JPH10275904A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH10275904A
JPH10275904A JP7782397A JP7782397A JPH10275904A JP H10275904 A JPH10275904 A JP H10275904A JP 7782397 A JP7782397 A JP 7782397A JP 7782397 A JP7782397 A JP 7782397A JP H10275904 A JPH10275904 A JP H10275904A
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Japan
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silicon
silicon substrate
substrate
forming
crystal silicon
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JP7782397A
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Inventor
Kazuya Honma
運也 本間
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transistor which can operate at a high speed and can operate even in a high-frequency domain. SOLUTION: An IGFET(insulated gate field effect transistor) 11 is constituted of source-drain areas 12, agate electrode 13, a gate insulating film 14, and channel areas 15. Each source-drain area 12 is formed in a single-crystal silicon substrate 16, and the gate electrode 13 is formed on the substrate 16 between the source-drain areas 12 through the gate insulating film 14. The channel areas 15 are formed in the substrate 16 below the gate electrode 13. Namely, thin sections 16a and thick sections 16b are alternately formed in the substrate 16 between the source-drain areas 12. In addition, the source-drain areas 12 are connected to each other through the thin and thick sections 16a and 16b, and the thin sections 16a are constituted to function and the channel areas 15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置および半
導体装置の製造方法に係り、詳しくは、シリコン量子細
線の機能を備えた半導体装置およびその製造方法、シリ
コン量子細線をチャネル領域に用いるIGFETを備え
た半導体装置およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a function of a silicon quantum wire, a method of manufacturing the same, and an IGFET using the silicon quantum wire as a channel region. And a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの寸法がナノメータスケー
ルに近づくにつれて、従来のデバイス構造ではLSIの
動作速度の向上に限界が見えはじめている。LSIの動
作速度を向上させるにはキャリア移動度を高くすればよ
く、高キャリア移動度を実現する技術として一次元の量
子デバイスが注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as the size of an LSI approaches the nanometer scale, the improvement of the operation speed of the LSI in the conventional device structure has started to be limited. In order to improve the operation speed of the LSI, it is sufficient to increase the carrier mobility. One-dimensional quantum devices have attracted attention as a technology for realizing high carrier mobility.

【0003】一次元の量子デバイスでは、量子効果が表
れるレベルまで細く形成されたシリコン量子細線と呼ば
れるシリコンの極細線にキャリアを走行させることによ
り、高キャリア移動度を得ることができる。また、キャ
リア移動度の高い一次元の量子デバイスを用いれば、高
周波領域でも動作可能なトランジスタを実現することが
できる。
[0003] In a one-dimensional quantum device, high carrier mobility can be obtained by causing carriers to travel on a silicon ultrafine wire called a silicon quantum wire, which is formed as thin as a quantum effect. When a one-dimensional quantum device with high carrier mobility is used, a transistor that can operate in a high-frequency region can be realized.

【0004】図4に、従来のシリコン量子細線および一
次元の量子デバイスを用いたIGFET(Insulated Ga
te Field Effect Transistor)の製造方法を示す。 工程1(図4(a)参照);単結晶シリコン基板51上
にシリコン酸化膜52を形成し、シリコン酸化膜52上
に単結晶シリコン層53を形成することにより、各部材
(51〜53)から成るSOI(Silicon On Insulato
r)基板54を形成する。次に、単結晶シリコン層53
上に、一定線幅のシリコン酸化膜55を形成する。
FIG. 4 shows an IGFET (Insulated Ga) using a conventional silicon quantum wire and a one-dimensional quantum device.
te Field Effect Transistor). Step 1 (see FIG. 4A); forming a silicon oxide film 52 on a single crystal silicon substrate 51 and forming a single crystal silicon layer 53 on the silicon oxide film 52 SOI (Silicon On Insulato)
r) Form the substrate 54. Next, the single-crystal silicon layer 53
A silicon oxide film 55 having a constant line width is formed thereon.

【0005】工程2(図4(b)参照);エチレンジア
ミン系のエッチング液を用いたウェットエッチング法に
より、シリコン酸化膜55をエッチングマスクとして単
結晶シリコン層53をパターニングする。このとき、エ
ッチング液がシリコン酸化膜55の周縁部から単結晶シ
リコン層53を浸食するオーバーエッチングが起こり、
パターニングされた単結晶シリコン層53から成るシリ
コン細線56の線幅は、シリコン酸化膜55の線幅より
も細くなる。尚、シリコン細線56の両端部(図示略)
は、パターニングされなかった単結晶シリコン層53
(図示略)に繋がっている。
Step 2 (see FIG. 4B): The single-crystal silicon layer 53 is patterned by a wet etching method using an ethylenediamine-based etchant with the silicon oxide film 55 as an etching mask. At this time, overetching occurs in which the etchant erodes the single crystal silicon layer 53 from the periphery of the silicon oxide film 55,
The line width of the fine silicon wire 56 composed of the patterned single crystal silicon layer 53 is smaller than the line width of the silicon oxide film 55. In addition, both ends (not shown) of the silicon thin wire 56
Is a single-crystal silicon layer 53 that has not been patterned
(Not shown).

