JPWO2005074035A1 - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Field effect transistor and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JPWO2005074035A1
JPWO2005074035A1 JP2005517473A JP2005517473A JPWO2005074035A1 JP WO2005074035 A1 JPWO2005074035 A1 JP WO2005074035A1 JP 2005517473 A JP2005517473 A JP 2005517473A JP 2005517473 A JP2005517473 A JP 2005517473A JP WO2005074035 A1 JPWO2005074035 A1 JP WO2005074035A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
region
gate electrode
insulating film
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005517473A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5170958B2 (en
Inventor
黄 俐昭
俐昭 黄
竹内 潔
潔 竹内
田中 克彦
克彦 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2005517473A priority Critical patent/JP5170958B2/en
Publication of JPWO2005074035A1 publication Critical patent/JPWO2005074035A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5170958B2 publication Critical patent/JP5170958B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66787Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel
    • H01L29/66795Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66787Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel
    • H01L29/66795Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H01L29/66818Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the channel being thinned after patterning, e.g. sacrificial oxidation on fin
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H01L29/7853Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the body having a non-rectangular crossection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H01L29/7853Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the body having a non-rectangular crossection
    • H01L29/7854Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the body having a non-rectangular crossection with rounded corners

Abstract

基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層を跨ぐようにその上部から相対する両側面上に延在するゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層上面に設けられ前記ゲート電極下に位置するキャップ絶縁層と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、前記キャップ絶縁層は、前記基体平面に平行方向であって一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向に垂直な方向へ、前記ゲート絶縁膜の表面から張り出した張り出し部を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。A semiconductor layer projecting upward from the plane of the substrate, a gate electrode extending on opposite side surfaces from the top so as to straddle the semiconductor layer, and gate insulation interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer A cap insulating layer provided on the upper surface of the semiconductor layer and positioned under the gate electrode; and a source / drain region formed in a region of the semiconductor layer not covered by the gate electrode, The layer has a projecting portion projecting from the surface of the gate insulating film in a direction parallel to the plane of the substrate and perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions. Transistor.

Description

本発明は、電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a field effect transistor and a manufacturing method thereof.

[構造]
電界効果型トランジスタの性能向上を目的に、突起した半導体領域の両側面にゲート電極を設け、半導体領域の両側面にチャネルを形成することを特徴とするFinFETと呼ばれる電界効果型トランジスタが提案されている。その典型的構造を図81、図82に示す。図81は平面図、図82(a)は図81のA−A’断面における断面図、図82(b)は図81のB−B’断面における断面図である。支持基板1上に埋め込み絶縁膜2が設けられ、その上部に半導体層3が設けられる。半導体層3の側面にはゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が設けられる(図82(a))。半導体層3のうち、ゲート電極に覆われない部分は高濃度の第一導電型の不純物が導入され、ソース/ドレイン領域6をなす。ゲート電極5に覆われた半導体層3はチャネル形成領域7をなし、ゲート電極に適当な電圧を印加することにより、その表面に第一導電型のキャリアが誘起されてチャネルが形成される。チャネル形成領域には一般には低濃度の第二導電型不純物が導入されるか、あるいは導入されない。
[Construction]
For the purpose of improving the performance of a field effect transistor, a field effect transistor called FinFET has been proposed, characterized in that a gate electrode is provided on both side surfaces of a protruding semiconductor region and a channel is formed on both side surfaces of the semiconductor region. Yes. The typical structure is shown in FIGS. 81 is a plan view, FIG. 82 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 81, and FIG. 82 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. A buried insulating film 2 is provided on the support substrate 1, and a semiconductor layer 3 is provided thereon. A gate electrode 5 is provided on a side surface of the semiconductor layer 3 via a gate insulating film 4 (FIG. 82A). A portion of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode is doped with a high-concentration first conductivity type impurity to form a source / drain region 6. The semiconductor layer 3 covered with the gate electrode 5 forms a channel formation region 7, and when a suitable voltage is applied to the gate electrode, carriers of the first conductivity type are induced on the surface thereof, thereby forming a channel. In general, a low-concentration second-conductivity type impurity is introduced into the channel formation region or not.

なお、図81のA−A’断面は、半導体層がゲートに覆われた位置において、二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向(以下この方向をチャネル長方向と記す)に垂直な面における断面を示し、図81のB−B’断面はチャネル長方向の断面を示す。   81 is a cross section in a plane perpendicular to the direction connecting two source / drain regions (hereinafter, this direction is referred to as a channel length direction) at the position where the semiconductor layer is covered by the gate. 81, the BB ′ cross section in FIG. 81 shows a cross section in the channel length direction.

FinFETにおいて、半導体層3の上部に設けられた絶縁膜の厚さと半導体層3の側面に設けられた絶縁膜の厚さの差が小さい場合、トランジスタがオン状態になると、チャネル形成領域7をなす半導体層3の両側面と半導体層の上面にチャネルが形成される。この構造はトライゲート構造と呼ばれる。トライゲート構造のトランジスタでは、半導体層3の上部に設けられた絶縁膜の厚さと半導体層3の側面に設けられた絶縁膜の厚さの関係が、典型的には一方の膜厚が他方の膜厚の1〜5倍であり、より典型的には一方の膜厚が他方の膜厚の1〜2倍であり、最も理想的には両者の膜厚がほぼ等しい。図82(a)及び図82(b)はトライゲート構造のトランジスタの典型的な構造である。   In the FinFET, when the difference between the thickness of the insulating film provided on the semiconductor layer 3 and the thickness of the insulating film provided on the side surface of the semiconductor layer 3 is small, the channel formation region 7 is formed when the transistor is turned on. Channels are formed on both side surfaces of the semiconductor layer 3 and the upper surface of the semiconductor layer. This structure is called a trigate structure. In a tri-gate transistor, the relationship between the thickness of the insulating film provided on the semiconductor layer 3 and the thickness of the insulating film provided on the side surface of the semiconductor layer 3 is typically such that one film thickness is the other. The film thickness is 1 to 5 times the film thickness, more typically one film thickness is 1 to 2 times the other film thickness, and most ideally both film thicknesses are approximately equal. 82A and 82B show a typical structure of a tri-gate transistor.

また、半導体層3の上部にゲート絶縁膜よりも充分厚いキャップ絶縁層8が設けられる場合、典型的にはキャップ絶縁層8の厚さがゲート絶縁膜の厚さの5倍以上、より典型的には10倍以上の場合、半導体層3の上部にはほとんどチャネルが形成されず、トランジスタがオンした状態では、半導体層3の両側面に形成されるチャネルが主に電気伝導を担う。この構造はダブルゲート構造と呼ばれる。図83(a)及び図83(b)はダブルゲート構造のトランジスタの典型的な断面形状を示す。それぞれ図81のA−A’断面、及び図81のB−B’断面において描いたものである。   When the cap insulating layer 8 that is sufficiently thicker than the gate insulating film is provided on the semiconductor layer 3, the thickness of the cap insulating layer 8 is typically more than five times the thickness of the gate insulating film, and more typically. In the case of 10 times or more, almost no channel is formed above the semiconductor layer 3, and when the transistor is turned on, the channels formed on both side surfaces of the semiconductor layer 3 are mainly responsible for electrical conduction. This structure is called a double gate structure. 83A and 83B show a typical cross-sectional shape of a double-gate transistor. They are respectively drawn in the A-A ′ section of FIG. 81 and the B-B ′ section of FIG. 81.

また、半導体層3の上部コーナー部34(図82(a)及び図83(a)に、上部コーナー部34の一方を破線で囲んで示す。)における電界の集中によるトランジスタ特性への悪影響を防ぐ目的から、半導体層3の上部コーナー部を丸めた構造も提案されている(特開2002−118255号公報:特許文献1の図28及び関連記載)。これを図85に示す。このような構造は、例えば半導体層の上部コーナーを熱酸化することによって形成する。なお、図85は図82(a)と同じ位置における断面図を示す。   Further, an adverse effect on transistor characteristics due to electric field concentration in the upper corner portion 34 of the semiconductor layer 3 (one of the upper corner portions 34 is surrounded by a broken line in FIGS. 82A and 83A) is prevented. For the purpose, a structure in which the upper corner portion of the semiconductor layer 3 is rounded has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-118255: FIG. 28 of Patent Document 1 and related description). This is shown in FIG. Such a structure is formed, for example, by thermally oxidizing the upper corner of the semiconductor layer. FIG. 85 shows a cross-sectional view at the same position as FIG.

なお、ダブルゲート構造とトライゲート構造との相違についての説明で用いた、キャップ絶縁層8の厚さと、ゲート絶縁膜4の厚さとの比は、両者が同一の誘電率を持つ場合を基準としている。両者の誘電率が異なる場合は、それぞれの膜厚をそれぞれの誘電率で割り、得られたそれぞれの商に両者共通の定数(例えばSiO2膜の誘電率)をかけた積を換算膜厚として、上記比較を行えば良い。The ratio of the thickness of the cap insulating layer 8 to the thickness of the gate insulating film 4 used in the description of the difference between the double gate structure and the trigate structure is based on the case where both have the same dielectric constant. Yes. When the dielectric constants of the two are different, the product obtained by dividing the respective film thicknesses by the respective dielectric constants and multiplying the obtained quotients by a common constant (for example, the dielectric constant of the SiO 2 film) is used as the equivalent film thickness. The above comparison may be performed.

一方、特開2002−270850号公報(特許文献2)には、位置不整合による寄生容量の増大や寄生抵抗の変動に起因する動作性能の低下を抑えることを目的とし、ソース/ドレイン領域及びチャネル領域を持つ島状半導体結晶層と、そのチャネル領域部の対向する両側面部にそれぞれゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極を有する電界効果トランジスタが開示されている。そして、その一実施形態として短チャネル効果をより一層抑制することを目的としてチャネル領域部分(両ゲート電極に挟まれた部分)の島状半導体結晶層の幅を薄くした構成が記載され、結果として、その島状層上部の絶縁膜が当該島状層側面に対して突起した形状となっている(特許文献2の図19及び関連記載)。しかしながら、この電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極はその島状層の両側に分離・絶縁して設けられている。   On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-270850 (Patent Document 2) aims to suppress a decrease in operation performance due to an increase in parasitic capacitance due to position mismatch or a variation in parasitic resistance, and a source / drain region and a channel. There is disclosed a field effect transistor having an island-like semiconductor crystal layer having a region and a gate electrode provided on each opposite side surface portion of the channel region portion via a gate insulating film. As an embodiment, a configuration in which the width of the island-shaped semiconductor crystal layer in the channel region portion (portion between both gate electrodes) is reduced for the purpose of further suppressing the short channel effect is described. The insulating film on the upper part of the island-like layer has a shape protruding from the side surface of the island-like layer (FIG. 19 of Patent Document 2 and related description). However, in this field effect transistor, the gate electrode is provided separately and insulated on both sides of the island layer.

[従来技術の課題]
nチャネルトランジスタを例に、従来のFinFETにおける課題を説明する。ここではnチャネルトランジスタについて説明するが、pチャネルトランジスタにおいては、極性を逆にすれば(例えば、nチャネルトランジスタにおける電位上昇を、pチャネルトランジスタにおいては電位低下と読みかえる。また、nチャネルトランジスタにおけるしきい値電圧の低下を、pチャネルトランジスタにおいてはしきい値電圧の上昇と読みかえる。)同様の議論が成り立つ。
[Prior art issues]
The problem in the conventional FinFET will be described using an n-channel transistor as an example. Here, an n-channel transistor will be described. However, in a p-channel transistor, if the polarity is reversed (for example, a potential increase in an n-channel transistor can be read as a potential decrease in a p-channel transistor. A decrease in threshold voltage can be read as an increase in threshold voltage in a p-channel transistor.) A similar argument holds.

(第一の課題)
図81のA−A’断面において、半導体層3の上端部の電位分布をシミュレーションした結果を図84(a)、図84(b)に示す。図84(a)はトライゲート構造の場合であり、図82(a)の断面に対応するもの、図84(b)はダブルゲート構造の場合であり、図83(a)の断面に対応するものである。図中の等高線は真性半導体シリコンを基準にした等電位線であり、半導体層の中央から外側に向って、−0.4V、−0.2V、0.0V、0.2V、0.4Vである。チャネル領域の不純物濃度は8×1018cm-3、ゲート電圧はゼロボルト、ゲート酸化膜厚は2nmである。なお、電位は真性半導体シリコンを基準にしているため、ゼロバイアスされているn+型シリコンの電位は0.56Vであり、ゼロバイアスされているゲートの電位は0.56Vである。なお、本明細書中に示す各素子構造についてのシミュレーション結果は、特筆しないかぎり上記と同一の条件で実施したものである。
(First issue)
FIG. 84A and FIG. 84B show the simulation results of the potential distribution at the upper end of the semiconductor layer 3 in the section AA ′ in FIG. 84A shows the case of the tri-gate structure, which corresponds to the cross section of FIG. 82A, and FIG. 84B shows the case of the double gate structure, which corresponds to the cross section of FIG. Is. Contour lines in the figure are equipotential lines based on intrinsic semiconductor silicon, and are −0.4V, −0.2V, 0.0V, 0.2V, 0.4V from the center of the semiconductor layer to the outside. is there. The impurity concentration of the channel region is 8 × 10 18 cm −3 , the gate voltage is zero volts, and the gate oxide film thickness is 2 nm. Since the potential is based on intrinsic semiconductor silicon, the potential of n + -type silicon that is zero-biased is 0.56V, and the potential of the gate that is zero-biased is 0.56V. Note that the simulation results for each element structure shown in this specification are performed under the same conditions as described above unless otherwise specified.

ダブルゲート構造、トライゲート構造のいずれにおいても、半導体層の上部コーナー部において等電位線が湾曲している。これは上部コーナー部では、ゲート電極から不純物イオンに向う電界が集中するために、半導体層の他の部分よりも電位が上昇していることを示している。上部コーナー部の電位が上昇すると、上部コーナー部にしきい値電圧が低い寄生トランジスタが形成される。寄生トランジスタが形成されると、図86のようにサブスレッショルド電流が増加し、オフ電流が増加するという問題が生じる。   In both the double gate structure and the trigate structure, the equipotential line is curved at the upper corner portion of the semiconductor layer. This indicates that in the upper corner portion, the electric field from the gate electrode toward the impurity ions concentrates, so that the potential is higher than in other portions of the semiconductor layer. When the potential at the upper corner increases, a parasitic transistor having a low threshold voltage is formed at the upper corner. When the parasitic transistor is formed, there arises a problem that the subthreshold current increases and the off-current increases as shown in FIG.

このような電界集中は、ゲート電極から不純物イオンに向う電界が原因であるので、チャネル領域の不純物濃度が高い場合、典型的には5×1017cm-3以上の場合に顕著になる。Such electric field concentration is caused by the electric field from the gate electrode toward the impurity ions, and therefore becomes prominent when the impurity concentration in the channel region is high, typically 5 × 10 17 cm −3 or more.

またこのような電界集中は、半導体層の側面に位置するゲートからの電界、半導体層上方のゲート電極からの電界、半導体層の上端よりも上方へ延在したゲート電極側面からの電界が、半導体層上部コーナー部に集中することによって発生する(図92(a)、図92(b))。なお、図92(a)、図92(b)はそれぞれ図82(a)、図83(a)の断面において半導体層の上部に相当する位置における断面図である。なお、矢印(記号46)は電界集中をひき起こすゲート電界を示す。   Such electric field concentration is caused by the electric field from the gate located on the side surface of the semiconductor layer, the electric field from the gate electrode above the semiconductor layer, and the electric field from the side surface of the gate electrode extending above the upper end of the semiconductor layer. This occurs by concentrating on the upper corner of the layer (FIGS. 92A and 92B). 92 (a) and 92 (b) are cross-sectional views at positions corresponding to the upper portion of the semiconductor layer in the cross sections of FIGS. 82 (a) and 83 (a), respectively. An arrow (symbol 46) indicates a gate electric field that causes electric field concentration.

したがって、半導体層上部コーナー部における電位上昇を抑制し、寄生トランジスタの影響を縮小する技術が望まれる。   Therefore, there is a demand for a technology that suppresses the potential increase at the upper corner portion of the semiconductor layer and reduces the influence of the parasitic transistor.

(第二の課題)
また、図85に示すように、半導体層3の上部コーナー部34を熱酸化等の丸め工程を実施することによって丸みを帯びた形状に加工し、コーナー部の電界を緩和し、寄生トランジスタを抑制する方法が知られている。
(Second issue)
In addition, as shown in FIG. 85, the upper corner portion 34 of the semiconductor layer 3 is processed into a rounded shape by performing a rounding process such as thermal oxidation, thereby relaxing the electric field at the corner portion and suppressing parasitic transistors. How to do is known.

しかしこの場合、丸めたコーナー部9では、本来チャネルが形成される半導体側面または半導体上面のいずれとも面方位が異なる結晶面が露出する。一方、熱酸化により形成されるゲート絶縁膜の厚さ、キャリア移動度及び界面準位密度は面方位に依存する。しきい値電圧やドレイン電流などトランジスタの基本的な特性は、ゲート絶縁膜の厚さ、キャリア移動度及び界面準位密度に強く依存するので、丸めたコーナー部9では半導体側面および半導体上面とは異なる特性を持った新たな寄生トランジスタが出現し、FinFETの特性が変化してしまう。特に、第一の課題で述べた寄生トランジスタを強く抑制しようとしてコーナー部の曲率半径を大きくすると、第二の課題はより顕著になる。   However, in this case, the rounded corner portion 9 exposes a crystal plane having a different plane orientation from either the semiconductor side surface or the semiconductor upper surface where the channel is originally formed. On the other hand, the thickness, carrier mobility, and interface state density of the gate insulating film formed by thermal oxidation depend on the plane orientation. Since the basic characteristics of the transistor such as the threshold voltage and the drain current strongly depend on the thickness of the gate insulating film, the carrier mobility, and the interface state density, the rounded corner portion 9 is different from the semiconductor side surface and the semiconductor upper surface. A new parasitic transistor having different characteristics appears, and the characteristics of the FinFET change. In particular, when the radius of curvature of the corner portion is increased in order to strongly suppress the parasitic transistor described in the first problem, the second problem becomes more prominent.

したがって、コーナー部を丸めなくとも、あるいはコーナー部を丸めたとしてもコーナー部の曲率半径が小さい状態において、コーナー部の電位上昇を抑制し、寄生トランジスタを抑制できる技術が望まれる。   Therefore, there is a demand for a technique that can suppress a potential increase in a corner portion and suppress a parasitic transistor in a state where the corner portion has a small radius of curvature without rounding the corner portion or even when the corner portion is rounded.

本発明の目的は、FinFETの基体平面から突起した半導体層のコーナー部において寄生トランジスタが形成されることを防止して、素子特性が改善されたFinFETを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a FinFET having improved element characteristics by preventing the formation of a parasitic transistor at a corner portion of a semiconductor layer protruding from the plane of the FinFET substrate.

本発明によれば、下記の電界効果型トランジスタ及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the following field effect transistor and a method for manufacturing the same can be provided.

(1)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層を跨ぐようにその上部から相対する両側面上に延在するゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層上に設けられ前記ゲート電極下に位置するキャップ絶縁層と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記キャップ絶縁層は、前記基体平面に平行方向であって一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向に垂直な方向へ、前記ゲート絶縁膜の表面から張り出した張り出し部を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(1) A semiconductor layer protruding upward from the plane of the substrate, a gate electrode extending on opposite side surfaces from the upper part so as to straddle the semiconductor layer, and interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer A gate insulating film, a cap insulating layer provided on the semiconductor layer and positioned under the gate electrode, and a source / drain region formed in a region of the semiconductor layer not covered by the gate electrode,
The cap insulating layer has a projecting portion projecting from the surface of the gate insulating film in a direction parallel to the substrate plane and perpendicular to a channel length direction connecting a pair of source / drain regions. Field effect transistor.

(2)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が5nm以上である発明1の電界効果型トランジスタ。   (2) The field effect transistor according to invention 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width of 5 nm or more with respect to the surface of the gate insulating film.

(3)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が5nm以上、20nm以下である発明1の電界効果型トランジスタ。   (3) The field effect transistor according to invention 1, wherein the projecting portion has a projecting width of 5 nm or more and 20 nm or less with respect to the surface of the gate insulating film.

(4)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が当該ゲート絶縁膜の厚さの2.5倍以上である発明1、2又は3の電界効果型トランジスタ。   (4) The field effect transistor according to invention 1, 2, or 3, wherein the overhanging portion has an overhanging width with respect to the surface of the gate insulating film that is not less than 2.5 times the thickness of the gate insulating film.

(5)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が当該ゲート絶縁膜の厚さの2.5倍以上、10倍以下である発明1、2又は3の電界効果型トランジスタ。   (5) The field effect transistor according to invention 1, 2, or 3, wherein the overhanging portion has an overhanging width with respect to the surface of the gate insulating film that is not less than 2.5 times and not more than 10 times the thickness of the gate insulating film.

(6)前記張り出し部は、前記半導体層の基体平面に平行且つチャネル長方向に垂直な方向の幅が最も広い位置におけるゲート絶縁膜表面に対して張り出している発明1〜5のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (6) The electric field according to any one of inventions 1 to 5, wherein the projecting portion projects from the surface of the gate insulating film at a position where the width in the direction parallel to the substrate plane of the semiconductor layer and perpendicular to the channel length direction is the widest. Effect transistor.

(7)発明1〜6のいずれかの電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にキャップ絶縁層を形成し、前記半導体層および前記キャップ絶縁層をパターニングして基体平面から上方に突起した半導体層とその上にパターニングされたキャップ絶縁層を形成する工程と、
前記キャップ絶縁層下の半導体層の側面が当該キャップ絶縁層の端部よりも内側に後退するように、前記半導体層の側面をエッチングして当該半導体層を細らせる工程と、
前記半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(7) A method of manufacturing a field effect transistor according to any one of inventions 1 to 6,
Forming a cap insulating layer on the semiconductor layer, patterning the semiconductor layer and the cap insulating layer to form a semiconductor layer protruding upward from a substrate plane, and forming a patterned cap insulating layer thereon;
Etching the side surface of the semiconductor layer so that the side surface of the semiconductor layer under the cap insulating layer recedes inward from the end of the cap insulating layer; and
And a step of forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer.

(8)ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明7の電界効果型トランジスタの製造方法。
(8) depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposited film to form a gate electrode;
The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 7, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.

(9)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
さらに、前記半導体層の上部でゲート電極の上端よりも低い位置に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(9) A semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer, and the gate A source / drain region formed in a region not covered by the electrode,
The field effect transistor further comprises a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 at a position lower than the upper end of the gate electrode above the semiconductor layer.

(10)前記半導体層の上部に接して、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する発明9の電界効果型トランジスタ。(10) The field effect transistor according to invention 9 having a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 in contact with the upper portion of the semiconductor layer.

(11)前記半導体層の上部に接して、SiO2またはSiO2よりも誘電率が高い保護絶縁膜が設けられ、この保護絶縁膜の上にSiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する発明9の電界効果型トランジスタ。(11) A protective insulating film having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 is provided in contact with the upper portion of the semiconductor layer, and a low dielectric constant region having a lower dielectric constant than SiO 2 is formed on the protective insulating film. The field effect transistor of invention 9 which has.

(12)前記低誘電率領域が空洞よりなる発明9〜11のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (12) The field effect transistor according to any one of inventions 9 to 11, wherein the low dielectric constant region comprises a cavity.

(13)前記半導体層の下部にSiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する発明9〜12のいずれかの電界効果型トランジスタ。(13) The field effect transistor according to any one of inventions 9 to 12, wherein a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 is provided below the semiconductor layer.

(14)前記半導体層の下部に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有し、前記ゲート電極の下部には、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有しない発明9〜12のいずれかの電界効果型トランジスタ。(14) The invention has a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 below the semiconductor layer, and no low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 below the gate electrode. The field effect transistor of any one of 9-12.

(15)前記半導体層の下部に設けられる前記低誘電率領域が空洞よりなる発明13又は14の電界効果型トランジスタ。   (15) The field effect transistor according to invention 13 or 14, wherein the low dielectric constant region provided under the semiconductor layer comprises a cavity.

(16)前記半導体層は、第1の絶縁層上に、この第1の絶縁層とは異なる材料からなる第2の絶縁層を介して設けられ、
前記ゲート電極は、第1の絶縁層上に第2の絶縁層を介さずに直接第1の絶縁層に接する部分を有する発明9〜12のいずれかの電界効果型トランジスタ。
(16) The semiconductor layer is provided on the first insulating layer via a second insulating layer made of a material different from the first insulating layer,
The field effect transistor according to any one of inventions 9 to 12, wherein the gate electrode has a portion directly in contact with the first insulating layer without passing through the second insulating layer on the first insulating layer.

(17)第2の絶縁層がSiO2よりも誘電率が低い材料からなる発明16の電界効果型トランジスタ。(17) The field effect transistor according to invention 16, wherein the second insulating layer is made of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 .

(18)第2の絶縁層が空洞よりなる発明16の電界効果型トランジスタ。   (18) The field effect transistor according to invention 16, wherein the second insulating layer comprises a cavity.

(19)前記キャップ絶縁層の少なくとも一部がSiO2よりも誘電率が低い低誘電率材料よりなる発明1〜6のいずれかの電界効果型トランジスタ。(19) The field effect transistor according to any one of inventions 1 to 6, wherein at least a part of the cap insulating layer is made of a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 .

