JPH10290005A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH10290005A
JPH10290005A JP9400497A JP9400497A JPH10290005A JP H10290005 A JPH10290005 A JP H10290005A JP 9400497 A JP9400497 A JP 9400497A JP 9400497 A JP9400497 A JP 9400497A JP H10290005 A JPH10290005 A JP H10290005A
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gate electrode
forming
insulating film
semiconductor device
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the defocus margin for lithography for securing flatness, by suppressing the fluctuation in the threshold voltage when the gate length is shortened by providing a shallow junction. SOLUTION: A semiconductor device is provided with a gate electrode 30 arranged from a channel forming region through the intermediary of a gate insulating film 20 and source drain regions 12 arranged in a trench inside a semiconductor substrate 10 through the intermediary of the gate insulating film 20 to be connected to the channel forming region. Besides, the film thickness of the source drain regions 12 is specified equivalent to that of the gate electrode 30 or less. Through these procedures, a field effect transistor capable of running a current in the source drain regions 12 passing through the channel region formed in the channel forming region can be manufactured.

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及びその
製造方法に関し、特に電界効果トランジスタを有する半
導体装置及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a field effect transistor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化と微細化に
伴い、絶縁ゲート電界効果トランジスタ、例えばMOS
FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tra
nsistor )のゲート長の短縮化が進んでいる。
2. Description of the Related Art With the recent trend toward higher integration and miniaturization of semiconductor devices, insulated gate field effect transistors such as MOS
FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tra)
nsistor) gate length has been reduced.

【0003】従来から使用されているMOSFET構造
の断面図の例を図11に示す。図示しない素子分離絶縁
膜で区切られた例えばp型の半導体基板10の活性領域
上に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜20を
介して例えばn型不純物を含有するポリシリコンからな
るゲート電極30が形成されており、その両側部に例え
ば酸化シリコンからなるLDDサイドウォール絶縁膜2
1が形成されている。ゲート電極の両側部の半導体基板
10中には例えばn型不純物を高濃度に含有するソース
・ドレイン拡散層12が形成されており、その内側には
例えばn型不純物を低濃度に含有するLDD(Lightly
Doped Drain )拡散層が形成されている。
FIG. 11 shows an example of a cross-sectional view of a conventionally used MOSFET structure. A gate electrode 30 made of, for example, polysilicon containing an n-type impurity is formed on an active region of, for example, a p-type semiconductor substrate 10 separated by an element isolation insulating film (not shown) via a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide. LDD sidewall insulating film 2 made of, for example, silicon oxide on both sides thereof
1 is formed. A source / drain diffusion layer 12 containing, for example, a high concentration of n-type impurities is formed in the semiconductor substrate 10 on both sides of the gate electrode, and an LDD (for example, containing a low concentration of n-type impurities) is formed inside the semiconductor substrate 10. Lightly
Doped Drain) A diffusion layer is formed.

【0004】上記のMOSFETは、ゲート電極30に
電圧を印加し、基板と反対極性の電荷を半導体基板10
表面に誘起し、ソース・ドレイン拡散層12間の半導体
基板10表面に電流経路となるチャネルを形成し、ドレ
イン拡散層に与える電圧によってソース拡散層から注入
される電荷を電流として取り出すものである。
In the above-mentioned MOSFET, a voltage is applied to the gate electrode 30 and charges of the opposite polarity to the substrate are charged to the semiconductor substrate 10.
A channel which is induced on the surface and forms a current path on the surface of the semiconductor substrate 10 between the source / drain diffusion layers 12 is formed, and charges injected from the source diffusion layers are taken out as a current by a voltage applied to the drain diffusion layers.

【0005】ゲート電極に印加される電圧が半導体基板
10表面に反転層を誘起するのに必要な電圧、閾値電圧
Vthよりも低い場合には、ソース拡散層とドレイン拡散
層は分離されており、ドレイン電流は流れない。一方
で、ゲート電極に印加される電圧が閾値電圧Vth以上の
場合には、誘起された反転層がチャネルとなり、電流は
ソース拡散層からドレイン拡散層へと流れることが可能
となる。
When the voltage applied to the gate electrode is lower than the threshold voltage Vth required to induce an inversion layer on the surface of the semiconductor substrate 10, the source diffusion layer and the drain diffusion layer are separated from each other. No drain current flows. On the other hand, when the voltage applied to the gate electrode is equal to or higher than the threshold voltage Vth, the induced inversion layer becomes a channel, and current can flow from the source diffusion layer to the drain diffusion layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
MOSFETは、半導体装置の高集積化及び微細化に伴
ってゲート長が短縮化され、あるゲート長以下になると
急激に閾値電圧が低下する傾向が現れる。これはロール
オフ(roll-off)と称され、短チャネル効果の代表的な
現象として比較的古くから知られている。
However, in the above-mentioned MOSFET, the gate length is shortened with the increase in the degree of integration and miniaturization of the semiconductor device, and the threshold voltage tends to decrease rapidly below a certain gate length. appear. This is called roll-off and has been known for a relatively long time as a typical phenomenon of the short channel effect.

【0007】このロールオフは、ゲート長が短くなって
くると、ゲート電極の下部の反転層を形成するのにゲー
ト電極の電荷だけでなくソース・ドレイン拡散層の電荷
も寄与するようになるためであり、チャネル領域がゲー
ト電極直下の部分だけでなく、ソース・ドレイン拡散層
の側部の深さ方向にわたって形成され、2次元的に電流
が流れるようになり、その結果、より少ないゲート電
荷、すなわちより低いゲート電圧で反転層が形成され、
閾値電圧Vthが小さいほうへシフトする。
In the roll-off, when the gate length becomes shorter, not only the charge of the gate electrode but also the charge of the source / drain diffusion layers contribute to the formation of the inversion layer below the gate electrode. The channel region is formed not only in the portion immediately below the gate electrode but also in the depth direction of the side portions of the source / drain diffusion layers, so that a current flows two-dimensionally. As a result, less gate charge, That is, an inversion layer is formed at a lower gate voltage,
The threshold voltage Vth shifts to the smaller one.

【0008】上記のロールオフは、ゲート長が異なれば
閾値電圧Vthがそれぞれ変動することを意味しており、
しかも高集積時に多用されるゲート長の短いMOSFE
Tほど閾値電圧Vthの変動が大きくなり、回路設計上、
所定の特性を達成する上で問題となる。
The above-described roll-off means that the threshold voltage Vth changes when the gate length changes, and
In addition, MOSFE with a short gate length often used in high integration
The variation of the threshold voltage Vth becomes larger as T becomes larger.
This is a problem in achieving predetermined characteristics.

【0009】上記のロールオフを抑制するためには、接
合深さを浅くすることが有効であることが知られてい
る。これにより、ソース・ドレイン空乏層がチャネル側
に張り出す量を少なくすることができるからである。例
えば、チャネル長が0.25μmのnチャネルMOSF
ETにおいては、0.1μm以下にソース・ドレイン拡
散層深さを浅くする必要であると言われている。
In order to suppress the roll-off, it is known that it is effective to reduce the junction depth. This is because the amount of the source / drain depletion layer protruding toward the channel can be reduced. For example, an n-channel MOSF having a channel length of 0.25 μm
In ET, it is said that the depth of the source / drain diffusion layer must be reduced to 0.1 μm or less.

【0010】上記の従来例のMOSFET構造において
は、ソース・ドレイン拡散層の間のゲート中心側に導電
性不純物の濃度をソース・ドレイン拡散層よりも低濃度
に含有するLDD拡散層が形成されている。LDD拡散
層はホットキャリア耐性を高めるために設けられている
が、接合深さを浅くする効果もある。しかしながら、半
導体装置のさらなる高集積化においては、接合深さをさ
らに浅くする必要がある。
In the above-described conventional MOSFET structure, an LDD diffusion layer containing a conductive impurity at a lower concentration than that of the source / drain diffusion layer is formed at the center of the gate between the source / drain diffusion layers. I have. The LDD diffusion layer is provided to increase hot carrier resistance, but also has the effect of reducing the junction depth. However, in order to further increase the degree of integration of a semiconductor device, it is necessary to further reduce the junction depth.

【0011】また、上記の従来例のMOSFET構造に
おいては、ゲート電極部分がソース・ドレイン電極取り
出し口よりも上部に位置するため、既にトランジスタの
形成時点から平坦性がなくなっており、リソグラフィー
に対しても大きいデフォーカスのマージンが必要になっ
てくる問題がある。
Further, in the above-mentioned conventional MOSFET structure, since the gate electrode portion is located above the source / drain electrode outlet, the flatness has already been lost since the transistor was formed. However, there is a problem that a large defocus margin is required.

【0012】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、従って、本発明の目的は、浅い接合を有するこ
とでゲート長を短縮化したときの閾値電圧の変動を抑制
し、ゲート長の短い領域まで使用することが可能であ
り、さらにゲート電極およびソース・ドレイン電極の取
り出し口の高さを揃えることが可能であるMOSFET
を有する半導体装置及びその製造方法を提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is therefore an object of the present invention to suppress a variation in threshold voltage when the gate length is reduced by having a shallow junction, and to reduce the gate length. MOSFET that can be used up to a short area of the gate electrode, and the heights of the gate electrode and the outlet of the source / drain electrode can be made uniform
And a method of manufacturing the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、チャネル形成領域を有する
半導体基板と、該チャネル形成領域からゲート絶縁膜を
介して配置され、前記半導体基板中にトレンチ状に形成
されたゲート電極と、該ゲート電極の両側部の半導体基
板中に絶縁膜を介して配置され、前記チャネル形成領域
に接続するソース・ドレイン領域とを有し、前記ソース
・ドレイン領域の膜厚が前記ゲート電極の膜厚とほぼ同
じもしくはそれ以下であり、前記ゲート電極に所定の電
圧を印加することにより前記チャネル形成領域に形成さ
れるチャネル領域を通して前記ソース・ドレイン領域に
電流を流すことができる電界効果トランジスタを有す
る。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises a semiconductor substrate having a channel forming region, and a semiconductor substrate disposed from the channel forming region via a gate insulating film. A gate electrode formed in a trench shape therein, and a source / drain region disposed in a semiconductor substrate on both sides of the gate electrode via an insulating film and connected to the channel formation region; The thickness of the drain region is substantially equal to or less than the thickness of the gate electrode, and a predetermined voltage is applied to the gate electrode to pass through the channel region formed in the channel formation region to the source / drain region. It has a field-effect transistor through which current can flow.