【0006】工程3(図4(c)参照);エッチング液
としてフッ酸溶液を用いたウェットエッチング法によ
り、シリコン酸化膜55とシリコン細線56の下側のシ
リコン酸化膜52とを除去する。尚、シリコン細線56
の両端部(図示略)は、パターニングされなかった単結
晶シリコン層53(図示略)によって保持されている。
Step 3 (see FIG. 4C): The silicon oxide film 55 and the silicon oxide film 52 below the silicon fine wire 56 are removed by a wet etching method using a hydrofluoric acid solution as an etchant. In addition, the silicon fine wire 56
(Not shown) are held by an unpatterned single-crystal silicon layer 53 (not shown).

【0007】工程4(図4(d)参照);熱酸化法を用
いて、シリコン細線56の外周面にシリコン酸化膜57
を形成する。次に、CVD(Phisical Vapor Depositio
n )法を用いて、シリコン細線56を含むデバイスの全
面にドープドポリシリコン膜58を形成する。
Step 4 (see FIG. 4D): A silicon oxide film 57 is formed on the outer peripheral surface of the silicon fine wire 56 by using a thermal oxidation method.
To form Next, CVD (Phisical Vapor Depositio
A doped polysilicon film 58 is formed on the entire surface of the device including the thin silicon wires 56 by using the n) method.

【0008】その後、シリコン細線56の両端部に繋が
る単結晶シリコン層53(図示略)に不純物イオンを注
入してソース・ドレイン領域(図示略)を形成する。そ
の結果、ドープドポリシリコン膜58をゲート電極と
し、シリコン細線56をチャネル領域とするIGFET
59が完成する。
Thereafter, source / drain regions (not shown) are formed by implanting impurity ions into a single-crystal silicon layer 53 (not shown) connected to both ends of the fine silicon wires 56. As a result, the IGFET using the doped polysilicon film 58 as a gate electrode and the silicon thin wire 56 as a channel region
59 is completed.

【0009】ここで、シリコン細線56の線幅および線
高を量子効果が表れるレベルまで細くすることにより、
シリコン細線56をシリコン量子細線として機能させる
ことができる。そして、IGFET59においては、チ
ャネル領域を構成するシリコン細線56にキャリアを走
行させることにより、高キャリア移動度を得ることがで
きる。その結果、IGFET59の動作速度は速くな
り、加えて高周波領域でも動作可能になる。
Here, by reducing the line width and the line height of the silicon fine line 56 to a level at which the quantum effect appears,
The silicon wire 56 can function as a silicon quantum wire. Then, in the IGFET 59, a high carrier mobility can be obtained by causing the carriers to travel along the thin silicon wires 56 forming the channel region. As a result, the operating speed of the IGFET 59 is increased, and in addition, the IGFET 59 can operate in a high frequency range.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】IGFET59におい
ては、シリコン細線56の外周がシリコン酸化膜57に
よって囲まれている。そのため、シリコン細線56にお
けるキャリアの走行は、シリコン細線56とシリコン酸
化膜57との界面の状態や、シリコン酸化膜57からシ
リコン細線56にかかる応力に影響を受けやすい。
In the IGFET 59, the outer periphery of the thin silicon wire 56 is surrounded by the silicon oxide film 57. Therefore, the traveling of the carriers in the silicon thin wire 56 is easily affected by the state of the interface between the silicon thin wire 56 and the silicon oxide film 57 and the stress applied from the silicon oxide film 57 to the silicon thin wire 56.

【0011】つまり、シリコン細線56とシリコン酸化
膜57との界面準位が必要以上に発生したり、シリコン
酸化膜57からシリコン細線56にかかる応力が大きく
なると、量子効果が表れなくなりシリコン細線56はシ
リコン量子細線として機能しなくなる。その結果、IG
FET59は高キャリア移動度を得ることができなくな
り、動作速度が遅くなる上に、高周波領域では動作不能
になってしまう。
That is, if an interface state between the silicon fine wire 56 and the silicon oxide film 57 is generated more than necessary or the stress applied to the silicon fine wire 56 from the silicon oxide film 57 becomes large, the quantum effect does not appear and the silicon fine wire 56 It no longer functions as a silicon quantum wire. As a result, IG
The FET 59 cannot obtain a high carrier mobility, and its operation speed is reduced, and furthermore, it becomes inoperable in a high frequency region.

