JP6970338B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は第1の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。図1には、第1の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図を模式的に示している。
図2〜図7は第1の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。図2(A)及び図2(B)、図3(A)及び図3(B)、図4(A)及び図4(B)、図5(A)及び図5(B)、図6(A)及び図6(B)並びに図7(A)及び図7(B)にはそれぞれ、第1の実施の形態に係る半導体装置の形成工程の要部断面図を模式的に示している。
図8及び図9は第1の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。図8には、第1の実施の形態に係る半導体装置の要部斜視図(鳥瞰図)を模式的に示している。図9には、第1の実施の形態に係る半導体装置の要部平面図を模式的に示している。
チャネル領域16及びチャネル領域26のZ方向の位置が同一又は同等である半導体装置100の平面レイアウトの説明図を図11(A)に、チャネル領域16及びチャネル領域26のZ方向の位置が異なる半導体装置1Aの平面レイアウトの説明図を図11(B)に、それぞれ示す。
次に、第2の実施の形態について説明する。
図12に示す半導体装置1Bは、段差を有する基板30上に、Z方向に延伸された同一又は同等直径のナノワイヤ半導体11及びナノワイヤ半導体21を用いたナノワイヤデバイス10及びナノワイヤデバイス20が設けられた3次元集積回路構造を有する。半導体装置1Bは、このような点で、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1Aと相違する。
図13〜図18は第2の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例を示す図である。図13(A)及び図13(B)、図14(A)及び図14(B)、図15(A)及び図15(B)、図16(A)及び図16(B)、図17(A)及び図17(B)並びに図18(A)及び図18(B)にはそれぞれ、第2の実施の形態に係る半導体装置の形成工程の要部断面図を模式的に示している。
図19及び図20は第2の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。図19には、第2の実施の形態に係る半導体装置の要部斜視図(鳥瞰図)を模式的に示している。図20には、第2の実施の形態に係る半導体装置の要部平面図を模式的に示している。
次に、第3の実施の形態について説明する。
図21に示す半導体装置1Cでは、段差を有する基板30として、下地半導体層34、i型半導体層35、n型半導体層36、i型半導体層37及びn型半導体層38の積層構造を有する基板が用いられる。半導体装置1Cは、このような点で、上記第2の実施の形態で述べた半導体装置1Bと相違する。
上記のような構成を有する半導体装置1Cの形成方法について述べる。
即ち、図23(A)に示すように、開口部51を有する絶縁膜50が形成され、開口部51に触媒金属60が形成され(図13(B))、n型半導体層36及びn型半導体層38(活性層31)の上にそれぞれ、ナノワイヤ半導体11及びナノワイヤ半導体21が成長される(図14(A))。
尚、ここでは、基板30のn型半導体層36及びn型半導体層38にn型GaAsエピタキシャル層を用い、これらの間に介在されるi型半導体層37にi型GaAsエピタキシャル層を用いる例を示した。このほか、i型半導体層37に、n型半導体層36及びn型半導体層38とは異なる半導体材料、例えばインジウムガリウムリン(InGaP)を用いることもできる。このようにすると、上記図22(A)の工程でエッチングにより段差を形成する際、n型半導体層36及びn型半導体層38とのエッチング選択性を利用し、所定の長さ及び高さdの段差を、精度良く形成することが可能になる。
図24は第4の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。図24には、第4の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図を模式的に示している。
次に、第5の実施の形態について説明する。
図25に示す半導体装置1Eは、1本のナノワイヤ半導体11に2つのトランジスタ10a及びトランジスタ10bが設けられ、1本のナノワイヤ半導体21に2つのトランジスタ20a及びトランジスタ20bが設けられた構成を有する。
ナノワイヤデバイス10及びナノワイヤデバイス20がそれぞれ備えるトランジスタ10a及びトランジスタ20aは、上記のようなTFETに限らず、MOS電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)等でもよい。ここでは一例として、MOSFETを採用した例を第6の実施の形態として説明する。
図26に示す半導体装置1Fは、ナノワイヤデバイス10及びナノワイヤデバイス20がそれぞれ備えるトランジスタ10a及びトランジスタ20aとして、MOSFETが用いられた構成を有する。
図27は第7の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。図27には、第7の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図を模式的に示している。
また、半導体装置1Gにおいて、上記第4の実施の形態(図24)で述べた例に従い、高位置の面33上に、ナノワイヤ半導体11よりも直径の小さいナノワイヤ半導体21を設け、これを用いてナノワイヤデバイス20を形成してもよい。
上記第1〜第7の実施の形態で述べたような半導体装置1A〜1G等は、各種電子機器に搭載することができる。例えば、コンピュータ(パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等)、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器に搭載することができる。