【0014】上記の本発明の半導体装置は、従来の電界
効果トランジスタと異なり、ゲート電極を半導体基板中
に埋め込んであり、その両側部の半導体基板中にソース
・ドレイン領域を有している。ソース・ドレイン領域の
膜厚がゲート電極の膜厚とほぼ同じもしくはそれ以下で
あることから、電界効果トランジスタの接合の深さを非
常に浅いものとすることができる。従って、チャネル領
域がゲート電極直下の部分だけでなく、ソース・ドレイ
ン領域の側部の深さ方向にわたって形成されて2次元的
に電流が流れるようになることを抑制でき、あるゲート
長以下になると急激に閾値電圧が低下するロールオフを
抑制することができる。即ち、ゲート長を短縮化したと
きの閾値電圧の変動を抑制し、ゲート長の短い領域まで
使用することが可能である。
The semiconductor device of the present invention has a gate electrode buried in a semiconductor substrate, unlike the conventional field effect transistor, and has source / drain regions in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Since the thickness of the source / drain region is substantially equal to or less than the thickness of the gate electrode, the junction depth of the field effect transistor can be made very shallow. Therefore, it is possible to prevent the channel region from being formed not only immediately below the gate electrode but also in the depth direction of the side portion of the source / drain region so that a current flows two-dimensionally. It is possible to suppress the roll-off in which the threshold voltage is rapidly reduced. That is, it is possible to suppress the fluctuation of the threshold voltage when the gate length is shortened, and to use even a region where the gate length is short.

【0015】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記ゲート電極、前記ソース・ドレイン領域及び前記半
導体基板の表面がほぼ同じ高さである。これにより、ゲ
ート電極とソース・ドレイン電極取り出し口の高さを揃
えることで平坦性を有し、リソグラフィーに対するデフ
ォーカスのマージンを減らすことが可能である。
The semiconductor device of the present invention is preferably
The surface of the gate electrode, the source / drain region, and the surface of the semiconductor substrate have substantially the same height. Thereby, the height of the gate electrode and the height of the source / drain electrode take-out openings are made uniform, so that the flatness is obtained, and the defocus margin for lithography can be reduced.

【0016】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記ソース・ドレイン領域の膜厚が前記ゲート電極の膜
厚より薄く、前記ゲート電極の下部及び両側部にチャネ
ル形成領域を有する。ゲート電極を半導体基板中に埋め
込むことで接合の深さを浅くし、ロールオフを抑制する
ほかに、ゲート電極の側面もチャネル形成領域とするこ
とができる。ゲート長が短い構造のトランジスタにおい
ても有効チャネル長を長くとることが可能となり、装置
の微細化、高集積化に有利である。
The semiconductor device according to the present invention is preferably
The source / drain region has a thickness smaller than that of the gate electrode, and has a channel formation region below and on both sides of the gate electrode. By embedding the gate electrode in the semiconductor substrate, the junction depth can be reduced and roll-off can be suppressed. In addition, the side surface of the gate electrode can be a channel formation region. Even in a transistor having a short gate length, the effective channel length can be increased, which is advantageous for miniaturization and high integration of the device.

【0017】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
半導体基板に形成された絶縁膜上に形成されている。絶
縁膜の上層に半導体層を有するSOI(Silicon On Ins
ulator)構造とすることができる。デバイスの寄生容量
を小さくすることなどが可能な完全素子分離構造とする
ことができ、装置の高速化に有利である。
The semiconductor device according to the present invention is preferably
It is formed on an insulating film formed on a semiconductor substrate. SOI (Silicon On Ins) having a semiconductor layer on the insulating film
ulator) structure. A complete element isolation structure that can reduce the parasitic capacitance of the device can be obtained, which is advantageous in increasing the speed of the device.

【0018】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記ゲート電極の下方の前記チャネル形成領域の下層に
下側ゲート絶縁膜を有し、前記下側ゲート絶縁膜の下層
に下側ゲート電極を有し、前記下側ゲート電極の両側部
に前記チャネル形成領域に接続し、前記下側ゲート電極
の膜厚とほぼ同じもしくはそれ以下の膜厚を有する下側
ソース・ドレイン領域を有している。これにより上下に
対をなすダブルゲート構造の電界効果トランジスタとす
ることができる。上部にあるゲート電極と下側ゲート電
極とでドレイン電流の変化分と定常分をそれぞれ受け持
つなど、動作の制御がしやすいトランジスタとすること
ができる。
The semiconductor device of the present invention is preferably
A lower gate insulating film in a lower layer of the channel forming region below the gate electrode, a lower gate electrode in a lower layer of the lower gate insulating film, and a channel in both sides of the lower gate electrode; There is a lower source / drain region connected to the formation region and having a thickness substantially equal to or less than the thickness of the lower gate electrode. This makes it possible to form a field effect transistor having a double gate structure forming a pair up and down. It is possible to provide a transistor whose operation can be easily controlled, for example, in which the upper gate electrode and the lower gate electrode handle a change in drain current and a steady current, respectively.

【0019】上記の本発明の半導体装置は、さらに好適
には、前記ゲート電極、前記ソース・ドレイン領域及び
前記半導体基板の表面がほぼ同じ高さである。これによ
り、ゲート電極とソース・ドレイン電極取り出し口の高
さを揃えて、リソグラフィーに対するデフォーカスのマ
ージンを減らすことが可能である。また、さらに好適に
は、前記ソース・ドレイン領域の膜厚が前記ゲート電極
の膜厚より薄く、前記ゲート電極の下部及び両側部にチ
ャネル形成領域を有する。ゲート電極の側面もチャネル
形成領域とすることができる。ゲート長が短い構造のト
ランジスタにおいても有効チャネル長を長くとることが
可能となる。また、さらに好適には、半導体基板に形成
された絶縁膜上に形成されている。デバイスの寄生容量
を小さくすることなどが可能な完全素子分離構造(SO
I構造)とすることができる。
In the above-described semiconductor device of the present invention, more preferably, the gate electrode, the source / drain region and the surface of the semiconductor substrate have substantially the same height. Thus, the height of the gate electrode and the height of the source / drain electrode outlet can be made uniform to reduce the margin of defocus for lithography. More preferably, the thickness of the source / drain region is smaller than the thickness of the gate electrode, and a channel formation region is provided below and on both sides of the gate electrode. The side surface of the gate electrode can also be a channel formation region. The effective channel length can be increased even in a transistor having a short gate length. More preferably, it is formed on an insulating film formed on a semiconductor substrate. Complete element isolation structure (SO
I structure).

【0020】上記の目的を達成するため、本発明の半導
体装置の製造方法は、半導体基板にトレンチ状のゲート
電極用凹部を形成する工程と、前記ゲート電極用凹部の
内壁表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート
電極用凹部に導電体を埋め込んでゲート電極を形成する
工程と、前記ゲート電極の両側部の半導体基板中に前記
ゲート電極の膜厚とほぼ同じもしくはそれ以下の膜厚を
有するソース・ドレイン領域を形成する工程とを有す
る。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a trench-shaped recess for a gate electrode in a semiconductor substrate, and a step of forming a gate insulating film on an inner wall surface of the recess for a gate electrode. Forming a gate electrode by embedding a conductor in the gate electrode recess, and forming a film having a thickness substantially equal to or less than the film thickness of the gate electrode in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Forming source / drain regions having the following.

【0021】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板にトレンチ状に形成した凹部にゲート電極を
埋め込んで形成するものであり、接合の深さを浅くする
ことが可能で、チャネル領域がゲート電極直下の部分だ
けでなく、ソース・ドレイン領域の側部の深さ方向にわ
たって形成されて2次元的に電流が流れるようになるこ
とを抑制でき、あるゲート長以下になると急激に閾値電
圧が低下するロールオフを抑制することができる電界効
果トランジスタを有する半導体装置を製造することがで
きる。ゲート長を短縮化したときの閾値電圧の変動を抑
制できるので、ゲート長の短い領域まで使用することが
可能である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
The gate electrode is formed by embedding the gate electrode in a recess formed in a trench shape in the semiconductor substrate, and the junction depth can be reduced. The channel region is formed not only in the portion immediately below the gate electrode but also in the source / drain region. A field-effect transistor that can be formed over the depth direction of the side and can suppress the current from flowing two-dimensionally, and can suppress the roll-off in which the threshold voltage drops sharply when the gate length becomes less than a certain gate length. A semiconductor device having the same can be manufactured. Since the fluctuation of the threshold voltage when the gate length is shortened can be suppressed, it is possible to use even a region where the gate length is short.

【0022】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記ゲート電極用凹部に導電体を埋め込んで
ゲート電極を形成する工程が、前記半導体基板の表面と
ほぼ同じ高さを有するゲート電極を形成する工程を含
む。ゲート電極とソース・ドレイン電極取り出し口の高
さを揃えることで平坦性を有するトランジスタを形成で
き、リソグラフィーに対するデフォーカスのマージンを
減らすことが可能である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
Preferably, the step of forming a gate electrode by embedding a conductor in the recess for the gate electrode includes the step of forming a gate electrode having substantially the same height as the surface of the semiconductor substrate. By making the heights of the gate electrode and the source / drain electrode outlets uniform, a transistor having flatness can be formed, so that a defocus margin for lithography can be reduced.

【0023】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記ゲート絶縁膜の形成工程の後、前記ゲー
ト電極の形成工程の前に、前記ゲート電極用凹部の側壁
部にゲート絶縁膜よりも厚膜の絶縁膜を形成する工程を
有する。ゲート電極とソース・ドレイン領域との間の絶
縁膜をゲート絶縁膜以上に厚膜化することで、隣設する
ゲート電極とソース・ドレイン電極間の耐圧性を高める
ことができる。
The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention described above
Preferably, after the step of forming the gate insulating film, before the step of forming the gate electrode, a step of forming an insulating film thicker than the gate insulating film on the side wall of the recess for the gate electrode is provided. By making the insulating film between the gate electrode and the source / drain region thicker than the gate insulating film, the withstand voltage between the adjacent gate electrode and the source / drain electrode can be increased.

【0024】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記ソース・ドレイン領域を形成する工程
が、前記ゲート電極よりも薄い膜厚で前記ソース・ドレ
イン領域を形成する工程である。ゲート電極の側面もチ
ャネル形成領域とすることができ、ゲート長が短い構造
のトランジスタにおいても有効チャネル長を長くとるこ
とが可能となる電界効果トランジスタを有する半導体装
置を製造することができる。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention described above
Preferably, the step of forming the source / drain region is a step of forming the source / drain region with a smaller thickness than the gate electrode. The side surface of the gate electrode can also be a channel formation region, so that a semiconductor device including a field-effect transistor that can have a long effective channel length even in a transistor having a short gate length can be manufactured.