(20)前記キャップ絶縁層の少なくとも一部に空洞を有する発明1〜6のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (20) The field effect transistor according to any one of inventions 1 to 6, wherein a cavity is provided in at least a part of the cap insulating layer.

(21)前記半導体層と前記空洞の間に、SiO2またはSiO2よりも誘電率が高い保護絶縁膜を有する発明20の電界効果型トランジスタ。(21) The field effect transistor according to invention 20, comprising a protective insulating film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 or SiO 2 between the semiconductor layer and the cavity.

(22)前記半導体層の下部に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する発明1〜6のいずれかの電界効果型トランジスタ。(22) The field effect transistor according to any one of inventions 1 to 6, wherein a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 is provided below the semiconductor layer.

(23)前記半導体層の下部に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有し、前記ゲート電極の下部には、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有しない発明1〜6のいずれかの電界効果型トランジスタ。(23) The invention has a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 below the semiconductor layer, and does not have a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 below the gate electrode. The field effect transistor of any one of 1-6.

(24)前記低誘電率領域が空洞よりなる発明22又は23の電界効果型トランジスタ。   (24) The field effect transistor according to invention 22 or 23, wherein the low dielectric constant region comprises a cavity.

(25)発明9の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にSiO2よりも誘電率が低い材料を堆積して低誘電率膜を形成する工程と、
前記半導体層および前記低誘電率膜をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされた前記低誘電率膜からなる低誘電率領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(25) A method for producing a field effect transistor according to invention 9,
Depositing a material having a lower dielectric constant than SiO 2 on the semiconductor layer to form a low dielectric constant film;
A field effect transistor having a step of patterning the semiconductor layer and the low dielectric constant film to form a semiconductor layer protruding from the plane of the substrate and a low dielectric constant region comprising the low dielectric constant film patterned thereon Manufacturing method.

(26)前記の突起した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明25の電界効果型トランジスタの製造方法。
(26) forming a gate insulating film on a side surface of the protruding semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
26. The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 25, further comprising the step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.

(27)発明9の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にダミー層を形成する工程と、
前記半導体層および前記ダミー層をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされたダミー層を形成する工程と、
前記ダミー層を除去して前記半導体層上部に前記低誘電率領域として空洞を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(27) A method for producing a field effect transistor according to invention 9,
Forming a dummy layer on the semiconductor layer;
Patterning the semiconductor layer and the dummy layer to form a semiconductor layer protruding from the substrate plane and a patterned dummy layer thereon;
Removing the dummy layer and forming a cavity as the low dielectric constant region above the semiconductor layer.

(28)前記の突起した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有し、
ゲート電極の形成後に前記ダミー層を除去することにより前記空洞よりなる低誘電率領域を形成することを特徴とする発明27の電界効果型トランジスタの製造方法。
(28) forming a gate insulating film on a side surface of the protruding semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
A step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer;
28. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 27, wherein the low dielectric constant region comprising the cavity is formed by removing the dummy layer after forming the gate electrode.

(29)前記空洞をSiO2よりも誘電率が低い材料で埋め戻す工程をさらに有する発明27又は28の電界効果型トランジスタの製造方法。(29) The method for manufacturing a field effect transistor according to invention 27 or 28, further comprising a step of filling the cavity with a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 .

(30)前記空洞を多孔質の材料で埋め戻す工程をさらに有する発明27又は28の電界効果型トランジスタの製造方法。   (30) The method for producing a field effect transistor according to invention 27 or 28, further comprising a step of filling the cavity with a porous material.

(31)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、
前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層の上部の側面には、ゲート電極との間に、前記ゲート絶縁膜よりも厚い端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(31) A semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer,
A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode of the semiconductor layer,
A field effect transistor having an end insulator region thicker than the gate insulating film on a side surface of the upper portion of the semiconductor layer and a gate electrode.

(32)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向と垂直な面内における基体平面に平行方向の半導体層の幅Wがその下方部分の幅より小さい半導体層上部領域と、この半導体層上部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層上部領域の幅より大きい半導体層下部領域とを有し、
前記半導体層上部領域は、当該半導体層の側面が前記半導体層下部領域における半導体層の側面よりも後退し、この後退した側面と前記ゲート電極の間に、前記ゲート絶縁膜より厚い端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(32) A semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer, and the semiconductor A source / drain region formed in a region of the layer not covered by the gate electrode,
The semiconductor layer includes a semiconductor layer upper region in which the width W of the semiconductor layer in the direction parallel to the substrate plane in a plane perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions is smaller than the width of the lower portion thereof, and the semiconductor layer A semiconductor layer lower region located below the upper region, wherein the width W of the semiconductor layer is larger than the width of the upper region of the semiconductor layer;
The semiconductor layer upper region has an end insulator whose side surface of the semiconductor layer recedes from the side surface of the semiconductor layer in the lower region of the semiconductor layer, and is thicker than the gate insulating film between the receded side surface and the gate electrode. A field effect transistor having a region.

(33)前記半導体層上部の幅Wが一定である発明32の電界効果型トランジスタ。   (33) The field effect transistor according to invention 32, wherein the upper width W of the semiconductor layer is constant.

(34)前記半導体層上部の幅Wが連続的に変化し、これに応じて前記端部絶縁体領域の厚みも連続的に変化している発明32の電界効果型トランジスタ。   (34) The field effect transistor according to invention 32, wherein the width W of the upper portion of the semiconductor layer is continuously changed, and the thickness of the end insulator region is also changed accordingly.

(35)前記半導体層上部の幅Wは、当該半導体層の上端へ向かうに従って一定の勾配をもって徐々に小さくなり、これに応じて前記端部絶縁体領域の厚みが当該半導体層の上端へ向かうに従って徐々に大きくなる発明32の電界効果型トランジスタ。   (35) The width W of the upper portion of the semiconductor layer gradually decreases with a certain gradient toward the upper end of the semiconductor layer, and accordingly, the thickness of the end insulator region increases toward the upper end of the semiconductor layer. The field effect transistor according to invention 32 which gradually increases.

(36)前記半導体層上部の幅Wは、当該半導体層の上端へ向かうに従って、当該半導体層の側面が曲率をもつように徐々に小さくなり、これに応じて前記端部絶縁体領域の厚みが当該半導体層の上端に向かうに従って徐々に大きくなる発明32の電界効果型トランジスタ。   (36) The width W of the upper portion of the semiconductor layer gradually decreases so that the side surface of the semiconductor layer has a curvature toward the upper end of the semiconductor layer, and the thickness of the end insulator region is accordingly reduced. The field effect transistor according to invention 32, which gradually increases toward the upper end of the semiconductor layer.

(37)前記半導体層の幅Wが、当該半導体層の下端部から上端部にかけて一定である発明31の電界効果型トランジスタ。   (37) The field effect transistor according to invention 31, wherein the width W of the semiconductor layer is constant from the lower end to the upper end of the semiconductor layer.

(38)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向と垂直な面内における基体平面に平行方向の半導体層の幅Wがその下方部分の幅より小さい半導体層上部領域と、この半導体層上部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層上部領域の幅より大きい半導体層下部領域とを有し、
前記半導体層上部領域は、前記半導体層下部領域に接続する部分に当該半導体層の幅Wが連続的に変化する遷移領域を有し、この遷移領域端部から当該半導体層の上端にかけて幅Wが一定であり、
当該半導体層上部領域と前記ゲート電極の間には、前記ゲート絶縁膜より厚い端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(38) A semiconductor layer protruding upward from a substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer, and the semiconductor A source / drain region formed in a region of the layer not covered by the gate electrode,
The semiconductor layer includes a semiconductor layer upper region in which the width W of the semiconductor layer in the direction parallel to the substrate plane in a plane perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions is smaller than the width of the lower portion thereof, and the semiconductor layer A semiconductor layer lower region located below the upper region, wherein the width W of the semiconductor layer is larger than the width of the upper region of the semiconductor layer;
The upper region of the semiconductor layer has a transition region in which the width W of the semiconductor layer continuously changes in a portion connected to the lower region of the semiconductor layer, and the width W extends from the end of the transition region to the upper end of the semiconductor layer. Constant,
A field effect transistor having an end insulator region thicker than the gate insulating film between the semiconductor layer upper region and the gate electrode.

(39)前記半導体層の上部にゲート絶縁膜よりも厚いキャップ絶縁層が設けられている発明31〜38のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (39) The field effect transistor according to any one of inventions 31 to 38, wherein a cap insulating layer thicker than the gate insulating film is provided on the semiconductor layer.

(40)前記端部絶縁体領域が前記キャップ絶縁層とは異なる材料からなる発明39の電界効果型トランジスタ。   (40) The field effect transistor according to invention 39, wherein the end insulator region is made of a material different from that of the cap insulating layer.

(41)前記端部絶縁体領域がSiO2により構成される発明31〜39のいずれかの電界効果型トランジスタ。(41) said end insulator region is one of the field-effect transistor constituted invention 31-39 by SiO 2.

(42)前記端部絶縁体領域の少なくとも一部がSiO2よりも誘電率が低い材料により構成される発明31〜39のいずれかの電界効果型トランジスタ。(42) The field effect transistor according to any one of inventions 31 to 39, wherein at least a part of the end insulator region is made of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 .

(43)前記端部絶縁体領域の少なくとも一部が多孔質の材料により構成される発明31〜39のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (43) The field effect transistor according to any one of inventions 31 to 39, wherein at least a part of the end insulator region is made of a porous material.

(44)前記端部絶縁体領域の少なくとも一部が空洞により構成される発明31〜39のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (44) The field effect transistor according to any one of inventions 31 to 39, wherein at least a part of the end insulator region is constituted by a cavity.

(45)発明32の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上に第1絶縁膜を堆積し、この第1絶縁膜および前記半導体層の上部を所定の幅にパターニングする工程と、
第2絶縁膜の堆積とエッチバックを行い、パターニングされた第1絶縁膜の側面及び半導体層の側面に、第2絶縁膜からなる端部絶縁体領域を形成する工程と、
この端部絶縁体領域およびパターニングされた第1絶縁膜をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(45) A method for producing a field effect transistor according to invention 32, comprising:
Depositing a first insulating film on the semiconductor layer, and patterning the first insulating film and the upper portion of the semiconductor layer to a predetermined width;
Depositing and etching back the second insulating film to form an end insulator region made of the second insulating film on the side surface of the patterned first insulating film and the side surface of the semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer using the end insulator region and the patterned first insulating film as a mask;
And a step of forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching.

(46)ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明45の電界効果型トランジスタの製造方法。
(46) depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
The method for manufacturing a field effect transistor according to invention 45, further comprising the step of forming a source / drain region by introducing an impurity into the semiconductor layer.

(47)発明32の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にキャップ絶縁層を堆積し、このキャップ絶縁層および前記半導体層の上部を所定の幅にパターニングする工程と、
ダミー層の堆積とエッチバックを行い、パターニングされたキャップ絶縁層の側面及び半導体層の側面に、前記ダミー層からなるコーナーダミー層を形成する工程と、
このコーナーダミー層およびパターニングされた前記キャップ絶縁層をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記コーナーダミー層を除去して空洞よりなる端部絶縁体領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(47) A method for producing a field effect transistor according to invention 32, comprising:
Depositing a cap insulating layer on the semiconductor layer, and patterning the cap insulating layer and the upper portion of the semiconductor layer to a predetermined width;
Depositing and etching back a dummy layer, forming a corner dummy layer made of the dummy layer on the side surface of the patterned cap insulating layer and the side surface of the semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer using the corner dummy layer and the patterned cap insulating layer as a mask;
Forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching;
And a step of forming an end insulator region made of a cavity by removing the corner dummy layer.

(48)発明32の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にキャップ絶縁層を堆積し、このキャップ絶縁層および前記半導体層の上部を所定の幅にパターニングする工程と、
第1ダミー層の堆積とエッチバックを行い、パターニングされたキャップ絶縁層の側面及び半導体層の側面に、第1ダミー層からなる第1コーナーダミー層を形成する工程と、
第2ダミー層の堆積とエッチバックを行い、第1コーナダミー層の側面に、第2ダミー層からなる第2コーナーダミー層を形成する工程と、
第1及び第2コーナーダミー層並びにパターニングされた前記キャップ絶縁層をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
第1コーナーダミー層を除去して空洞よりなる端部絶縁体領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(48) A method for producing a field effect transistor according to invention 32, comprising:
Depositing a cap insulating layer on the semiconductor layer, and patterning the cap insulating layer and the upper portion of the semiconductor layer to a predetermined width;
Depositing and etching back the first dummy layer to form a first corner dummy layer made of the first dummy layer on the side surface of the patterned cap insulating layer and the side surface of the semiconductor layer;
Depositing and etching back the second dummy layer to form a second corner dummy layer made of the second dummy layer on the side surface of the first corner dummy layer;
Etching the semiconductor layer using the first and second corner dummy layers and the patterned cap insulating layer as a mask;
Forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching;
And removing the first corner dummy layer to form a cavity end insulator region.

(49)ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有し、
ゲート電極の形成後に前記空洞よりなる端部絶縁体領域を形成することを特徴とする発明47又は48の電界効果型トランジスタの製造方法。
(49) depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposited film to form a gate electrode;
A step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer;
The method for manufacturing a field effect transistor according to invention 47 or 48, wherein an end insulator region comprising the cavity is formed after forming the gate electrode.

(50)前記コーナーダミー層を除去して空洞を形成した後、この空洞にSiO2よりも誘電率が低い低誘電率材料を埋め戻し、この低誘電率材料よりなる端部絶縁体領域を形成する工程をさらに有する発明47又は48の電界効果型トランジスタの製造方法。(50) After forming the cavity by removing the corner dummy layer, the cavity is filled with a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 to form an end insulator region made of the low dielectric constant material. A method for producing a field effect transistor according to invention 47 or 48, further comprising the step of:

(51)発明35の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上に第1絶縁膜を形成し、この第1絶縁膜をパターニングする工程と、
パターニングされた第1絶縁膜をマスクに、前記半導体層の上部を、その幅Wが上端に向かうに従って徐々に小さくなるテーパー形状を有するようにエッチングする工程と、
第2絶縁膜の堆積とエッチバックを行い、パターニングされた第1絶縁膜の側面および半導体層のテーパー形状の側面に、第2絶縁膜からなる端部絶縁体領域を形成する工程と、
この端部絶縁体領域およびパターニングされた第1絶縁膜をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(51) A method for producing a field effect transistor according to invention 35,
Forming a first insulating film on the semiconductor layer and patterning the first insulating film;
Etching the upper part of the semiconductor layer with the patterned first insulating film as a mask so that the width W of the semiconductor layer gradually decreases toward the upper end;
Depositing and etching back the second insulating film, and forming an end insulator region made of the second insulating film on the side surface of the patterned first insulating film and the tapered side surface of the semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer using the end insulator region and the patterned first insulating film as a mask;
And a step of forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching.

(52)前記のパターニングされた第1絶縁膜及びその側面部分の第2絶縁膜を除去して前記半導体層の上面を露出する工程をさらに有し、
前記のゲート酸化膜の形成工程においては、前記半導体層の側面に加えて、露出した上面にもゲート酸化膜を形成する発明51の電界効果型トランジスタの製造方法。
(52) The method further comprises a step of exposing the upper surface of the semiconductor layer by removing the patterned first insulating film and the second insulating film on the side surface portion thereof,
The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 51, wherein in the step of forming the gate oxide film, a gate oxide film is formed on the exposed upper surface in addition to the side surface of the semiconductor layer.

(53)ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明51の電界効果型トランジスタの製造方法。
(53) depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
52. The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 51, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing an impurity into the semiconductor layer.

(54)発明36の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上に酸化剤透過性のキャップ絶縁層を形成する工程と、
前記キャップ絶縁層および前記半導体層をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされたキャップ絶縁層を形成する工程と、
前記半導体層と前記キャップ絶縁層との界面において、当該半導体層の側面が当該キャップ絶縁層の端部よりも内側に後退するように酸化剤雰囲気中で当該半導体層を酸化して、当該半導体層上部の幅Wが当該半導体層上端に向かうに従って徐々に小さくなる半導体層上部領域と、これに応じて厚みが徐々に大きくなる端部絶縁領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(54) A method for producing a field effect transistor according to invention 36,
Forming an oxidant-permeable cap insulating layer on the semiconductor layer;
Patterning the cap insulating layer and the semiconductor layer to form a semiconductor layer protruding from the plane of the substrate and a patterned cap insulating layer thereon;
At the interface between the semiconductor layer and the cap insulating layer, the semiconductor layer is oxidized in an oxidant atmosphere so that the side surface of the semiconductor layer recedes inward from the end of the cap insulating layer, and the semiconductor layer A method of manufacturing a field effect transistor, comprising: forming a semiconductor layer upper region whose upper width W gradually decreases toward the upper end of the semiconductor layer; and a step of forming an end insulating region whose thickness gradually increases accordingly .

(55)前記半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明54の電界効果型トランジスタの製造方法。
(55) forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
56. The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 54, further comprising the step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.

(56)前記キャップ絶縁層を除去して前記半導体層の上面を露出する工程と、
前記半導体層の上面および側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明54の電界効果型トランジスタの製造方法。
(56) removing the cap insulating layer to expose an upper surface of the semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
56. The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 54, further comprising the step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.

(57)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層の上部の側面には、ゲート電極との間に、前記ゲート絶縁膜よりも厚い第1の端部絶縁体領域を有し、
前記半導体層の下部の側面には、ゲート電極との間に、前記ゲート絶縁膜よりも厚い第2の端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(57) A semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer, and the semiconductor A source / drain region formed in a region of the layer not covered by the gate electrode,
The upper side surface of the semiconductor layer has a first end insulator region thicker than the gate insulating film between the gate electrode and the gate electrode,
A field effect transistor having a second end insulator region thicker than the gate insulating film on a side surface of the lower portion of the semiconductor layer between the gate electrode and the gate electrode.

(58)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、
前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向と垂直な面内における基体平面に平行方向の半導体層の幅Wがその下方部分の幅より小さい半導体層上部領域と、この半導体層上部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層上部領域の幅より大きい半導体層主要部領域と、この半導体層主要部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層主要部領域の幅より小さい半導体層下部領域を有し、
前記半導体層上部領域は、当該半導体層の側面が前記半導体層主要部領域における半導体層の側面よりも後退し、この後退した側面と前記ゲート電極の間に、前記ゲート絶縁膜より厚い第1端部絶縁体領域を有し、
前記半導体層下部領域は、当該半導体層の側面が前記半導体層主要部領域における半導体層の側面よりも後退し、この後退した側面と前記ゲート電極の間に、前記ゲート絶縁膜より厚い第2端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(58) a semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer,
A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode of the semiconductor layer,
The semiconductor layer includes a semiconductor layer upper region in which the width W of the semiconductor layer in the direction parallel to the substrate plane in a plane perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions is smaller than the width of the lower portion thereof, and the semiconductor layer A semiconductor layer main portion region located below the upper region and having a width W of the semiconductor layer larger than the width of the semiconductor layer upper region, and located below the semiconductor layer main portion region, the width W of the semiconductor layer being A semiconductor layer lower region smaller than the width of the semiconductor layer main region,
The semiconductor layer upper region has a first end whose side surface of the semiconductor layer is recessed from the side surface of the semiconductor layer in the main region of the semiconductor layer, and is thicker than the gate insulating film between the retracted side surface and the gate electrode. A partial insulator region,
The semiconductor layer lower region has a second end whose side surface of the semiconductor layer recedes from the side surface of the semiconductor layer in the main region of the semiconductor layer, and is thicker than the gate insulating film between the receded side surface and the gate electrode. A field effect transistor having a partial insulator region.

(59)前記半導体層の上部にゲート絶縁膜よりも厚いキャップ絶縁層が設けられている発明57又は58の電界効果型トランジスタ。   (59) The field effect transistor according to invention 57 or 58, wherein a cap insulating layer thicker than the gate insulating film is provided on the semiconductor layer.

(60)発明58の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
酸化剤透過性の第1絶縁膜上に半導体層が設けられた基板を用意する工程と、
前記半導体層上に酸化剤透過性の第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜および前記半導体層をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされた第2絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体層と第2絶縁膜との界面および前記半導体層と第1絶縁膜との界面において、当該半導体層の側面が内側に後退するように酸化剤雰囲気中で当該半導体層を酸化して、
当該半導体層上部の幅Wが当該半導体層上端に向かうに従って徐々に小さくなる半導体層上部領域と、これに応じて厚みが徐々に大きくなる第1端部絶縁領域と、
当該半導体層下部の幅Wが当該半導体層下端に向かうに従って徐々に小さくなる半導体層下部領域と、これに応じて厚みが徐々に大きくなる第2端部絶縁領域を形成する工程を有する電界効果型トランジスタの製造方法。
(60) A method for producing a field effect transistor according to invention 58, comprising:
Preparing a substrate provided with a semiconductor layer on an oxidant-permeable first insulating film;
Forming an oxidant-permeable second insulating film on the semiconductor layer;
Patterning the second insulating film and the semiconductor layer to form a semiconductor layer protruding from the plane of the substrate and a patterned second insulating film thereon;
At the interface between the semiconductor layer and the second insulating film and at the interface between the semiconductor layer and the first insulating film, the semiconductor layer is oxidized in an oxidant atmosphere so that the side surface of the semiconductor layer recedes inward,
A semiconductor layer upper region in which the width W of the upper portion of the semiconductor layer gradually decreases toward the upper end of the semiconductor layer, and a first end insulating region in which the thickness gradually increases accordingly,
Field effect type having a step of forming a semiconductor layer lower region where the width W of the lower portion of the semiconductor layer is gradually reduced toward the lower end of the semiconductor layer, and a second end insulating region whose thickness is gradually increased accordingly. A method for manufacturing a transistor.

(61)前記第2絶縁膜を除去して前記半導体層の上面を露出する工程と、
前記半導体層の上面および側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する発明60の電界効果型トランジスタの製造方法。
(61) removing the second insulating film to expose the upper surface of the semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
The method of manufacturing a field effect transistor according to invention 60, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing an impurity into the semiconductor layer.

(62)前記の突起した半導体の下には支持基板を有し、当該半導体層はこの支持基板と一体に接続している発明1〜6、9〜24、31〜44のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (62) The field effect according to any one of inventions 1 to 6, 9 to 24, and 31 to 44, wherein the semiconductor substrate has a supporting substrate under the protruding semiconductor, and the semiconductor layer is integrally connected to the supporting substrate. Type transistor.

(63)前記の突起した半導体の下には支持基板を有し、当該半導体層はこの支持基板上に埋め込み絶縁膜を介して設けられている発明1〜6、9〜24、31〜44、57〜59のいずれかの電界効果型トランジスタ。   (63) Inventions 1 to 6, 9 to 24, 31 to 44 having a supporting substrate under the protruding semiconductor, and the semiconductor layer being provided on the supporting substrate through a buried insulating film, The field effect transistor according to any one of 57 to 59.

(64)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が2nm以上である発明1の電界効果型トランジスタ。   (64) The field effect transistor according to invention 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width of 2 nm or more with respect to the surface of the gate insulating film.

(65)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が20nm以下である発明1の電界効果型トランジスタ。   (65) The field effect transistor according to invention 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width of 20 nm or less with respect to the surface of the gate insulating film.

(66)前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が当該ゲート絶縁膜の厚さの10倍以下である発明1、2又は3の電界効果型トランジスタ。   (66) The field effect transistor according to invention 1, 2, or 3, wherein the overhanging portion has an overhanging width with respect to the surface of the gate insulating film that is not more than 10 times the thickness of the gate insulating film.

(67)基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、第1の絶縁層上に、この第1の絶縁層とは異なる材料からなる第2の絶縁層を介して設けられ、
前記ゲート電極は、第1の絶縁層上に第2の絶縁層を介さずに直接第1の絶縁層に接する部分を有する電界効果型トランジスタ。
(67) A semiconductor layer protruding upward from a substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and a side surface of the semiconductor layer, and the gate A source / drain region formed in a region not covered by the electrode,
The semiconductor layer is provided on the first insulating layer via a second insulating layer made of a material different from that of the first insulating layer,
The gate electrode is a field effect transistor having a portion on the first insulating layer directly in contact with the first insulating layer without passing through the second insulating layer.

なお、本発明においては、ゲート電極は、製造の容易さ、或いはトライゲート構造を形成できる等の点から、半導体層を跨ぐようにその上部から相対する両側面上に延在する形状をもつことが好ましい。   In the present invention, the gate electrode has a shape extending on opposite side surfaces from the upper part so as to straddle the semiconductor layer from the standpoint of ease of manufacture or formation of a tri-gate structure. Is preferred.

なお、本発明において「基体表面」とは基板に平行(水平)な任意の平面を意味する。   In the present invention, the “base surface” means an arbitrary plane parallel (horizontal) to the substrate.

本発明によれば、半導体層の側面にチャネルが形成される電界効果型トランジスタにおいて、半導体層上部コーナーにおける電位上昇を低下させ、寄生トランジスタの影響を縮小することができる。   According to the present invention, in a field effect transistor in which a channel is formed on the side surface of a semiconductor layer, an increase in potential at the upper corner of the semiconductor layer can be reduced and the influence of the parasitic transistor can be reduced.

本発明によれば、コーナー部を丸めなくとも、コーナー部の電位上昇を抑制し、寄生トランジスタを抑制できる。あるいは、本発明によれば、コーナー部の電位上昇を抑制するのに必要なコーナー部の丸め量を少なくすることができる。   According to the present invention, even if the corner portion is not rounded, the potential increase at the corner portion can be suppressed and the parasitic transistor can be suppressed. Or according to this invention, the rounding amount of a corner part required in order to suppress the electrical potential rise of a corner part can be decreased.

