JPH0750421A - Mos形電界効果トランジスタ - Google Patents

Mos形電界効果トランジスタ

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JPH0750421A
JPH0750421A JP6115848A JP11584894A JPH0750421A JP H0750421 A JPH0750421 A JP H0750421A JP 6115848 A JP6115848 A JP 6115848A JP 11584894 A JP11584894 A JP 11584894A JP H0750421 A JPH0750421 A JP H0750421A
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JP6115848A
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Franz Dr Neppl
ネツプル フランツ
Josef Dr Winnerl
ウインネルル ヨーゼフ
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Siemens AG
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
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    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
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    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66787Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel
    • H01L29/66795Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET

Abstract

(57)【要約】 【目的】 完全空乏化CMOSトランジスタとしてSO
I基板上に容易に形成することのできる極小寸法の電界
効果トランジスタを提供する。 【構成】 SOI基板のシリコン層からエッチングされ
たブリッジ4内にゲート金属化部5を締め金状に囲むチ
ャネル領域を形成するが、その際MOS形電界効果トラ
ンジスタを形成するために誘電層6をゲート金属化部5
とブリッジ4との間に施し、ソース及びドレイン領域を
ドーピング部7により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMOS形電界効果トラン
ジスタ、特にSOI基板上に配置された完全に空乏化さ
れたCMOSトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】完全に空乏化された(fully de
pleted)CMOSトランジスタは、0.25μm
以内のチャネル長さで150nm以下の極薄シリコン層
を有するSOI(Silicon on Insula
tor=絶縁物上シリコン)基板の表面に形成される。
この場合使用できるシリコン容積は生じる空乏帯域より
も小さく、従ってトランジスタは完全に空乏化されてい
る。これらの薄いシリコン層はSIMOX法或は基板の
ウェハボンディングにより形成される。SIMOX基板
は薄いシリコン層に良好な均一性を与えるが、しかしシ
リコンと絶縁物との界面は中程度の品質を有するに過ぎ
ない。従ってMOS形電界効果トランジスタの特性に悪
影響を及ぼしかねない。ウェハボンディングでは最適の
シリコン/酸化物界面が得られる。しかしながらシリコ
ンからなる極薄表面層を最も僅かな公差で形成する場合
にその研磨処理法には極めて大きな問題を含んでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、特に
完全空乏化CMOSトランジスタとしてSOI基板上に
容易に形成することのできる極小寸法の電界効果トラン
ジスタを提供することにある。
【0004】この課題は請求項1の特徴部分を有する電
界効果トランジスタにより解決される。
【0005】本発明による電界効果トランジスタはSO
I基板上に垂直に配設されている。SOI基板のシリコ
ン層から形成されたこの電界効果トランジスタの半導体
物質は、シリコン層の材料がその周囲では完全に絶縁層
(酸化物層)上から除かれているため、幅の狭いブリッ
ジの形をしている。チャネル領域及びソース及びドレイ
ン領域はこのブリッジ内に適切なドーピングにより形成
されている。金属化部、特にゲート電極は締め金状にブ
リッジを囲む金属接触部である。ゲートの長さはゲート
金属化部の幅により決定される。ゲート電極はチャネル
領域と共にブリッジの両側にあるため、チャネルは両側
から締め付けられあるいは解かれている。従って完全に
空乏化されたCMOSトランジスタを得るのには、チャ
ネル領域の層厚が通常装置では基板の表面に対して同一
平面層内にあるのに比べてブリッジの幅は大きくてもよ
い。その際SOI基板のシリコン層の厚さに対する要求
はこの厚さがトランジスタの内幅を決定するのみで、空
乏化されたチャネル領域の形成には影響しないためそれ
ほど厳密なものではない。
【0006】
【実施例】本発明を実施例及び図面に基づき以下に詳述
する。
【0007】トランジスタの構造を製造工程に基づき詳
述する。絶縁層2及びその上に配設されたシリコン層3
を有する基板1上に各トランジスタとしてこのシリコン
層3からブリッジ4をエッチングにより形成する(図1
参照)。基板1は通常のものよりも明らかに厚いシリコ
ンからなる表面層を有するSOI基板が使用される。図
1ではブリッジ4は例えば異方性エッチングにより絶縁
層2(例えばSiO2からなる)の表面に達するまでエ
ッチングされている。ブリッジ4の高さhは例えば0.
5μm〜1μmのシリコン層3の厚さに相当する。ブリ
ッジ4の幅bは完全空乏化トランジスタを形成する場合
には0.3μm以下であると有利である。絶縁層2はこ
の製造工程時にエッチングストッパの役目をする。ブリ
ッジ4は有利には100方位の長手方向にあり、モノシ
リコンである。図2によればブリッジ4はその全表面上
にゲート誘電体として誘電層6を備えている。これは誘