【0025】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記半導体基板にゲート電極用凹部を形成す
る工程の前に、絶縁膜と半導体層の積層体を形成し、前
記半導体基板とする工程を有する。デバイスの寄生容量
を小さくすることなどが可能な完全素子分離構造(SO
I構造)を有する電界効果トランジスタを有する半導体
装置を製造することができる。絶縁膜と半導体層の積層
体を形成する方法として、CVD法などにより絶縁膜の
上層にポリシリコンなどの半導体層を堆積させる方法の
ほか、絶縁膜と半導体層を貼り合わせる方法、半導体層
に対してイオン注入により絶縁膜を形成する方法、及び
エピタキシャル成長により絶縁膜上に半導体層を形成す
る方法などを用いることができる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, before the step of forming a recess for a gate electrode in the semiconductor substrate, a step of forming a laminate of an insulating film and a semiconductor layer to form the semiconductor substrate is provided. Complete element isolation structure (SO
A semiconductor device having a field-effect transistor having an I structure) can be manufactured. As a method of forming a stacked body of an insulating film and a semiconductor layer, a method of depositing a semiconductor layer such as polysilicon on the insulating film by a CVD method or the like, a method of bonding the insulating film and the semiconductor layer, A method of forming an insulating film by ion implantation, a method of forming a semiconductor layer on the insulating film by epitaxial growth, or the like.

【0026】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記半導体基板にゲート電極用凹部を形成す
る工程の前に、半導体層にトレンチ状の下側ゲート電極
用凹部を形成する工程と、前記下側ゲート電極用凹部の
内壁表面に下側ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記下
側ゲート電極用凹部に導電体を埋め込んで下側ゲート電
極を形成する工程と、前記下側ゲート電極の両側部の半
導体基板中に前記下側ゲート電極の膜厚とほぼ同じもし
くはそれ以下の膜厚を有する下側ソース・ドレイン領域
を形成する工程と、前記半導体層の下側ゲート電極を形
成した面上に絶縁膜を形成して前記半導体基板とする工
程とを有する。これにより上下に対をなすダブルゲート
構造の電界効果トランジスタを有する半導体装置を製造
することができる。上部にあるゲート電極と下側ゲート
電極とでドレイン電流の変化分と定常分をそれぞれ受け
持ち、動作の制御がしやすいトランジスタとすることが
できる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, prior to the step of forming the gate electrode recess in the semiconductor substrate, a step of forming a trench-shaped lower gate electrode recess in the semiconductor layer, and a step of forming a lower portion on the inner wall surface of the lower gate electrode recess. Forming a lower gate insulating film, forming a lower gate electrode by embedding a conductor in the lower gate electrode recess, and forming the lower gate in a semiconductor substrate on both sides of the lower gate electrode. Forming a lower source / drain region having a thickness substantially equal to or less than the thickness of the electrode, and forming an insulating film on a surface on which the lower gate electrode is formed on the semiconductor layer; And the step of Thus, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field effect transistor having a double gate structure which is paired up and down. The upper gate electrode and the lower gate electrode handle the change amount and the steady state amount of the drain current, respectively, so that the transistor can be easily controlled.

【0027】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記下側ゲート電極用凹部に導電体を埋め込
んで下側ゲート電極を形成する工程が、前記半導体基板
の表面とほぼ同じ高さを有する下側ゲート電極を形成す
る工程を含む。ゲート電極とソース・ドレイン電極取り
出し口の高さを揃えることで平坦性を有するトランジス
タを形成でき、リソグラフィーに対するデフォーカスの
マージンを減らすことが可能である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, the step of forming a lower gate electrode by embedding a conductor in the lower gate electrode recess includes a step of forming a lower gate electrode having substantially the same height as the surface of the semiconductor substrate. By making the heights of the gate electrode and the source / drain electrode outlets uniform, a transistor having flatness can be formed, so that a defocus margin for lithography can be reduced.

【0028】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記半導体基板にゲート電極用凹部を形成す
る工程の前に、絶縁膜上に下側ゲート電極を形成する工
程と、前記下側ゲート電極の上層に下側ゲート絶縁膜を
形成する工程と、前記下側ゲート電極の両側部に前記下
側ゲート電極の膜厚とほぼ同じもしくはそれ以下の膜厚
の下側ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記下
側ゲート絶縁膜、及び前記下側ソース・ドレイン領域を
被覆して全面に半導体層を形成して前記半導体基板とす
る工程とを有する。これにより上下に対をなすダブルゲ
ート構造の電界効果トランジスタを有する半導体装置を
製造することができる。上部にあるゲート電極と下側ゲ
ート電極とでドレイン電流の変化分と定常分をそれぞれ
受け持ち、動作の制御がしやすいトランジスタとするこ
とができる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
Preferably, before the step of forming a recess for a gate electrode in the semiconductor substrate, a step of forming a lower gate electrode on an insulating film, and forming a lower gate insulating film on an upper layer of the lower gate electrode Forming a lower source / drain region having a thickness substantially equal to or less than the thickness of the lower gate electrode on both sides of the lower gate electrode; and forming the lower gate insulating film; and Forming a semiconductor layer on the entire surface by covering the lower source / drain region to form the semiconductor substrate. Thus, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field effect transistor having a double gate structure which is paired up and down. The upper gate electrode and the lower gate electrode handle the change amount and the steady state amount of the drain current, respectively, so that the transistor can be easily controlled.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置の実
施の形態について実施例により図面を参照して説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the semiconductor device according to the present invention will be described below by way of examples with reference to the drawings.

【0030】実施例1 図1は、本実施例の半導体装置の断面図である。n型シ
リコン半導体基板10上に基板に対して図示しないLO
COS素子分離膜で区切られた領域があり、p型の不純
物を含有するウェル11を有する。その内部に例えば酸
化シリコンよりなるゲート絶縁膜20により囲まれた、
例えばポリシリコンよりなるゲート電極30を有する。
ゲート電極30の両側部にはゲート絶縁膜20よりも厚
膜の例えば酸化シリコンからなる第1絶縁膜21を有し
ており、さらにその両側部にn型不純物を高濃度に含有
するソース・ドレイン拡散層12を有する。ソース・ド
レイン拡散層12はウェル11の活性領域に接続してお
り、その膜厚はゲート電極30とほぼ同じである。ゲー
ト電極30、ソース・ドレイン拡散層12及び半導体基
板10の表面はほぼ同じ高さにあり、平坦化されてい
る。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment. On the n-type silicon semiconductor substrate 10, a LO (not shown)
There is a region separated by a COS element isolation film, and a well 11 containing a p-type impurity is provided. It is surrounded by a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide.
For example, it has a gate electrode 30 made of polysilicon.
On both sides of the gate electrode 30, a first insulating film 21 made of, for example, silicon oxide, which is thicker than the gate insulating film 20, is provided. On both sides thereof, a source / drain containing a high concentration of n-type impurities is provided. It has a diffusion layer 12. The source / drain diffusion layer 12 is connected to the active region of the well 11, and has a thickness substantially equal to that of the gate electrode 30. The surfaces of the gate electrode 30, the source / drain diffusion layer 12, and the semiconductor substrate 10 are at substantially the same height and are flattened.

【0031】かかる構造の半導体装置は、電界効果トラ
ンジスタの接合の深さを非常に浅いものとすることがで
き、チャネル領域がゲート電極直下の部分だけでなく、
ソース・ドレイン拡散層の側部の深さ方向にわたって形
成されて2次元的に電流が流れるようになることを抑制
できるので、あるゲート長以下になると急激に閾値電圧
が低下するロールオフを抑制することができる。即ち、
ゲート長を短縮化したときの閾値電圧の変動を抑制し、
ゲート長の短い領域まで使用することが可能である。ま
た、ゲート電極、ソース・ドレイン拡散層及び半導体基
板の表面がほぼ同じ高さであるので、ゲート電極とソー
ス・ドレイン電極取り出し口の高さを揃えることで平坦
性を有しており、リソグラフィーに対するデフォーカス
のマージンを減らすことが可能である。
In the semiconductor device having such a structure, the junction depth of the field effect transistor can be made very shallow, and the channel region is formed not only in the portion immediately below the gate electrode but also in the portion below the gate electrode.
Since it is possible to suppress the current from flowing two-dimensionally by being formed in the depth direction of the side portion of the source / drain diffusion layer, it is possible to suppress the roll-off in which the threshold voltage is sharply reduced when the gate length is shorter than a certain gate length. be able to. That is,
Suppress the fluctuation of the threshold voltage when shortening the gate length,
It is possible to use a region having a short gate length. Also, since the surface of the gate electrode, the source / drain diffusion layer and the surface of the semiconductor substrate are almost the same height, the gate electrode and the source / drain electrode take-out openings have the same height so that they have flatness, and the It is possible to reduce the defocus margin.

【0032】次に、上記の本実施例の半導体装置の製造
方法について説明する。まず、図2(a)に示すよう
に、n型シリコン半導体基板10にLOCOS法などに
より図示しない素子分離絶縁膜を形成し、さらにp型不
純物をイオン注入してp型のウェル11を形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 2A, an element isolation insulating film (not shown) is formed on an n-type silicon semiconductor substrate 10 by a LOCOS method or the like, and a p-type impurity is ion-implanted to form a p-type well 11. .

【0033】次に、図2(b)に示すように、レジスト
をパターニングしてマスクとし、RIE(反応性イオン
エッチング)などのエッチングを行い、ウェル11の中
央部にトレンチTを形成する。この後、レジストを除去
する。
Next, as shown in FIG. 2B, a resist is patterned and used as a mask, and etching such as RIE (reactive ion etching) is performed to form a trench T in the center of the well 11. After that, the resist is removed.

【0034】次に、図2(c)に示すように、熱酸化な
どによりトレンチTの内壁表面に酸化シリコンよりなる
ゲート絶縁膜20を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a gate insulating film 20 made of silicon oxide is formed on the inner wall surface of the trench T by thermal oxidation or the like.

【0035】次に、図3(d)に示すように、例えば酸
素イオンを半導体基板10に対して斜めに角度をつけて
注入して酸化シリコン層を形成し、トレンチTの両側壁
部にゲート絶縁膜20よりも厚膜の第1絶縁膜21を形
成する。
Next, as shown in FIG. 3D, for example, oxygen ions are implanted into the semiconductor substrate 10 at an oblique angle to form a silicon oxide layer, and gates are formed on both side walls of the trench T. A first insulating film 21 thicker than the insulating film 20 is formed.

【0036】次に、図3(e)に示すように、例えばC
VD法によりポリシリコンを堆積させ、CMP(Chemic
al Mechanical Polishing )などの平坦化研磨、あるい
はエッチバックなどによりトレンチT内部にポリシリコ
ンを埋め込み、ゲート電極30を形成する。
Next, as shown in FIG.
Polysilicon is deposited by the VD method, and the CMP (Chemic
The gate electrode 30 is formed by burying polysilicon in the trench T by flattening polishing such as al mechanical polishing or etching back.