本発明によれば、キャップ絶縁層あるいは埋め込み絶縁膜を介してドレイン領域からの電界がチャネル部に侵入し、短チャネルトランジスタの特性を劣化させることを防ぐことができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the electric field from the drain region from entering the channel portion through the cap insulating layer or the buried insulating film and deteriorating the characteristics of the short channel transistor.

本発明によれば、上記各効果を得られるトランジスタを製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a transistor capable of obtaining the above-described effects.

第一の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 1st embodiment 第一の実施形態を説明する平面図Plan view for explaining the first embodiment 第一の実施形態の構造及び効果の説明図Explanatory drawing of structure and effect of the first embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する平面図Plan view for explaining the second embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する平面図Plan view for explaining the second embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態を説明する平面図Plan view for explaining the second embodiment 第二の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 2nd embodiment 第二の実施形態の効果を説明する平面図The top view explaining the effect of a second embodiment 第二の実施形態の効果の説明図Explanatory drawing of the effect of the second embodiment 第三の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第三の実施形態の効果の説明図Explanatory drawing of the effect of the third embodiment 第二の実施形態及び第三の実施形態の効果の説明図Explanatory drawing of the effect of 2nd embodiment and 3rd embodiment 第三の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 3rd embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図及び平面図Sectional drawing and top view explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第四の実施形態を説明する平面図Plan view for explaining the fourth embodiment 第四の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 4th embodiment 第五の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 5th embodiment 第五の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 5th embodiment 第五の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 5th embodiment 好ましくない形態の断面図Unfavorable form of cross section 第六の形態を説明する断面図Sectional drawing explaining a 6th form 第六の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 6th embodiment 第六の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 6th embodiment 第六の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining 6th embodiment 発明の他の実施形態を説明する平面図The top view explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する平面図The top view explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する平面図The top view explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する平面図The top view explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する平面図The top view explaining other embodiment of invention 発明の実施形態を説明する平面図The top view explaining embodiment of invention 従来の技術を説明する平面図Plan view explaining conventional technology 従来の技術を説明する断面図Sectional drawing explaining conventional technology 従来の技術を説明する断面図Sectional drawing explaining conventional technology 従来の技術における課題の説明図Explanatory drawing of problems in conventional technology 従来の技術を説明する断面図Sectional drawing explaining conventional technology 従来の技術における課題の説明図Explanatory drawing of problems in conventional technology 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 従来の技術の問題点を説明する断面図Cross-sectional view explaining problems of conventional technology 従来の技術の問題点を説明する断面図Cross-sectional view explaining problems of conventional technology 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 発明の他の実施形態を説明する断面図Sectional drawing explaining other embodiment of invention 第一の実施形態の効果の説明図Explanatory drawing of the effect of the first embodiment

(第一の実施形態)
[構造]
基板から上方に突起した半導体層3上にキャップ絶縁層8が設けられ、半導体層3とキャップ絶縁層8を覆ってゲート電極5が形成されるダブルゲート構造のFinFETにおいて、キャップ絶縁層8を水平方向(半導体層3が基板から突起する方向に対して垂直な面内で、チャネル長方向に垂直な方向。図1の断面においてはキャップ絶縁層8と半導体層3が接触する面の延長方向。)に、ゲート電極5に向かって突起させ、キャップ絶縁層8にゲート絶縁膜4の表面から張り出した張り出し部を持たせる。その例を図1に示す。記号Wextはキャップ絶縁層8がゲート絶縁膜4の表面から前記の水平方向に突起した幅、すなわち張出し幅を示す。なお、「チャネル長方向」とは、一対のソース/ドレイン領域を結ぶ方向をいう。
(First embodiment)
[Construction]
In a FinFET having a double gate structure in which a cap insulating layer 8 is provided on the semiconductor layer 3 protruding upward from the substrate, and the gate electrode 5 is formed so as to cover the semiconductor layer 3 and the cap insulating layer 8, the cap insulating layer 8 is horizontally disposed. Direction (a direction perpendicular to the channel length direction in a plane perpendicular to the direction in which the semiconductor layer 3 protrudes from the substrate. In the cross section of FIG. 1, the direction in which the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 are in contact with each other). And the cap insulating layer 8 has a protruding portion protruding from the surface of the gate insulating film 4. An example is shown in FIG. Symbol Wext indicates the width of the cap insulating layer 8 protruding in the horizontal direction from the surface of the gate insulating film 4, that is, the overhang width. Note that the “channel length direction” refers to a direction connecting a pair of source / drain regions.

半導体層の側面にはゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が設けられる。ゲート電極5は適当な寸法にパターニングされており、ゲート電極に覆われない位置の半導体層には第一導電型の不純物が高濃度に導入されたソース/ドレイン領域6が形成される。ゲート電極5に覆われた半導体層であるチャネル形成領域7には、ゲート電極5に適当な電圧を印加することにより第一導電型のキャリアよりなるチャネルが形成される。ゲート電極5、ソース/ドレイン領域6にはコンタクト領域を介して配線が接続される。   A gate electrode 5 is provided on a side surface of the semiconductor layer via a gate insulating film 4. The gate electrode 5 is patterned to an appropriate size, and a source / drain region 6 into which a first conductivity type impurity is introduced at a high concentration is formed in a semiconductor layer at a position not covered by the gate electrode. In the channel formation region 7, which is a semiconductor layer covered with the gate electrode 5, a channel made of carriers of the first conductivity type is formed by applying an appropriate voltage to the gate electrode 5. A wiring is connected to the gate electrode 5 and the source / drain region 6 through a contact region.

なお、図1(a)は図1(b)のA−A’断面における断面図であり、従来例を示す図81のA−A’断面に相当する位置における断面図である。なお、図1(b)の平面図においては本来ソース/ドレイン領域6がキャップ絶縁層8に覆われており、ソース/ドレイン領域6は見えないが、構造を解かりやすくするためにソース/ドレイン領域6の位置を透視的に示している。   1A is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1B, and is a cross-sectional view at a position corresponding to the cross-section A-A ′ of FIG. 81 showing the conventional example. In the plan view of FIG. 1B, the source / drain region 6 is originally covered with the cap insulating layer 8 and the source / drain region 6 cannot be seen, but the source / drain region is shown for easy understanding of the structure. The position of the region 6 is shown in perspective.

なお、本明細書においてはソース/ドレイン領域の導電型を第一導電型、ソース/ドレイン領域とは異なる導電型を第二導電型と呼ぶ。   In this specification, the conductivity type of the source / drain region is referred to as the first conductivity type, and the conductivity type different from the source / drain region is referred to as the second conductivity type.

[製造方法]
(第一の実施形態の第一の製造方法)
製造方法の一例を図2から図8を参照して説明する。なお、図3(a)、図4(a)、図5(a)、図7(a)はそれぞれ平面図である図3(c)、図4(c)、図5(c)、図8におけるA−A’断面の断面図であり、図3(b)、図4(b)、図5(b)、図7(b)はそれぞれ平面図である図3(c)、図4(c)、図5(c)、図8におけるB−B’断面の断面図である。また、図6(a)及び図6(b)は図5(c)のD−D’断面における形状を示す断面図である。また、本実施形態を説明する各図面のA−A’断面の位置は従来例を示す図81のA−A’断面の位置に、本実施形態を説明する各図面のB−B’断面の位置は従来例を示す図81のB−B’断面の位置にそれぞれ相当する。
[Production method]
(First manufacturing method of the first embodiment)
An example of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 3A, FIG. 4A, FIG. 5A, and FIG. 7A are plan views, respectively, FIG. 3C, FIG. 4C, FIG. 5C, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 8, and FIG. 3B, FIG. 4B, FIG. 5B, and FIG. It is sectional drawing of the BB 'cross section in (c), FIG.5 (c), and FIG. FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing the shape of the DD ′ cross section of FIG. 5C. Further, the position of the AA ′ cross section of each drawing explaining the present embodiment is the position of the AA ′ cross section of FIG. 81 showing the conventional example, and the position of the BB ′ cross section of each drawing explaining the present embodiment. The positions correspond to the positions of the BB ′ cross section of FIG. 81 showing the conventional example.

第一の実施形態の電界効果型トランジスタを製造するためには、半導体層3上にキャップ絶縁層8を形成したのち(図2)、半導体層3とキャップ絶縁層8を適当な形状にパターニングし(図3)、半導体層3の側面がキャップ絶縁層8の端部よりも内側に後退するように、半導体層3の側面をエッチングし、半導体層3を細らせる(図4)。そして半導体層側面にゲート絶縁膜4を形成し、ゲート電極材料を堆積したのち、ゲート電極材料をRIE(リアクティブ・イオン・エッチング)等によりパターニングすることによってゲート電極5を形成し、半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する(図5)。その後層間絶縁膜16を堆積して、通常の方法によりコンタクト17及び配線18を形成する(図7、図8)。なお、ゲート電極をRIE等のエッチング工程により加工して形成する際、エッチング工程の少なくとも後半において、等方性の強いエッチングを行い、突起したキャップ絶縁層8の下部に残留する余剰なゲート電極材料26(図6(a))を除去する工程を加えることが望ましい。   In order to manufacture the field effect transistor according to the first embodiment, after forming the cap insulating layer 8 on the semiconductor layer 3 (FIG. 2), the semiconductor layer 3 and the cap insulating layer 8 are patterned into an appropriate shape. (FIG. 3) The side surface of the semiconductor layer 3 is etched so that the side surface of the semiconductor layer 3 recedes inward from the end of the cap insulating layer 8, and the semiconductor layer 3 is thinned (FIG. 4). Then, the gate insulating film 4 is formed on the side surface of the semiconductor layer, and after depositing the gate electrode material, the gate electrode material is patterned by RIE (reactive ion etching) or the like to form the gate electrode 5. A source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first conductivity type impurity into a region not covered with the gate electrode 5 (FIG. 5). Thereafter, an interlayer insulating film 16 is deposited, and contacts 17 and wirings 18 are formed by a normal method (FIGS. 7 and 8). When the gate electrode is formed by processing by an etching process such as RIE, an excessive gate electrode material remaining under the projected cap insulating layer 8 is etched at least in the second half of the etching process. It is desirable to add a step of removing 26 (FIG. 6A).

このような製造方法を採用することにより、第一の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the first embodiment can be formed.

(第一の実施形態の第二の製造方法)
製造方法の一例について、図2から図8を参照してより具体的に説明する。
(Second production method of the first embodiment)
An example of the manufacturing method will be described more specifically with reference to FIGS.

シリコンよりなる支持基板1、その上にSiO2等の絶縁体よりなる埋め込み絶縁層2、さらにその上に単結晶シリコンよりなる半導体層3が積層したSOI基板上に、キャップ絶縁層8を堆積する。キャップ絶縁層8は例えばCVD法により堆積したSiO2膜とする。これにより図2の形態が得られる。A cap insulating layer 8 is deposited on an SOI substrate in which a support substrate 1 made of silicon, a buried insulating layer 2 made of an insulator such as SiO 2 , and a semiconductor layer 3 made of single crystal silicon are stacked thereon. . The cap insulating layer 8 is an SiO 2 film deposited by, for example, a CVD method. Thereby, the form of FIG. 2 is obtained.

次に、通常のリソグラフィ工程及びRIE等の通常のエッチング工程により、キャップ絶縁層8及び半導体層3をパターニングし適当な形状に加工し、素子領域を形成する。この段階で得られる形状を図3に示す。なお、キャップ絶縁層8及び半導体層3は、ともにフォトレジストをマスクにエッチングすることによりパターニングしても良く、あるいはフォトレジストをマスクにキャップ絶縁層8だけをエッチングし、続いてキャップ絶縁層8をマスクに半導体層3をエッチングすることによってパターニングしても良い。   Next, the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 are patterned and processed into an appropriate shape by a normal lithography process and a normal etching process such as RIE to form an element region. The shape obtained at this stage is shown in FIG. Both the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 may be patterned by etching using a photoresist as a mask, or only the cap insulating layer 8 is etched using the photoresist as a mask, and then the cap insulating layer 8 is formed. Patterning may be performed by etching the semiconductor layer 3 in a mask.

次に、等方性の強いエッチングを実施することによって、半導体層3の側面をエッチングし、半導体層3の側面が、キャップ絶縁層8の側面よりも後退した形状に加工する。この結果、図4の形状が得られる。等方性の強いエッチングは、例えばCl2、HCl、CF4またはHBrの何れかのエッチングガス、あるいはこれらを混合したエッチングガスを用いて、バイアス電圧を低めに設定したRIEを行うことによって実施する。あるいは例えばCF4などのガスを用いた等方性のプラズマエッチング装置によって行う。Next, by performing highly isotropic etching, the side surface of the semiconductor layer 3 is etched, and the side surface of the semiconductor layer 3 is processed into a shape that recedes from the side surface of the cap insulating layer 8. As a result, the shape of FIG. 4 is obtained. The highly isotropic etching is performed by performing RIE with a low bias voltage using, for example, an etching gas of Cl 2 , HCl, CF 4, or HBr, or an etching gas in which these gases are mixed. . Alternatively, for example, an isotropic plasma etching apparatus using a gas such as CF 4 is used.

次に半導体層3の側面にゲート絶縁膜4を設けたのち、ポリシリコンを堆積し、これを通常のリソグラフィ工程及びRIE工程によりエッチングすることによりパターニングしてゲート電極を形成し、続いて、ゲート電極をマスクに高濃度のイオン注入を行い、熱処理を行うことにより、ゲート電極に覆われない位置の半導体層3にソース/ドレイン領域6を設け、図5の形状を得る。ゲート電極を形成するためにポリシリコンをエッチングしてゲート電極を形成する際、図5(c)のD−D’断面において図6(a)のようにキャップ絶縁層8の下部にポリシリコン26が残留することを防ぐためには、ポリシリコンをエッチングする際に、通常のRIEを実施したのち、ポリシリコンに対する等方的なエッチングを加えれば、図5(c)のD−D’断面において図6(b)のようにキャップ絶縁層の下部にポリシリコンが残留しない形状が得られる。なお、ゲート絶縁膜は、例えば半導体層3を熱酸化することによって設ける。また、ソース/ドレイン領域は垂直方向のイオン注入、斜めイオン注入あるいはプラズマドーピング等の不純物導入工程によって不純物を導入することにより形成する。   Next, after providing a gate insulating film 4 on the side surface of the semiconductor layer 3, polysilicon is deposited, and this is patterned by etching using a normal lithography process and an RIE process to form a gate electrode. By performing high-concentration ion implantation using the electrode as a mask and performing heat treatment, the source / drain region 6 is provided in the semiconductor layer 3 at a position not covered by the gate electrode, and the shape of FIG. 5 is obtained. When forming the gate electrode by etching the polysilicon to form the gate electrode, the polysilicon 26 is formed under the cap insulating layer 8 as shown in FIG. 6A in the DD ′ cross section of FIG. In order to prevent the residual silicon from remaining, if the isotropic etching is applied to the polysilicon after performing the normal RIE when etching the polysilicon, the cross section along the line DD ′ in FIG. As shown in FIG. 6B, a shape in which polysilicon does not remain under the cap insulating layer is obtained. The gate insulating film is provided, for example, by thermally oxidizing the semiconductor layer 3. The source / drain regions are formed by introducing impurities by an impurity introduction process such as vertical ion implantation, oblique ion implantation, or plasma doping.

続いて、全体に絶縁膜を堆積してこれをエッチバックすることにより、ゲート側壁14を設ける。ゲート側壁14をなす絶縁膜は、例えばSiO2単層膜、Si34単層膜、SiO2及びSi34からなる多層膜などの絶縁膜を用いる。また、ゲート側壁14をなす絶縁膜はCVD法等の製膜技術によって形成する。続いてソース/ドレイン領域6の上部、及びゲート電極5の上部に金属を堆積し、熱処理することにより、ソース/ドレイン領域6の上部及びゲート電極5の上部にシリサイド層15を形成する。続いて、層間絶縁膜16を堆積し、これを平坦化したのち、ソース/ドレイン領域6上部、及びゲート電極5の上部にコンタクトホールを開口し、金属を埋め込むことによりコンタクト17を形成し、金属よりなる配線18をコンタクト17に接続し、図7及び図8の形状を得る。但し、図7(a)は図8のA−A’断面の形状、図7(b)は図8のB−B’断面の形状を示す。なお、コンタクト領域への金属の埋め込みと配線となる金属の堆積は同時に行っても良い。なお、コンタクト17は配線18の下部に位置するが、図8においてはその位置を透視的に示した。Subsequently, an insulating film is deposited on the entire surface and etched back to provide a gate side wall 14. As the insulating film forming the gate side wall 14, for example, an insulating film such as a SiO 2 single layer film, a Si 3 N 4 single layer film, or a multilayer film made of SiO 2 and Si 3 N 4 is used. The insulating film forming the gate side wall 14 is formed by a film forming technique such as a CVD method. Subsequently, a metal is deposited on the source / drain region 6 and the gate electrode 5 and heat-treated, thereby forming a silicide layer 15 on the source / drain region 6 and the gate electrode 5. Subsequently, an interlayer insulating film 16 is deposited and planarized, and then a contact hole is formed in the upper part of the source / drain region 6 and the upper part of the gate electrode 5, and a contact 17 is formed by embedding a metal. The wiring 18 formed is connected to the contact 17 to obtain the shapes shown in FIGS. 7A shows the shape of the AA ′ cross section of FIG. 8, and FIG. 7B shows the shape of the BB ′ cross section of FIG. Note that the filling of the metal into the contact region and the deposition of the metal to be the wiring may be performed simultaneously. The contact 17 is located below the wiring 18, but the position is shown in a perspective manner in FIG. 8.

このような製造方法を採用することにより、第一の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the first embodiment can be formed.

[効果]
図9(a)のC−C’断面において、電位分布をシミュレーションした結果を図9(b)に示す。図9(b)の縦軸は電位、横軸は位置であり、半導体層上端からの深さを示す。このシミュレーションにおいては半導体層中の不純物濃度を4×1018cm-3とした。また、電位の基準をソース電位とし、ソース電極の電位をゼロVとしている。図9(b)の左端は半導体層の表面に相当する。図中ダブルゲート構造と示した破線は図83の構造についての計算結果、図中トライゲート構造と示した破線は図82の構造についての計算結果である。
[effect]
FIG. 9B shows the result of simulating the potential distribution in the CC ′ cross section of FIG. In FIG. 9B, the vertical axis represents potential and the horizontal axis represents position, which indicates the depth from the upper end of the semiconductor layer. In this simulation, the impurity concentration in the semiconductor layer was set to 4 × 10 18 cm −3 . In addition, the potential reference is the source potential, and the potential of the source electrode is zero V. The left end of FIG. 9B corresponds to the surface of the semiconductor layer. The broken line shown as a double gate structure in the figure is the calculation result for the structure of FIG. 83, and the broken line shown as the trigate structure in the figure is the calculation result for the structure of FIG.

図1の構造について、Wextを2nm、10nm、30nmとした場合の計算結果を実線で示す。Wextが2nm、10nm、30nmのいずれの場合も通常ダブルゲート構造に比べて電位の上昇が緩和されている。   For the structure of FIG. 1, the calculation results when Wext is 2 nm, 10 nm, and 30 nm are shown by solid lines. When Wext is 2 nm, 10 nm, or 30 nm, the increase in potential is moderated as compared with the normal double gate structure.

横軸にWext、縦軸に半導体層上部コーナー部における最大の電位をとり、シミュレーション結果をプロットしたものを図100に示す。なお、図100(a)と図100(b)のデータは同じであり、図100(a)はWextの下限に関する説明を、図100(b)はWextの上限に関する説明をそれぞれ示したものである。但し、図100においては半導体層中の不純物濃度は4×1018cm-3であり、ゲート電圧は0V(図100では、この時のゲート電位を0.56Vととっている)、Wfinは30nm、ゲート絶縁膜厚は2nmである。FIG. 100 shows a plot of simulation results with Wext on the horizontal axis and the maximum potential at the upper corner of the semiconductor layer on the vertical axis. The data in FIG. 100 (a) and FIG. 100 (b) are the same, FIG. 100 (a) shows the explanation about the lower limit of Wext, and FIG. 100 (b) shows the explanation about the upper limit of Wext. is there. However, in FIG. 100, the impurity concentration in the semiconductor layer is 4 × 10 18 cm −3 , the gate voltage is 0 V (in FIG. 100, the gate potential at this time is 0.56 V), and Wfin is 30 nm. The gate insulating film thickness is 2 nm.

図1及び図100から、Wextが小さい領域では、Wextの増加とともに上部コーナー部の電位が低下しており、電位上昇を抑制する効果が増している。しかし、Wextが大きくなると、Wextを増しても電位はあまり変化しなくなる。   1 and 100, in the region where Wext is small, the potential at the upper corner portion decreases as Wext increases, and the effect of suppressing the potential increase is increased. However, as Wext increases, the potential does not change much even if Wext is increased.

図100から、最大の効果の半分の効果が得られるのはWextが2nm以上の場合であり、またWextが5nmまでの範囲では電位が大きく変化しており、Wextが10nmまではある程度の傾きをもって電位が変化している。本実施形態の電界効果型トランジスタでは、上部コーナー部の電位を低下させられるだけの大きさにWextが設定されることが望ましいので、ある程度の(具体的には半分の)発明の効果を得るにはWextは2nm以上が好ましく、発明の効果を大きく得るためにはWextは5nm以上が好ましく、また最大の効果を得るには10nm以上が好ましいといえる。   From FIG. 100, the half effect of the maximum effect is obtained when Wext is 2 nm or more, and the potential changes greatly in the range of Wext up to 5 nm, with a certain slope until Wext is up to 10 nm. The potential is changing. In the field-effect transistor of this embodiment, it is desirable that Wext be set to a size that can reduce the potential of the upper corner portion, so that a certain (specifically half) effect of the invention can be obtained. Wext is preferably 2 nm or more, Wext is preferably 5 nm or more for obtaining the effect of the invention, and 10 nm or more is preferred for obtaining the maximum effect.

一方、Wextが10nmを越えると電位の変化はゆるやかになり、15nm以上では電位の変化が飽和傾向を示す。電位の変化が飽和する領域でWextを増しても、製造プロセスへの負担が増すだけで、電位を低減できないので、Wextは15nm以下が好ましいと言える。また、プロセス上の原因によるWextのバラツキを考えて、15nmに対して5nmの余裕を見るならば、Wextは20nm以下が好ましい。   On the other hand, when Wext exceeds 10 nm, the change in potential becomes gradual, and when it exceeds 15 nm, the change in potential shows a saturation tendency. Even if Wext is increased in a region where the change in potential is saturated, the potential cannot be reduced only by increasing the burden on the manufacturing process. Therefore, it can be said that Wext is preferably 15 nm or less. Further, considering the variation of Wext due to a process cause, if a margin of 5 nm is seen with respect to 15 nm, Wext is preferably 20 nm or less.

また、Wextが大きすぎると、ゲート電極の加工が難しくなるという観点から考えると、Wextは20nm以下が好ましく、15nm以下がより好ましいと考えられる。   In view of the fact that if Wext is too large, it becomes difficult to process the gate electrode, Wext is preferably 20 nm or less, and more preferably 15 nm or less.

なお、計算においては、ゲート絶縁膜の厚さを2nmとしたので、ある程度の発明の効果を得るのためにはWextはゲート絶縁膜厚の1倍以上が好ましく、発明の効果を大きく得るためにはWextはゲート絶縁膜厚の2.5倍以上が好ましく、最大の効果を得るには5倍以上が好ましいと言える。また、同じく、Wextはゲート絶縁膜厚の10倍以下が好ましく、また、プロセスのバラツキを無視して純粋に効果の観点から判断するなら、Wextはゲート絶縁膜厚の7.5倍以下がより好ましいと考えられる。   In the calculation, since the thickness of the gate insulating film is set to 2 nm, Wext is preferably more than 1 times the thickness of the gate insulating film in order to obtain a certain effect of the invention. Wext is preferably 2.5 times or more of the gate insulating film thickness, and 5 times or more is preferable for obtaining the maximum effect. Similarly, Wext is preferably 10 times or less of the gate insulating film thickness, and Wext should be 7.5 times or less of the gate insulating film thickness if it is judged from the standpoint of pure effect while ignoring process variations. It is considered preferable.

(第二の実施形態)
[構造]
第二の実施形態について、従来例を示す図面である図81のA−A’断面に相当する位置における断面図である、図10から図16及び図26を参照して説明する。
(Second embodiment)
[Construction]
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 16 and FIG. 26, which is a cross-sectional view at a position corresponding to the cross section AA ′ of FIG.