電層6の均一な厚さをその稜にももたらす例えばRTO
(rapid thermal oxidation=
急速熱酸化)による表面酸化で形成することができる。
引続きゲート金属化部5が通常のマスク法を使用してブ
リッジ4上に施される。このゲート金属化部5は図2に
示されているようにブリッジ4をそのほぼ中央で締め金
状に囲んでいる。
【0008】次にソース及びドレイン領域が例えばイオ
ン注入により比較的大きな角度でブリッジ4の長手側壁
内にドーピングされる。ドーピングは気相から行っても
よい。この注入は図3に矢印により示してある。このよ
うにしてドープされた領域7がブリッジ4内に生じまた
ドープ領域8が図3の示してあるもとのシリコン層3の
残りの材料中に形成される。ブリッジ4の幅はこのトラ
ンジスタ構造では使用できるトランジスタの深さ、即ち
トランジスタの通常の構造に予め設けられている活性層
構造の厚さに相当する。ゲート金属化部5が特殊な形状
である場合トランジスタの制御は両側から行われるた
め、チャネル内の空乏帯域は2倍の深さになる。従って
ブリッジの幅は従来構造のトランジスタの深さのように
全く僅かである必要はない。シリコン層3(これからブ
リッジ4はエッチングにより形成された)の厚さは、ト
ランジスタの幅(チャネルの幅)のみを決定するもので
あり、比較的問題にはならない。従って製造時の公差を
それほど厳密に守る必要はなくなる。CMOS構造物
(これについては例えばスツェ(S.M.Sze)著
「半導体デバイス(Semiconductor De
vices)」Wiley出版、1985年、第492
〜497頁参照)を形成するのにNMOS及びPMOS
用ブリッジをまず適当に予めドープしてもよい。ソース
及びドレイン領域は両トランジスタ型に対して選択して
別々に形成しなければならない。最後に表面を誘電層1
0(図4参照)で覆い、平坦化する。この層は例えば絶
縁酸化物(例えばSiO2)であってもよい。全体の平
坦化を容易に行うにはモノシリコンからブリッジ4を形
成する際に図4中右側に見られるように活性ではない範
囲内にもとのシリコン層3の比較的大きな面をそのまま
残してもよい。ソース領域及びドレイン領域に対する接
触孔を誘電層10内にエッチングし、それらの開口部に
金属、例えばタングステンを満たす。この種の金属化部
9は図4に示してある。この金属化部9は同様にブリッ
ジ4を締め金状に囲むようにして形成されている。表面
の金属は場合によっては逆エッチングされるか又は研磨
により平坦化される。図4には分かり易くするためゲー
ト金属化部5の一方の側のみにもう1つの金属化部9が
示されている。この平坦なカバー層10及びこれらの金
属化部の平坦な表面によってこのトランジスタ構造物の
表面が場合によっては設けられるもう1つの導体路に対
して平坦化される。
【0009】ゲート金属化物をエッチングする際に高度
に要求される選択性に関する問題は、ブリッジの上側に
図5に示されるようにもう1つの比較的厚い誘電層11
(例えばSiO2)を施すことにより解決される。こう
することにより更にブリッジの稜部の時には問題となる
トランジスタ部分が排除される。ゲート金属化部5を施
した後このもう1つの誘電層11を以前にブリッジに施
された誘電層6と共にゲート金属化部5の側方で除去す
る。
【0010】選択性の問題を完全に回避するもう1つの
方法について以下に記載する。このゲート金属化部5を
後から構造化することは、この金属化部が予定の範囲の
みに施されている場合には必要ではない。これは例えば
図6によればブリッジ4を完全に覆う平坦な補助層10
を全面的に施すことにより行われる。この補助層10を
マスク層11を使用して構造化する。補助層10を例え
ば図6に示されている矢印の方向にそのゲート領域を異
方性エッチングする。これにより生じる開口をゲート金
属化物の材料で満たす。更にこの補助層10はトランジ
スタを更に加工するために除去される。余分の金属を前
もって例えば逆エッチング又は化学機械的研磨より除去
する。この方法で極めて短いゲート長さ(即ち幅の狭い
ゲート金属化部)が腐食性リソグラフィーを使用せずに
CARL及び類似の方法により得られる。
【0011】本発明による電界効果トランジスタ構造は
種々のトランジスタ構造に容易に変形可能である。特に
MOS形電界効果トランジスタ用に予め準備された誘電
層6を省略(MES電界効果トランジスタ)するか、或
は他の層と代替することもできる。垂直なCMOS形電
界効果トランジスタの製造方法は完全空乏化トランジス
タのためのSOI技術のあらゆる利点を備えている。し
かしMOS形電界効果トランジスタの一定の電流ゲイン
を得るための所要空間は明らかに減少される。これはS
OI基板の問題のある極薄シリコン層を全く必要としな
い。シリコン層と酸化物層との界面への影響は面部分
(狭いブリッジ)が僅かであることから少ない。更にこ
の方法は使用されるシリコン層が比較的厚いために、場
合によってはこのシリコン層のより大きな残留範囲内に
形成される標準−容量機能素子と結合することができ
る。この種の機能素子は例えばCMOSのようなシリコ
ントランジスタ、バイポーラトランジスタ又は特殊なE
SD構造物である。本発明による電界効果トランジスタ
はそれぞれの要求に応じて変形可能であり、その際その
都度形成されるチャネル領域の垂直な配設をSOI基板
の半導体層のブリッジとして容易に達成することを保証
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板上に絶縁層及びその上のシリコン層からエ
ッチングにより形成されたブリッジを有する本発明の1
実施例の電界効果トランジスタの断面図。
【図2】ブリッジを締め金状に囲むゲート金属化部を施
された電界効果トランジスタの断面図。
【図3】ソース及びドレイン領域をイオン注入によりド
ーピングした電界効果トランジスタの断面図。
【図4】表面を誘電層で覆われた電界効果トランジスタ
の断面図。
【図5】ブリッジの上側にもう1つの誘電層を施した電
界効果トランジスタの断面図。
【図6】ブリッジを全面的に覆う補助層及びその上にマ
スク層を施し異方性エッチングした電界効果トランジス
タの断面図。
【符号の説明】
1 基板 2 絶縁層 3 シリコン層 4 ブリッジ 5 ゲート金属化部 6 誘電層 7、8 ドープ領域 9 もう1つの金属化部 10 もう1つの誘電層 11 マスク層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/08 331 E 8934−4M