【0037】次に、図1に示すように、レジストをパタ
ーニングしてマスクとし、n型不純物を高濃度にイオン
注入し、ソース・ドレイン拡散層12を形成し、電界効
果トランジスタを形成する。このとき、ソース・ドレイ
ン拡散層12形成のイオン注入においては、ソース・ド
レイン拡散層12の膜厚がゲート電極30とほぼ同じ膜
厚となるように制御する。ソース・ドレイン拡散層12
の形成後にレジストを除去する。
Next, as shown in FIG. 1, a resist is patterned and used as a mask, n-type impurities are ion-implanted at a high concentration, source / drain diffusion layers 12 are formed, and a field effect transistor is formed. At this time, in the ion implantation for forming the source / drain diffusion layers 12, the thickness of the source / drain diffusion layers 12 is controlled to be substantially the same as the thickness of the gate electrode 30. Source / drain diffusion layer 12
After the formation of the resist, the resist is removed.

【0038】上記の半導体装置の製造方法によれば、接
合の深さを浅くすることが可能であり、チャネル領域が
ゲート電極直下の部分にのみ形成されるようになり、チ
ャネル領域がソース・ドレイン拡散層の側部の深さ方向
にわたって形成され、2次元的に電流が流れるようにな
ることを抑制でき、あるゲート長以下になると急激に閾
値電圧が低下するロールオフを抑制できる電界効果トラ
ンジスタを有する半導体装置を製造することができる。
ゲート長を短縮化したときの閾値電圧の変動を抑制でき
るので、ゲート長の短い領域まで使用することが可能で
ある。また、ゲート電極とソース・ドレイン電極取り出
し口の高さを揃えることでリソグラフィーに対するデフ
ォーカスのマージンを減らすことが可能な平坦性を有す
る電界効果トランジスタを有する半導体装置を製造する
ことができる。
According to the above-described method of manufacturing a semiconductor device, the junction can be made shallow, the channel region is formed only in the portion immediately below the gate electrode, and the channel region is formed in the source / drain region. A field effect transistor that is formed in the depth direction of the side portion of the diffusion layer, can suppress the current from flowing two-dimensionally, and can suppress the roll-off in which the threshold voltage decreases rapidly when the gate length is less than a certain gate length. A semiconductor device having the same can be manufactured.
Since the fluctuation of the threshold voltage when the gate length is shortened can be suppressed, it is possible to use even a region where the gate length is short. In addition, a semiconductor device having a flat field-effect transistor capable of reducing a defocus margin for lithography by making the heights of gate and source / drain electrode outlets uniform can be manufactured.

【0039】実施例2 図4は、本実施例の半導体装置の断面図である。n型シ
リコン半導体基板10上に基板に対して図示しないLO
COS素子分離膜で区切られた領域があり、p型の不純
物を含有するウェル11を有する。その内部に例えば酸
化シリコンよりなるゲート絶縁膜20により囲まれた、
例えばポリシリコンよりなるゲート電極30を有する。
ゲート電極30の両側部にはn型不純物を高濃度に含有
するソース・ドレイン拡散層12を有する。ソース・ド
レイン拡散層12はウェル11の活性領域に接続してお
り、その膜厚はゲート電極30よりも薄く形成されてい
る。ゲート電極30、ソース・ドレイン拡散層12及び
半導体基板10の表面はほぼ同じ高さにあり、平坦化さ
れている。半導体基板10表面は第2絶縁膜22により
被覆されており、第2絶縁膜22には、ゲート電極取り
出し口G、ソース・ドレイン電極取り出し口SDが開口
されている。
Embodiment 2 FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment. On the n-type silicon semiconductor substrate 10, a LO (not shown)
There is a region separated by a COS element isolation film, and a well 11 containing a p-type impurity is provided. It is surrounded by a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide.
For example, it has a gate electrode 30 made of polysilicon.
Source / drain diffusion layers 12 containing an n-type impurity at a high concentration are provided on both sides of the gate electrode 30. The source / drain diffusion layer 12 is connected to the active region of the well 11 and has a thickness smaller than that of the gate electrode 30. The surfaces of the gate electrode 30, the source / drain diffusion layer 12, and the semiconductor substrate 10 are at substantially the same height and are flattened. The surface of the semiconductor substrate 10 is covered with a second insulating film 22, and a gate electrode outlet G and a source / drain electrode outlet SD are opened in the second insulating film 22.

【0040】かかる構造の半導体装置は、電界効果トラ
ンジスタの接合の深さを非常に浅いものとすることがで
き、ロールオフを抑制することができ、ゲート長を短縮
化したときの閾値電圧の変動を抑制し、ゲート長の短い
領域まで使用することが可能である。さらに、ゲート電
極の側面もチャネル形成領域とすることができるので、
ゲート長が短い構造のトランジスタにおいても有効チャ
ネル長を長くとることが可能となり、装置の微細化、高
集積化に有利である。また、ゲート電極、ソース・ドレ
イン拡散層及び半導体基板の表面がほぼ同じ高さである
ので平坦性を有しており、リソグラフィーに対するデフ
ォーカスのマージンを減らすことが可能である。
In the semiconductor device having such a structure, the junction depth of the field-effect transistor can be made very shallow, roll-off can be suppressed, and fluctuation of the threshold voltage when the gate length is shortened. Is suppressed, and it is possible to use a region having a short gate length. Furthermore, since the side surface of the gate electrode can also be a channel formation region,
Even in a transistor having a short gate length, the effective channel length can be increased, which is advantageous for miniaturization and high integration of the device. In addition, since the surfaces of the gate electrode, the source / drain diffusion layers, and the surface of the semiconductor substrate have substantially the same height, they have flatness, so that a margin of defocus for lithography can be reduced.

【0041】上記の本実施例の半導体装置の製造方法
は、実施例1の半導体装置の製造方法とほぼ同様であ
る。但し、n型シリコン半導体基板10に対して斜めに
酸素イオン注入をして第1絶縁膜を形成する工程を省略
し、また、n型不純物のイオン注入によりソース・ドレ
イン拡散層12の形成する工程において、ソース・ドレ
イン拡散層12の膜厚をゲート電極30よりも薄く形成
するように制御する。
The method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. However, a step of forming the first insulating film by obliquely implanting oxygen ions into the n-type silicon semiconductor substrate 10 is omitted, and a step of forming the source / drain diffusion layers 12 by ion-implanting n-type impurities. In this case, the thickness of the source / drain diffusion layer 12 is controlled to be smaller than that of the gate electrode 30.

【0042】上記の半導体装置の製造方法によれば、接
合の深さを浅くすることにより、あるゲート長以下にな
ると急激に閾値電圧が低下するロールオフを抑制でき、
さらにゲート電極の側面もチャネル形成領域とすること
ができるので、ゲート長が短い構造のトランジスタにお
いても有効チャネル長を長くとることが可能で装置の微
細化、高集積化に有利な電界効果トランジスタを有する
半導体装置を製造することができる。また、リソグラフ
ィーに対するデフォーカスのマージンを減らすことが可
能な平坦性を有する電界効果トランジスタを有する半導
体装置を製造することができる。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor device, by making the junction depth shallow, it is possible to suppress roll-off in which the threshold voltage is rapidly lowered when the gate length becomes less than a certain gate length.
Further, since the side surface of the gate electrode can also be used as a channel formation region, the effective channel length can be increased even in a transistor having a short gate length, and a field effect transistor which is advantageous for miniaturization and high integration of a device can be obtained. A semiconductor device having the same can be manufactured. Further, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0043】実施例3 図5は、本実施例の半導体装置の断面図である。絶縁性
基板Iの上層にp型シリコン半導体層Sを有する半導体
基板10上に基板に対して図示しないLOCOS素子分
離膜で区切られた領域を有する。その活性領域に例えば
酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜20により囲まれ
た、例えばポリシリコンよりなるゲート電極30が埋め
込まれている。ゲート電極30の両側部にはゲート絶縁
膜20よりも厚膜の例えば酸化シリコンからなる第1絶
縁膜21を有しており、さらにその両側部にn型不純物
を高濃度に含有するソース・ドレイン拡散層12を有す
る。ソース・ドレイン拡散層12はp型シリコン半導体
層Sの活性領域に接続しており、その膜厚はゲート電極
30とほぼ同じである。ゲート電極30、ソース・ドレ
イン拡散層12及び半導体基板10の表面はほぼ同じ高
さにあり、平坦化されている。
Embodiment 3 FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment. On a semiconductor substrate 10 having a p-type silicon semiconductor layer S as an upper layer of the insulating substrate I, there is a region separated from the substrate by a LOCOS element isolation film (not shown). A gate electrode 30 made of, for example, polysilicon, which is surrounded by a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide, is embedded in the active region. On both sides of the gate electrode 30, a first insulating film 21 made of, for example, silicon oxide, which is thicker than the gate insulating film 20, is provided. On both sides thereof, a source / drain containing a high concentration of n-type impurities is provided. It has a diffusion layer 12. The source / drain diffusion layer 12 is connected to the active region of the p-type silicon semiconductor layer S, and has a thickness substantially equal to that of the gate electrode 30. The surfaces of the gate electrode 30, the source / drain diffusion layer 12, and the semiconductor substrate 10 are at substantially the same height and are flattened.

【0044】かかる構造の半導体装置は、絶縁膜の上層
に半導体層を有するSOI構造を有しており、デバイス
の寄生容量を小さくすることなどが可能な完全素子分離
構造とすることができる。また、接合の深さを浅くする
ことにより、あるゲート長以下になると急激に閾値電圧
が低下するロールオフを抑制できる電界効果トランジス
タを有する半導体装置を製造することができる。また、
リソグラフィーに対するデフォーカスのマージンを減ら
すことが可能な平坦性を有する電界効果トランジスタを
有する半導体装置を製造することができる。
The semiconductor device having such a structure has an SOI structure having a semiconductor layer on an insulating film, and can have a complete element isolation structure capable of reducing the parasitic capacitance of the device. In addition, by reducing the depth of the junction, a semiconductor device including a field-effect transistor that can suppress roll-off in which the threshold voltage rapidly decreases when the gate length becomes equal to or less than a certain gate length can be manufactured. Also,
It is possible to manufacture a semiconductor device including a field-effect transistor having flatness capable of reducing a margin of defocus with respect to lithography.