第二の実施形態においては基板から上方に突起した半導体層3の上部または下部の一方、または基板から上方に突起した半導体層3の上部及び下部の両方にSiO2よりも誘電率が低い領域である低誘電率領域10が設けられる。半導体層の側面にはゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が設けられる。ゲート電極5は適当な寸法にパターニングされており、ゲート電極に覆われない位置の半導体層には第一導電型の不純物が高濃度に導入されたソース/ドレイン領域6が形成される。ゲート電極5に覆われた半導体層であるチャネル形成領域7には、ゲート電極5に適当な電圧を印加することにより第一導電型のキャリアよりなるチャネルが形成される。ゲート電極5、ソース/ドレイン領域6にはコンタクト領域を介して配線が接続される。In the second embodiment, one of the upper and lower portions of the semiconductor layer 3 projecting upward from the substrate, or both the upper and lower portions of the semiconductor layer 3 projecting upward from the substrate are regions having a lower dielectric constant than SiO 2. A low dielectric constant region 10 is provided. A gate electrode 5 is provided on a side surface of the semiconductor layer via a gate insulating film 4. The gate electrode 5 is patterned to an appropriate size, and a source / drain region 6 into which a first conductivity type impurity is introduced at a high concentration is formed in a semiconductor layer at a position not covered by the gate electrode. In the channel formation region 7, which is a semiconductor layer covered with the gate electrode 5, a channel made of carriers of the first conductivity type is formed by applying an appropriate voltage to the gate electrode 5. A wiring is connected to the gate electrode 5 and the source / drain region 6 through a contact region.

半導体層3の上部に設けられた低誘電率領域10、半導体層3の下部に設けられた低誘電率領域10は、それぞれ半導体層の上部コーナー部34、下部コーナー部35に形成される寄生トランジスタを抑制する作用がある。   The low dielectric constant region 10 provided on the upper portion of the semiconductor layer 3 and the low dielectric constant region 10 provided on the lower portion of the semiconductor layer 3 are parasitic transistors formed in the upper corner portion 34 and the lower corner portion 35 of the semiconductor layer, respectively. There is an action to suppress.

以下、第二の実施形態の構造について、図10から図16及び図26を参照してより詳しく説明する。   Hereinafter, the structure of the second embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 10 to 16 and 26.

(低誘電率領域、空洞について)
通常のFinFETにおいて、半導体層3の上部に形成されるキャップ絶縁層8の全体または一部をSiO2よりも誘電率が低い領域である低誘電率領域10により構成する。(図10(a))。また、半導体層3の上下両方に低誘電率領域10を設ける(図10(b)、図11(a))。あるいは、半導体層3の下部だけに低誘電率領域を設ける(図11(b)、図11(c)、記号36はSiO2よりなるキャップ絶縁層)。また、これら低誘電率領域10を空洞12によって形成する。低誘電率領域10を構成する低誘電率材料はSiO2の比誘電率3.9よりも低い比誘電率を持つ。低誘電率材料の比誘電率は3.0以下であることがより望ましい。
(Low dielectric constant region, cavity)
In a normal FinFET, the whole or a part of the cap insulating layer 8 formed on the semiconductor layer 3 is constituted by a low dielectric constant region 10 which is a region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 . (FIG. 10 (a)). Further, the low dielectric constant regions 10 are provided both above and below the semiconductor layer 3 (FIGS. 10B and 11A). Alternatively, a low dielectric constant region is provided only under the semiconductor layer 3 (FIGS. 11B and 11C, symbol 36 is a cap insulating layer made of SiO 2 ). These low dielectric constant regions 10 are formed by cavities 12. The low dielectric constant material constituting the low dielectric constant region 10 has a relative dielectric constant lower than that of SiO 2 . The relative dielectric constant of the low dielectric constant material is more preferably 3.0 or less.

低誘電率領域10は、その一部または全部がゲート電極の上端よりも低い位置に設けられる(図94)。特に、ゲート電極5が半導体層3を跨ぐときには、低誘電率領域10はゲート電極の下部に設けられる(図10)。これらの形態により、半導体層の上方に延在したゲート電極の側面から半導体層へ向う電界(図93、図92(b)に示した電界46の一部)、あるいはゲート電極の下面から半導体層へ向う電界(図92(b)に示した電界46の一部)の影響を緩和し、寄生トランジスタの影響を低減するという効果が得られる。   A part or all of the low dielectric constant region 10 is provided at a position lower than the upper end of the gate electrode (FIG. 94). In particular, when the gate electrode 5 straddles the semiconductor layer 3, the low dielectric constant region 10 is provided below the gate electrode (FIG. 10). With these forms, the electric field (a part of the electric field 46 shown in FIGS. 93 and 92B) from the side surface of the gate electrode extending above the semiconductor layer to the semiconductor layer, or the semiconductor layer from the lower surface of the gate electrode The effect of mitigating the influence of the electric field toward (part of the electric field 46 shown in FIG. 92B) and reducing the influence of the parasitic transistor can be obtained.

半導体層3下部に低誘電率領域が設けられる場合、半導体層3が存在しない領域においてゲート電極5の下部にも低誘電率領域が設けられても良い(図11)。この構造には、ゲート電極5の下部と支持基板間の容量を低減できるという長所がある。また、半導体層3が存在しない領域では、ゲート電極5の下部に低誘電率領域が設けられない構造(図10(b))であっても良い。この構造には、半導体層3内部における電位分布が上下対称となるので、素子設計が容易になるという長所がある。また、この構造には、SiO2膜に比べて一般に機械的に脆弱である低誘電率材料が、製造工程中に表面に露出する面積を低減できるという長所もある。When a low dielectric constant region is provided below the semiconductor layer 3, a low dielectric constant region may also be provided below the gate electrode 5 in a region where the semiconductor layer 3 does not exist (FIG. 11). This structure has an advantage that the capacity between the lower portion of the gate electrode 5 and the support substrate can be reduced. Further, in a region where the semiconductor layer 3 does not exist, a structure in which a low dielectric constant region is not provided below the gate electrode 5 (FIG. 10B) may be used. This structure has an advantage that the element design is easy because the potential distribution inside the semiconductor layer 3 is vertically symmetrical. This structure also has the advantage that a low dielectric constant material, which is generally mechanically fragile compared to the SiO 2 film, can reduce the area exposed to the surface during the manufacturing process.

また、半導体層の上部にSiO2よりも誘電率が低い材料よりなる領域を設けるだけでなく、ゲート電極5の側面に設けられる側壁であるゲート側壁(例えば図20、図26、図28、図35の記号14の部分)の一部または全部がSiO2よりも誘電率が低い材料で形成されても良い。Further, not only a region made of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 is provided on the semiconductor layer, but also a gate sidewall (for example, FIG. 20, FIG. 26, FIG. 28, FIG. A part or all of the portion (symbol 14 of 35) may be formed of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 .

(保護絶縁膜について)
また、半導体層3と低誘電率領域10の間に半導体層を熱酸化することなどにより形成された薄い保護絶縁膜13が形成されても良い。保護絶縁膜13は低誘電領域と半導体層との界面における界面準位などの欠陥を低減する効果がある。保護絶縁膜13はSiO2と同じか、あるいはSiO2よりも高い誘電率を持って良い。また保護絶縁膜13はSiO2よりも低い誘電率を持って良い。保護絶縁膜の厚さには特に制限はないが、保護絶縁膜の厚さが低誘電率領域の厚さ(但し、厚さとは基板平面に垂直方向の幅をいい、例えば図13の断面においては上下方向の幅を言う。)より薄ければ、寄生トランジスタを抑制するという効果に対して望ましい。また、保護絶縁膜の厚さがゲート絶縁膜の3倍以下であれば、寄生トランジスタを抑制するという効果に対してさらに望ましい。低誘電率領域10が空洞12である場合に、半導体層3と低誘電率領域10の間に保護絶縁膜13を介在させた場合の構造を図13に示す。図13(a)は低誘電率領域が半導体層の上部に設けられる場合、図13(b)は低誘電率領域が半導体層の上部と下部に設けられる場合である。また、保護絶縁膜13は空洞と接するゲート電極の表面に形成されても良い(図26)。
(Protective insulation film)
A thin protective insulating film 13 formed by thermally oxidizing the semiconductor layer may be formed between the semiconductor layer 3 and the low dielectric constant region 10. The protective insulating film 13 has an effect of reducing defects such as interface states at the interface between the low dielectric region and the semiconductor layer. Protective insulating film 13 is equal to or SiO 2, or may have a higher dielectric constant than SiO 2. The protective insulating film 13 may have a dielectric constant lower than that of SiO 2 . The thickness of the protective insulating film is not particularly limited, but the thickness of the protective insulating film is the thickness of the low dielectric constant region (however, the thickness means the width in the direction perpendicular to the substrate plane. For example, in the cross section of FIG. Is the width in the vertical direction.) If it is thinner, it is desirable for the effect of suppressing parasitic transistors. Further, if the thickness of the protective insulating film is three times or less than that of the gate insulating film, it is more desirable for the effect of suppressing the parasitic transistor. FIG. 13 shows a structure in which a protective insulating film 13 is interposed between the semiconductor layer 3 and the low dielectric constant region 10 when the low dielectric constant region 10 is a cavity 12. FIG. 13A shows the case where the low dielectric constant region is provided on the upper portion of the semiconductor layer, and FIG. 13B shows the case where the low dielectric constant region is provided on the upper and lower portions of the semiconductor layer. Further, the protective insulating film 13 may be formed on the surface of the gate electrode in contact with the cavity (FIG. 26).

また、半導体層3と、半導体層下部の低誘電率領域との間に、保護絶縁膜13を設けても良い。半導体層下部に設けられた保護絶縁膜13を埋め込み保護絶縁膜39として図12に示す。埋め込み保護絶縁膜39を設ける目的は、半導体上部に設ける保護絶縁膜13を設ける目的と同じであり、低誘電率領域と半導体層との界面における界面準位などの欠陥を低減することである。また、埋め込み保護絶縁膜39はSiO2と同じか、あるいはSiO2よりも高い誘電率を持って良く、SiO2よりも低い誘電率を持って良い点も半導体層上部に設ける保護絶縁膜13と同様である。Further, a protective insulating film 13 may be provided between the semiconductor layer 3 and the low dielectric constant region below the semiconductor layer. The protective insulating film 13 provided under the semiconductor layer is shown as a buried protective insulating film 39 in FIG. The purpose of providing the buried protective insulating film 39 is the same as the purpose of providing the protective insulating film 13 provided on the semiconductor, and is to reduce defects such as interface states at the interface between the low dielectric constant region and the semiconductor layer. Further, the buried protective insulating film 39 is equal to or SiO 2, or may have a higher dielectric constant than SiO 2, may have a lower dielectric constant than SiO 2 points to also as the protective insulating film 13 provided on the semiconductor layer upper It is the same.

(第一の実施形態と第二の実施形態の併用)
第二の実施形態は、第一の実施形態と組み合わせて実施しても良い。
(Combination of the first embodiment and the second embodiment)
The second embodiment may be implemented in combination with the first embodiment.

例えば、第一の実施形態において半導体層上のキャップ絶縁層8の全体または一部を低誘電率材料または空洞よりなる領域である低誘電率領域10により構成しても良い。これは、第一の実施形態の効果に第二の実施形態の効果をさらに加えることにより、半導体層の上部コーナー部における寄生トランジスタをより強く抑制する作用がある。   For example, in the first embodiment, all or part of the cap insulating layer 8 on the semiconductor layer may be constituted by the low dielectric constant region 10 which is a region made of a low dielectric constant material or a cavity. This has an effect of further suppressing the parasitic transistor in the upper corner portion of the semiconductor layer by further adding the effect of the second embodiment to the effect of the first embodiment.

また、第一の実施形態において、半導体層下部の絶縁体の一部または全部を低誘電率材料または空洞よりなる低誘電率領域により構成しても良い。すなわち、半導体層上部に対して第一の実施形態を、半導体層下部に対して第二の実施形態の各種構成を適用しても良い。これは半導体層上部コーナー部における寄生トランジスタを第一の実施形態によって、半導体層の下部コーナー部35における寄生トランジスタを第二の実施形態によって抑制するものである。   In the first embodiment, part or all of the insulator below the semiconductor layer may be constituted by a low dielectric constant region made of a low dielectric constant material or a cavity. That is, the various configurations of the first embodiment may be applied to the upper portion of the semiconductor layer, and the second embodiment may be applied to the lower portion of the semiconductor layer. This suppresses the parasitic transistor in the upper corner portion of the semiconductor layer according to the first embodiment and the parasitic transistor in the lower corner portion 35 of the semiconductor layer according to the second embodiment.

その例を図15及び図16に示す。これらはすべて図1(a)と同一断面における断図面である。図15(a)は図1の構造においてキャップ絶縁層を低誘電率領域10で構成した場合、図15(b)は図1の構造においてキャップ絶縁層8を空洞12よりなる低誘電率領域10と、保護絶縁膜13よりなる構造によって構成した場合である。保護絶縁膜13は半導体層3と空洞12との界面を保護するために設けられている。図16(a)は図1の構造において半導体層3の下部に低誘電率領域10を設けた場合、図16(b)は図1の構造において半導体層3の下部に空洞12よりなる低誘電率領域10を設け、空洞12と半導体層3の界面及び空洞12とゲート電極5の界面に保護絶縁膜13を設けた場合である。   Examples thereof are shown in FIGS. 15 and 16. These are all sectional views in the same cross section as FIG. 15A shows a case where the cap insulating layer is formed of the low dielectric constant region 10 in the structure of FIG. 1, and FIG. 15B shows a low dielectric constant region 10 of the structure shown in FIG. In this case, the protective insulating film 13 is used. The protective insulating film 13 is provided to protect the interface between the semiconductor layer 3 and the cavity 12. 16A shows a low dielectric constant region 10 provided in the lower part of the semiconductor layer 3 in the structure of FIG. 1, and FIG. 16B shows a low dielectric constant formed of a cavity 12 in the lower part of the semiconductor layer 3 in the structure of FIG. This is a case where the rate region 10 is provided and the protective insulating film 13 is provided at the interface between the cavity 12 and the semiconductor layer 3 and at the interface between the cavity 12 and the gate electrode 5.

なお、第一の実施形態と、第二の実施形態は、図15、図16に示したものとは異なる形態において組み合わせても良い。   In addition, you may combine 1st embodiment and 2nd embodiment in the form different from what was shown in FIG. 15, FIG.

[製造方法]
(第二の実施形態の第一の製造方法)
製半導体層3の上部に低誘電率領域10を設ける場合の製造方法について、図17から図21を参照して説明する。なお、図18(a)、図19(a)、図20(a)はそれぞれ平面図である図21におけるA−A’断面の断面図であり、図18(b)、図19(b)、図20(b)はそれぞれ平面図である図21におけるB−B’断面の断面図である。
[Production method]
(First manufacturing method of the second embodiment)
A manufacturing method in the case where the low dielectric constant region 10 is provided on the semiconductor layer 3 will be described with reference to FIGS. FIGS. 18 (a), 19 (a), and 20 (a) are cross-sectional views taken along the line AA ′ in FIG. 21, which is a plan view. FIGS. 18 (b) and 19 (b). FIG. 20B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 21, which is a plan view.

製造方法の一例を説明する。第二の実施形態の電界効果型トランジスタを製造するためには、半導体層3上にキャップ絶縁層8として低誘電率領域10となるSiO2よりも誘電率が低い材料よりなる低誘電率膜30を堆積し(図17)、半導体層3と低誘電率膜10を適当な形状にパターニングする(図18)。半導体側面にゲート絶縁膜4を形成し、ゲート電極材料を堆積したのち、ゲート電極材料をRIE等によりパターニングすることにより、ゲート電極5を形成し、半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する(図19)。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト17及び配線18を形成する(図20、図21)。An example of the manufacturing method will be described. In order to manufacture the field effect transistor of the second embodiment, the low dielectric constant film 30 made of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 serving as the low dielectric constant region 10 as the cap insulating layer 8 on the semiconductor layer 3. Is deposited (FIG. 17), and the semiconductor layer 3 and the low dielectric constant film 10 are patterned into appropriate shapes (FIG. 18). After forming the gate insulating film 4 on the semiconductor side surface and depositing the gate electrode material, the gate electrode material is patterned by RIE or the like to form the gate electrode 5, which is covered with the gate electrode 5 in the semiconductor layer 3. A source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first-conductivity-type impurity into the non-existing region (FIG. 19). Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts 17 and wirings 18 are formed by a normal method (FIGS. 20 and 21).

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

(第二の実施形態の第二の製造方法)
半導体層3の上部に低誘電率領域10を設ける場合の製造方法について、図17から図21を参照して、より詳しく説明する。
(Second production method of the second embodiment)
A manufacturing method in the case where the low dielectric constant region 10 is provided above the semiconductor layer 3 will be described in more detail with reference to FIGS.

シリコンよりなる支持基板1、その上にSiO2よりなる埋め込み絶縁層2、さらにその上に単結晶シリコンよりなる半導体層3が積層したSOI基板上に、前記低誘電率領域10として、SiO2よりも誘電率が低い材料よりなる低誘電率絶縁膜30を堆積する。
低誘電率絶縁膜30は例えばCVD法により堆積したSiOF膜とする。これにより図17の形態が得られる。
On the SOI substrate in which the supporting substrate 1 made of silicon, the buried insulating layer 2 made of SiO 2 thereon, and the semiconductor layer 3 made of single crystal silicon thereon are laminated, the low dielectric constant region 10 is made of SiO 2 . A low dielectric constant insulating film 30 made of a material having a low dielectric constant is deposited.
The low dielectric constant insulating film 30 is a SiOF film deposited by, for example, a CVD method. Thereby, the form of FIG. 17 is obtained.

次に、通常のリソグラフィ工程及びRIE等の通常のエッチング工程により、低誘電率膜30及び半導体層3をパターニングして図18の形状を得る。なお、低誘電率膜30及び半導体層3は、ともにフォトレジストをマスクにエッチングすることによりパターニングしても良く、あるいはフォトレジストをマスクに低誘電率膜30だけをエッチングし、続いて低誘電率膜30をマスクに半導体層3をエッチングすることによってパターニングしても良い。   Next, the low dielectric constant film 30 and the semiconductor layer 3 are patterned by a normal lithography process and a normal etching process such as RIE to obtain the shape of FIG. The low dielectric constant film 30 and the semiconductor layer 3 may both be patterned by etching using a photoresist as a mask, or only the low dielectric constant film 30 may be etched using the photoresist as a mask, followed by low dielectric constant. Patterning may be performed by etching the semiconductor layer 3 using the film 30 as a mask.

次に半導体層3の側面にゲート絶縁膜4を設けたのち、ポリシリコンを堆積し、これを通常のリソグラフィ工程及びRIE工程によりエッチングすることによりパターニングしてゲート電極を形成し、続いて、ゲート電極をマスクに高濃度のイオン注入を行い、熱処理を行うことにより、ゲート電極に覆われない位置の半導体層3にソース/ドレイン領域6を設け、図19の形状を得る。   Next, after providing a gate insulating film 4 on the side surface of the semiconductor layer 3, polysilicon is deposited, and this is patterned by etching using a normal lithography process and an RIE process to form a gate electrode. By performing high-concentration ion implantation using the electrode as a mask and performing heat treatment, the source / drain region 6 is provided in the semiconductor layer 3 at a position not covered by the gate electrode, and the shape of FIG. 19 is obtained.

続いて、全体に絶縁膜を堆積してこれをエッチバックすることにより、ゲート側壁14を設ける。ゲート側壁14をなす絶縁膜は、例えばSiO2またはSi34多層膜、SiO2及びSi34からなる多層膜などからなる。また、ゲート側壁14をなす絶縁膜はCVD法等の製膜技術によって形成する。続いてソース/ドレイン領域6の上部、及びゲート電極5の上部に金属を堆積し、熱処理することにより、ソース/ドレイン領域6の上部及びゲート電極5の上部にシリサイド層15を形成する。続いて、層間絶縁膜16を堆積し、これを平坦化したのち、ソース/ドレイン領域6上部、及びゲート電極5の上部にコンタクトホールを開口し、金属を埋め込むことによりコンタクト17を形成し、金属よりなる配線18をコンタクト17に接続し、図20及び図21の形状を得る。なお、コンタクト領域への金属の埋め込みと配線となる金属の堆積は同時に行っても良い。なお、コンタクト17は配線18の下部に位置するが、図21においてはその位置を示した。なお、低誘電率膜30は低誘電率領域10を成すものである。Subsequently, an insulating film is deposited on the entire surface and etched back to provide a gate side wall 14. The insulating film forming the gate side wall 14 is made of, for example, a SiO 2 or Si 3 N 4 multilayer film, or a multilayer film made of SiO 2 and Si 3 N 4 . The insulating film forming the gate side wall 14 is formed by a film forming technique such as a CVD method. Subsequently, a metal is deposited on the source / drain region 6 and the gate electrode 5 and heat-treated, thereby forming a silicide layer 15 on the source / drain region 6 and the gate electrode 5. Subsequently, an interlayer insulating film 16 is deposited and planarized, and then a contact hole is formed in the upper part of the source / drain region 6 and the upper part of the gate electrode 5, and a contact 17 is formed by embedding a metal. The wiring 18 formed is connected to the contact 17 to obtain the shapes shown in FIGS. Note that the filling of the metal into the contact region and the deposition of the metal to be the wiring may be performed simultaneously. The contact 17 is located below the wiring 18, but the position is shown in FIG. 21. The low dielectric constant film 30 forms the low dielectric constant region 10.

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

(第二の実施形態の第三の製造方法)
半導体層3の下部に低誘電率領域10を設ける場合は、第二の実施形態の第一の製造方法または第二の実施形態の第二の製造方法において以下の変更を加える。埋め込み絶縁層の全てまたは一部を低誘電率膜30によって形成する。また、キャップ絶縁層8は低誘電率膜であってもよく、低誘電率膜でなくても良い。またキャップ絶縁層8を形成せず、半導体側面と上面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極材料を堆積したのち、ゲート電極材料をRIE等によりパターニングすることにより図11(b)のようなトライゲート構造を形成しても良い。また、半導体層3と低誘電率膜10を適当な形状にパターニングする際に、半導体層3下部の低誘電率膜の一部または全部を半導体層3に覆われない領域においてエッチングすることにより、図10(b)のような形状を形成しても良い。図10(b)は埋め込み絶縁膜のうち上部の領域が低誘電率膜により形成されるSOI基板を用いるとともに、半導体層3下部の低誘電率膜を半導体層3に覆われない領域においてエッチングして得られる形状である。
(Third production method of the second embodiment)
In the case where the low dielectric constant region 10 is provided below the semiconductor layer 3, the following changes are made in the first manufacturing method of the second embodiment or the second manufacturing method of the second embodiment. All or part of the buried insulating layer is formed by the low dielectric constant film 30. The cap insulating layer 8 may be a low dielectric constant film or may not be a low dielectric constant film. Further, without forming the cap insulating layer 8, a gate insulating film is formed on the side surface and the upper surface of the semiconductor, a gate electrode material is deposited, and then the gate electrode material is patterned by RIE or the like to obtain a tri-layer as shown in FIG. A gate structure may be formed. Further, when patterning the semiconductor layer 3 and the low dielectric constant film 10 into an appropriate shape, by etching a part or all of the low dielectric constant film below the semiconductor layer 3 in a region not covered by the semiconductor layer 3, A shape as shown in FIG. 10B may be formed. FIG. 10B uses an SOI substrate in which the upper region of the buried insulating film is formed of a low dielectric constant film, and the low dielectric constant film below the semiconductor layer 3 is etched in a region not covered by the semiconductor layer 3. This is the shape obtained.

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

(第二の実施形態の第四の製造方法)
半導体層3の上部に空洞12よりなる低誘電率領域10を設ける製造方法、及び半導体層3の上部に一旦空洞12を設けたのち、空洞12をSiO2よりも誘電率が低い低誘電率材料によって埋め戻すことにより半導体層3の上部に低誘電率領域10を設ける製造方法について図14、及び図22から図28を参照して説明する。
(Fourth manufacturing method of the second embodiment)
A manufacturing method in which a low dielectric constant region 10 including a cavity 12 is provided on the semiconductor layer 3 and a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 after the cavity 12 is once provided on the semiconductor layer 3. A manufacturing method for providing the low dielectric constant region 10 on the upper portion of the semiconductor layer 3 by backfilling with reference to FIG. 14 and FIG. 22 to FIG. 28 will be described.

なお、図23(a)、図24(a)、図25(a)、図26(a)、図28(a)はそれぞれ平面図である図23(c)、図24(c)、図25(c)、図27におけるA−A’断面の断面図であり、図23(b)、図24(b)、図25(b)、図26(b)、図28(b)はそれぞれ平面図である図23(c)、図24(c)、図25(c)、図27におけるB−B’断面の断面図である。   23 (a), FIG. 24 (a), FIG. 25 (a), FIG. 26 (a), and FIG. 28 (a) are plan views, respectively, FIG. 23 (c), FIG. 24 (c), and FIG. It is sectional drawing of the AA 'cross section in FIG.25 (c) and FIG. 27, FIG.23 (b), FIG.24 (b), FIG.25 (b), FIG.26 (b), FIG.28 (b) is respectively It is sectional drawing of the BB 'cross section in FIG.23 (c) which is a top view, FIG.24 (c), FIG.25 (c), and FIG.

半導体層3上にダミー層11を堆積し(図22)、半導体層3とダミー層11を適当な形状にパターニングし(図23)、半導体側面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極材料を堆積したのち、ゲート電極材料をRIE等によりパターニングすることにより、半導体層3、ゲート絶縁膜4、ダミー層11を覆うようにゲート電極5を形成し、半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する(図24、図14(a))。続いてダミー層11をエッチングにより除去することによりゲート電極5に覆われた半導体層3上の領域に空洞12を形成する(図25、図14(b))。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト及び配線を形成する(図26、図27)。   A dummy layer 11 is deposited on the semiconductor layer 3 (FIG. 22), the semiconductor layer 3 and the dummy layer 11 are patterned into an appropriate shape (FIG. 23), a gate insulating film is formed on the semiconductor side surface, and a gate electrode material is deposited. After that, the gate electrode material is patterned by RIE or the like to form the gate electrode 5 so as to cover the semiconductor layer 3, the gate insulating film 4, and the dummy layer 11, and the gate electrode 5 in the semiconductor layer 3 is covered. A source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first-conductivity-type impurity into the non-existing region (FIGS. 24 and 14A). Subsequently, the dummy layer 11 is removed by etching to form a cavity 12 in a region on the semiconductor layer 3 covered with the gate electrode 5 (FIGS. 25 and 14B). Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts and wirings are formed by a normal method (FIGS. 26 and 27).