【0012】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、以下の目的を有するものである。 1〕シリコン量子細線の機能を備えた半導体装置および
その製造方法を提供する。
The present invention has been made to solve the above problems, and has the following objects. 1] To provide a semiconductor device having the function of a silicon quantum wire and a method of manufacturing the same.

【0013】2〕動作速度が速く高周波領域でも動作可
能なIGFETを備えた半導体装置およびその製造方法
を提供する。
2] Provided is a semiconductor device having an IGFET having a high operating speed and capable of operating even in a high frequency range, and a method of manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、シリコン層に膜厚の薄い部分が線状に形成されたこ
とをその要旨とする。
The gist of the present invention is that a thin portion is formed linearly in a silicon layer.

【0015】請求項2に記載の発明は、SOI基板にお
けるシリコン層に膜厚の薄い部分が線状に形成されたこ
とをその要旨とする。請求項3に記載の発明は、SOI
基板におけるシリコン層に膜厚の薄い部分と厚い部分と
が交互にストライブ状に形成されたことをその要旨とす
る。
The gist of the present invention is that a thin portion is formed in a linear shape in a silicon layer in an SOI substrate. The third aspect of the present invention provides the SOI
The gist is that thin portions and thick portions are alternately formed in a stripe shape in a silicon layer on a substrate.

【0016】請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の
いずれか1項に記載の半導体装置における前記シリコン
層の膜厚の薄い部分をチャネル領域として使用するIG
FETを備えたことをその要旨とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the IG uses a thin portion of the silicon layer as a channel region.
The gist is to provide an FET.

【0017】請求項5に記載の発明は、第1のシリコン
基板に溝を形成する工程と、溝の内部を含む第1のシリ
コン基板の上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にシ
リコン膜を形成する工程と、シリコン膜上に第2のシリ
コン基板を貼り合わせる工程と、第1のシリコン基板に
おける溝が形成された面とは反対側の面を均一に研磨し
て平坦化することにより、第1のシリコン基板と絶縁膜
とから成るSOI基板を形成し、第1のシリコン基板の
溝の底部に膜厚の薄い部分を線状に形成する工程とを備
えたことをその要旨とする。
According to a fifth aspect of the present invention, a step of forming a groove in the first silicon substrate, a step of forming an insulating film on the first silicon substrate including the inside of the groove, A step of forming a silicon film, a step of bonding a second silicon substrate on the silicon film, and a step of uniformly polishing and flattening a surface of the first silicon substrate opposite to a surface on which a groove is formed. Forming an SOI substrate composed of the first silicon substrate and the insulating film, and forming a thin portion linearly at the bottom of the groove of the first silicon substrate. And

【0018】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の半導体装置の製造方法において、前記第1のシリコン
基板における膜厚の薄い部分の上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工
程と、第1のシリコン基板における膜厚の薄い部分を挟
む部分に不純物をドープしてソース・ドレイン領域を形
成する工程とを備えたことをその要旨とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, a step of forming a gate insulating film on a thin portion of the first silicon substrate; The gist of the present invention is that a step of forming a gate electrode on an insulating film and a step of forming a source / drain region by doping an impurity in a portion of the first silicon substrate sandwiching a thin film portion are provided. .

【0019】尚、以下に述べる発明の実施の形態におい
て、特許請求の範囲または課題を解決するための手段に
記載の「シリコン層」は単結晶シリコン基板16に対応
し、同じく「絶縁膜」はシリコン酸化膜17に対応し、
同じく「第1のシリコン基板」は単結晶シリコン基板1
6に対応し、同じく「第2のシリコン基板」は単結晶シ
リコン基板19に対応する。
In the embodiments of the invention described below, the “silicon layer” described in the claims or the means for solving the problems corresponds to the single-crystal silicon substrate 16, and the “insulating film” similarly Corresponding to the silicon oxide film 17,
Similarly, the “first silicon substrate” is a single-crystal silicon substrate 1
6, and the “second silicon substrate” also corresponds to the single crystal silicon substrate 19.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に従って説明する。図1(a)に、本実施形
態のIGFET11の平面図を示す。図1(b)に、図
1(a)のX−X線断面図を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows a plan view of the IGFET 11 of the present embodiment. FIG. 1B is a sectional view taken along line XX of FIG.

【0021】IGFET11は、ソース・ドレイン領域
12、ゲート電極13、ゲート絶縁膜14、チャネル領
域15から構成されている。各ソース・ドレイン領域1
2は単結晶シリコン基板21中に形成されている。
The IGFET 11 includes a source / drain region 12, a gate electrode 13, a gate insulating film 14, and a channel region 15. Each source / drain region 1
2 is formed in a single crystal silicon substrate 21.

