層11としてSiGe、半導体層12としてSiを用いる場合には、半導体層12を横方向に選択的に後退させて図3の構造を得る工程において、SF、H、及びCFの混合ガスを用いたドライエッチングを用いることができる。また、半導体層11を横方向に選択的に後退させて図4の構造を得る工程において、過酢酸とフッ化水素の混合水溶液を用いたウェットエッチングを用いることができる。また、半導体層11を選択的に除去してゲート電極を埋め込む空洞を形成する工程においても、過酢酸とフッ化水素の混合水溶液を用いたウェットエッチングを用いることができる。When SiGe is used as the semiconductor layer 11 and Si is used as the semiconductor layer 12, SF 6 , H 2 , and CF 4 are used in the step of selectively retracting the semiconductor layer 12 in the lateral direction to obtain the structure of FIG. Dry etching using a mixed gas of can be used. Further, wet etching using a mixed aqueous solution of peracetic acid and hydrogen fluoride can be used in the step of selectively retracting the semiconductor layer 11 in the lateral direction to obtain the structure of FIG. Further, wet etching using a mixed aqueous solution of peracetic acid and hydrogen fluoride can also be used in the step of selectively removing the semiconductor layer 11 and forming a cavity in which the gate electrode is embedded.

本実施形態の製造方法によれば、チャネルが形成される半導体層が単結晶となるように多層チャネル型MISFETを製造することができる。   According to the manufacturing method of this embodiment, a multilayer channel MISFET can be manufactured so that a semiconductor layer in which a channel is formed is a single crystal.

以上は半導体層が2層の場合の製造方法について説明したが、半導体層が3層以上の場合であっても、同様の製造方法を適用することができる。但し、奇数番目又は偶数番目のゲート電極層のみを選択的に接続する導体の形成法は以下に説明するように行えばよい。図8に示すように、先ず、接続をしたい最も下のゲート電極層までコンタクト穴を開ける。次に、最下層から上方に2番目の層までの側面に絶縁体側壁8を形成する。次に、コンタクト穴に導体7を充填する。但し、このとき、導体7は最下層から上方に3番目の層とは接続されるが、上方に4番目の層とは接続されない深さまで充填する。これにより、図8(a)の構造を得る。この後、更に側壁絶縁体を形成し、導体を充填するという工程を行うと、図8(b)の構造を得られる。絶縁体側壁の形成、導体の充填、を更に適宜繰り返せば、任意層数に対して、奇数番目又は偶数番目のゲート電極層のみを選択的に接続する導体の形成が可能である。   The manufacturing method in the case where there are two semiconductor layers has been described above, but the same manufacturing method can be applied even in the case where there are three or more semiconductor layers. However, a method of forming a conductor that selectively connects only odd-numbered or even-numbered gate electrode layers may be performed as described below. As shown in FIG. 8, first, contact holes are made up to the lowest gate electrode layer to be connected. Next, the insulator sidewall 8 is formed on the side surface from the lowermost layer to the second layer upward. Next, the conductor 7 is filled in the contact hole. However, at this time, the conductor 7 is filled up to a depth that is connected to the third layer upward from the lowermost layer but not connected to the fourth layer upward. As a result, the structure shown in FIG. Thereafter, when a step of forming a sidewall insulator and filling the conductor is performed, the structure of FIG. 8B can be obtained. If the formation of the insulator side wall and the filling of the conductor are repeated as appropriate, it is possible to form a conductor that selectively connects only the odd-numbered or even-numbered gate electrode layers with respect to the arbitrary number of layers.

この出願は、2006年8月23日に出願された日本出願特願2006−226821を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。   This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2006-226821 for which it applied on August 23, 2006, and takes in those the indications of all here.

本発明に係る半導体装置は、各種集積回路へ好適に搭載することができる。   The semiconductor device according to the present invention can be suitably mounted on various integrated circuits.

Claims (7)