【0045】上記の本実施例の半導体装置の製造方法
は、実施例1の半導体装置の製造方法とほぼ同様であ
る。但し、半導体基板10として、絶縁性基板Iとp型
シリコン半導体層Sの積層体を使用する。絶縁性基板I
とp型シリコン半導体層Sの積層体を形成する方法とし
ては、CVD法などにより絶縁膜の上層にポリシリコン
などの半導体層を堆積させる方法のほか、絶縁膜と半導
体層を張り合わせる方法、SIMOX法などの半導体層
に対してイオン注入により絶縁膜を形成する方法、及び
エピタキシャル成長により絶縁膜上に半導体層を形成す
る方法などを用いることができる。
The method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. However, a stacked body of the insulating substrate I and the p-type silicon semiconductor layer S is used as the semiconductor substrate 10. Insulating substrate I
And a p-type silicon semiconductor layer S may be formed by depositing a semiconductor layer such as polysilicon on an insulating film by a CVD method or the like, a method of laminating an insulating film and a semiconductor layer, a method of SIMOX. A method of forming an insulating film on a semiconductor layer by ion implantation, a method of forming a semiconductor layer on an insulating film by epitaxial growth, or the like can be used.

【0046】上記の半導体装置の製造方法によれば、デ
バイスの寄生容量を小さくすることなどが可能な完全素
子分離構造とすることができるSOI構造を有し、ま
た、接合の深さを浅くすることにより、あるゲート長以
下になると急激に閾値電圧が低下するロールオフを抑制
できる電界効果トランジスタを有する半導体装置を製造
することができる。また、リソグラフィーに対するデフ
ォーカスのマージンを減らすことが可能な平坦性を有す
る電界効果トランジスタを有する半導体装置を製造する
ことができる。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the semiconductor device has an SOI structure capable of achieving a complete element isolation structure capable of reducing the parasitic capacitance of the device, and the junction depth is reduced. Accordingly, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field-effect transistor capable of suppressing roll-off in which the threshold voltage is rapidly reduced when the gate length is shorter than a certain gate length. Further, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0047】実施例4 図6は、本実施例の半導体装置の断面図である。絶縁性
基板Iの上層にp型シリコン半導体層Sを有する半導体
基板10上に基板に対して図示しないLOCOS素子分
離膜で区切られた領域を有する。その活性領域に例えば
酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜20により囲まれ
た、例えばポリシリコンよりなるゲート電極30が埋め
込まれて形成されている。ゲート電極30の両側部には
n型不純物を高濃度に含有するソース・ドレイン拡散層
12を有する。ソース・ドレイン拡散層12はp型シリ
コン半導体層Sの活性領域に接続しており、その膜厚は
ゲート電極30よりも薄く形成されている。ゲート電極
30、ソース・ドレイン拡散層12及び半導体基板10
の表面はほぼ同じ高さにあり、平坦化されている。
Embodiment 4 FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment. On a semiconductor substrate 10 having a p-type silicon semiconductor layer S as an upper layer of the insulating substrate I, there is a region separated from the substrate by a LOCOS element isolation film (not shown). A gate electrode 30 made of, for example, polysilicon, which is surrounded by a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide, is buried in the active region. Source / drain diffusion layers 12 containing an n-type impurity at a high concentration are provided on both sides of the gate electrode 30. The source / drain diffusion layer 12 is connected to the active region of the p-type silicon semiconductor layer S, and has a thickness smaller than that of the gate electrode 30. Gate electrode 30, source / drain diffusion layer 12, and semiconductor substrate 10
Are approximately at the same height and are flattened.

【0048】かかる構造の半導体装置は、絶縁膜の上層
に半導体層を有するSOI構造を有しており、デバイス
の寄生容量を小さくすることなどが可能な完全素子分離
構造とすることができる。また、接合の深さを浅くする
ことにより、あるゲート長以下になると急激に閾値電圧
が低下するロールオフを抑制でき、さらにゲート電極の
側面もチャネル形成領域とすることができるので、ゲー
ト長が短い構造のトランジスタにおいても有効チャネル
長を長くとることが可能で装置の微細化、高集積化に有
利な電界効果トランジスタを有する半導体装置である。
また、リソグラフィーに対するデフォーカスのマージン
を減らすことが可能な平坦性を有する電界効果トランジ
スタを有する半導体装置である。
The semiconductor device having such a structure has an SOI structure having a semiconductor layer on an insulating film, and can have a complete element isolation structure capable of reducing the parasitic capacitance of a device. In addition, by making the depth of the junction shallow, the roll-off in which the threshold voltage sharply drops below a certain gate length can be suppressed, and the side surface of the gate electrode can also be used as a channel formation region. This is a semiconductor device having a field-effect transistor which can increase the effective channel length even with a transistor having a short structure and is advantageous for miniaturization and high integration of the device.
Further, the present invention is a semiconductor device including a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0049】上記の本実施例の半導体装置の製造方法
は、実施例2の半導体装置の製造方法とほぼ同様であ
る。但し、半導体基板10として、絶縁性基板Iとp型
シリコン半導体層Sの積層体を使用する。絶縁性基板I
とp型シリコン半導体層Sの積層体を形成する方法とし
ては、CVD法などにより絶縁膜の上層にポリシリコン
などの半導体層を堆積させる方法のほか、絶縁膜と半導
体層を張り合わせる方法、SIMOX法などの半導体層
に対してイオン注入により絶縁膜を形成する方法、及び
エピタキシャル成長により絶縁膜上に半導体層を形成す
る方法などを用いることができる。
The method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment. However, a stacked body of the insulating substrate I and the p-type silicon semiconductor layer S is used as the semiconductor substrate 10. Insulating substrate I
And a p-type silicon semiconductor layer S may be formed by depositing a semiconductor layer such as polysilicon on an insulating film by a CVD method or the like, a method of laminating an insulating film and a semiconductor layer, a method of SIMOX. A method of forming an insulating film on a semiconductor layer by ion implantation, a method of forming a semiconductor layer on an insulating film by epitaxial growth, or the like can be used.

【0050】上記の半導体装置の製造方法によれば、デ
バイスの寄生容量を小さくすることなどが可能な完全素
子分離構造とすることができるSOI構造を有し、ま
た、接合の深さを浅くすることにより、あるゲート長以
下になると急激に閾値電圧が低下するロールオフを抑制
でき、さらにゲート電極の側面もチャネル形成領域とす
ることができるので、ゲート長が短い構造のトランジス
タにおいても有効チャネル長を長くとることが可能で装
置の微細化、高集積化に有利な電界効果トランジスタを
有する半導体装置を製造することができる。また、リソ
グラフィーに対するデフォーカスのマージンを減らすこ
とが可能な平坦性を有する電界効果トランジスタを有す
る半導体装置を製造することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device described above, the semiconductor device has an SOI structure capable of achieving a complete element isolation structure capable of reducing the parasitic capacitance of the device, and the junction depth is reduced. This makes it possible to suppress the roll-off in which the threshold voltage drops sharply below a certain gate length, and furthermore, the side surface of the gate electrode can also be used as a channel formation region, so that the effective channel length can be reduced even in a transistor having a short gate length. And a semiconductor device having a field-effect transistor that is advantageous for miniaturization and high integration of the device can be manufactured. Further, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0051】実施例5 図7は、本実施例の半導体装置の断面図である。絶縁性
基板Iの上層にp型シリコン半導体層Sを有する半導体
基板10上に基板に対して図示しないLOCOS素子分
離膜で区切られた領域を有する。その活性領域に例えば
酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜20により囲まれ
た、例えばポリシリコンよりなるゲート電極30が埋め
込まれている。ゲート電極30の両側部にはゲート絶縁
膜20よりも厚膜の例えば酸化シリコンからなる第1絶
縁膜21を有しており、さらにその両側部にn型不純物
を高濃度に含有するソース・ドレイン拡散層12を有す
る。ソース・ドレイン拡散層12はp型シリコン半導体
層Sの活性領域に接続しており、その膜厚はゲート電極
30とほぼ同じである。ゲート電極30、ソース・ドレ
イン拡散層12及び半導体基板10の表面はほぼ同じ高
さにあり、平坦化されている。
Embodiment 5 FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device of this embodiment. On a semiconductor substrate 10 having a p-type silicon semiconductor layer S as an upper layer of the insulating substrate I, there is a region separated from the substrate by a LOCOS element isolation film (not shown). A gate electrode 30 made of, for example, polysilicon, which is surrounded by a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide, is embedded in the active region. On both sides of the gate electrode 30, a first insulating film 21 made of, for example, silicon oxide, which is thicker than the gate insulating film 20, is provided. It has a diffusion layer 12. The source / drain diffusion layer 12 is connected to the active region of the p-type silicon semiconductor layer S, and has a thickness substantially equal to that of the gate electrode 30. The surfaces of the gate electrode 30, the source / drain diffusion layer 12, and the semiconductor substrate 10 are at substantially the same height and are flattened.

【0052】さらに、本実施例の半導体装置は、ゲート
電極30の下方のチャネル形成領域(p型シリコン半導
体層)の下層に例えば酸化シリコンからなる下側ゲート
絶縁膜20’を有し、さらにその下層に例えばポリシリ
コンからなる下側ゲート電極30’を有し、下側ゲート
電極30’の両側部にゲート絶縁膜20’よりも厚膜の
例えば酸化シリコンからなる下側第1絶縁膜21’を有
しており、さらにその両側部にn型不純物を高濃度に含
有するチャネル形成領域に接続する下側ソース・ドレイ
ン拡散層12’を有している。
Further, the semiconductor device of the present embodiment has a lower gate insulating film 20 ′ made of, for example, silicon oxide in a layer below a channel forming region (p-type silicon semiconductor layer) below the gate electrode 30. A lower gate electrode 30 'made of, for example, polysilicon is provided in a lower layer, and a lower first insulating film 21' made of, for example, silicon oxide, which is thicker than the gate insulating film 20 ', is formed on both sides of the lower gate electrode 30'. And a lower source / drain diffusion layer 12 ′ connected to a channel forming region containing an n-type impurity at a high concentration on both sides thereof.

【0053】上記の本実施例の半導体装置は、上下に対
をなすダブルゲート構造の電界効果トランジスタを有す
る。上部にあるゲート電極と下側ゲート電極とでドレイ
ン電流の変化分と定常分をそれぞれ受け持つなど、動作
の制御がしやすいトランジスタとすることができる。
The above-described semiconductor device of this embodiment has a field effect transistor having a double gate structure which is paired up and down. It is possible to provide a transistor whose operation can be easily controlled, for example, in which the upper gate electrode and the lower gate electrode handle a change in drain current and a steady current, respectively.