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート用チャネル領域を半導体物質から
    なるブリッジ(4)の3つの表面に形成し、このブリッ
    ジ(4)の長手方向に対して横方向にブリッジ(4)を
    締め金状に囲むゲート金属化部(5)を備え、ブリッジ
    (4)内のこのゲートの両側にソース領域及びドレイン
    領域を形成し、ソース領域及びドレイン領域上にソース
    接触部及びドレイン接触部として金属化部を施すことを
    特徴とするMOS形電界効果型トランジスタ。
  2. 【請求項2】 ブリッジ(4)の半導体物質とゲート金
    属化部(5)との間に誘電層(6)を備えていることを
    特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 電界効果トランジスタを完全空乏化CM
    OSトランジスタとして形成するためブリッジ(4)の
    幅を極めて狭くすることを特徴とする請求項2記載の電
    界効果トランジスタ。
  4. 【請求項4】 ブリッジ(4)をSOI基板のシリコン
    層中に形成することを特徴とする請求項1ないし3の1
    つに記載の電界効果トランジスタ。
  5. 【請求項5】 シリコン層がブリッジ(4)の周囲では
    完全に除かれていることを特徴とする請求項4記載の電
    界効果トランジスタ。
  6. 【請求項6】 ブリッジ(4)の高さ(h)が0.5μ
    m〜1μmであり、ブリッジ(4)の幅(b)が0.0
    5μm〜0.3μmであることを特徴とする請求項1な
    いし5の1つに記載の電界効果トランジスタ。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6の1つに記載の電界効
    果トランジスタが他の機能素子と統合されている半導体
    デバイス。
JP6115848A 1993-05-06 1994-05-02 Mos形電界効果トランジスタ Withdrawn JPH0750421A (ja)

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