また、ゲート電極5に覆われた半導体層3上の空洞12に低誘電率材料を埋め戻して、低誘電率領域10を形成しても良い。   Alternatively, the low dielectric constant region 10 may be formed by refilling the cavity 12 on the semiconductor layer 3 covered with the gate electrode 5 with a low dielectric constant material.

ダミー層11には例えばCVDにより堆積したSi34膜を用いる、また空洞を形成するためにはダミー層11のSi34膜をリン酸を用いたウエットエッチング等のエッチング工程により除去する。For example, a Si 3 N 4 film deposited by CVD is used for the dummy layer 11, and in order to form a cavity, the Si 3 N 4 film of the dummy layer 11 is removed by an etching process such as wet etching using phosphoric acid. .

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

(第二の実施形態の第五の製造方法)
半導体層3の上部に空洞12よりなる低誘電率領域10を設ける製造方法、および半導体層3の上部に設けた空洞12に低誘電率材料を埋め戻して半導体層3の上部に低誘電率領域10を設ける製造方法について、図22から図27を参照して、より詳しく説明する。
(Fifth manufacturing method of the second embodiment)
A manufacturing method in which a low dielectric constant region 10 including a cavity 12 is provided above the semiconductor layer 3, and a low dielectric constant material is backfilled in the cavity 12 provided above the semiconductor layer 3, and the low dielectric constant region is provided above the semiconductor layer 3. The manufacturing method for providing the reference numeral 10 will be described in more detail with reference to FIGS.

シリコンよりなる支持基板1、その上にSiO2よりなる埋め込み絶縁層2、さらにその上に単結晶シリコンよりなる半導体層3が積層したSOI基板上に、ダミー層11を堆積する。ダミー層11は例えばCVD法により堆積したSi34膜とする。これにより図22の形態が得られる。なお、ダミー層11と半導体層3の間にダミー層11とは異なる絶縁膜よりなるパッド絶縁膜、たとえば熱酸化によって形成したSiO2膜よりなるパッド絶縁膜を形成しておいても良い。A dummy layer 11 is deposited on an SOI substrate in which a support substrate 1 made of silicon, a buried insulating layer 2 made of SiO 2 thereon, and a semiconductor layer 3 made of single crystal silicon are stacked thereon. The dummy layer 11 is, for example, a Si 3 N 4 film deposited by the CVD method. Thereby, the form of FIG. 22 is obtained. Note that a pad insulating film made of an insulating film different from the dummy layer 11, for example, a pad insulating film made of a SiO 2 film formed by thermal oxidation, may be formed between the dummy layer 11 and the semiconductor layer 3.

次に、通常のリソグラフィ工程及びRIE等の通常のエッチング工程により、ダミー層11及び半導体層3をパターニングして図23の形状を得る。なお、ダミー層11及び半導体層3は、ともにフォトレジストをマスクにエッチングすることによりパターニングしても良く、あるいはフォトレジストをマスクにダミー層11だけをエッチングし、続いてダミー層11をマスクに半導体層3をエッチングすることによって半導体層3をパターニングしても良い。また、ダミー層11と半導体層3の間にパッド絶縁膜が設けられる場合には、パッド絶縁膜も同時にパターニングする。   Next, the dummy layer 11 and the semiconductor layer 3 are patterned by a normal lithography process and a normal etching process such as RIE to obtain the shape of FIG. Both the dummy layer 11 and the semiconductor layer 3 may be patterned by etching using a photoresist as a mask, or only the dummy layer 11 is etched using the photoresist as a mask, and then the semiconductor is formed using the dummy layer 11 as a mask. The semiconductor layer 3 may be patterned by etching the layer 3. When a pad insulating film is provided between the dummy layer 11 and the semiconductor layer 3, the pad insulating film is also patterned at the same time.

次に半導体層3の側面にゲート絶縁膜4を設けたのち、ポリシリコンを堆積し、これを通常のリソグラフィ工程及びRIE工程によりエッチングすることによりパターニングしてゲート電極を形成する。続いて、ゲート電極をマスクに高濃度のイオン注入を行い、熱処理を行うことにより、ゲート電極に覆われない位置の半導体層3にソース/ドレイン領域6を設け、図24の形状を得る。なお、ゲート絶縁膜は、例えば半導体層3を熱酸化することによって設ける。また、ソース/ドレイン領域は垂直方向のイオン注入、斜めイオン注入、プラズマドーピング等の不純物導入工程によって不純物を導入することにより形成する。   Next, after providing the gate insulating film 4 on the side surface of the semiconductor layer 3, polysilicon is deposited, and this is patterned by a normal lithography process and an RIE process to form a gate electrode. Subsequently, high concentration ion implantation is performed using the gate electrode as a mask, and heat treatment is performed, thereby providing the source / drain region 6 in the semiconductor layer 3 at a position not covered by the gate electrode, thereby obtaining the shape of FIG. The gate insulating film is provided, for example, by thermally oxidizing the semiconductor layer 3. The source / drain regions are formed by introducing impurities by an impurity introduction process such as vertical ion implantation, oblique ion implantation, and plasma doping.

続いて、ダミー層11を選択的にエッチングして除去することにより、ダミー層11を空洞12に置きかえる。この時、ゲート電極下部のダミー層11は図24(b)に矢印で示したように、エッチング液またはエッチングガスが横方向に侵入することによって除去される。ダミー層11がSi34膜である場合には、エッチング液としてリン酸を用いれば良い。また、空洞12に隣接する半導体層3及びゲート電極5の表面を保護すること、または空洞に隣接する界面に界面準位が発生することを防ぐ目的から、半導体層3の空洞12に隣接する界面またはゲート電極5の空洞12に隣接する界面に保護絶縁膜を設けても良い。半導体層3の空洞12に隣接する界面またはゲート電極5の空洞12に隣接する界面を熱酸化して、保護絶縁膜13を設けた場合の構造を図25に示す。なお、図25(c)において、保護絶縁膜13は省略して描いている(全体が保護絶縁膜13に覆われるので、保護絶縁膜13を描くと構造が不明確になるため)。Subsequently, the dummy layer 11 is replaced with the cavity 12 by selectively removing the dummy layer 11 by etching. At this time, the dummy layer 11 below the gate electrode is removed by the intrusion of the etching solution or the etching gas in the lateral direction as indicated by an arrow in FIG. When the dummy layer 11 is a Si 3 N 4 film, phosphoric acid may be used as an etching solution. Further, for the purpose of protecting the surface of the semiconductor layer 3 and the gate electrode 5 adjacent to the cavity 12 or preventing the generation of interface states at the interface adjacent to the cavity, the interface adjacent to the cavity 12 of the semiconductor layer 3. Alternatively, a protective insulating film may be provided at the interface adjacent to the cavity 12 of the gate electrode 5. FIG. 25 shows a structure in which the protective insulating film 13 is provided by thermally oxidizing the interface adjacent to the cavity 12 of the semiconductor layer 3 or the interface adjacent to the cavity 12 of the gate electrode 5. Note that in FIG. 25C, the protective insulating film 13 is omitted (the entire structure is covered with the protective insulating film 13, and thus the structure is unclear when the protective insulating film 13 is drawn).

続いて、全体に絶縁膜を堆積してこれをエッチバックすることにより、ゲート側壁14を設ける。ゲート側壁14をなす絶縁膜は、例えばSiO2またはSi34多層膜、SiO2及びSi34からなる多層膜などからなる。また、ゲート側壁14をなす絶縁膜はCVD法等の製膜技術によって形成する。続いてソース/ドレイン領域6の上部、及びゲート電極5の上部に金属を堆積し、熱処理することにより、ソース/ドレイン領域6の上部及びゲート電極5の上部にシリサイド層15を形成する。続いて、層間絶縁膜16を堆積し、これを平坦化したのち、ソース/ドレイン領域6上部、及びゲート電極5の上部にコンタクトホールを開口し、金属を埋め込むことによりコンタクト17を形成し、金属よりなる配線18をコンタクト17に接続し、図26及び図27の形状を得る。但し、図26(a)は図27のA−A’断面の形状、図26(b)は図27のB−B’断面の形状を示す。なお、コンタクト領域への金属の埋め込みと配線となる金属の堆積は同時に行っても良い。なお、コンタクト17は配線18の下部に位置するが、図27においてはその位置を示した。Subsequently, an insulating film is deposited on the entire surface and etched back to provide a gate side wall 14. The insulating film forming the gate side wall 14 is made of, for example, a SiO 2 or Si 3 N 4 multilayer film, or a multilayer film made of SiO 2 and Si 3 N 4 . The insulating film forming the gate side wall 14 is formed by a film forming technique such as a CVD method. Subsequently, a metal is deposited on the source / drain region 6 and the gate electrode 5 and heat-treated, thereby forming a silicide layer 15 on the source / drain region 6 and the gate electrode 5. Subsequently, an interlayer insulating film 16 is deposited and planarized, and then a contact hole is formed in the upper part of the source / drain region 6 and the upper part of the gate electrode 5, and a contact 17 is formed by embedding a metal. The wiring 18 formed is connected to the contact 17 to obtain the shapes shown in FIGS. However, FIG. 26A shows the shape of the AA ′ cross section of FIG. 27, and FIG. 26B shows the shape of the BB ′ cross section of FIG. Note that the filling of the metal into the contact region and the deposition of the metal to be the wiring may be performed simultaneously. The contact 17 is located below the wiring 18, but the position is shown in FIG. 27.

また、本製造方法において、空洞を低誘電率材料で埋め戻しても良い。ここで空洞に埋める低誘電率材料は、SiOF等の連続膜であっても良く、また多孔質の材料であっても良い。ダミー層11を除去して空洞を形成したのち、あるいは空洞及び空洞内の保護絶縁膜を形成したのち、CVD法あるいはスピンコート法などで空洞中に低誘電率材料を埋め込み、低誘電率材料をエッチバックすれば、低誘電率材料はゲート電極に覆われた部分だけに残る。この構造を図28に示す。   In this manufacturing method, the cavity may be backfilled with a low dielectric constant material. Here, the low dielectric constant material filled in the cavity may be a continuous film such as SiOF, or may be a porous material. After removing the dummy layer 11 to form a cavity, or after forming a cavity and a protective insulating film in the cavity, a low dielectric constant material is embedded in the cavity by CVD or spin coating. When etched back, the low dielectric constant material remains only in the portion covered by the gate electrode. This structure is shown in FIG.

また、ソース/ドレイン領域に注入した不純物を活性化する熱処理など、高温の熱処理工程を終えた後で、空洞を低誘電率材料で埋め戻す工程を実施するか、あるいはこれら高温の熱処理工程を終えた後で、空洞の形成及び空洞を低誘電率材料で埋め戻す工程を実施すると、高温の熱処理が低誘電率材料に化学的または物理的変化を与えることを防ぐことができる。   In addition, after finishing a high-temperature heat treatment process such as a heat treatment for activating impurities implanted into the source / drain regions, a process for filling the cavity with a low dielectric constant material is performed, or after these high-temperature heat treatment processes are finished. Thereafter, the formation of the cavity and the process of filling the cavity with the low dielectric constant material can prevent the high temperature heat treatment from causing a chemical or physical change to the low dielectric constant material.

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

(第二の実施形態の第六の製造方法)
半導体層3の下部に空洞12よりなる低誘電率領域10を設ける製造方法、及び半導体層3の下部に設けた空洞12に低誘電率材料を埋め戻して、半導体層3の下部に低誘電率領域10を設ける製造方法について、図29から図37を参照して説明する。
(Sixth manufacturing method of the second embodiment)
A manufacturing method in which a low dielectric constant region 10 including a cavity 12 is provided below the semiconductor layer 3, and a low dielectric constant material is buried in the cavity 12 provided below the semiconductor layer 3, so that a low dielectric constant is provided below the semiconductor layer 3. A manufacturing method for providing the region 10 will be described with reference to FIGS.

図30(a)、図31(a)、図34は、それぞれ平面図である図30(c)、図31(c)、図36のA−A’断面における断面図、図30(b)、図31(b)、図35は、それぞれ平面図である図30(c)、図31(c)、図36のB−B’断面における断面図である。また図32(a)、図33(a)は図30(a)の断面において工程が進んだ状態での断面図、図32(b)、図33(b)、図37は図30(b)の断面において工程が進んだ状態での断面図である。   30 (a), 31 (a), and 34 are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIGS. 30 (c), 31 (c), and 36, respectively, which are plan views, and FIG. 30 (b). 31 (b) and FIG. 35 are cross-sectional views taken along the line BB ′ of FIGS. 30 (c), 31 (c), and 36, which are plan views, respectively. 32 (a) and 33 (a) are cross-sectional views of the cross-sectional view of FIG. 30 (a) in a state where the process has proceeded, and FIGS. 32 (b), 33 (b), and 37 are illustrated in FIG. It is sectional drawing in the state which the process advanced in the cross section of ().

埋め込み絶縁層上にもダミー層11を設けて半導体層3の下部にダミー層11(20)を設けた基板を用意する(図29)。そして、半導体層3を適当な形状にパターニングする際、半導体層の下部のダミー層についても同時にエッチングを施す(図30、図31)。その後、ゲート電極材料を成膜し、そのゲート電極材料膜をRIE等によりパターニングすることによりゲート電極5を形成し、半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する(図32)。続いてダミー層11をエッチングにより除去することにより半導体層3の下部の領域に空洞12を形成する(図33)。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト及び配線を形成する(図34、図35、図36)。   A substrate in which a dummy layer 11 is provided also on the buried insulating layer and the dummy layer 11 (20) is provided below the semiconductor layer 3 is prepared (FIG. 29). Then, when the semiconductor layer 3 is patterned into an appropriate shape, the dummy layer below the semiconductor layer is also etched simultaneously (FIGS. 30 and 31). Thereafter, a gate electrode material is formed, and the gate electrode material film is patterned by RIE or the like to form the gate electrode 5, and a high concentration first layer is formed in a region of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode 5. Source / drain regions 6 are formed by introducing conductive impurities (FIG. 32). Subsequently, the dummy layer 11 is removed by etching to form a cavity 12 in a region below the semiconductor layer 3 (FIG. 33). Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts and wiring are formed by a normal method (FIGS. 34, 35, and 36).

ここで、半導体層の下部にダミー層を設け、半導体層の下部のダミー層を除去すれば半導体の下部に空洞を持った構造が得られる。また、半導体層3の上下にダミー層を設け、半導体層の上下のダミー層を除去すれば半導体の上下に空洞を持つ構造が得られる。   If a dummy layer is provided below the semiconductor layer and the dummy layer below the semiconductor layer is removed, a structure having a cavity below the semiconductor can be obtained. Further, by providing dummy layers above and below the semiconductor layer 3 and removing the dummy layers above and below the semiconductor layer, a structure having cavities above and below the semiconductor can be obtained.

なお、半導体層の下部に空洞を設ける際に、半導体層が基板から剥離することを防ぐためには、ソース/ドレイン領域など、半導体層の下部に空洞を設ける必要が無い領域において、ダミー層の側面をダミー層除去工程においてエッチングされない材料(例えばダミー層の除去にリン酸を用いる場合はSiO2)で覆うと良い。Note that in order to prevent the semiconductor layer from being peeled off from the substrate when the cavity is provided in the lower portion of the semiconductor layer, the side surface of the dummy layer is provided in a region such as the source / drain region where it is not necessary to provide the cavity in the lower portion of the semiconductor layer. Is preferably covered with a material that is not etched in the dummy layer removing step (for example, SiO 2 when phosphoric acid is used to remove the dummy layer).

また、半導体層3の下部に設けられたダミー層をSiO2より誘電率が低い低誘電率材料により埋め戻して、半導体層3の下部に低誘電率領域10を形成しても良い。Alternatively, the low dielectric constant region 10 may be formed below the semiconductor layer 3 by filling the dummy layer provided below the semiconductor layer 3 with a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 .

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

(第二の実施形態の第七の製造方法)
半導体層3の上部及び下部に空洞12よりなる低誘電率領域10を形成する製造方法の例を、図29から図37を参照して、より具体的に説明する。
(Seventh manufacturing method of the second embodiment)
An example of a manufacturing method for forming the low dielectric constant region 10 including the cavity 12 above and below the semiconductor layer 3 will be described more specifically with reference to FIGS.

半導体層の下部に空洞または低誘電率領域を設ける場合は、図22から図28を参照して説明した製造方法において、図29に示すように半導体層3の上下にダミー層11を設ける、図30に示すようにパターニングした半導体層3の側面に支持絶縁膜21を設ける、図31に示すように一旦支持絶縁膜21に覆われた半導体層3の側面をチャネル形成領域において露出させるために半導体層3に対して2回目のエッチングを実施する、という変更を加えれば良い。   When a cavity or a low dielectric constant region is provided below the semiconductor layer, dummy layers 11 are provided above and below the semiconductor layer 3 as shown in FIG. 29 in the manufacturing method described with reference to FIGS. As shown in FIG. 30, the support insulating film 21 is provided on the side surface of the patterned semiconductor layer 3, and as shown in FIG. 31, the semiconductor layer 3 once covered with the support insulating film 21 is exposed in the channel formation region. A change that the second etching is performed on the layer 3 may be added.

図30(a)、図31(a)、図34は、それぞれ平面図である図30(c)、図31(c)、図36のA−A’断面における断面図、図30(b)、図31(b)、図34(b)は、それぞれ平面図である図30(c)、図31(c)、図36のB−B’断面における断面図である。また図32(a)、図33(a)は図30(a)の断面において工程が進んだ状態での断面図、図32(b)、図33(b)、図37は図30(b)の断面において工程が進んだ状態での断面図である。   30 (a), 31 (a), and 34 are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIGS. 30 (c), 31 (c), and 36, respectively, which are plan views, and FIG. 30 (b). FIGS. 31 (b) and 34 (b) are cross-sectional views taken along the line BB ′ in FIGS. 30 (c), 31 (c), and 36, respectively. 32 (a) and 33 (a) are cross-sectional views of the cross-sectional view of FIG. 30 (a) in a state where the process has proceeded, and FIGS. 32 (b), 33 (b), and 37 are illustrated in FIG. It is sectional drawing in the state which the process advanced in the cross section of ().

シリコンよりなる支持基板1、その上にSiO2よりなる埋め込み絶縁層2、その上に下部ダミー層20、さらにその上に単結晶シリコンよりなる半導体層3が積層したSOI基板上に、上部ダミー層19を堆積する。上部ダミー層19及び下部ダミー層20は例えばSi34膜とする。これにより図29の形態が得られる。なお、単にダミー層11をいう場合は、上部ダミー層19及び下部ダミー層20の双方を指すものとする。An upper dummy layer is formed on an SOI substrate in which a support substrate 1 made of silicon, a buried insulating layer 2 made of SiO 2 thereon, a lower dummy layer 20 thereon, and a semiconductor layer 3 made of single crystal silicon thereon are laminated. 19 is deposited. The upper dummy layer 19 and the lower dummy layer 20 are, for example, Si 3 N 4 films. Thereby, the form of FIG. 29 is obtained. When simply referring to the dummy layer 11, it refers to both the upper dummy layer 19 and the lower dummy layer 20.

次に、通常のリソグラフィ工程及びRIE等の通常のエッチング工程により、上部ダミー層19、半導体層3及び下部ダミー層20をパターニングする。次に全体に支持絶縁膜21を堆積し、これをエッチバックし、図30の形状を得る。次にチャネルが形成される領域において半導体層3の側面を露出するように、チャネルが形成される領域周辺において、上部ダミー層19、半導体層3、下部ダミー層20の積層構造を、支持絶縁膜21に隣接する部分においてエッチングして除去する。この工程により得られる形状を図31に示す。   Next, the upper dummy layer 19, the semiconductor layer 3, and the lower dummy layer 20 are patterned by a normal lithography process and a normal etching process such as RIE. Next, a support insulating film 21 is deposited on the entire surface and etched back to obtain the shape shown in FIG. Next, a laminated structure of the upper dummy layer 19, the semiconductor layer 3, and the lower dummy layer 20 is formed around the region where the channel is formed so that the side surface of the semiconductor layer 3 is exposed in the region where the channel is formed. The portion adjacent to 21 is removed by etching. The shape obtained by this process is shown in FIG.

以下、図24から図27を参照して説明した工程と同じ工程を実施してトランジスタを完成させる。なお、図32は図24に、図33は図25に、図34、図35、図36はそれぞれ図26(a)、図26(b)、図27に対応し、それぞれに対応する図面の形状を形成する工程が実施されることにより形成される形状を示す。   Thereafter, the same steps as those described with reference to FIGS. 24 to 27 are performed to complete the transistor. 32 corresponds to FIG. 24, FIG. 33 corresponds to FIG. 25, and FIGS. 34, 35, and 36 correspond to FIGS. 26 (a), 26 (b), and 27, respectively. The shape formed by performing the process of forming a shape is shown.

各工程における特徴を説明すると、半導体層3の側面にゲート絶縁膜を形成したのち、ゲート電極材料を堆積し、ゲート電極材料を加工してゲート電極を形成し、ソース/ドレイン領域6に不純物を導入する工程では、半導体層の上部に上部ダミー層19、下部に下部ダミー層20が形成されている(図32)。また、ダミー層を除去して空洞12形成する工程により、空洞12は半導体層の上下に形成される。また、空洞内に保護絶縁膜13を設ける場合は保護絶縁膜13は半導体層の上下に形成される(図33、図34、図35、図37)。なお、図34、図35、図36、図37は、シリサイド層、層間絶縁膜、コンタクト及び配線の形成を終えた状態を示す。また、半導体層3の下部においては空洞部は半導体層全体にわたって形成されても良く(図33、図35)、またゲート電極下部の一部の領域だけにおいて、半導体層3の下部に空洞が形成されても良い(図37)。製造方法としては、下部ダミー層をすべて除去しても良く、また、下部ダミー層はゲート電極の下部に位置する一部の領域だけで除去しても良い。   The characteristics in each process will be described. After forming a gate insulating film on the side surface of the semiconductor layer 3, a gate electrode material is deposited, the gate electrode material is processed to form a gate electrode, and impurities are introduced into the source / drain regions 6. In the introducing step, the upper dummy layer 19 is formed above the semiconductor layer, and the lower dummy layer 20 is formed below (FIG. 32). Further, the cavity 12 is formed above and below the semiconductor layer by removing the dummy layer to form the cavity 12. When the protective insulating film 13 is provided in the cavity, the protective insulating film 13 is formed above and below the semiconductor layer (FIGS. 33, 34, 35, and 37). 34, 35, 36, and 37 show a state in which the formation of the silicide layer, the interlayer insulating film, the contact, and the wiring is finished. In addition, the cavity may be formed over the entire semiconductor layer in the lower part of the semiconductor layer 3 (FIGS. 33 and 35), and a cavity is formed in the lower part of the semiconductor layer 3 only in a part of the area under the gate electrode. (FIG. 37). As a manufacturing method, the entire lower dummy layer may be removed, or the lower dummy layer may be removed only in a part of the region located below the gate electrode.

また、支持絶縁膜21を設ける目的は、半導体層の下部の下部ダミー層20が除去されて空洞が形成された状態で、半導体層を支持することである。従って、ゲート電極下部の一部の領域だけにおいて半導体層3の下部に空洞が形成される場合(図37)や、ゲート電極5と埋め込み絶縁膜2の接触面における接続によって半導体層を支持するために充分な機械的強度が得られる場合は、支持絶縁膜21を省略しても良い。   The purpose of providing the support insulating film 21 is to support the semiconductor layer in a state where the lower dummy layer 20 below the semiconductor layer is removed and a cavity is formed. Therefore, when a cavity is formed in the lower part of the semiconductor layer 3 only in a partial region under the gate electrode (FIG. 37), or the semiconductor layer is supported by the connection at the contact surface between the gate electrode 5 and the buried insulating film 2. If sufficient mechanical strength is obtained, the support insulating film 21 may be omitted.

このような製造方法を採用することにより、第二の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the second embodiment can be formed.