【0054】さらに、本実施例の半導体装置は、絶縁膜
の上層に半導体層を有するSOI構造を有しており、デ
バイスの寄生容量を小さくすることなどが可能な完全素
子分離構造とすることができる。また、接合の深さを浅
くすることにより、あるゲート長以下になると急激に閾
値電圧が低下するロールオフを抑制できる電界効果トラ
ンジスタを有する半導体装置である。また、リソグラフ
ィーに対するデフォーカスのマージンを減らすことが可
能な平坦性を有する電界効果トランジスタを有する半導
体装置である。
Further, the semiconductor device of this embodiment has an SOI structure having a semiconductor layer on an insulating film, and has a complete element isolation structure capable of reducing the parasitic capacitance of the device. it can. In addition, the present invention is a semiconductor device including a field-effect transistor that can suppress roll-off in which a threshold voltage is sharply reduced when a gate length becomes equal to or less than a certain gate length by reducing a junction depth. Further, the present invention is a semiconductor device including a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0055】上記の本実施例の半導体装置の製造方法に
ついて説明する。まず、図8(a)に示すように、実施
例1の半導体装置を製造する方法と同様の方法で、p型
シリコン半導体層S中に下側ゲート電極30’、下側ゲ
ート絶縁膜20’、下側第1絶縁膜21’、及びn型不
純物を高濃度に含有する下側ソース・ドレイン拡散層1
2’を形成し、p型シリコン半導体層Sに埋め込まれた
下側の電界効果トランジスタを形成する。次に電界効果
トランジスタを形成した表面を例えばCMP法などによ
り研磨し、平坦化する。
A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 8A, a lower gate electrode 30 'and a lower gate insulating film 20' are formed in a p-type silicon semiconductor layer S by a method similar to the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. , Lower first insulating film 21 ′, and lower source / drain diffusion layer 1 containing n-type impurities at a high concentration
2 ′ is formed to form a lower field-effect transistor embedded in the p-type silicon semiconductor layer S. Next, the surface on which the field effect transistor is formed is polished by, for example, the CMP method or the like, and is planarized.

【0056】次に、図8(b)に示すように、上記の電
界効果トランジスタを形成した表面を被覆するようにし
て絶縁性基板Iを密着させた状態で熱処理により融着さ
せ、SOI構造を形成する。次に、p型シリコン半導体
層Sの膜厚が所望の厚さとなるようにp型シリコン半導
体層Sの表面からCMP法などの研磨を行うか、あるい
はエッチバックすることで薄膜化する。
Next, as shown in FIG. 8B, the insulating substrate I is adhered by heat treatment so as to cover the surface on which the above-mentioned field-effect transistor is formed, so that the SOI structure is formed. Form. Next, the surface of the p-type silicon semiconductor layer S is polished by a CMP method or the like, or is etched back so that the thickness of the p-type silicon semiconductor layer S becomes a desired thickness.

【0057】次に、絶縁性基板Iを張り合わせた面とは
反対側のp型シリコン半導体層Sの表面に、実施例1の
半導体装置の製造方法と同様の方法で、p型シリコン半
導体層S中にゲート電極30、ゲート絶縁膜20、第1
絶縁膜21、及びn型不純物を高濃度に含有するソース
・ドレイン拡散層12を形成し、先に形成した下側の電
界効果トランジスタの下側ゲート電極30’とゲート電
極30が対向する位置になるようにp型シリコン半導体
層Sに埋め込まれた電界効果トランジスタを形成し、図
7に示す半導体装置を形成する。
Next, the p-type silicon semiconductor layer S is formed on the surface of the p-type silicon semiconductor layer S opposite to the surface on which the insulating substrate I is bonded by the same method as the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. Inside the gate electrode 30, the gate insulating film 20, the first
An insulating film 21 and a source / drain diffusion layer 12 containing an n-type impurity at a high concentration are formed, and the lower gate electrode 30 ′ and the lower electrode 30 ′ of the previously formed lower field effect transistor are opposed to each other. A field effect transistor buried in the p-type silicon semiconductor layer S is formed to form the semiconductor device shown in FIG.

【0058】上記の半導体装置の製造方法によれば、上
下に対をなすダブルゲート構造の電界効果トランジスタ
を有する。上部にあるゲート電極と下側ゲート電極とで
ドレイン電流の変化分と定常分をそれぞれ受け持つな
ど、動作の制御がしやすいトランジスタを有する半導体
装置を製造することができる。また、デバイスの寄生容
量を小さくすることなどが可能な完全素子分離構造とす
ることができるSOI構造を有し、接合の深さを浅くす
ることにより、あるゲート長以下になると急激に閾値電
圧が低下するロールオフを抑制でき、リソグラフィーに
対するデフォーカスのマージンを減らすことが可能な平
坦性を有する電界効果トランジスタを有する半導体装置
を製造することができる。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor device, there is provided a field effect transistor having a double gate structure which is paired up and down. It is possible to manufacture a semiconductor device having a transistor whose operation is easy to control, such that the upper gate electrode and the lower gate electrode take charge of a change in drain current and a steady component, respectively. In addition, it has an SOI structure that can be a complete element isolation structure that can reduce the parasitic capacitance of the device, etc., and by reducing the depth of the junction, the threshold voltage sharply drops below a certain gate length. It is possible to manufacture a semiconductor device including a field-effect transistor having flatness capable of suppressing the roll-off to be reduced and reducing the margin of defocus for lithography.

【0059】実施例6 図9は、本実施例の半導体装置の断面図である。絶縁性
基板Iの上層にp型シリコン半導体層Sを有する半導体
基板10上に基板に対して図示しないLOCOS素子分
離膜で区切られた領域を有する。その活性領域に例えば
酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜20により囲まれ
た、例えばポリシリコンよりなるゲート電極30が埋め
込まれている。ゲート電極30の両側部にn型不純物を
高濃度に含有するソース・ドレイン拡散層12を有す
る。ソース・ドレイン拡散層12はp型シリコン半導体
層Sの活性領域に接続しており、その膜厚はゲート電極
30よりも薄く形成されている。ゲート電極30、ソー
ス・ドレイン拡散層12及び半導体基板10の表面はほ
ぼ同じ高さにあり、平坦化されている。
Embodiment 6 FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment. On a semiconductor substrate 10 having a p-type silicon semiconductor layer S as an upper layer of the insulating substrate I, there is a region separated from the substrate by a LOCOS element isolation film (not shown). A gate electrode 30 made of, for example, polysilicon, which is surrounded by a gate insulating film 20 made of, for example, silicon oxide, is embedded in the active region. Source / drain diffusion layers 12 containing an n-type impurity at a high concentration are provided on both sides of the gate electrode 30. The source / drain diffusion layer 12 is connected to the active region of the p-type silicon semiconductor layer S, and has a thickness smaller than that of the gate electrode 30. The surfaces of the gate electrode 30, the source / drain diffusion layer 12, and the semiconductor substrate 10 are at substantially the same height and are flattened.

【0060】さらに、本実施例の半導体装置は、ゲート
電極30の下方のチャネル形成領域(p型シリコン半導
体層)の下層に例えば酸化シリコンからなる下側ゲート
絶縁膜20’を有し、さらに下側ゲート絶縁膜20’の
下層に例えばポリシリコンからなる下側ゲート電極3
0’を有し、下側ゲート電極30’の両側部にn型不純
物を高濃度に含有するチャネル形成領域に接続する下側
ソース・ドレイン拡散層12’を有している。
Further, the semiconductor device of this embodiment has a lower gate insulating film 20 ′ made of, for example, silicon oxide below the channel forming region (p-type silicon semiconductor layer) below the gate electrode 30. A lower gate electrode 3 made of, for example, polysilicon is formed below the lower gate insulating film 20 '.
0 ′, and a lower source / drain diffusion layer 12 ′ connected to a channel forming region containing a high concentration of n-type impurities on both sides of the lower gate electrode 30 ′.

【0061】上記の本実施例の半導体装置は、上下に対
をなすダブルゲート構造の電界効果トランジスタを有
し、上部にあるゲート電極と下側ゲート電極とでドレイ
ン電流の変化分と定常分をそれぞれ受け持つなど、動作
の制御がしやすいトランジスタとすることができる。ま
た、絶縁膜の上層に半導体層を有するSOI構造を有し
ており、デバイスの寄生容量を小さくすることなどが可
能な完全素子分離構造とすることができる。また、接合
の深さを浅くすることにより、あるゲート長以下になる
と急激に閾値電圧が低下するロールオフを抑制でき、さ
らにゲート電極の側面もチャネル形成領域とすることが
できるので、ゲート長が短い構造のトランジスタにおい
ても有効チャネル長を長くとることが可能で装置の微細
化、高集積化に有利な電界効果トランジスタを有する半
導体装置である。また、リソグラフィーに対するデフォ
ーカスのマージンを減らすことが可能な平坦性を有する
電界効果トランジスタを有する半導体装置である。
The semiconductor device of this embodiment has a double gate type field effect transistor which is paired up and down, and the change in the drain current and the steady state are determined by the upper gate electrode and the lower gate electrode. A transistor whose operation can be easily controlled, for example, can be provided. In addition, the semiconductor device has an SOI structure in which a semiconductor layer is provided above the insulating film, so that a complete element isolation structure in which parasitic capacitance of a device can be reduced can be obtained. In addition, by making the depth of the junction shallow, the roll-off in which the threshold voltage sharply drops below a certain gate length can be suppressed, and the side surface of the gate electrode can also be used as a channel formation region. This is a semiconductor device having a field-effect transistor which can increase the effective channel length even with a transistor having a short structure and is advantageous for miniaturization and high integration of the device. Further, the present invention is a semiconductor device including a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0062】上記の本実施例の半導体装置の製造方法に
ついて説明する。まず、図10(a)に示すように、絶
縁性基板Iの上層に例えばCVD法によりポリシリコン
層を堆積させ、パターニングして下側ゲート電極30’
を形成する。次に、例えば熱酸化などにより下側ゲート
電極を被覆して酸化シリコンよりなる下側ゲート絶縁膜
20’を形成する。次に、例えばポリシリコンを全面に
CVD法により堆積し、エッチングによりパターニング
して、n型不純物を高濃度に含有する下側ソース・ドレ
イン拡散層12’を形成し、絶縁性基板Iの上層に下側
の電界効果トランジスタを形成する。
A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 10A, a polysilicon layer is deposited on the upper layer of the insulating substrate I by, for example, a CVD method, and is patterned to form a lower gate electrode 30 ′.
To form Next, a lower gate insulating film 20 'made of silicon oxide is formed by covering the lower gate electrode by, for example, thermal oxidation. Next, for example, polysilicon is deposited on the entire surface by a CVD method and patterned by etching to form a lower source / drain diffusion layer 12 ′ containing an n-type impurity at a high concentration. Form the lower field effect transistor.