【0022】ゲート電極13は、ゲート絶縁膜14を介
して、各ソース・ドレイン領域12間の単結晶シリコン
基板16上に形成されている。チャネル領域15は、ゲ
ート電極13の下側の単結晶シリコン基板16中に形成
されている。すなわち、各ソース・ドレイン領域12間
の単結晶シリコン基板16には、IGFET11のチャ
ネル方向に沿って、膜厚の薄い部分16aと厚い部分1
6bとが交互にストライブ状に形成されている。つま
り、線状の各部分16a,16bによって各ソース・ド
レイン領域12間は繋がれている。そして、膜厚の薄い
部分16aがチャネル領域15として機能するようにな
っている。
The gate electrode 13 is formed on the single-crystal silicon substrate 16 between the source / drain regions 12 via the gate insulating film 14. Channel region 15 is formed in single-crystal silicon substrate 16 below gate electrode 13. That is, the single-crystal silicon substrate 16 between each source / drain region 12 has a thin portion 16 a and a thick portion 1 a along the channel direction of the IGFET 11.
6b are alternately formed in a stripe shape. That is, the source / drain regions 12 are connected by the linear portions 16a and 16b. The thin portion 16a functions as the channel region 15.

【0023】単結晶シリコン基板16において、ゲート
電極13およびゲート絶縁膜14が形成されている面と
は反対側の面には溝33が形成されている。つまり、単
結晶シリコン基板16において、溝33の底部に対応す
る部分が膜厚の薄い部分16aとなり、溝33のない部
分が膜厚の厚い部分16bとなる。
In the single crystal silicon substrate 16, a groove 33 is formed on a surface opposite to a surface on which the gate electrode 13 and the gate insulating film 14 are formed. That is, in the single-crystal silicon substrate 16, a portion corresponding to the bottom of the groove 33 becomes a thin portion 16a, and a portion without the groove 33 becomes a thick portion 16b.

【0024】単結晶シリコン基板16は、シリコン酸化
膜17およびポリシリコン膜18を介して、単結晶シリ
コン基板19上に貼り合わされている。すなわち、単結
晶シリコン基板19上には、突条18aを備えたポリシ
リコン膜18が形成されている。ポリシリコン膜18の
突条18aは、単結晶シリコン基板16の溝33の内部
に嵌合した状態に形成されている。ポリシリコン膜18
上にはシリコン酸化膜17が形成されている。つまり、
ポリシリコン膜18の突条18aの上部には、単結晶シ
リコン基板16の膜厚の薄い部分16aが形成されてい
る。
The single crystal silicon substrate 16 is bonded on a single crystal silicon substrate 19 via a silicon oxide film 17 and a polysilicon film 18. That is, the polysilicon film 18 having the ridge 18a is formed on the single crystal silicon substrate 19. The protrusions 18 a of the polysilicon film 18 are formed so as to fit inside the grooves 33 of the single crystal silicon substrate 16. Polysilicon film 18
A silicon oxide film 17 is formed thereon. That is,
A portion 16a of the single-crystal silicon substrate 16 having a small thickness is formed on the protrusion 18a of the polysilicon film 18.

【0025】次に、IGFET11の製造方法を図2お
よび図3に従って順次説明する。 工程1(図2(a)参照);CVD法またはPVD(Ph
ysical Vapor Deposition )法を用いて、単結晶シリコ
ン基板16上にシリコン酸化膜31(膜厚;100nm)
を形成する。
Next, a method of manufacturing the IGFET 11 will be sequentially described with reference to FIGS. Step 1 (see FIG. 2A): CVD method or PVD (Ph
a silicon oxide film 31 (thickness: 100 nm) on the single crystal silicon substrate 16 by using the ysical vapor deposition method.
To form

【0026】工程2(図2(b)参照);シリコン酸化
膜31上にフォトレジスト膜から成るレジストパターン
32を形成する。 工程3(図2(c)参照);レジストパターン32をエ
ッチングマスクとして用いた異方性エッチング法によ
り、シリコン酸化膜31をパターニングする。次に、パ
ターニングされたシリコン酸化膜31をエッチングマス
クとして用いた異方性エッチング法により、単結晶シリ
コン基板16をエッチングして溝33(幅;0.2μm
、深さ;0.2μm )を形成する。
Step 2 (see FIG. 2B): A resist pattern 32 made of a photoresist film is formed on the silicon oxide film 31. Step 3 (see FIG. 2C): The silicon oxide film 31 is patterned by an anisotropic etching method using the resist pattern 32 as an etching mask. Next, the single crystal silicon substrate 16 is etched by an anisotropic etching method using the patterned silicon oxide film 31 as an etching mask to form a groove 33 (width: 0.2 μm).
, Depth: 0.2 μm).