[効果]
本実施形態においては、半導体層上部に位置する一部の部分、あるいは半導体層下部に位置する一部の部分、あるいは半導体層上部及び下部に位置する部分が、SiO2よりも誘電率の低い材料よりなる領域である低誘電率領域によって置きかえられる。低誘電率領域はゲート電極と半導体層との電界を緩和する作用があるので、半導体層上部に位置する一部の部分を低誘電率領域によって置きかえると、半導体層上部コーナー部34(図82、図83)における電位上昇が抑制され、寄生トランジスタの発生が抑制されて、トランジスタの特性が向上する。また、寄生トランジスタは下部コーナー部35(図82、図83)においても発生するが、半導体層下部に位置する一部の部分を低誘電率領域によって置きかえると、半導体層下部コーナー部における電位上昇が抑制され、寄生トランジスタの発生が抑制され、トランジスタの特性が向上する。
[effect]
In the present embodiment, a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 in a portion located above the semiconductor layer, a portion located below the semiconductor layer, or a portion located above and below the semiconductor layer. It is replaced by a low dielectric constant region, which is a region made up of. Since the low dielectric constant region has an action of relaxing the electric field between the gate electrode and the semiconductor layer, if a part of the portion located above the semiconductor layer is replaced by the low dielectric constant region, the upper corner portion 34 of the semiconductor layer (FIG. 82, FIG. 82). The potential increase in FIG. 83) is suppressed, the generation of parasitic transistors is suppressed, and the characteristics of the transistors are improved. Parasitic transistors also occur in the lower corner portion 35 (FIGS. 82 and 83). However, if a part of the lower portion of the semiconductor layer is replaced by a low dielectric constant region, the potential rise in the lower corner portion of the semiconductor layer is increased. The generation of parasitic transistors is suppressed, and the characteristics of the transistors are improved.

より具体的な例としてFinFETの半導体層の上部を空洞とした場合の電位分布を図39に示す。   As a more specific example, FIG. 39 shows the potential distribution when the upper portion of the FinFET semiconductor layer is a cavity.

図84(a)及び図84(b)に比べると、コーナー部での等電位線の湾曲が著しく低減されており、コーナー部での電位上昇が抑制されている。これはコーナー部の寄生トランジスタが抑制されていることを示す。   Compared to FIGS. 84 (a) and 84 (b), the curve of the equipotential lines at the corner is remarkably reduced, and the potential increase at the corner is suppressed. This indicates that the parasitic transistor at the corner is suppressed.

図9(b)と同様に半導体層側面における電位分布をプロットしたものを図54に示す。なお、図54(a)は図83のダブルゲート構造、図54(b)は図82のトライゲート構造、図54(c)は図10(a)の構造で、半導体層3の上部に空洞が設けられた場合である。図中の数字は半導体層上端での電位上昇量であり、図10(a)の構造では63.4mVである。この値は通常ダブルゲート構造の場合(186mV)、通常トライゲート構造の場合(358mV)に比べて小さく、本実施形態による寄生トランジスタ抑制効果は顕著である。   FIG. 54 shows a plot of the potential distribution on the side surface of the semiconductor layer as in FIG. 9B. 54 (a) is the double gate structure of FIG. 83, FIG. 54 (b) is the trigate structure of FIG. 82, and FIG. 54 (c) is the structure of FIG. 10 (a). Is provided. The number in the figure is the amount of increase in potential at the upper end of the semiconductor layer, and is 63.4 mV in the structure of FIG. This value is small compared to the case of the normal double gate structure (186 mV) and the case of the normal trigate structure (358 mV), and the parasitic transistor suppressing effect according to the present embodiment is remarkable.

なお、FinFETにおける寄生トランジスタの発生は、半導体層の上部コーナーにおいて、下部コーナーに比べて顕著であるので、低誘電率領域を半導体層の上部に設けること(図10(a)、図10(b)、図11(a)、図12、図13)が特に望ましい。また、寄生トランジスタは下部コーナーにおいても発生するので、低誘電率領域を半導体層の上部及び下部の両方に設けることがさらに望ましい(図10(b)、図11(a)、図13(b))。   Since the occurrence of parasitic transistors in the FinFET is more significant in the upper corner of the semiconductor layer than in the lower corner, a low dielectric constant region is provided in the upper portion of the semiconductor layer (FIGS. 10A and 10B). ), FIG. 11 (a), FIG. 12, and FIG. 13) are particularly desirable. In addition, since parasitic transistors are also generated at the lower corner, it is more desirable to provide a low dielectric constant region at both the upper and lower portions of the semiconductor layer (FIGS. 10B, 11A, and 13B). ).

また、キャップ絶縁層を低誘電率領域により形成するか、あるいはキャップ絶縁層の一部を低誘電率材料により形成すると、ドレインからキャップ絶縁層を通ってチャネルに至る電界を抑制する作用も得られる。また、埋め込み絶縁膜を低誘電率領域で置きかえるか、あるいは埋め込み絶縁膜の一部を低誘電率材料で置きかえると、ドレインから埋め込み絶縁膜を通ってチャネルに至る電界を抑制する作用も得られる。   Further, when the cap insulating layer is formed of a low dielectric constant region or a part of the cap insulating layer is formed of a low dielectric constant material, an effect of suppressing an electric field from the drain to the channel through the cap insulating layer can be obtained. . Further, when the buried insulating film is replaced with a low dielectric constant region or a part of the buried insulating film is replaced with a low dielectric constant material, an effect of suppressing an electric field from the drain to the channel through the buried insulating film can be obtained.

ドレインからキャップ絶縁層あるいは埋め込み絶縁膜を通してチャネルに至る電界はDIBL(ドレイン誘起障壁低下、ドレイン・インデュースド・バリア・ロアリング)と呼ばれるしきい電圧変動を始め短チャネルトランジスタにおける様々な特性劣化の原因となるので、本実施形態はDIBLによるしきい値変動を抑制するなど、短チャネルトランジスタの特性を改善するという作用も持つ。   The electric field from the drain to the channel through the cap insulating layer or buried insulating film causes various characteristics deterioration in short channel transistors, including threshold voltage fluctuations called DIBL (Drain Induced Barrier Lowering, Drain Induced Barrier Lowering) Therefore, the present embodiment also has an effect of improving the characteristics of the short channel transistor, for example, suppressing threshold fluctuation due to DIBL.

また、キャップ絶縁層8をSiO2よりも誘電率が低い材料で形成することに加えて、ゲート側壁14もSiO2よりも誘電率が低い材料で形成すると、DIBLによるしきい値変動の抑制など、短チャネルトランジスタの特性を改善するという作用をより強めることができる。In addition to forming the cap insulating layer 8 with a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 , if the gate sidewall 14 is also formed of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 , the threshold fluctuation due to DIBL can be suppressed. The action of improving the characteristics of the short channel transistor can be further strengthened.

またFinFETの下部に空洞を設ける場合、FinFETにおける寄生トランジスタの抑制という効果以外に、空洞上に設けられるトランジスタの性能向上効果として次のような効果が得られる。通常のプレーナ型の電界効果型トランジスタにおいて、半導体層の下に空洞を設けることにより、寄生容量の低減、短チャネル効果の抑制を狙った構造が従来提案されているが、本発明の構造では、縦型のチャネルに隣接したゲート電極が空洞下部の埋め込み絶縁層に達するという特徴を有する。このため、チャネル領域で発生した熱がゲート電極を経由して支持基板側に逃げやすいという長所を持つ。また、チャネルが半導体側面にあるため、チャネル幅が大きい場合でも、空洞でない領域とゲート電極が接触する領域同士の間隔を小さくでき、空洞でない領域とゲート電極が接触する領域の密度を上げられるので、チャネル領域で発生した熱がゲート電極を経由して基板側へ放出することが容易となる。図38(a)はプレーナ型の従来構造の場合、図38(b)及び図38(c)が本発明の構造の場合である。なお、図38(c)は図75のように複数の半導体層が配列する場合である。なお、図38(b)は図36のA−A’断面に相当する位置での断面図、図38(b)は図75のA−A’断面に相当する位置での断面図、図38(a)はプレーナ型トランジスタのゲート電極に覆われたチャネル領域の、チャネル幅方向の断面である。なお、図38中の矢印(記号33)は、熱の流れを表わし、記号32はフィールド絶縁膜を表す。   When a cavity is provided below the FinFET, the following effects can be obtained as an effect of improving the performance of the transistor provided on the cavity, in addition to the effect of suppressing the parasitic transistor in the FinFET. In a conventional planar field effect transistor, a structure that aims to reduce parasitic capacitance and suppress a short channel effect by providing a cavity under a semiconductor layer has been proposed, but in the structure of the present invention, The gate electrode adjacent to the vertical channel reaches the buried insulating layer below the cavity. This has the advantage that heat generated in the channel region can easily escape to the support substrate side via the gate electrode. In addition, since the channel is on the semiconductor side surface, even when the channel width is large, the distance between the non-cavity region and the region where the gate electrode is in contact can be reduced, and the density of the non-cavity region and the region where the gate electrode is in contact can be increased. It becomes easy for the heat generated in the channel region to be released to the substrate side via the gate electrode. FIG. 38A shows the case of the planar type conventional structure, and FIGS. 38B and 38C show the case of the structure of the present invention. FIG. 38C shows a case where a plurality of semiconductor layers are arranged as shown in FIG. 38B is a cross-sectional view at a position corresponding to the cross section AA ′ in FIG. 36, FIG. 38B is a cross-sectional view at a position corresponding to the cross section AA ′ in FIG. (A) is a cross section in the channel width direction of the channel region covered with the gate electrode of the planar transistor. Note that an arrow (symbol 33) in FIG. 38 represents a heat flow, and a symbol 32 represents a field insulating film.

(第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態に共通する特徴)
[構造]
第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態に共通する特徴を図41、図55、図56、図57、図59、図60、図66、図67、図68、図69を参照して説明する。図41、図55、図56、図57、図59、図60、図66、図67、図68及び図69は、従来構造を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における断面図であり、従来構造を説明する図82(a)及び図83(a)が示す断面に相当する断面における断面図である。
(Characteristics common to the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment)
[Construction]
Features common to the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment are shown in FIGS. 41, 55, 56, 57, 59, 60, 66, 67, 68, and 68. Reference is made to FIG. 41, 55, 56, 57, 59, 60, 66, 67, 68, and 69 are cross-sections at positions corresponding to the AA 'cross-section of FIG. 81 for explaining the conventional structure. It is a figure and is sectional drawing in the cross section corresponded in the cross section which shows Fig.82 (a) and FIG.83 (a) explaining a conventional structure.

第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態のFinFETの半導体層3は基板面から突起した形態をもち、半導体層3の両側面にはゲート絶縁膜4を介してゲート電極が設けられる。   The semiconductor layer 3 of the FinFET of the third embodiment, the fourth embodiment and the fifth embodiment has a form protruding from the substrate surface, and a gate electrode is formed on both sides of the semiconductor layer 3 via the gate insulating film 4. Is provided.

半導体層には、半導体層主要部領域43と、半導体層主要部領域43の上部または下部の少なくとも一方に設けられる半導体層端部領域44が含まれる。   The semiconductor layer includes a semiconductor layer main region 43 and a semiconductor layer end region 44 provided in at least one of an upper part or a lower part of the semiconductor layer main region 43.

半導体層主要部領域43とは、二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層の幅Wfinが半導体層端部領域44より大きい領域である。   The semiconductor layer main part region 43 is a region in which the width Wfin of the semiconductor layer in the plane perpendicular to the direction connecting the two source / drain regions is larger than the semiconductor layer end region 44.

半導体層端部領域44とは、二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層の幅Wfinが半導体層主要部領域43の幅より小さい領域、または二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層の幅Wfinが半導体層主要部領域43から離れるに従って半導体層主要部領域43の幅より小さく遷移する領域の二つの領域のうち一方の領域または両方の領域から構成され、半導体層3とゲート電極5の間に端部絶縁体領域27が設けられる領域である。   The semiconductor layer end region 44 is a region in which the width Wfin of the semiconductor layer in a plane perpendicular to the direction connecting the two source / drain regions is smaller than the width of the semiconductor layer main region 43 or two source / drain regions. The width Wfin of the semiconductor layer in a plane perpendicular to the connecting direction is smaller than the width of the semiconductor layer main part region 43 as the distance from the semiconductor layer main part region 43 is changed, and from one or both of the two regions This is a region in which an end insulator region 27 is provided between the semiconductor layer 3 and the gate electrode 5.

端部絶縁体27とは、半導体層3とゲート電極5の間に設けられ、絶縁体の最大の幅Weiがゲート絶縁膜4の厚さよりも大きい絶縁体である。   The end insulator 27 is an insulator provided between the semiconductor layer 3 and the gate electrode 5 and having a maximum width Wei larger than the thickness of the gate insulating film 4.

ゲート電極5は適当な寸法にパターニングされており、ゲート電極に覆われない位置の半導体層には第一導電型の不純物が高濃度に導入されたソース/ドレイン領域6が形成される。ゲート電極5に覆われた半導体層であるチャネル形成領域7には、ゲート電極5に適当な電圧を印加することにより第一導電型のキャリアよりなるチャネルが形成される。ゲート電極5、ソース/ドレイン領域6にはコンタクト領域を介して配線が接続される。   The gate electrode 5 is patterned to an appropriate size, and a source / drain region 6 into which a first conductivity type impurity is introduced at a high concentration is formed in a semiconductor layer at a position not covered by the gate electrode. In the channel formation region 7, which is a semiconductor layer covered with the gate electrode 5, a channel made of carriers of the first conductivity type is formed by applying an appropriate voltage to the gate electrode 5. A wiring is connected to the gate electrode 5 and the source / drain region 6 through a contact region.

第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態は半導体層3の上部界面がチャネルとしてほとんど寄与しない構造であるダブルゲート構造のトランジスタに適用されても良く(図41)、半導体層3の上部界面にチャネルが形成される構造であるトライゲート構造(図42(a))のトランジスタに適用されても良い。なお、図42(a)のように半導体層端部領域44、半導体層主要部領域43の記号を図面中に省略している場合は、半導体層3のうち側面が端部絶縁体領域27に接している部分が半導体層端部領域44、半導体層3のうち側面が端部絶縁体領域27に接しておらず、ゲート絶縁膜に接している部分が半導体層主要部領域43である。   The third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment may be applied to a transistor having a double gate structure in which the upper interface of the semiconductor layer 3 hardly contributes as a channel (FIG. 41). The present invention may be applied to a transistor having a tri-gate structure (FIG. 42A) in which a channel is formed at the upper interface of the layer 3. 42A, when the symbols of the semiconductor layer end region 44 and the semiconductor layer main portion region 43 are omitted in the drawing, the side surface of the semiconductor layer 3 becomes the end insulator region 27. The contacted portion is the semiconductor layer end region 44, and the side surface of the semiconductor layer 3 is not in contact with the end insulator region 27, and the portion in contact with the gate insulating film is the semiconductor layer main portion region 43.

端部絶縁体領域27はSiO2などの通常の絶縁体でもよく、また低誘電率材料でも良く、また空洞でも良い。端部絶縁体領域27として空洞が設けられた場合を図42(b)に示す。端部絶縁体領域の全部または一部にSiO2よりも誘電率が低い材料、あるいは空洞を用いると、電界集中を緩和する効果が大きくなるのでより好ましい。The end insulator region 27 may be a normal insulator such as SiO 2 , a low dielectric constant material, or a cavity. FIG. 42B shows a case where a cavity is provided as the end insulator region 27. It is more preferable to use a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 or a cavity for all or part of the end insulator region because the effect of relaxing the electric field concentration is increased.

また、端部絶縁体領域27とキャップ絶縁層は同一の材料であっても良く、異なる材料であっても良い。また、端部絶縁体領域27とキャップ絶縁層が同一の材料である場合、両者が一体に形成されても良い。端部絶縁体領域27とキャップ絶縁層が一体に形成された例を図42(c)に示す。   Further, the end insulator region 27 and the cap insulating layer may be made of the same material or different materials. Further, when the end insulator region 27 and the cap insulating layer are made of the same material, they may be integrally formed. An example in which the end insulator region 27 and the cap insulating layer are integrally formed is shown in FIG.

また、端部絶縁体領域27が半導体層3上のキャップ絶縁体8と異なる材料であるか、あるいは同じ材料であっても一体に形成されない場合、端部絶縁体領域27が半導体層3上のキャップ絶縁体8の一部領域に侵入する構造であっても良い。また、端部絶縁体領域27が半導体層3上のゲート絶縁膜4と異なる材料であるか、あるいは同じ材料であっても一体に形成されない場合、端部絶縁体領域27が半導体層3上のゲート絶縁体4の一部領域に侵入する構造であっても良い。端部絶縁体領域27が半導体層3上のキャップ絶縁体8の一部に侵入する構造を図43(a)に示す。   Further, when the end insulator region 27 is made of a material different from that of the cap insulator 8 on the semiconductor layer 3 or is not formed integrally with the same material, the end insulator region 27 is formed on the semiconductor layer 3. A structure that penetrates into a partial region of the cap insulator 8 may be used. Further, when the end insulator region 27 is made of a material different from that of the gate insulating film 4 on the semiconductor layer 3 or is not formed integrally with the same material, the end insulator region 27 is formed on the semiconductor layer 3. A structure that penetrates into a partial region of the gate insulator 4 may also be used. FIG. 43A shows a structure in which the end insulator region 27 enters a part of the cap insulator 8 on the semiconductor layer 3.

また、トライゲート構造のトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜4は半導体層3と端部絶縁体領域27を覆うように形成されても良い。これは例えば端部絶縁体領域を形成した後に、ゲート絶縁膜をCVD法などの膜堆積技術によって形成する場合に得られる構造である。その例を図43(b)に示す。   In the tri-gate transistor, the gate insulating film 4 may be formed so as to cover the semiconductor layer 3 and the end insulator region 27. This is a structure obtained, for example, when the gate insulating film is formed by a film deposition technique such as a CVD method after the end insulator region is formed. An example is shown in FIG.

なお、図42(a)、図42(b)及び図42(c)、図43(a)及び図43(b)は従来構造を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における断面図であり、従来構造を説明する図82(a)及び図83(a)が示す断面に相当する断面における断面図である。   42 (a), 42 (b) and 42 (c), FIG. 43 (a) and FIG. 43 (b) are at positions corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 81 for explaining the conventional structure. It is sectional drawing, and is sectional drawing in the cross section corresponded in the cross section which shows FIG. 82 (a) and FIG. 83 (a) explaining a conventional structure.

なお、半導体層主要部領域43には、加工精度による要因(エッチングの精度)により、特に半導体層主要部領域43中の上端または下端などの一部の領域でその幅が変化する領域があっても良い。また、半導体領域29において、加工精度などの要因により半導体層の幅Wfinがある程度の限度内(例えばプラスマイナス20%以内、より好ましくは10%以内)において変化しても良い。   The semiconductor layer main part region 43 has a region whose width changes, particularly in a part of the semiconductor layer main part region 43 such as an upper end or a lower end, due to processing accuracy (etching accuracy). Also good. In the semiconductor region 29, the width Wfin of the semiconductor layer may change within a certain limit (for example, within plus or minus 20%, more preferably within 10%) due to factors such as processing accuracy.

なお、各図面に記載したとおり、端部絶縁体27とゲート電極5との界面、ゲート絶縁膜4とゲート電極5の界面が同一面内(断面図においては同一直線状)にあることが、ゲート電極を加工する上で最も好ましい。   In addition, as described in each drawing, the interface between the end insulator 27 and the gate electrode 5 and the interface between the gate insulating film 4 and the gate electrode 5 are in the same plane (same linear shape in the sectional view). Most preferable in processing the gate electrode.

しかし、端部絶縁体27とゲート電極5との界面が、ゲート絶縁膜4とゲート電極5の界面が同一面内になくとも本発明の効果は得られる。   However, the effect of the present invention can be obtained even if the interface between the end insulator 27 and the gate electrode 5 is not in the same plane as the interface between the gate insulating film 4 and the gate electrode 5.

[効果]
第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態においては、半導体層端部領域において、半導体層とゲート電極の間に、ゲート絶縁膜よりも厚い絶縁体である端部絶縁体領域27が設けられるので、端部絶縁体領域27によって半導体層のコーナー部(端部絶縁体領域27が半導体層の上部に設けられた場合は上部コーナー部、端部絶縁体領域27が半導体層の下部に設けられた場合は下部コーナー部)における電位上昇を抑制し、寄生トランジスタを抑制するので、第一の課題を解決してトランジスタの特性が向上する。
[effect]
In the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, an end insulator which is an insulator thicker than the gate insulating film between the semiconductor layer and the gate electrode in the semiconductor layer end region. Since the region 27 is provided, a corner portion of the semiconductor layer is formed by the end insulator region 27 (when the end insulator region 27 is provided above the semiconductor layer, the upper corner portion and the end insulator region 27 are formed in the semiconductor layer. In the case of being provided at the lower part of the transistor, the potential rise in the lower corner part) is suppressed and the parasitic transistor is suppressed, so that the first problem is solved and the characteristics of the transistor are improved.

また、コーナー部において半導体層の上面の面方位、半導体層の側面の面方位のいずれとも大きく異なる面方位が形成されないか、あるいは形成されてもその面は端部絶縁体に覆われるので、半導体層の上面の面方位、半導体層の側面の面方位のいずれとも大きく異なる面方位を持った新たな寄生トランジスタが形成されることがなく、第二の課題が発生しないので良好なトランジスタの特性が得られる。   Further, in the corner portion, a surface orientation greatly different from either the surface orientation of the upper surface of the semiconductor layer and the surface orientation of the side surface of the semiconductor layer is not formed, or even if formed, the surface is covered with an end insulator, so that the semiconductor A new parasitic transistor having a plane orientation that is significantly different from both the plane orientation of the upper surface of the layer and the plane orientation of the side surface of the semiconductor layer is not formed, and the second problem does not occur, so that the transistor characteristics are good. can get.

なお、端部絶縁体領域27によって半導体層3のコーナー部の寄生トランジスタを抑制する効果は、半導体層3上にキャップ絶縁層8を持つダブルゲート構造に適用した場合のほうが、厚い絶縁膜による電界緩和効果がより大きくなるので、トライゲート構造に適用した場合に比べて大きい。但し、トライゲート構造の場合は、半導体層の上部にもチャネルが形成されるので、ドレイン電流が大きいという点でダブルゲート構造よりも優れる。   Note that the effect of suppressing the parasitic transistor at the corner portion of the semiconductor layer 3 by the end insulator region 27 is that the electric field due to the thick insulating film is more effective when applied to a double gate structure having the cap insulating layer 8 on the semiconductor layer 3. Since the relaxation effect is greater, it is greater than when applied to a tri-gate structure. However, the tri-gate structure is superior to the double gate structure in that the drain current is large because a channel is also formed on the upper portion of the semiconductor layer.

(第三の実施形態)
[構造]
第三の実施形態による電界効果型トランジスタは、第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態に共通する特徴に加えて、半導体層端部領域44の一部分(好ましくは半導体層端部領域44の高さの50%以上)、または半導体層端部領域44の全部において半導体層の幅Wtopがほぼ一定(好ましくは半導体幅の変動量がプラスマイナス20%以下、より好ましくは半導体幅の変動量がプラスマイナス10%以下)であるという特徴を有する。
(Third embodiment)
[Construction]
The field effect transistor according to the third embodiment includes a part of the semiconductor layer end region 44 (preferably a semiconductor layer) in addition to the features common to the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment. 50% or more of the height of the end region 44), or the width Wtop of the semiconductor layer is substantially constant in the entire semiconductor layer end region 44 (preferably the variation amount of the semiconductor width is plus or minus 20% or less, more preferably the semiconductor The variation amount of the width is plus or minus 10% or less).

半導体層主要部領域43の上部に半導体層端部領域44が設けられ、半導体層主要部領域43が半導体層下部領域29をなし、半導体層端部領域44が半導体層上部領域28をなす場合を例に、第三の実施形態による電界効果型トランジスタの構造を図40及び図41に示す。なお、図40(a)は平面図である図40(c)のA−A’断面における断面図、図40(b)は平面図である図40(c)のB−B’断面における断面図、図41は図40(a)を拡大して描いた断面図である。   A semiconductor layer end region 44 is provided above the semiconductor layer main region 43, the semiconductor layer main region 43 forms the semiconductor layer lower region 29, and the semiconductor layer end region 44 forms the semiconductor layer upper region 28. As an example, the structure of the field effect transistor according to the third embodiment is shown in FIGS. 40A is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 40C, and FIG. 40B is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 40C. 41 and 41 are cross-sectional views enlarging and drawing FIG.

第三の実施形態によるFinFETの半導体層は、二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層の幅が小さい領域である半導体層上部領域28と、半導体層上部領域28の下部に位置し、二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層の幅が大きい領域である半導体層下部領域29よりなり、半導体層上部領域28では半導体層の側面が半導体層下部領域29における半導体層の側面よりも後退した形態を持つ。図41において、記号Wtopは二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層上部領域28の幅、記号Wfinは二つのソース/ドレイン領域を結ぶ方向と垂直な面内における半導体層下部領域29の幅を示す。   The semiconductor layer of the FinFET according to the third embodiment includes a semiconductor layer upper region 28 which is a region where the width of the semiconductor layer is small in a plane perpendicular to the direction connecting the two source / drain regions, and a lower portion of the semiconductor layer upper region 28. The semiconductor layer lower region 29 is a region where the width of the semiconductor layer is large in a plane perpendicular to the direction connecting the two source / drain regions, and in the semiconductor layer upper region 28, the side surface of the semiconductor layer is lower than the semiconductor layer. The region 29 has a shape that is recessed from the side surface of the semiconductor layer. In FIG. 41, symbol Wtop is the width of the semiconductor layer upper region 28 in the plane perpendicular to the direction connecting the two source / drain regions, and symbol Wfin is the semiconductor layer in the plane perpendicular to the direction connecting the two source / drain regions. The width of the lower region 29 is shown.

半導体層上部領域28とゲート電極5の間には、端部絶縁体領域27が設けられる。半導体層上部領域29とゲート電極5の間には、ゲート絶縁膜4が設けられる。そして端部絶縁体領域27の幅Weiはゲート絶縁膜の厚さよりも大きい。   An end insulator region 27 is provided between the semiconductor layer upper region 28 and the gate electrode 5. A gate insulating film 4 is provided between the semiconductor layer upper region 29 and the gate electrode 5. The width Wei of the end insulator region 27 is larger than the thickness of the gate insulating film.