基板と、この基板上に形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記基板上の前記ソース領域及びドレイン領域間に相互に離隔して積層された複数個のチャネル形成領域と、前記各チャネル形成領域を挟むように形成された複数個のゲート電極と、前記各チャネル形成領域とこれに隣接する1対の前記ゲート電極の少なくとも一方との間に形成されたゲート絶縁膜と、を有し、前記各チャネル形成領域は前記ゲート電極のいずれかによって相互に離間され、前記各チャネル形成領域に隣接する前記ゲート電極同士は相互に短絡されておらず、前記基板側から奇数番目の前記ゲート電極は、第1の共通配線に接続された第1の導体に短絡され、前記基板側から偶数番目の前記ゲート電極は、第2の共通配線に接続された第2の導体に短絡されており、前記ソース領域と前記ドレイン領域とが、前記複数個のチャネル形成領域に亘って夫々連続した半導体領域であり、前記基板側から偶数番目及び奇数番目の前記ゲート電極はそれぞれ複数あり、かつ奇数番目の前記ゲート電極が接続された前記第1の共通配線と偶数番目の前記ゲート電極が接続された前記第2の共通配線とは相互に独立した配線であることを特徴とする半導体装置。 A substrate, a source region and a drain region formed on the substrate, a plurality of channel formation regions stacked on the substrate so as to be spaced apart from each other, and the channel formation regions A plurality of gate electrodes formed so as to sandwich the gate electrode, and a gate insulating film formed between each of the channel forming regions and at least one of the pair of gate electrodes adjacent thereto, Each channel formation region is separated from each other by one of the gate electrodes, the gate electrodes adjacent to each channel formation region are not short-circuited to each other, the odd-numbered gate electrodes from the substrate side, Shorted to the first conductor connected to the first common wiring, the even-numbered gate electrode from the substrate side is short-circuited to the second conductor connected to the second common wiring. Cage, and said source region and said drain region, said a plurality of semiconductor regions each continuous over the channel formation region, the even and odd of the gate electrode from the substrate side is more respectively, and an odd The semiconductor device, wherein the first common wiring to which the th-th gate electrode is connected and the second common wiring to which the even-numbered gate electrodes are connected are independent from each other . 前記各チャネル形成領域とこれに隣接する1対の前記ゲート電極の双方との間に前記ゲート絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film is formed between each of the channel formation regions and a pair of the gate electrodes adjacent to the channel formation region. 相互に隣接する1対の前記チャネル形成領域の間に配置された前記ゲート電極は、前記1対のチャネル形成領域の双方に対して共通のゲート電極であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The gate electrode disposed between a pair of channel formation regions adjacent to each other is a gate electrode common to both of the pair of channel formation regions. Semiconductor device. 前記基板側から奇数番目の前記ゲート電極を相互に短絡する前記第1の導体は、前記基板に立設された第1の絶縁体側壁によって偶数番目の前記ゲート電極から絶縁され、前記基板側から偶数番目の前記ゲート電極を相互に短絡する前記第2の導体は、前記基板に立設された第2の絶縁体側壁によって奇数番目の前記ゲート電極から絶縁されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first conductors that short-circuit the odd-numbered gate electrodes from the substrate side are insulated from the even-numbered gate electrodes by first insulator sidewalls erected on the substrate, and from the substrate side. The second conductor for short-circuiting the even-numbered gate electrodes to each other is insulated from the odd-numbered gate electrodes by a second insulator side wall provided upright on the substrate. 2. The semiconductor device according to 1. 前記チャネル形成領域が単結晶の半導体層からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel formation region is formed of a single crystal semiconductor layer. 第1の材料からなる第1の半導体層と第2の材料からなる第2の半導体層とを基板上に交互に積層する工程と、前記第1及び第2の半導体層を絶縁体内に埋設する工程と、前記第1の半導体層を選択的に除去して前記絶縁体内に空洞を形成する工程と、前記空洞内にゲート電極材料を埋め込む工程と、不要な前記ゲート電極材料を除去してゲート電極を形成する工程と、前記基板側から奇数番目の前記ゲート電極に接続し偶数番目の前記ゲート電極には接続しないように第1の導体を形成する工程と、前記基板側から偶数番目の前記ゲート電極に接続し奇数番目の前記ゲート電極には接続しないように第2の導体を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of alternately stacking a first semiconductor layer made of a first material and a second semiconductor layer made of a second material on a substrate; and burying the first and second semiconductor layers in an insulator. A step of selectively removing the first semiconductor layer to form a cavity in the insulator; a step of embedding a gate electrode material in the cavity; and a gate by removing unnecessary gate electrode material. Forming an electrode; forming a first conductor so as to connect to an odd-numbered gate electrode from the substrate side and not connect to an even-numbered gate electrode; and Forming a second conductor so as to be connected to the gate electrode and not to be connected to the odd-numbered gate electrode . 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とを前記基板上に交互に積層する工程は、前記基板上に形成された単結晶の前記第1の半導体層上に、前記第2の半導体層と前記第1の半導体層とを交互に順次エピタキシャル成長させるものであることを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。 The step of alternately stacking the first semiconductor layer and the second semiconductor layer on the substrate includes the step of stacking the second semiconductor on the single-crystal first semiconductor layer formed on the substrate. 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 , wherein layers and the first semiconductor layer are alternately and epitaxially grown sequentially.
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