【0027】工程4(図2(d)参照);レジストパタ
ーン32およびシリコン酸化膜31を除去する。 工程5(図3(a)参照);熱酸化法を用いて、溝33
の内部を含む単結晶シリコン基板16の表面にシリコン
酸化膜17(膜厚;10nm)を形成する。次に、CVD
法またはPVD法を用いて、溝33の内部を含むシリコ
ン酸化膜17上にポリシリコン膜18(膜厚;200n
m)を形成する。このとき、溝33の内部に埋め込まれ
たポリシリコン膜18により、突条18aが形成され
る。
Step 4 (see FIG. 2D): The resist pattern 32 and the silicon oxide film 31 are removed. Step 5 (see FIG. 3A): The grooves 33 are formed by using a thermal oxidation method.
A silicon oxide film 17 (thickness: 10 nm) is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 16 including the inside of the substrate. Next, CVD
The polysilicon film 18 (thickness: 200 n) is formed on the silicon oxide film 17 including the inside of the trench 33 by using the PVD method or the PVD method.
m). At this time, the ridge 18a is formed by the polysilicon film 18 buried inside the groove 33.

【0028】工程6(図3(b)参照);ポリシリコン
膜18の表面を均一に研磨して平坦化する。次に、ポリ
シリコン膜18上に単結晶シリコン基板19を貼り合わ
せる。
Step 6 (see FIG. 3B): The surface of the polysilicon film 18 is uniformly polished and flattened. Next, a single crystal silicon substrate 19 is bonded on the polysilicon film 18.

【0029】工程7(図3(c)参照);単結晶シリコ
ン基板16において、溝33が形成された面とは反対側
の面を均一に研磨して平坦化する。すると、突条18a
の上部の単結晶シリコン基板16の膜厚は、突条18a
のない部分のそれに比べて薄くなる。その結果、単結晶
シリコン基板16には、膜厚の薄い部分16aと厚い部
分16bとが形成される。また、各部材(16〜19)
から成るSOI基板34が形成される。
Step 7 (see FIG. 3C): The surface of the single-crystal silicon substrate 16 opposite to the surface where the grooves 33 are formed is polished and flattened. Then, ridge 18a
The thickness of the single-crystal silicon substrate 16 on the top of
It becomes thinner than that of the part without. As a result, a thin portion 16a and a thick portion 16b are formed on the single crystal silicon substrate 16. In addition, each member (16 to 19)
Is formed.

【0030】工程8(図1参照);単結晶シリコン基板
16上にゲート絶縁膜14を形成する。次に、CVD法
またはPVD法を用いてゲート絶縁膜14上に導電膜を
形成し、その導電膜をパターニングしてゲート電極13
を形成する。続いて、ゲート電極13をイオン注入用マ
スクとして用い、単結晶シリコン基板16に不純物イオ
ンを注入することにより、ソース・ドレイン領域12を
形成する。
Step 8 (see FIG. 1): A gate insulating film 14 is formed on the single crystal silicon substrate 16. Next, a conductive film is formed on the gate insulating film 14 by using the CVD method or the PVD method, and the conductive film is patterned to form the gate electrode 13.
To form Subsequently, source / drain regions 12 are formed by implanting impurity ions into the single crystal silicon substrate 16 using the gate electrode 13 as an ion implantation mask.

【0031】このように本実施形態によれば、以下の作
用および効果を得ることができる。 (1)IGFET11を完全空乏型で動作させる場合、
その閾値電圧は単結晶シリコン基板16の各部分16
a,16bの膜厚に依存する。つまり、単結晶シリコン
基板16において、膜厚の厚い部分16bにはキャリア
が発生しないため反転層が形成されず、膜厚の薄い部分
16aだけにキャリアが発生して反転層が形成される。
そのため、ソース・ドレイン領域12の電圧を制御する
ことにより、単結晶シリコン基板16における膜厚の厚
い部分16bにはほとんどキャリアを走行させることな
く、膜厚の薄い部分16aだけに大量のキャリアを走行
させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following operations and effects can be obtained. (1) When operating the IGFET 11 in a fully depleted type,
The threshold voltage of each portion 16 of the single crystal silicon substrate 16 is
a and 16b. That is, in the single-crystal silicon substrate 16, no inversion layer is formed because no carrier is generated in the thick portion 16b, and carriers are generated only in the thin portion 16a to form an inversion layer.
Therefore, by controlling the voltage of the source / drain region 12, a large amount of carriers travels only in the thin portion 16a, while almost no carriers travel in the thick portion 16b of the single crystal silicon substrate 16. Can be done.