ゲート電極5は適当な寸法にパターニングされており、ゲート電極に覆われない位置の半導体層には第一導電型の不純物が高濃度に導入されたソース/ドレイン領域6が形成される。ゲート電極5に覆われた半導体層であるチャネル形成領域7には、ゲート電極5に適当な電圧を印加することにより第一導電型のキャリアよりなるチャネルが形成される。ゲート電極5、ソース/ドレイン領域6にはコンタクト領域を介して配線が接続される。   The gate electrode 5 is patterned to an appropriate size, and a source / drain region 6 into which a first conductivity type impurity is introduced at a high concentration is formed in a semiconductor layer at a position not covered by the gate electrode. In the channel formation region 7, which is a semiconductor layer covered with the gate electrode 5, a channel made of carriers of the first conductivity type is formed by applying an appropriate voltage to the gate electrode 5. A wiring is connected to the gate electrode 5 and the source / drain region 6 through a contact region.

また、半導体層上部領域28と半導体層下部領域29の接続部は、できるだけ急峻であることが第二の課題を解決する上で最も望ましい。すなわち、半導体層上部領域28と半導体層下部領域29のそれぞれの幅が、両者の接続部において不連続に変化することが最も望ましい。   In order to solve the second problem, it is most desirable that the connection portion between the semiconductor layer upper region 28 and the semiconductor layer lower region 29 be as steep as possible. That is, it is most desirable that the widths of the semiconductor layer upper region 28 and the semiconductor layer lower region 29 change discontinuously at the connection portion therebetween.

なお、半導体層上部領域28、半導体下部領域29には、加工の精度などの要因により、それぞれのうち一部の領域でそれぞれの幅がそれぞれWtop、Wfinと異なる領域があっても良い。例えば、半導体層上部領域28の上端または下端、半導体下部領域29の上端または下端において半導体層の幅が変化する領域があっても良い。   Note that the semiconductor layer upper region 28 and the semiconductor lower region 29 may include regions having different widths from Wtop and Wfin in some of the regions, depending on factors such as processing accuracy. For example, there may be a region where the width of the semiconductor layer changes at the upper end or lower end of the semiconductor layer upper region 28 and at the upper end or lower end of the semiconductor lower region 29.

半導体層上部領域28のうち、半導体層下部領域29に接する領域に遷移領域40をもっても良い。この例を図55に示す。遷移領域40における遷移領域の最小勾配41は45度以下であることが望ましく、25度以下であることが特に望ましい。なお、図55は図41と同一断面における断面図を示す。なお、遷移領域の最小勾配41とは遷移領域40における半導体層界面が基板面となす角度が最小になる位置において、遷移領域40における半導体層界面が基板面となす角度をいう。   A transition region 40 may be provided in a region in contact with the semiconductor layer lower region 29 in the semiconductor layer upper region 28. An example of this is shown in FIG. The minimum transition area gradient 41 in the transition area 40 is preferably 45 degrees or less, and particularly preferably 25 degrees or less. 55 shows a cross-sectional view in the same cross section as FIG. The minimum gradient 41 of the transition region refers to an angle formed by the semiconductor layer interface in the transition region 40 and the substrate surface at a position where the angle formed by the semiconductor layer interface in the transition region 40 and the substrate surface is minimized.

また、半導体層上部領域28のうち半導体層の幅が一定の領域、または半導体下部領域29において、加工精度などの要因により半導体層の幅がある程度の限度内(例えば、Wtopのプラスマイナス20%以内、Wfinのプラスマイナス20%以内、より好ましくはWtopのプラスマイナス10%以内、Wfinのプラスマイナス10%以内)において変化しても良い。   In addition, in the semiconductor layer upper region 28, in the region where the width of the semiconductor layer is constant, or in the semiconductor lower region 29, the width of the semiconductor layer is within a certain limit due to factors such as processing accuracy (for example, within plus or minus 20% of Wtop) , Wfin may be within ± 20%, more preferably within Wtop plus / minus 10%, and Wfin within ± 10%.

また、第三の実施形態がトライゲートトランジスタに適用された場合の形態を図42(a)に示す。第三の実施形態において端部絶縁体領域27として空洞が設けられた場合を図42(b)に示す。端部絶縁体領域27とキャップ絶縁層が一体に形成された例を図42(c)に示す。端部絶縁体領域27が半導体層3上のキャップ絶縁体8の一部に侵入する構造を図43(a)に示す。ゲート絶縁膜をCVD法などの膜堆積技術によって形成する場合に得られる構造の例を図43(b)に示す。なお、図42(a)、図42(b)及び、図42(c)、図43(a)及び図43(b)は従来構造を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における断面図であり、従来構造を説明する図82(a)及び図83(a)が示す断面に相当する断面における断面図である。   Further, FIG. 42A shows a form in which the third embodiment is applied to a tri-gate transistor. FIG. 42B shows a case where a cavity is provided as the end insulator region 27 in the third embodiment. An example in which the end insulator region 27 and the cap insulating layer are integrally formed is shown in FIG. FIG. 43A shows a structure in which the end insulator region 27 enters a part of the cap insulator 8 on the semiconductor layer 3. An example of a structure obtained when the gate insulating film is formed by a film deposition technique such as a CVD method is shown in FIG. 42 (a), FIG. 42 (b), FIG. 42 (c), FIG. 43 (a) and FIG. 43 (b) are positions corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 81 for explaining the conventional structure. It is sectional drawing in FIG. 82, It is sectional drawing in the cross section corresponded to the cross section which shows FIG. 82 (a) and FIG. 83 (a) explaining a conventional structure.

また、半導体層上部領域28のうち半導体層の幅が一定である位置における端部絶縁体27の厚さが一定である場合について主に説明したが、端部絶縁体27の厚さは、その最大値がゲート絶縁膜よりも厚ければ、一定でなくともよい。但し、発明の効果を大きくするためには端部絶縁体27の厚さが一定である領域において、端部絶縁体27の厚さは5nm以上で、かつゲート絶縁膜厚さの3倍以上であることが好ましく、端部絶縁体27の厚さが5nm以上で、かつゲート絶縁膜厚さの5倍以上であることがより好ましい。   In addition, the case where the thickness of the end insulator 27 in the position where the width of the semiconductor layer is constant in the semiconductor layer upper region 28 is mainly described, but the thickness of the end insulator 27 is If the maximum value is thicker than the gate insulating film, it may not be constant. However, in order to increase the effect of the invention, in the region where the thickness of the end insulator 27 is constant, the thickness of the end insulator 27 is not less than 5 nm and not less than three times the gate insulating film thickness. Preferably, the end insulator 27 has a thickness of 5 nm or more and more preferably 5 times or more the gate insulating film thickness.

なお、本明細書においてゲート絶縁膜4の厚さ、あるいは端部絶縁体27の厚さとは、電界の起源であるゲート電極5と各絶縁膜との界面から垂直方向の厚さを指す。従って図85における半導体層3の右上部コーナー部を拡大した図面である図80(a)においては厚さt2ではなく厚さt1を指し、図66の右上部コーナー部を拡大した図面である図80(b)においては厚さt4ではなく厚さt3を指す。   In this specification, the thickness of the gate insulating film 4 or the thickness of the end insulator 27 refers to the thickness in the vertical direction from the interface between the gate electrode 5 and each insulating film, which is the origin of the electric field. Therefore, in FIG. 80 (a), which is an enlarged view of the upper right corner portion of the semiconductor layer 3 in FIG. 85, it indicates the thickness t1, not the thickness t2, and is an enlarged view of the upper right corner portion of FIG. 80 (b) indicates the thickness t3, not the thickness t4.

従ってゲート電極5と端部絶縁体領域27との界面が図66や図80(b)のように垂直であれば、端部絶縁体領域27の幅Weiという用語と端部絶縁体領域27の厚さという用語は同義である。   Therefore, if the interface between the gate electrode 5 and the end insulator region 27 is vertical as shown in FIGS. 66 and 80B, the term width Wei of the end insulator region 27 and the end insulator region 27 The term thickness is synonymous.

[製造方法]
(第三の実施形態の第一の製造方法)
第三の実施形態における製造方法の一例を図44を参照して説明する。なお、図44は従来例を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における形状を工程を追って示したものである。
[Production method]
(First manufacturing method of the third embodiment)
An example of the manufacturing method in 3rd embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 44 shows the shape at a position corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 81 for explaining the conventional example step by step.

半導体層3上にキャップ絶縁層8(SiO2等の絶縁膜層)を堆積し、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりキャップ絶縁層8と半導体層3の上部を所望の幅に加工する(図44(a))。次にSiO2膜等の絶縁体膜の堆積とエッチバックを行い、キャップ絶縁層の側面及び半導体層3の側面に、端部絶縁体領域27を形成する(図44(b))。続いて、キャップ絶縁層8と端部絶縁体領域27をマスクに半導体層3をエッチングする(図44(c))。この工程によって露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜4を設け、続いてゲート電極材料を堆積したのち、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりゲート電極材料を加工してゲート電極5を形成する。A cap insulating layer 8 (an insulating film layer such as SiO 2 ) is deposited on the semiconductor layer 3, and the upper portions of the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 are processed to a desired width by a normal lithography and RIE process (FIG. 44 (FIG. 44)). a)). Next, an insulator film such as a SiO 2 film is deposited and etched back to form an end insulator region 27 on the side surface of the cap insulating layer and the side surface of the semiconductor layer 3 (FIG. 44B). Subsequently, the semiconductor layer 3 is etched using the cap insulating layer 8 and the end insulator region 27 as a mask (FIG. 44C). After the gate insulating film 4 is provided on the side surface of the semiconductor layer exposed by this process, and subsequently the gate electrode material is deposited, the gate electrode material is processed by a normal lithography and RIE process to form the gate electrode 5.

続いて半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト17及び配線18を形成する。   Subsequently, a source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first conductivity type impurity into a region of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode 5. Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts 17 and wirings 18 are formed by a normal method.

なお、このとき、半導体層3上にキャップ絶縁層8(SiO2等の絶縁膜層)を堆積し、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりキャップ絶縁層8と半導体層3の上部を所望の幅に加工する図44(a)の工程において、エッチングされて露出した半導体層の上面が水平でない場合には、図55のような断面を持った形態が形成されるが、発明の効果が得られることにはかわりがない。At this time, a cap insulating layer 8 (an insulating film layer such as SiO 2 ) is deposited on the semiconductor layer 3, and the upper portions of the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 are processed to a desired width by a normal lithography and RIE process. In the step of FIG. 44A, when the top surface of the exposed semiconductor layer is not horizontal, a form having a cross section as shown in FIG. 55 is formed, but the effect of the invention can be obtained. There is no substitute.

このような製造方法を採用することにより、第三の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the third embodiment can be formed.

(第三の実施形態の第二の製造方法)
端部絶縁体領域27を空洞とする場合の製造方法、及び端部絶縁体領域27の空洞を絶縁体で埋め戻す場合の製造方法の一例を図45を参照して説明する。なお、図45は従来例を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における形状を工程を追って示したものである。
(Second production method of the third embodiment)
An example of a manufacturing method in the case where the end insulator region 27 is made hollow and a manufacturing method in which the cavity of the end insulator region 27 is backfilled with an insulator will be described with reference to FIG. FIG. 45 shows the shape at a position corresponding to the AA ′ cross section of FIG.

半導体層3上にキャップ絶縁層8(SiO2等の絶縁膜層)を堆積し、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりキャップ絶縁層8と半導体層3の上部を所望の幅に加工する(図45(a))。次にSi34膜などのコーナーダミー層材料の堆積とエッチバックを行いSi34側壁37よりなるコーナーダミー層22をキャップ絶縁層の側面及び半導体層3の側面に設ける。続いてSiO2膜等の第二の側壁材料の堆積とエッチバックを行い、コーナーダミー層22の側面に、SiO2側壁38を形成する(図45(b))。続いて、キャップ絶縁層、Si34側壁37よりなるコーナーダミー層、及びSiO2側壁38よりなる第二の側壁をマスクに半導体層3をエッチングする(図45(c))。この工程によって露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜4を設け、続いてゲート電極材料を堆積したのち、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりゲート電極材料を加工してゲート電極5を形成する。続いてSi34側壁37よりなるコーナーダミー層22を除去すれば、半導体層がゲート電極から後退した領域に空洞12よりなる端部絶縁体領域27が形成される。次に半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト17及び配線18を形成する。A cap insulating layer 8 (an insulating film layer such as SiO 2 ) is deposited on the semiconductor layer 3, and the upper portions of the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 are processed to a desired width by a normal lithography and RIE process (FIG. 45 ( a)). Next, a corner dummy layer material such as a Si 3 N 4 film is deposited and etched back to provide a corner dummy layer 22 composed of Si 3 N 4 sidewalls 37 on the side surfaces of the cap insulating layer and the semiconductor layer 3. Subsequently, the second sidewall material such as SiO 2 film is deposited and etched back to form the SiO 2 sidewall 38 on the side surface of the corner dummy layer 22 (FIG. 45B). Subsequently, the semiconductor layer 3 is etched using the cap insulating layer, the corner dummy layer made of the Si 3 N 4 side wall 37, and the second side wall made of the SiO 2 side wall 38 as a mask (FIG. 45C). After the gate insulating film 4 is provided on the side surface of the semiconductor layer exposed by this process, and subsequently the gate electrode material is deposited, the gate electrode material is processed by a normal lithography and RIE process to form the gate electrode 5. Subsequently, if the corner dummy layer 22 made of the Si 3 N 4 side wall 37 is removed, the end insulator region 27 made of the cavity 12 is formed in the region where the semiconductor layer has receded from the gate electrode. Next, a source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first conductivity type impurity into a region of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode 5. Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts 17 and wirings 18 are formed by a normal method.

なお、Si34の堆積とエッチバックに続いてSiO2の堆積とエッチバックを行い第二の側壁を形成するのは犠牲酸化膜除去工程や半導体層に対する洗浄工程によって、半導体層の表面が除去されることにより、半導体層の側面がSi34側壁よりも内側に入り、上部のSi34側壁が水平に突起したオーバーハング形状が形成されることを防ぐためである、SiO2膜よりなる第二の側壁を設けておけば犠牲酸化膜を除去する工程において、第二の側壁も同時に後退するのでオーバーハング形状にならない。なお、ゲート電極を形成する工程に等方性エッチングを追加するなどしてオーバーハング形状が許容される場合には、第二の側壁を形成する工程を省略しても良い。The second sidewall is formed by depositing and etching back SiO 2 following the deposition and etching back of Si 3 N 4 to form the second sidewall by the sacrificial oxide film removing process and the cleaning process for the semiconductor layer. by being removed, enters the inside from the side surface of the semiconductor layer is Si 3 N 4 sidewall, it is to prevent the overhang shape the upper the Si 3 N 4 sidewall and projecting horizontally is formed, SiO 2 If a second side wall made of a film is provided, the second side wall also recedes at the same time in the step of removing the sacrificial oxide film, so that it does not have an overhang shape. Note that in the case where an overhang shape is allowed by adding isotropic etching to the step of forming the gate electrode, the step of forming the second sidewall may be omitted.

また、空洞を低誘電率材料で埋め戻して、低誘電率材料よりなる端部絶縁体領域27を形成しても良い。ここで空洞に埋める低誘電率材料は、SiOF等の連続膜であっても良く、また多孔質の材料であっても良い。   Alternatively, the cavity may be backfilled with a low dielectric constant material to form the end insulator region 27 made of the low dielectric constant material. Here, the low dielectric constant material filled in the cavity may be a continuous film such as SiOF, or may be a porous material.

また、ソース/ドレイン領域に注入した不純物を活性化する熱処理など、高温の熱処理工程を終えた後で、空洞を低誘電率材料で埋め戻す工程を実施するか、あるいはこれら高温の熱処理工程を終えた後で、空洞の形成及び空洞を低誘電率材料で埋め戻す工程を実施すると、高温の熱処理が低誘電率材料に化学的または物理的変化を与えることを防ぐことができる。   In addition, after finishing a high-temperature heat treatment process such as a heat treatment for activating impurities implanted into the source / drain regions, a process for filling the cavity with a low dielectric constant material is performed, or after these high-temperature heat treatment processes are finished. Thereafter, the formation of the cavity and the process of filling the cavity with the low dielectric constant material can prevent the high temperature heat treatment from causing a chemical or physical change to the low dielectric constant material.

このような製造方法を採用することにより、第三の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the third embodiment can be formed.

(第三の実施形態の第三の製造方法)
図46から図52を参照して第三の実施形態の製造方法の一例をより具体的に説明する。図47(a)、図48(a)、図49(a)、図50(a)は平面図である図47(c)、図48(c)、図49(c)、図50(c)のA−A’断面における断面図、図47(b)、図48(b)、図49(b)、図50(b)は平面図である、図47(c)、図48(c)、図49(c)、図50(c)のB−B’断面における断面図である。図51(a)及び図52は図20(a)と同一の断面における断面図、図51(b)は図20(b)と同一の断面における断面図である。
(Third manufacturing method of the third embodiment)
An example of the manufacturing method of the third embodiment will be described more specifically with reference to FIGS. 46 to 52. 47 (a), FIG. 48 (a), FIG. 49 (a), and FIG. 50 (a) are plan views. FIG. 47 (c), FIG. 48 (c), FIG. 49 (c), and FIG. 47A, 47B, 48B, 49B, and 50B are plan views, and FIGS. 47C and 48C. , FIG. 49 (c), and FIG. 50 (c) are cross-sectional views taken along the line BB ′. 51 (a) and 52 are cross-sectional views in the same cross section as FIG. 20 (a), and FIG. 51 (b) is a cross-sectional view in the same cross section as FIG. 20 (b).

シリコンよりなる支持基板1、その上にSiO2よりなる埋め込み絶縁層2、さらにその上に単結晶シリコンよりなる半導体層3が積層したSOI基板上に、キャップ絶縁層8を堆積する。この状態での断面を図46に示す。A cap insulating layer 8 is deposited on an SOI substrate in which a support substrate 1 made of silicon, a buried insulating layer 2 made of SiO 2 thereon, and a semiconductor layer 3 made of single crystal silicon are further laminated thereon. A cross section in this state is shown in FIG.

次に、通常のリソグラフィ工程及びRIE等の通常のエッチング工程により、キャップ絶縁層8と半導体層3のうちの上部をパターニングして図47の形状を得る。なお、キャップ絶縁層8及び半導体層3は、ともにフォトレジストをマスクにエッチングすることによりパターニングしても良く、あるいはフォトレジストをマスクにキャップ絶縁層8だけをエッチングし、続いてキャップ絶縁層8をマスクに半導体層3をエッチングすることによってパターニングしても良い。ここで、キャップ絶縁層8は、その幅が前記半導体層上部領域28(図41参照)の幅Wtopとほぼ同じで、前記半導体層下部領域29の幅Wfinよりも狭くなるようにパターニングされる。半導体層3をエッチングする深さは、ほぼ半導体層上部領域28の高さHtopに等しい。この状態を図47に示す。   Next, the upper part of the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 is patterned by a normal lithography process and a normal etching process such as RIE to obtain the shape of FIG. Both the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 may be patterned by etching using a photoresist as a mask, or only the cap insulating layer 8 is etched using the photoresist as a mask, and then the cap insulating layer 8 is formed. Patterning may be performed by etching the semiconductor layer 3 in a mask. Here, the cap insulating layer 8 is patterned so that the width thereof is substantially the same as the width Wtop of the semiconductor layer upper region 28 (see FIG. 41) and is narrower than the width Wfin of the semiconductor layer lower region 29. The depth at which the semiconductor layer 3 is etched is substantially equal to the height Htop of the semiconductor layer upper region 28. This state is shown in FIG.

次に、コーナーダミー層となる材料を堆積してこれをエッチバックすることにより、キャップ絶縁層の側面と半導体層のうちエッチングされて露出された側面に、コーナーダミー層22を設ける。コーナーダミー層22の材料は例えばSi34とする。この工程により得られる形態を図48に示す。Next, a corner dummy layer 22 is provided on the side surface of the cap insulating layer and the exposed side surface of the semiconductor layer by depositing a material to be the corner dummy layer and etching it back. The material of the corner dummy layer 22 is, for example, Si 3 N 4 . The form obtained by this process is shown in FIG.

続いてキャップ絶縁層8とコーナーダミー層22をマスクに半導体層3をRIE等のエッチング工程によってパターニングして、素子領域を形成する。この工程により得られる形態を図49に示す。次にこの工程によって露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜4を設け、続いてゲート電極材料を堆積したのち、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりゲート電極材料を加工してゲート電極5を形成する。この状態を図50に示す。   Subsequently, the semiconductor layer 3 is patterned by an etching process such as RIE using the cap insulating layer 8 and the corner dummy layer 22 as a mask to form an element region. The form obtained by this step is shown in FIG. Next, a gate insulating film 4 is provided on the side surface of the semiconductor layer exposed by this process, and after depositing a gate electrode material, the gate electrode material is processed by a normal lithography and RIE process to form the gate electrode 5. This state is shown in FIG.

続いて半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する。   Subsequently, a source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first conductivity type impurity into a region of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode 5.

続いてコーナーダミー層22をエッチングにより除去して、端部絶縁体領域23となる空洞24を設ける。   Subsequently, the corner dummy layer 22 is removed by etching to provide a cavity 24 that becomes the end insulator region 23.

続いて絶縁膜の堆積とエッチバックにより、ゲート電極側面にゲート側壁14を設けたのちその後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト17及び配線18を形成する。この状態を図51に示す。   Subsequently, by depositing and etching back an insulating film, a gate side wall 14 is provided on the side surface of the gate electrode, an interlayer insulating film is then deposited, and a contact 17 and a wiring 18 are formed by a normal method. This state is shown in FIG.

また、図47の形状を形成後、コーナーダミー層となる材料を堆積してこれをエッチバックするかわりに、端部絶縁体領域23となる材料を堆積してこれをエッチバックすることにより、キャップ絶縁層の側面と半導体層のうちエッチングされて露出された側面に、端部絶縁体領域23を設けても良い。端部絶縁体領域23の材料は例えばSiO2とする。あるいは端部絶縁体領域23の材料は例えばSiOFなどの低誘電率材料とする。この場合、続いてキャップ絶縁層8と端部絶縁体領域23をマスクに半導体層3をRIE等のエッチング工程によってパターニングして、素子領域を形成する。以後、コーナーダミー層22をエッチングにより除去することを除いて、コーナーダミー層22を設けた場合と同様の工程を実施することにより、ゲート電極、ソース/ドレイン領域、配線及びコンタクトを形成する。この場合に得られる形状を図52に示す。図52は図51(a)と同一の断面における断面図であり、図51における空洞24にかえて、端部SiO2領域25が形成される。In addition, after forming the shape of FIG. 47, instead of depositing a material to be a corner dummy layer and etching it back, depositing a material to be the end insulator region 23 and etching it back, a cap is obtained. The end insulator region 23 may be provided on the side surface of the insulating layer and the side surface exposed by etching of the semiconductor layer. The material of the end insulator region 23 is, for example, SiO 2 . Alternatively, the material of the end insulator region 23 is a low dielectric constant material such as SiOF. In this case, the semiconductor layer 3 is subsequently patterned by an etching process such as RIE using the cap insulating layer 8 and the end insulator region 23 as a mask to form an element region. Thereafter, the gate electrode, the source / drain region, the wiring, and the contact are formed by performing the same process as the case where the corner dummy layer 22 is provided except that the corner dummy layer 22 is removed by etching. The shape obtained in this case is shown in FIG. FIG. 52 is a cross-sectional view in the same cross section as FIG. 51A, and an end SiO 2 region 25 is formed instead of the cavity 24 in FIG.

このような製造方法を採用することにより、第三の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the third embodiment can be formed.

[効果]
本実施形態においては、半導体層上部領域のうち端部に位置する一部の部分が、端部絶縁体領域27によって置きかえられる。端部絶縁体領域27はゲート電極と半導体層との電界を緩和する作用があるので、半導体層上部コーナー部における電位上昇が抑制され、寄生トランジスタの発生が抑制され、トランジスタの特性を向上される。
[effect]
In this embodiment, a part of the semiconductor layer upper region located at the end is replaced by the end insulator region 27. Since the end insulator region 27 has an action of relaxing the electric field between the gate electrode and the semiconductor layer, an increase in potential at the upper corner portion of the semiconductor layer is suppressed, generation of a parasitic transistor is suppressed, and characteristics of the transistor are improved. .

より具体的な例として、半導体層がゲート電極から後退した領域に空洞を形成した図42(b)の構造における電位分布を図53に示す。なお、チャネルとなる半導体層の上端は空洞の下端に隣接する部分である。図84(a)及び図84(b)に比べると、空洞下部のコーナー部での等電位線の湾曲が著しく低減されており、コーナー部での電位上昇が抑制されている。これはコーナー部の寄生トランジスタが抑制されていることを示す。   As a more specific example, FIG. 53 shows a potential distribution in the structure of FIG. 42B in which a cavity is formed in a region where the semiconductor layer is recessed from the gate electrode. Note that the upper end of the semiconductor layer serving as a channel is a portion adjacent to the lower end of the cavity. Compared to FIGS. 84 (a) and 84 (b), the curve of the equipotential lines at the corner portion at the bottom of the cavity is remarkably reduced, and the potential increase at the corner portion is suppressed. This indicates that the parasitic transistor at the corner is suppressed.