【0063】次に、図10(b)に示すように、上記の
電界効果トランジスタを被覆して全面に例えばCVD法
によりp型不純物を含有するポリシリコン堆積させ、p
型シリコン半導体層Sを形成し、SOI構造とする。エ
ピタキシャル成長によりp型シリコン半導体層を形成す
ることもできる。次に、p型シリコン半導体層Sの表面
からCMP法などの研磨を行うか、あるいはエッチバッ
クし、p型シリコン半導体層Sを所望の膜厚とする。
Next, as shown in FIG. 10B, a polysilicon containing a p-type impurity is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method to cover the field effect transistor.
Type silicon semiconductor layer S is formed to have an SOI structure. A p-type silicon semiconductor layer can also be formed by epitaxial growth. Next, the surface of the p-type silicon semiconductor layer S is polished by a CMP method or the like, or is etched back so that the p-type silicon semiconductor layer S has a desired thickness.

【0064】次に、堆積したp型シリコン半導体層Sの
上層に、実施例2の半導体装置の製造方法と同様の方法
で、p型シリコン半導体層S中にゲート電極30、ゲー
ト絶縁膜20、及びn型不純物を高濃度に含有するソー
ス・ドレイン拡散層12を形成する。このとき、先に形
成した下側の電界効果トランジスタの下側ゲート電極3
0’とゲート電極30が対向する位置になるように、p
型シリコン半導体層Sに埋め込まれた電界効果トランジ
スタを形成して、図9に示す半導体装置を形成する。
Next, a gate electrode 30, a gate insulating film 20, and a gate insulating film 20 are formed in the p-type silicon semiconductor layer S on the deposited p-type silicon semiconductor layer S in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment. And a source / drain diffusion layer 12 containing a high concentration of n-type impurities. At this time, the lower gate electrode 3 of the previously formed lower field effect transistor is formed.
0 ′ and the gate electrode 30 are positioned so as to face each other.
A field effect transistor embedded in the silicon semiconductor layer S is formed to form the semiconductor device shown in FIG.

【0065】上記の半導体装置の製造方法によれば、上
下に対をなすダブルゲート構造の電界効果トランジスタ
を有する。上部にあるゲート電極と下側ゲート電極とで
ドレイン電流の変化分と定常分をそれぞれ受け持つな
ど、動作の制御がしやすいトランジスタを有する半導体
装置を製造することができる。また、デバイスの寄生容
量を小さくすることなどが可能な完全素子分離構造とす
ることができるSOI構造を有し、接合の深さを浅くす
ることにより、あるゲート長以下になると急激に閾値電
圧が低下するロールオフを抑制でき、さらにゲート電極
の側面もチャネル形成領域とすることができるので、ゲ
ート長が短い構造のトランジスタにおいても有効チャネ
ル長を長くとることが可能で装置の微細化、高集積化に
有利な電界効果トランジスタを有する半導体装置を製造
することができる。また、リソグラフィーに対するデフ
ォーカスのマージンを減らすことが可能な平坦性を有す
る電界効果トランジスタを有する半導体装置を製造する
ことができる。
According to the above-described method of manufacturing a semiconductor device, a field effect transistor having a double-gate structure vertically paired is provided. It is possible to manufacture a semiconductor device having a transistor whose operation is easy to control, such that the upper gate electrode and the lower gate electrode take charge of a change in drain current and a steady component, respectively. In addition, it has an SOI structure that can be a complete element isolation structure that can reduce the parasitic capacitance of the device, etc., and by reducing the depth of the junction, the threshold voltage sharply drops below a certain gate length. The roll-off that decreases can be suppressed, and the side surface of the gate electrode can also be used as a channel formation region, so that the effective channel length can be increased even in a transistor having a short gate length, so that the device can be miniaturized and highly integrated. A semiconductor device having a field-effect transistor that is advantageous for fabrication can be manufactured. Further, it is possible to manufacture a semiconductor device having a field-effect transistor having flatness capable of reducing a defocus margin for lithography.

【0066】また、本発明の半導体装置をTFT構造に
適用する場合には、絶縁膜上にアモルファスシリコン層
あるいはポリシリコン層などを形成する通常のTFT構
造の場合に適用することができる。その他、本発明の半
導体装置及びその製造方法は、電界効果トランジスタを
有する半導体装置であればなんでも適用でき、例えばD
RAM、FRAM、ROMなどの半導体記憶装置、ある
いはロジックA/Dコンバータなどの半導体装置やその
他の半導体装置に適用することができる。
When the semiconductor device of the present invention is applied to a TFT structure, it can be applied to a normal TFT structure in which an amorphous silicon layer or a polysilicon layer is formed on an insulating film. In addition, the semiconductor device and the method for manufacturing the same of the present invention can be applied to any semiconductor device having a field effect transistor.
The present invention can be applied to a semiconductor storage device such as a RAM, an FRAM, and a ROM, a semiconductor device such as a logic A / D converter, and other semiconductor devices.

【0067】本発明の半導体装置及びその製造方法は、
上記の実施形態に限定されない。例えば、本実施例では
nチャネル電界効果トランジスタ構造を有する半導体装
置について説明しているが、p基板あるいはpウェルの
かわりにn基板あるいはp基板中のnウェル中に形成し
てにpチャネル型電界効果トランジスタ構造にしてもよ
い。nチャネル型トランジスタ構造の半導体装置とpチ
ャネル型トランジスタ構造の半導体装置ではn型不純物
とp型不純物を入れ替えれば良い。また、ソース・ドレ
イン領域としては、シリコン半導体層に導電性不純物を
拡散した拡散層のほか、金属電極なども使用することが
できる。
The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention
It is not limited to the above embodiment. For example, in this embodiment, a semiconductor device having an n-channel field effect transistor structure is described. However, instead of a p-substrate or p-well, a p-channel type electric field effect transistor is formed in an n-substrate or an n-well in a p-substrate. An effect transistor structure may be used. In a semiconductor device having an n-channel transistor structure and a semiconductor device having a p-channel transistor structure, n-type impurities and p-type impurities may be exchanged. In addition, as the source / drain region, a metal electrode or the like can be used in addition to a diffusion layer in which a conductive impurity is diffused in a silicon semiconductor layer.

【0068】また、ゲート電極及びダブルゲート構造の
際の下側ゲート電極は単層構造としているが、ポリサイ
ドなどの2層以上としてよい。また、本実施形態では、
シリコン半導体について、実施例の構造及びその製造方
法を示したが、同様に、ゲルマニウムや化合物半導体に
も適用が可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変更が可能である。
The gate electrode and the lower gate electrode in the double gate structure have a single-layer structure, but may have two or more layers such as polycide. In the present embodiment,
Although the structure and the manufacturing method of the silicon semiconductor according to the embodiment have been described, the present invention can be similarly applied to germanium and a compound semiconductor. In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、電界効果
トランジスタの接合の深さを非常に浅いものとすること
ができ、あるゲート長以下になると急激に閾値電圧が低
下するロールオフを抑制することができるので、ゲート
長を短縮化したときの閾値電圧の変動を抑制し、ゲート
長の短い領域まで使用することが可能である。また、ゲ
ート電極、ソース・ドレイン拡散層及び半導体基板の表
面がほぼ同じ高さにすることができるので、ソース・ド
レイン電極取り出し口の高さを揃えることで平坦性を有
し、リソグラフィーに対するデフォーカスのマージンを
減らすことが可能である。
According to the semiconductor device of the present invention, the junction depth of the field-effect transistor can be made very shallow, and the roll-off in which the threshold voltage drops sharply below a certain gate length can be suppressed. Therefore, fluctuation of the threshold voltage when the gate length is shortened can be suppressed, and it is possible to use even a region where the gate length is short. In addition, since the surface of the gate electrode, the source / drain diffusion layer and the surface of the semiconductor substrate can be made substantially the same height, the height of the source / drain electrode outlets is made uniform to have flatness and defocus for lithography. Can be reduced.

【0070】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、接合の深さを浅くすることで、あるゲート長以下
になると急激に閾値電圧が低下するロールオフを抑制で
き、ゲート長を短縮化したときの閾値電圧の変動を抑制
できるので、ゲート長の短い領域まで使用することが可
能である電界効果トランジスタを有する半導体装置を製
造することができる。また、ゲート電極とソース・ドレ
イン電極取り出し口の高さを揃えることでリソグラフィ
ーに対するデフォーカスのマージンを減らすことが可能
な平坦性を有する電界効果トランジスタを有する半導体
装置を製造することができる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, by making the junction depth shallow, it is possible to suppress the roll-off in which the threshold voltage drops sharply below a certain gate length, thereby reducing the gate length. Since the fluctuation of the threshold voltage at the time of formation can be suppressed, a semiconductor device having a field-effect transistor that can be used up to a region having a short gate length can be manufactured. In addition, a semiconductor device having a flat field-effect transistor capable of reducing a defocus margin for lithography by making the heights of gate and source / drain electrode outlets uniform can be manufactured.

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

【図1】図1は本発明の実施例1の半導体装置の断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は本発明の実施例1の半導体装置の製造方
法を示す断面図であり、(a)はウェルの形成工程ま
で、(b)はトレンチの形成工程まで、(c)はゲート
絶縁膜の形成工程までを示す。
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a process of forming a well, FIG. 2B is a diagram illustrating a process of forming a trench, and FIG. The steps up to the step of forming a gate insulating film are shown.

【図3】図3は図2の続きの工程を示し、(d)は第1
絶縁膜の形成工程まで、(e)はゲート電極の形成工程
までを示す。
FIG. 3 shows a step that follows the step shown in FIG. 2;
(E) shows up to the step of forming an insulating film and up to the step of forming a gate electrode.

【図4】図4は本発明の実施例2の半導体装置の断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図5は本発明の実施例3の半導体装置の断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】図6は本発明の実施例4の半導体装置の断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】図7は本発明の実施例5の半導体装置の断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】図8は本発明の実施例5の半導体装置の製造方
法を示す断面図であり、(a)は下側の電界効果トラン
ジスタの形成工程まで、(b)は絶縁膜と半導体層を張
り合わせる工程までを示す。
8A and 8B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a diagram illustrating a process of forming a lower field-effect transistor, and FIG. 8B is a diagram illustrating an insulating film and a semiconductor layer. Up to the step of bonding together.