【0032】(2)上記(1)より、単結晶シリコン基
板16における膜厚の薄い部分16aの幅および高さ
(膜厚)を、量子効果が表れるレベルまで細く形成する
ことで、膜厚の薄い部分16aをシリコン量子細線とし
て機能させることができる。
(2) According to the above (1), the width and height (film thickness) of the thin film portion 16a in the single-crystal silicon substrate 16 are reduced to a level at which the quantum effect appears, whereby the film thickness is reduced. The thin portion 16a can function as a silicon quantum wire.

【0033】(3)単結晶シリコン基板16における膜
厚の薄い部分16aの幅は、溝33の幅と等しくなる。
つまり、単結晶シリコン基板16の溝33の幅を調節す
ることにより、膜厚の薄い部分16aの幅を自由に調節
することができる。
(3) The width of the thin portion 16 a of the single crystal silicon substrate 16 is equal to the width of the groove 33.
That is, by adjusting the width of the groove 33 of the single-crystal silicon substrate 16, the width of the thin portion 16a can be freely adjusted.

【0034】また、単結晶シリコン基板16における膜
厚の薄い部分16aの高さ(膜厚)は、工程7における
単結晶シリコン基板16の研磨によって自由に調節する
ことができる。
The height (film thickness) of the thin portion 16 a of the single crystal silicon substrate 16 can be freely adjusted by polishing the single crystal silicon substrate 16 in step 7.

【0035】従って、単結晶シリコン基板16における
膜厚の薄い部分16aの幅および高さは自由に設定する
ことが可能であり、上記(2)の作用および効果を得る
のは容易である。
Accordingly, the width and height of the portion 16a having a small thickness in the single crystal silicon substrate 16 can be freely set, and the operation and effect (2) can be easily obtained.

【0036】(4)単結晶シリコン基板16における膜
厚の薄い部分16aは、IGFET11のチャネル領域
15として機能する。そのため、IGFET11におい
ては、シリコン量子細線として機能するチャネル領域1
5にキャリアを走行させることにより、高キャリア移動
度を得ることができる。その結果、IGFET11の動
作速度は速くなり、加えて高周波領域でも動作可能にな
る。
(4) The thin portion 16 a of the single crystal silicon substrate 16 functions as the channel region 15 of the IGFET 11. Therefore, in the IGFET 11, the channel region 1 functioning as a silicon quantum wire is
By moving the carrier 5, high carrier mobility can be obtained. As a result, the operation speed of the IGFET 11 increases, and in addition, the IGFET 11 can operate even in a high frequency range.

【0037】(5)単結晶シリコン基板16における膜
厚の薄い部分16a(チャネル領域15)は、その下部
にシリコン酸化膜17が配置されている。そのため、チ
ャネル領域15におけるキャリアの走行は、その下部に
配置されたシリコン酸化膜17と単結晶シリコン基板1
6との界面の状態や、シリコン酸化膜17から単結晶シ
リコン基板16にかかる応力から影響を受ける。
(5) The silicon oxide film 17 is arranged under the thin portion 16a (channel region 15) of the single crystal silicon substrate 16. Therefore, the carrier travels in the channel region 15 between the silicon oxide film 17 disposed thereunder and the single crystal silicon substrate 1.
6 and the stress applied from the silicon oxide film 17 to the single crystal silicon substrate 16.

【0038】しかし、単結晶シリコン基板16における
膜厚の薄い部分16aは、その両側にシリコン酸化膜が
配置されていない。そのため、チャネル領域15とシリ
コン酸化膜17との界面準位が必要以上に発生する恐れ
はなく、シリコン酸化膜17からチャネル領域15に過
大な応力がかかることもない。
However, the thin portion 16a of the single crystal silicon substrate 16 has no silicon oxide film disposed on both sides thereof. Therefore, there is no possibility that an interface level between the channel region 15 and the silicon oxide film 17 is generated more than necessary, and no excessive stress is applied to the channel region 15 from the silicon oxide film 17.

【0039】従って、単結晶シリコン基板16における
膜厚の薄い部分16a(チャネル領域15)には量子効
果が安定して表れ、当該部分16aはシリコン量子細線
として確実に機能する。その結果、IGFET11は高
キャリア移動度を安定して得ることができる。
Therefore, the quantum effect appears stably in the thin portion 16a (channel region 15) of the single crystal silicon substrate 16, and the portion 16a reliably functions as a silicon quantum wire. As a result, the IGFET 11 can stably obtain a high carrier mobility.