図28に示すように、例えば上記第1の実施の形態で述べたような半導体装置1A(図1等)が各種電子機器70に搭載(内蔵)される。
10,20,20c,110,120,120c ナノワイヤデバイス
10a,10b,20a,20b トランジスタ
11,21 ナノワイヤ半導体
11a,21a 接合界面
12,22 ドレイン領域
12a,22a ドレイン電極
12b ドレイン配線
13,23 ソース領域
13a,23a ソース電極
13b ソース配線
14,24 ゲート絶縁膜
15,25 ゲート電極
15a,25a ゲート配線
16,26 チャネル領域
30 基板
31 活性層
32,33 面
34 下地半導体層
35,37 i型半導体層
36,38 n型半導体層
39 不活性層
40,41,42,43,44 絶縁層
50 絶縁膜
51 開口部
60 触媒金属
70 電子機器
Claims (10)
- 基板と、
前記基板の上面上に配置され、前記基板の前記上面から上方に延伸された第1半導体を備え、前記第1半導体内に、前記第1半導体の延伸方向に対向する第1ドレイン領域及び第1ソース領域、並びに前記第1ドレイン領域と前記第1ソース領域との間の第1チャネル領域を有する第1トランジスタと、
前記基板の前記上面上に配置され、前記基板の前記上面から上方に延伸された第2半導体を備え、前記第2半導体内に、前記第2半導体の延伸方向に対向する第2ドレイン領域及び第2ソース領域、並びに前記第2ドレイン領域と前記第2ソース領域との間で且つ前記第1チャネル領域よりも上方に位置する第2チャネル領域を有する第2トランジスタと
を含み、
前記第1チャネル領域と前記基板との間に設けられる前記第1ドレイン領域又は前記第1ソース領域の下端が、前記基板の前記上面と接し、前記第2チャネル領域と前記基板との間に設けられる前記第2ドレイン領域又は前記第2ソース領域の下端が、前記基板の前記上面と接することを特徴とする半導体装置。 - 前記第1トランジスタは、前記第1チャネル領域の周囲に第1ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を有し、前記第1ゲート電極から前記第1半導体の延伸方向と直交する方向に第1配線が引き出され、
前記第2トランジスタは、前記第2チャネル領域の周囲に第2ゲート絶縁膜を介して第2ゲート電極を有し、前記第2ゲート電極から前記第2半導体の延伸方向と直交する方向に第2配線が引き出されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1ドレイン領域及び前記第2ドレイン領域は、第1導電型であり、
前記第1ソース領域及び前記第2ソース領域は、第2導電型であり、
前記第1チャネル領域は、前記第1ドレイン領域と前記第1ソース領域との接合界面を含み、
前記第2チャネル領域は、前記第2ドレイン領域と前記第2ソース領域との接合界面を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記第1ドレイン領域及び前記第1ソース領域、並びに前記第2ドレイン領域及び前記第2ソース領域は、第1導電型であり、
前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、第2導電型であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記第2半導体は、平面視で前記第1半導体よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記基板は、前記上面として、第1面と、前記第1面よりも上方に位置する第2面とを有し、
前記第1半導体は、前記第1面上に設けられ、
前記第2半導体は、前記第2面上に設けられることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記第1チャネル領域は、前記第2面よりも上方に位置することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記第2チャネル領域は、前記第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域上に設けられた前記第1ドレイン領域又は前記第1ソース領域の上端との間に位置することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
- 基板の上面上に、前記基板の前記上面から上方に延伸された第1半導体を備え、前記第1半導体内に、前記第1半導体の延伸方向に対向する第1ドレイン領域及び第1ソース領域、並びに前記第1ドレイン領域と前記第1ソース領域との間の第1チャネル領域を有する第1トランジスタを形成する工程と、
前記基板の前記上面上に、前記基板の前記上面から上方に延伸された第2半導体を備え、前記第2半導体内に、前記第2半導体の延伸方向に対向する第2ドレイン領域及び第2ソース領域、並びに前記第2ドレイン領域と前記第2ソース領域との間で且つ前記第1チャネル領域よりも上方に位置する第2チャネル領域を有する第2トランジスタを形成する工程と
を含み、
前記第1チャネル領域と前記基板との間に設けられる前記第1ドレイン領域又は前記第1ソース領域の下端が、前記基板の前記上面と接し、前記第2チャネル領域と前記基板との間に設けられる前記第2ドレイン領域又は前記第2ソース領域の下端が、前記基板の前記上面と接することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1トランジスタを形成する工程、及び前記第2トランジスタを形成する工程は、
前記基板の前記上面上に、前記第1ドレイン領域又は前記第1ソース領域となる第1半導体結晶部、及び前記第2ドレイン領域又は前記第2ソース領域となる第2半導体結晶部を成長させる工程と、
前記第1半導体結晶部上及び前記第2半導体結晶部上にそれぞれ、前記第1ソース領域又は前記第1ドレイン領域となる第3半導体結晶部、及び前記第2ソース領域又は前記第2ドレイン領域となる第4半導体結晶部を成長させる工程と
を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
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