【図9】図9は本発明の実施例6の半導体装置の断面図
である。
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】図10は本発明の実施例6の半導体装置の製
造方法を示す断面図であり、(a)は下側の電界効果ト
ランジスタの形成工程まで、(b)は半導体層の形成工
程までを示す。
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a diagram illustrating a process of forming a lower field-effect transistor, and FIG. Up to

【図11】図11は従来例の半導体装置の断面図であ
る。
FIG. 11 is a sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板、11…ウェル、12…ソース・ドレ
イン拡散層、12’…下側ソース・ドレイン拡散層、2
0…ゲート絶縁膜、20’…下側ゲート絶縁膜、21…
第1絶縁膜、21’…下側第1絶縁膜、22…第2絶縁
膜、30…ゲート電極、30’…下側ゲート電極、T…
ゲート用トレンチ、G…ゲート電極取り出し口、SD…
ソース・ドレイン電極取り出し口、I…絶縁性基板、S
…半導体層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Well, 12 ... Source / drain diffusion layer, 12 '... Lower source / drain diffusion layer, 2
0: gate insulating film, 20 ′: lower gate insulating film, 21:
1st insulating film, 21 '... lower 1st insulating film, 22 ... 2nd insulating film, 30 ... gate electrode, 30' ... lower gate electrode, T ...
Gate trench, G: Gate electrode outlet, SD ...
Source / drain electrode outlet, I ... insulating substrate, S
... Semiconductor layer.

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チャネル形成領域を有する半導体基板と、 該チャネル形成領域からゲート絶縁膜を介して配置さ
れ、前記半導体基板中にトレンチ状に形成されたゲート
電極と、 該ゲート電極の両側部の半導体基板中に絶縁膜を介して
配置され、前記チャネル形成領域に接続するソース・ド
レイン領域とを有し、 前記ソース・ドレイン領域の膜厚が前記ゲート電極の膜
厚とほぼ同じもしくはそれ以下であり、 前記ゲート電極に所定の電圧を印加することにより前記
チャネル形成領域に形成されるチャネル領域を通して前
記ソース・ドレイン領域に電流を流すことができる電界
効果トランジスタを有する半導体装置。
A semiconductor substrate having a channel forming region; a gate electrode disposed in the semiconductor substrate from the channel forming region via a gate insulating film; and a gate electrode formed in a trench shape in the semiconductor substrate; A source / drain region disposed in the semiconductor substrate via an insulating film and connected to the channel formation region, wherein the thickness of the source / drain region is substantially equal to or less than the thickness of the gate electrode; A semiconductor device having a field-effect transistor capable of flowing a current to the source / drain region through a channel region formed in the channel formation region by applying a predetermined voltage to the gate electrode.
【請求項2】前記ゲート電極、前記ソース・ドレイン領
域及び前記半導体基板の表面がほぼ同じ高さである請求
項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode, said source / drain region and said semiconductor substrate have substantially the same height.
【請求項3】前記ソース・ドレイン領域の膜厚が前記ゲ
ート電極の膜厚より薄く、前記ゲート電極の下部及び両
側部にチャネル形成領域を有する請求項1記載の半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the source / drain region is smaller than the thickness of the gate electrode, and a channel formation region is provided below and on both sides of the gate electrode.
【請求項4】半導体基板に形成された絶縁膜上に形成さ
れている請求項1記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed on an insulating film formed on the semiconductor substrate.
【請求項5】前記ゲート電極の下方の前記チャネル形成
領域の下層に下側ゲート絶縁膜を有し、 前記下側ゲート絶縁膜の下層に下側ゲート電極を有し、 前記下側ゲート電極の両側部に前記チャネル形成領域に
接続し、前記下側ゲート電極の膜厚とほぼ同じもしくは
それ以下の膜厚を有する下側ソース・ドレイン領域を有
する請求項1記載の半導体装置。
5. A lower gate insulating film under the channel forming region below the gate electrode, a lower gate electrode under the lower gate insulating film, 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising lower source / drain regions connected to said channel forming region on both sides and having a thickness substantially equal to or less than a thickness of said lower gate electrode.
【請求項6】前記ゲート電極、前記ソース・ドレイン領
域及び前記半導体基板の表面がほぼ同じ高さである請求
項5記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein said gate electrode, said source / drain region and said semiconductor substrate have substantially the same height.
【請求項7】前記ソース・ドレイン領域の膜厚が前記ゲ
ート電極の膜厚より薄く、前記ゲート電極の下部及び両
側部にチャネル形成領域を有する請求項5記載の半導体
装置。
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein the thickness of the source / drain region is smaller than the thickness of the gate electrode, and a channel formation region is provided below and on both sides of the gate electrode.
【請求項8】半導体基板に形成された絶縁膜上に形成さ
れている請求項5記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is formed on an insulating film formed on the semiconductor substrate.
【請求項9】半導体基板にトレンチ状のゲート電極用凹
部を形成する工程と、 前記ゲート電極用凹部の内壁表面にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート電極用凹部に導電体を埋め込んでゲート電極
を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側部の半導体基板中に前記ゲート電
極の膜厚とほぼ同じもしくはそれ以下の膜厚を有するソ
ース・ドレイン領域を形成する工程とを有する半導体装
置の製造方法。
9. A step of forming a trench-shaped recess for a gate electrode in a semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating film on an inner wall surface of the recess for a gate electrode, and embedding a conductor in the recess for a gate electrode. Forming a gate electrode; and forming source / drain regions having a thickness substantially equal to or less than the thickness of the gate electrode in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Production method.
【請求項10】前記ゲート電極用凹部に導電体を埋め込
んでゲート電極を形成する工程が、前記半導体基板の表
面とほぼ同じ高さを有するゲート電極を形成する工程を
含む請求項9記載の半導体装置の製造方法。
10. The semiconductor according to claim 9, wherein said step of forming a gate electrode by embedding a conductor in said gate electrode recess includes forming a gate electrode having substantially the same height as the surface of said semiconductor substrate. Device manufacturing method.
【請求項11】前記ゲート絶縁膜の形成工程の後、前記
ゲート電極の形成工程の前に、前記ゲート電極用凹部の
側壁部にゲート絶縁膜よりも厚膜の絶縁膜を形成する工
程を有する請求項9記載の半導体装置の製造方法。
11. A step of forming an insulating film thicker than the gate insulating film on the side wall of the recess for the gate electrode after the step of forming the gate insulating film and before the step of forming the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
【請求項12】前記ソース・ドレイン領域を形成する工
程が、前記ゲート電極よりも薄い膜厚で前記ソース・ド
レイン領域を形成する工程である請求項9記載の半導体
装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein said step of forming said source / drain region is a step of forming said source / drain region with a smaller thickness than said gate electrode.
【請求項13】前記半導体基板にゲート電極用凹部を形
成する工程の前に、絶縁膜と半導体層の積層体を形成
し、前記半導体基板とする工程を有する請求項9記載の
半導体装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step of forming a laminated body of an insulating film and a semiconductor layer to form the semiconductor substrate before the step of forming the concave portion for the gate electrode in the semiconductor substrate. Method.
【請求項14】前記絶縁膜と半導体層の積層体を形成す
る工程が、絶縁膜と半導体層を貼り合わせる工程である
請求項13記載の半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the step of forming a stacked body of the insulating film and the semiconductor layer is a step of bonding the insulating film and the semiconductor layer.
【請求項15】前記絶縁膜と半導体層の積層体を形成す
る工程が、半導体層に対してイオン注入により絶縁膜を
形成する工程である請求項13記載の半導体装置の製造
方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the step of forming a stacked body of the insulating film and the semiconductor layer is a step of forming an insulating film by ion implantation into the semiconductor layer.
【請求項16】前記絶縁膜と半導体層の積層体を形成す
る工程が、エピタキシャル成長により絶縁膜上に半導体
層を形成する工程である請求項13記載の半導体装置の
製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the step of forming a stacked body of the insulating film and the semiconductor layer is a step of forming a semiconductor layer on the insulating film by epitaxial growth.
【請求項17】前記半導体基板にゲート電極用凹部を形
成する工程の前に、 半導体層にトレンチ状の下側ゲート電極用凹部を形成す
る工程と、 前記下側ゲート電極用凹部の内壁表面に下側ゲート絶縁
膜を形成する工程と、 前記下側ゲート電極用凹部に導電体を埋め込んで下側ゲ
ート電極を形成する工程と、 前記下側ゲート電極の両側部の半導体基板中に前記下側
ゲート電極の膜厚とほぼ同じもしくはそれ以下の膜厚を
有する下側ソース・ドレイン領域を形成する工程と、 前記半導体層の下側ゲート電極を形成した面上に絶縁膜
を形成して前記半導体基板とする工程とを有する請求項
9記載の半導体装置の製造方法。
17. A step of forming a trench-shaped lower gate electrode recess in a semiconductor layer before the step of forming a gate electrode recess in the semiconductor substrate; and forming an inner wall surface of the lower gate electrode recess in the semiconductor layer. Forming a lower gate insulating film; forming a lower gate electrode by embedding a conductor in the lower gate electrode recess; and forming the lower gate electrode in a semiconductor substrate on both sides of the lower gate electrode. Forming a lower source / drain region having a thickness substantially equal to or less than the thickness of the gate electrode, and forming an insulating film on a surface on which the lower gate electrode is formed on the semiconductor layer; The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising: forming a substrate.
【請求項18】前記下側ゲート電極用凹部に導電体を埋
め込んで下側ゲート電極を形成する工程が、前記半導体
基板の表面とほぼ同じ高さを有する下側ゲート電極を形
成する工程を含む請求項17記載の半導体装置の製造方
法。
18. The step of forming a lower gate electrode by embedding a conductor in the lower gate electrode recess includes forming a lower gate electrode having substantially the same height as the surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 17.
【請求項19】前記半導体基板にゲート電極用凹部を形
成する工程の前に、 絶縁膜上に下側ゲート電極を形成する工程と、 前記下側ゲート電極の上層に下側ゲート絶縁膜を形成す
る工程と、 前記下側ゲート電極の両側部に前記下側ゲート電極の膜
厚とほぼ同じあるいはそれ以下の膜厚の下側ソース・ド
レイン領域を形成する工程と、 前記下側ゲート絶縁膜、及び前記下側ソース・ドレイン
領域を被覆して全面に半導体層を形成して前記半導体基
板とする工程とを有する請求項9記載の半導体装置の製
造方法。
19. A step of forming a lower gate electrode on an insulating film before the step of forming a recess for a gate electrode in the semiconductor substrate; and forming a lower gate insulating film on an upper layer of the lower gate electrode. Forming a lower source / drain region having a thickness substantially equal to or less than the thickness of the lower gate electrode on both sides of the lower gate electrode; and 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising: forming a semiconductor layer on the entire surface by covering the lower source / drain region to form the semiconductor substrate.
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