【0040】(6)単結晶シリコン基板16に溝33を
形成する技術、単結晶シリコン基板16を研磨する技
術、各単結晶シリコン基板16,19を貼り合わせる技
術は、いずれも従来から広く行われている。また、ゲー
ト絶縁膜14,ゲート電極13,ソース・ドレイン領域
12を形成する技術は、一般的なIGFETの製造技術
と同じである。つまり、IGFET11の製造には特別
な技術が不要であり、簡単かつ容易に製造することがで
きる。
(6) The technique of forming the groove 33 in the single-crystal silicon substrate 16, the technique of polishing the single-crystal silicon substrate 16, and the technique of bonding the single-crystal silicon substrates 16 and 19 are all widely used conventionally. ing. The technology for forming the gate insulating film 14, the gate electrode 13, and the source / drain region 12 is the same as the general technology for manufacturing an IGFET. That is, the IGFET 11 does not require any special technology, and can be easily and easily manufactured.

【0041】ところで、単結晶シリコン基板16におけ
る溝33の幅は、0.1〜0.5μm の範囲に設定する
のが適当であり、望ましくは0.1〜0.2μm に設定
するのがよい。この範囲より大きくなると量子効果が表
れなくなるという傾向があり、細くなると溝33自体が
形成されないという傾向がある。
Incidentally, the width of the groove 33 in the single-crystal silicon substrate 16 is suitably set in the range of 0.1 to 0.5 μm, preferably 0.1 to 0.2 μm. . If it is larger than this range, the quantum effect tends not to appear, and if it is thinner, the groove 33 tends not to be formed.

【0042】また、単結晶シリコン基板16における溝
33の深さは、0.2〜1μm の範囲に設定するのが適
当であり、望ましくは0.2〜0.5μm に設定するの
がよい。この範囲より大きくなるとエッチングが困難に
なるという傾向があり、浅くなると量子効果が表れなく
なるという傾向がある。
The depth of the groove 33 in the single-crystal silicon substrate 16 is suitably set in the range of 0.2 to 1 μm, preferably 0.2 to 0.5 μm. If it is larger than this range, etching tends to be difficult, and if it is shallower, the quantum effect tends not to appear.

【0043】そして、単結晶シリコン基板16における
膜厚の薄い部分16aの高さ(膜厚)は、0.1〜0.
5nmの範囲に設定するのが適当であり、望ましくは0.
1〜0.2nmの範囲に設定するのがよい。この範囲より
大きくなるとIGFET11が部分空乏型になり量子効
果が表れなくなるという傾向があり、小さくなるとシリ
コン細線56とシリコン酸化膜57との界面の影響を受
けやすくなるという傾向がある。
The height (thickness) of the portion 16a having a small thickness in the single crystal silicon substrate 16 is in the range of 0.1 to 0.1.
It is appropriate to set it in the range of 5 nm, and preferably, it is set to 0.1 nm.
It is preferable to set the range of 1 to 0.2 nm. If it is larger than this range, the IGFET 11 tends to be partially depleted, and the quantum effect does not appear. If it is smaller, the IGFET 11 tends to be easily affected by the interface between the silicon fine wire 56 and the silicon oxide film 57.

【0044】尚、上記実施形態は以下のように変更して
もよく、その場合でも同様の作用および効果を得ること
ができる。 (1)単結晶シリコン基板16をポリシリコン層または
アモルファスシリコン層に置き代える。
The above embodiment may be modified as follows, and the same operation and effect can be obtained in such a case. (1) The single crystal silicon substrate 16 is replaced with a polysilicon layer or an amorphous silicon layer.

【0045】(2)シリコン酸化膜17をシリコン窒化
膜などの他の絶縁膜に置き代える。 (3)ポリシリコン膜18をアモルファスシリコン膜ま
たはシリコン酸化膜に置き代える。
(2) The silicon oxide film 17 is replaced with another insulating film such as a silicon nitride film. (3) The polysilicon film 18 is replaced with an amorphous silicon film or a silicon oxide film.

【0046】(4)単結晶シリコン基板16の溝33の
幅が狭い場合には、溝33の内部をシリコン酸化膜17
で埋め込み、ポリシリコン膜18の突条18aを省いて
もよい。
(4) When the width of the groove 33 of the single crystal silicon substrate 16 is small, the inside of the groove 33 is covered with the silicon oxide film 17.
And the protrusion 18a of the polysilicon film 18 may be omitted.

【0047】[0047]

【発明の効果】請求項1〜3のいずれか1項に記載の発
明によれば、シリコン量子細線の機能を備えた半導体装
置を提供することができる。すなわち、シリコン層にお
ける膜厚の薄い部分がシリコン量子細線として機能す
る。
According to the invention described in any one of claims 1 to 3, it is possible to provide a semiconductor device having the function of a silicon quantum wire. That is, the thin portion of the silicon layer functions as a silicon quantum wire.

【0048】請求項4に記載の発明によれば、動作速度
が速く高周波領域でも動作可能なIGFETを備えた半
導体装置を提供することができる。すなわち、シリコン
量子細線として機能するシリコン層の膜厚の薄い部分を
チャネル領域として使用するため、動作速度が速く高周
波領域でも動作可能なIGFETを得ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having an IGFET which operates at a high speed and can operate even in a high frequency range. That is, since a thin portion of the silicon layer functioning as a silicon quantum wire is used as a channel region, an IGFET that operates at a high speed and can operate even in a high-frequency region can be obtained.

【0049】請求項5に記載の発明によれば、シリコン
量子細線の機能を備えた半導体装置の製造方法を提供す
ることができる。請求項6に記載の発明によれば、動作
速度が速く高周波領域でも動作可能なIGFETを備え
た半導体装置の製造方法を提供することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device having the function of a silicon quantum wire. According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device having an IGFET which operates at a high speed and can operate even in a high frequency range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)は一実施形態の平面図。図1(b)
は図1(a)のX−X線断面図。
FIG. 1A is a plan view of one embodiment. FIG. 1 (b)
2 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図2】一実施形態の製造工程を説明するための断面
図。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the embodiment.

【図3】一実施形態の製造工程を説明するための断面
図。
FIG. 3 is a sectional view for explaining a manufacturing process of the embodiment.

【図4】従来の形態の製造工程を説明するための断面
図。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a conventional manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…IGFET 12…ソース・ドレイン領域 13…ゲート電極 14…ゲート絶縁膜 15…チャネル領域 16…シリコン層または第1のシリコン基板としての単
結晶シリコン基板 17…絶縁膜としてのシリコン酸化膜 18…ポリシリコン膜 19…第2のシリコン基板としての単結晶シリコン基板 33…溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... IGFET 12 ... Source / drain region 13 ... Gate electrode 14 ... Gate insulating film 15 ... Channel region 16 ... Single-crystal silicon substrate as a silicon layer or a first silicon substrate 17 ... Silicon oxide film as an insulating film 18 ... Poly Silicon film 19 ... Single-crystal silicon substrate as second silicon substrate 33 ... Groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 622 626C ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/78 622 626C

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン層に膜厚の薄い部分が線状に形
成された半導体装置。
1. A semiconductor device in which a thin portion is formed linearly in a silicon layer.
【請求項2】 SOI基板におけるシリコン層に膜厚の
薄い部分が線状に形成された半導体装置。
2. A semiconductor device in which a thin portion is formed linearly in a silicon layer of an SOI substrate.
【請求項3】 SOI基板におけるシリコン層に膜厚の
薄い部分と厚い部分とが交互にストライブ状に形成され
た半導体装置。
3. A semiconductor device in which thin portions and thick portions are alternately formed in a silicon layer on an SOI substrate in a stripe shape.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半
導体装置における前記シリコン層の膜厚の薄い部分をチ
ャネル領域として使用するIGFETを備えた半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an IGFET using a thin portion of said silicon layer as a channel region.
【請求項5】 第1のシリコン基板に溝を形成する工程
と、 溝の内部を含む第1のシリコン基板の上に絶縁膜を形成
する工程と、 絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程と、 シリコン膜上に第2のシリコン基板を貼り合わせる工程
と、 第1のシリコン基板における溝が形成された面とは反対
側の面を均一に研磨して平坦化することにより、第1の
シリコン基板と絶縁膜とから成るSOI基板を形成し、
第1のシリコン基板の溝の底部に膜厚の薄い部分を線状
に形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a groove in the first silicon substrate, a step of forming an insulating film on the first silicon substrate including the inside of the groove, and a step of forming a silicon film on the insulating film Bonding a second silicon substrate on the silicon film, and uniformly polishing and flattening a surface of the first silicon substrate opposite to a surface on which the groove is formed, thereby forming a first silicon substrate. Forming an SOI substrate comprising a substrate and an insulating film,
Forming a thin portion in a linear shape at the bottom of the groove of the first silicon substrate in a linear manner.
【請求項6】 請求項5に記載の半導体装置の製造方法
において、 前記第1のシリコン基板における膜厚の薄い部分の上に
ゲート絶縁膜を形成する工程と、 ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 第1のシリコン基板における膜厚の薄い部分を挟む部分
に不純物をドープしてソース・ドレイン領域を形成する
工程とを備えた半導体装置の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a step of forming a gate insulating film on the thin portion of the first silicon substrate; and forming a gate electrode on the gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming; and a step of forming a source / drain region by doping an impurity into a portion of a first silicon substrate which sandwiches a thin film portion.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012212913A (en) * 2004-09-07 2012-11-01 Samsung Electronics Co Ltd Field effect transistor having wire channel and manufacturing method thereof

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