図9(b)と同様に半導体層側面における電位分布をプロットしたものを図54(d)に示す。図の左端は空洞の下部における半導体層の上端である。電位上昇は30.8mVまで低減しており、本実施形態がコーナー部での電位上昇を抑制し、コーナー部の寄生トランジスタが抑制する効果は顕著である。   FIG. 54 (d) shows a plot of the potential distribution on the side surface of the semiconductor layer as in FIG. 9 (b). The left end of the figure is the upper end of the semiconductor layer at the bottom of the cavity. The potential rise is reduced to 30.8 mV, and this embodiment suppresses the potential rise at the corner portion, and the effect of suppressing the parasitic transistor at the corner portion is remarkable.

なお、端部絶縁体領域の表面とゲート絶縁膜4の表面(ゲート電極側の界面を表面と記す)の位置は揃っていると、ゲート電極を加工しやすくなるので、好ましい。   Note that it is preferable that the surface of the end insulator region and the surface of the gate insulating film 4 (the interface on the gate electrode side is referred to as the surface) are aligned because the gate electrode can be easily processed.

但し、両者はプロセス上の理由により一方が他方よりゲート電極側に突起しても、半導体層上部コーナー部における電位上昇を抑制し、寄生トランジスタを抑制する効果が得られる。例えば図49(a)の構造において、犠牲酸化工程と犠牲酸化膜に対するウエットエッチング工程により、半導体層3の側面がコーナーダミー層22よりゲート電極側から後退し、その結果図51(a)の構造において端部絶縁体領域23の表面に比べて、ゲート絶縁膜4の表面が後退する場合などである。   However, even if one of them protrudes to the gate electrode side from the other due to process reasons, the potential rise at the upper corner of the semiconductor layer is suppressed and the effect of suppressing the parasitic transistor can be obtained. For example, in the structure of FIG. 49A, the side surface of the semiconductor layer 3 recedes from the gate electrode side with respect to the corner dummy layer 22 by the sacrificial oxidation process and the wet etching process for the sacrificial oxide film, resulting in the structure of FIG. In this case, the surface of the gate insulating film 4 recedes as compared with the surface of the end insulator region 23.

また、半導体層上部領域28の側面が半導体層下部領域29の側面に対して後退せず、ゲート絶縁膜4よりも厚い端部絶縁体領域27が、ゲート電極側に突起した構造を設けても、半導体層上部コーナー部における電位上昇を抑制し、寄生トランジスタを抑制する効果が得られる。その構造の例を図89に示す。この構造は、たとえば図44の工程において、図44(c)の構造を形成後、第一実施形態の図4(a)の工程と同様に、等方的なエッチングプロセスによってキャップ絶縁層8及び端部絶縁体領域27に対して選択的に半導体層3を細らせた場合に得られる。図90及び図91に工程の順を追って、工程中の形態を示す。これらは図44と同一の断面について描いたものであり、図90(a)、図90(b)、図90(c)及び図91(b)は、それぞれ図44(a)、図44(b)、図44(c)、図44(d)の工程に対応する。   Further, even if the side surface of the semiconductor layer upper region 28 does not recede from the side surface of the semiconductor layer lower region 29 and the end insulator region 27 thicker than the gate insulating film 4 protrudes toward the gate electrode side. In addition, it is possible to obtain an effect of suppressing a potential increase in the upper corner portion of the semiconductor layer and suppressing a parasitic transistor. An example of the structure is shown in FIG. 44, for example, in the step of FIG. 44, after forming the structure of FIG. 44 (c), as in the step of FIG. 4 (a) of the first embodiment, the cap insulating layer 8 and This is obtained when the semiconductor layer 3 is selectively thinned with respect to the end insulator region 27. FIG. 90 and FIG. 91 show the forms in the process in the order of the processes. These are drawn with respect to the same cross section as FIG. 44, and FIG. 90 (a), FIG. 90 (b), FIG. 90 (c) and FIG. 91 (b) are respectively shown in FIG. It corresponds to the process of b), FIG.44 (c), and FIG.44 (d).

(第四の実施形態)
[構造]
第四の実施形態による電界効果型トランジスタは、第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態に共通する特徴に加えて、半導体層端部領域44に半導体層3の幅が一定な領域を持たないという特徴を持つ。第四の実施形態による電界効果型トランジスタの半導体層端部領域44においては、半導体層主要部領域43との接続部から遠ざかるに従って、半導体層の幅が狭くなるという形態を持つ。また、半導体層端部領域44とゲート電極5との間に設けられる端部絶縁体領域27は、半導体層端部領域44と半導体層主要部領域43との接続部から遠ざかるに従って厚くなる。端部絶縁体領域27の膜厚の最大値はゲート絶縁膜厚よりも厚い。
(Fourth embodiment)
[Construction]
In the field effect transistor according to the fourth embodiment, in addition to the features common to the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, the width of the semiconductor layer 3 is in the semiconductor layer end region 44. It has the feature of not having a certain area. The semiconductor layer end region 44 of the field effect transistor according to the fourth embodiment has a form in which the width of the semiconductor layer becomes narrower as the distance from the connection portion with the semiconductor layer main region 43 increases. In addition, the end insulator region 27 provided between the semiconductor layer end region 44 and the gate electrode 5 becomes thicker as the distance from the connection portion between the semiconductor layer end region 44 and the semiconductor layer main region 43 is increased. The maximum value of the film thickness of the end insulator region 27 is thicker than the gate insulating film thickness.

半導体層主要部領域43の上部に半導体層端部領域44が設けられ、半導体層主要部領域43が半導体層下部領域29をなし、半導体層端部領域44が半導体層上部領域をなす場合を例に、第四の実施形態による電界効果型トランジスタの構造を図56、図57、図59及び図60に示す。なお、図56、図57、図59及び図60は従来構造を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における断面図であり、従来構造を説明する図82(a)及び図83(a)が示す断面に相当する断面における断面図である。なお、記号Wtopは半導体層端部領域の最小幅、記号Weiは端部絶縁体領域の最大幅、記号Wfinは半導体層主要部領域の幅である。   An example in which the semiconductor layer end region 44 is provided above the semiconductor layer main portion region 43, the semiconductor layer main portion region 43 forms the semiconductor layer lower region 29, and the semiconductor layer end region 44 forms the semiconductor layer upper region. FIG. 56, FIG. 57, FIG. 59, and FIG. 60 show the structure of the field effect transistor according to the fourth embodiment. 56, 57, 59, and 60 are cross-sectional views at positions corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 81 for explaining the conventional structure, and FIGS. 82 (a) and 83 for explaining the conventional structure. It is sectional drawing in the cross section corresponded to the cross section which (a) shows. The symbol Wtop is the minimum width of the semiconductor layer end region, the symbol Wei is the maximum width of the end insulator region, and the symbol Wfin is the width of the semiconductor layer main region.

図56及び図57の形態は、キャップ絶縁層8の下部に位置する半導体上部領域28の幅が一定の勾配をもって上部に向うに従って縮小する場合、図59及び図60の形態は、キャップ絶縁層8の下部に位置する半導体上部領域28が曲率をもって上部に向うに従って縮小する場合である。また図56及び図59はキャップ絶縁層8をもつダブルゲート構造のトランジスタに第四の実施形態が適用された場合、図57及び図60はキャップ絶縁層8をもたず半導体層上部界面にゲート絶縁膜4を持つトライゲート構造のトランジスタに第四の実施形態が適用された場合である。図56、図57、図59または図60のいずれにおいても、半導体上部領域28とゲート電極5の間に、端部絶縁体領域27が設けられ、端部絶縁体領域27の少なくとも一部の位置においては、端部絶縁体領域27の幅Weiが、ゲート絶縁膜4よりも厚い。   56 and 57, when the width of the semiconductor upper region 28 located under the cap insulating layer 8 is reduced toward the upper part with a certain gradient, the forms of FIGS. 59 and 60 are different from those in the cap insulating layer 8. This is a case where the semiconductor upper region 28 located in the lower part of the semiconductor layer is reduced with curvature toward the upper part. 56 and 59 show the case where the fourth embodiment is applied to a double gate transistor having a cap insulating layer 8, and FIGS. 57 and 60 show the gate at the upper interface of the semiconductor layer without the cap insulating layer 8. This is a case where the fourth embodiment is applied to a tri-gate transistor having an insulating film 4. 56, 57, 59, or 60, the end insulator region 27 is provided between the semiconductor upper region 28 and the gate electrode 5, and the position of at least a part of the end insulator region 27 is provided. , The width Wei of the end insulator region 27 is thicker than that of the gate insulating film 4.

(第四の実施形態の第一の製造方法)
第四の実施形態における製造方法の一例として、図56の形態を製造する方法を図58を参照して説明する。なお、図58は従来例を説明する図81のA−A’断面に相当する位置における形状を工程を追って示したものである。
(First manufacturing method of the fourth embodiment)
As an example of the manufacturing method according to the fourth embodiment, a method of manufacturing the embodiment of FIG. 56 will be described with reference to FIG. FIG. 58 shows the shape at a position corresponding to the AA ′ cross section of FIG.

半導体層3上にキャップ絶縁層8(SiO2等の絶縁膜層)を堆積し、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりキャップ絶縁層8を加工し、さらに半導体層3の上部をテーパーを持つようにRIEによりエッチングする(図58(a))。次にSiO2膜等の絶縁体膜の堆積とエッチバックを行い、キャップ絶縁層の側面及び半導体層3の側面に、端部絶縁体領域27を形成する(図58(b))。続いて、キャップ絶縁層8と端部絶縁体領域27をマスクに半導体層をエッチングする(図58(c))。この工程によって露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜4を設け、続いてゲート電極材料を堆積したのち、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりゲート電極材料を加工してゲート電極5を形成する。A cap insulating layer 8 (an insulating film layer such as SiO 2 ) is deposited on the semiconductor layer 3, the cap insulating layer 8 is processed by a normal lithography and RIE process, and the upper portion of the semiconductor layer 3 is tapered. (FIG. 58A). Next, an insulator film such as a SiO 2 film is deposited and etched back to form end insulator regions 27 on the side surfaces of the cap insulating layer and the semiconductor layer 3 (FIG. 58B). Subsequently, the semiconductor layer is etched using the cap insulating layer 8 and the end insulator region 27 as a mask (FIG. 58C). After the gate insulating film 4 is provided on the side surface of the semiconductor layer exposed by this process, and subsequently the gate electrode material is deposited, the gate electrode material is processed by a normal lithography and RIE process to form the gate electrode 5.

なお、半導体層3の上部をテーパーを持つようにエッチングするには、例えばRIEを行う際に炭素を含むガスを混合するテーパーエッチング技術を用いる。例えばCl2にCH4を混合することにより、エッチング中に徐々に炭素化合物を堆積させ、炭素化合物が堆積した位置ではエッチングが進まないことを利用してテーパー形状を形成する。In order to etch the upper portion of the semiconductor layer 3 so as to have a taper, for example, a taper etching technique of mixing a gas containing carbon at the time of performing RIE is used. For example, by mixing CH 4 with Cl 2 , a carbon compound is gradually deposited during etching, and a taper shape is formed by utilizing the fact that etching does not proceed at the position where the carbon compound is deposited.

続いて半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域6を形成する。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト17及び配線18を形成する。   Subsequently, a source / drain region 6 is formed by introducing a high-concentration first conductivity type impurity into a region of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode 5. Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts 17 and wirings 18 are formed by a normal method.

なお、図58(c)の形状を形成する工程を終えたあとに、RIE等のエッチング工程によりキャップ絶縁層8を除去したのちゲート絶縁膜4を形成し、続く工程を実施すれば図57のようなトライゲート構造が得られる。なお、図57はRIEによりキャップ絶縁層8を除去する際に、端部絶縁膜の上部も同時にエッチングした場合である。なお、RIE等のエッチング工程によりキャップ絶縁層8を除去する場合は、キャップ絶縁層8よりも埋め込み絶縁層2の厚さが大きいと、キャップ絶縁層のエッチングと同時に埋め込み絶縁層のエッチングが進行しても、キャップ絶縁層が除去されても埋め込み絶縁膜の一部が残留し支持基板が露出しない形態が得られるので好ましい。また、埋め込み絶縁層の全体、表面、またはある深さの層に、キャップ絶縁層に対するエッチングに耐性のある材料、例えばSi34を用いると、キャップ絶縁層が除去されても埋め込み絶縁膜の一部が残留し支持基板が露出しない形態が得られるので好ましい。If the cap insulating layer 8 is removed by an etching process such as RIE after the step of forming the shape of FIG. 58C is completed, the gate insulating film 4 is formed, and the subsequent steps are performed as shown in FIG. Such a trigate structure is obtained. FIG. 57 shows the case where the upper portion of the end insulating film is simultaneously etched when the cap insulating layer 8 is removed by RIE. When the cap insulating layer 8 is removed by an etching process such as RIE, if the thickness of the buried insulating layer 2 is larger than that of the cap insulating layer 8, the etching of the buried insulating layer proceeds simultaneously with the etching of the cap insulating layer. However, even if the cap insulating layer is removed, a part of the embedded insulating film remains and the support substrate is not exposed, which is preferable. In addition, if a material that is resistant to etching of the cap insulating layer, for example, Si 3 N 4, is used for the entire buried insulating layer, the surface, or a layer at a certain depth, for example, Si 3 N 4 , This is preferable because a form in which part of the substrate remains and the support substrate is not exposed is obtained.

また、図58の工程において、キャップ絶縁層8を堆積しない工程を用いても、図57のようなトライゲート構造が得られる。この場合はレジストをマスクに半導体層3をテーパーをつけてエッチングし、図58(a)においてキャップ絶縁層8が無い形状を作成したのち、ダブルゲート構造のトランジスタを製造する場合と同じ製造方法を実施すれば良い。   In addition, the trigate structure as shown in FIG. 57 can be obtained by using the process of not depositing the cap insulating layer 8 in the process of FIG. In this case, the semiconductor layer 3 is tapered and etched using a resist as a mask, and after forming a shape without the cap insulating layer 8 in FIG. 58A, the same manufacturing method as that for manufacturing a transistor with a double gate structure is used. Just do it.

(第四の実施形態の第二の製造方法)
製造方法の一例を図61から図65を参照して説明する。なお、図61(a)、図62(a)、図63(a)、図64(a)はそれぞれ平面図である図61(c)、図62(c)、図63(c)、図65におけるA−A’断面の断面図であり、図61(b)、図62(b)、図63(b)、図64(b)はそれぞれ平面図である図61(c)、図62(c)、図63(c)、図65におけるB−B’断面の断面図である。また、本実施形態を説明する各図面のA−A’断面の位置は従来例を示す図81のA−A’断面の位置に、本実施形態を説明する各図面のB−B’断面の位置は従来例を示す図81のB−B’断面の位置にそれぞれ相当する。
(Second manufacturing method of the fourth embodiment)
An example of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 61 (a), 62 (a), 63 (a), and 64 (a) are plan views, respectively, FIG. 61 (c), FIG. 62 (c), FIG. 63 (c), and FIG. FIG. 61B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 65, and FIGS. 61B, 62B, 63B, and 64B are plan views, respectively. FIG. 66C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. Further, the position of the AA ′ cross section of each drawing explaining the present embodiment is the position of the AA ′ cross section of FIG. 81 showing the conventional example, and the position of the BB ′ cross section of each drawing explaining the present embodiment. The positions correspond to the positions of the BB ′ cross section of FIG. 81 showing the conventional example.

第四の実施形態の電界効果型トランジスタを製造するためには、埋め込み絶縁層2上の半導体層3上に例えばSiO2よりなるキャップ絶縁層8を形成したのち(この時点での形態は図2に同じ)、半導体層3とキャップ絶縁層8を適当な形状にパターニングする(この時点での形態は図3に同じ)。続けて、半導体層3とキャップ絶縁層の界面、及び半導体層3と埋め込み絶縁層2の界面において、半導体層3の側面がキャップ絶縁層8の端部の位置よりも内側に後退するように、半導体層3を熱酸化する。この時、半導体層上部及び下部のコーナー部において厚く形成された酸化膜が、端部絶縁体領域27になる(図61)。このような形態が形成されるのは、酸素ガスのなどの酸化剤はキャップ絶縁層8や埋め込み絶縁膜を経由して半導体層の上面および下面にも拡散し、その酸化剤は半導体層の両側面付近により多く拡散するため、半導体層上部及び下部のコーナー部が丸みを持った形状に酸化されることによる。また、この時、半導体層3の側面には犠牲酸化膜層44が形成される。次に、半導体層3の側面には犠牲酸化膜層44をウエットエッチングなどのエッチング工程により除去し、図62の形態を得る。続いて半導体層の側面にゲート絶縁膜4を設け(図63)、続いてゲート電極材料を堆積したのち、通常のリソグラフィ及びRIE工程によりゲート電極材料を加工してゲート電極5を形成する。続いて半導体層3のうちゲート電極5に覆われていない領域に高濃度の第一導電型不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する。その後層間絶縁膜を堆積して、通常の方法によりコンタクト及び配線を形成する(図64及び図65)。In order to manufacture the field effect transistor according to the fourth embodiment, a cap insulating layer 8 made of, for example, SiO 2 is formed on the semiconductor layer 3 on the buried insulating layer 2 (the configuration at this time is shown in FIG. 2). The semiconductor layer 3 and the cap insulating layer 8 are patterned into appropriate shapes (the configuration at this point is the same as in FIG. 3). Subsequently, at the interface between the semiconductor layer 3 and the cap insulating layer, and at the interface between the semiconductor layer 3 and the buried insulating layer 2, the side surface of the semiconductor layer 3 recedes inward from the position of the end of the cap insulating layer 8. The semiconductor layer 3 is thermally oxidized. At this time, the oxide film formed thick at the upper and lower corners of the semiconductor layer becomes the end insulator region 27 (FIG. 61). This form is formed because the oxidant such as oxygen gas diffuses to the upper and lower surfaces of the semiconductor layer via the cap insulating layer 8 and the buried insulating film, and the oxidant is on both sides of the semiconductor layer. This is due to the fact that the upper and lower corners of the semiconductor layer are oxidized into a rounded shape because they diffuse more near the surface. At this time, a sacrificial oxide film layer 44 is formed on the side surface of the semiconductor layer 3. Next, the sacrificial oxide film layer 44 is removed from the side surface of the semiconductor layer 3 by an etching process such as wet etching to obtain the configuration shown in FIG. Subsequently, a gate insulating film 4 is provided on the side surface of the semiconductor layer (FIG. 63), and after depositing a gate electrode material, the gate electrode material is processed by ordinary lithography and RIE processes to form the gate electrode 5. Subsequently, a source / drain region is formed by introducing a high-concentration first conductivity type impurity into a region of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode 5. Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and contacts and wirings are formed by a normal method (FIGS. 64 and 65).

なお、図61の形状を形成する工程を終えたあとに、ゲート絶縁膜を形成するよりも前のある段階おいてRIE等のエッチング工程によりキャップ絶縁層8を除去して、続く工程を実施すれば図60のようなトライゲート構造が得られる。なお、RIE等のエッチング工程によりキャップ絶縁層8を除去する場合は、キャップ絶縁層8よりも埋め込み絶縁層2の厚さが大きいと、キャップ絶縁層のエッチングと同時に埋め込み絶縁層のエッチングが進行しても、キャップ絶縁層が除去されても埋め込み絶縁膜の一部が残留し支持基板が露出しない形態が得られるので好ましい。また、埋め込み絶縁層の全体、表面、またはある深さの層に、キャップ絶縁層に対するエッチングに耐性のある材料、例えばSi34を用いると、キャップ絶縁層が除去されても埋め込み絶縁膜の一部が残留し支持基板が露出しない形態が得られるので好ましい。61, after the step of forming the shape of FIG. 61 is completed, the cap insulating layer 8 is removed by an etching process such as RIE at a certain stage before the gate insulating film is formed, and the subsequent process is performed. For example, a trigate structure as shown in FIG. 60 is obtained. When the cap insulating layer 8 is removed by an etching process such as RIE, if the thickness of the buried insulating layer 2 is larger than that of the cap insulating layer 8, the etching of the buried insulating layer proceeds simultaneously with the etching of the cap insulating layer. Even if the cap insulating layer is removed, a portion of the embedded insulating film remains and the support substrate is not exposed, which is preferable. Further, if a material that is resistant to etching of the cap insulating layer, for example, Si 3 N 4, is used for the entire buried insulating layer, the surface, or a layer at a certain depth, for example, Si 3 N 4 , even if the cap insulating layer is removed, the buried insulating film This is preferable because a form in which part of the substrate remains and the support substrate is not exposed is obtained.

なお、トライゲート構造を形成する際に、キャップ絶縁層がない状態で丸め酸化を行っても、従来例の図85のような構造が得られるだけで、ゲート絶縁膜よりも厚いことを特徴とする端部絶縁体領域27は形成されないので、発明の効果は得られない。また、従来例の図85のような構造と通常のダブルゲートトランジスタ構造とを単に組み合わせると、図70のような形態となり、ゲート絶縁膜よりも厚い端部絶縁体領域27を有する構造は得られないため、本発明の効果は得られない。   When forming a tri-gate structure, even if round oxidation is performed in the absence of a cap insulating layer, the structure shown in FIG. 85 of the conventional example is obtained, and it is thicker than the gate insulating film. Since the end insulator region 27 is not formed, the effect of the invention cannot be obtained. Moreover, when the structure shown in FIG. 85 of the conventional example is simply combined with the normal double gate transistor structure, the structure shown in FIG. 70 is obtained, and a structure having the end insulator region 27 thicker than the gate insulating film is obtained. Therefore, the effect of the present invention cannot be obtained.

なお、この製造方法において、埋め込み絶縁層が酸化剤を拡散しやすい場合、具体的には埋め込み絶縁層がSiO2である場合等には、半導体層下部にも端部絶縁体領域27が形成される。埋め込み絶縁層が酸化剤を拡散しにくい場合、具体的には埋め込み絶縁層がSi34である場合や、埋め込み絶縁層がSiO2であっても膜厚が極めて薄い場合(例えば10nm以下)である場合、半導体層下部には端部絶縁体領域27が形成されない。In this manufacturing method, when the buried insulating layer easily diffuses the oxidizing agent, specifically, when the buried insulating layer is SiO 2 , the end insulator region 27 is also formed below the semiconductor layer. The When the buried insulating layer hardly diffuses the oxidizing agent, specifically, when the buried insulating layer is Si 3 N 4 , or when the buried insulating layer is SiO 2 and the film thickness is extremely thin (for example, 10 nm or less) In this case, the end insulator region 27 is not formed below the semiconductor layer.

このような製造方法を採用することにより、第四の実施形態の素子構造を形成することが可能となる。   By employing such a manufacturing method, the element structure of the fourth embodiment can be formed.

(効果)
第四の実施形態は、第三の実施形態に比べて半導体層端部領域44の高さを縮小できるという長所がある。例えば図55の半導体層上部領域28において、遷移領域40よりも上部の半導体層を除去した形態に相当し、構造が単純になるため、半導体層の高さが縮小される。また、キャップ絶縁層8に接する領域で半導体層3を熱酸化するだけで端部絶縁体領域27を形成できるなど、製造方法も容易である。
(effect)
The fourth embodiment has an advantage that the height of the semiconductor layer end region 44 can be reduced as compared with the third embodiment. For example, in the semiconductor layer upper region 28 of FIG. 55, this corresponds to a form in which the semiconductor layer above the transition region 40 is removed, and the structure becomes simple, so that the height of the semiconductor layer is reduced. Further, the end insulator region 27 can be formed only by thermally oxidizing the semiconductor layer 3 in the region in contact with the cap insulating layer 8, and the manufacturing method is easy.

第四の実施形態は、図56及び図59に示した形態においては、半導体層上部領域と半導体層下部領域の幅が急峻に変化しないため、両者の遷移が急峻な構造を持つ第三の実施形態に比べて第二の課題を解決する効果にやや劣るが、図85の従来例に比べると、本実施形態では半導体層の上部では半導体層とゲート電極の間にゲート絶縁膜4より厚い端部絶縁体27が設けられて、半導体層上部領域の側面にはチャネルがほとんど形成されないので、第二の課題は十分に解決され、充分な素子性能を得ることができる。また、半導体層の上部では半導体層とゲート電極の間にゲート絶縁膜4より厚い端部絶縁体27が設けられるため、第三の実施形態と同様に、第一の課題を解決する能力に優れる。   In the fourth embodiment, the width of the upper region of the semiconductor layer and the width of the lower region of the semiconductor layer do not change steeply in the form shown in FIGS. The effect of solving the second problem is slightly inferior to that of the embodiment. However, compared to the conventional example of FIG. 85, in this embodiment, the end of the upper portion of the semiconductor layer is thicker than the gate insulating film 4 between the semiconductor layer and the gate electrode. Since the partial insulator 27 is provided and a channel is hardly formed on the side surface of the upper region of the semiconductor layer, the second problem is sufficiently solved and sufficient device performance can be obtained. Further, since the end insulator 27 thicker than the gate insulating film 4 is provided between the semiconductor layer and the gate electrode above the semiconductor layer, the ability to solve the first problem is excellent as in the third embodiment. .

(第五の実施形態)
[構造]
第五の実施形態による電界効果型トランジスタは、第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態に共通する特徴に加えて、半導体層端部領域44が半導体層主要部43の下部に設けられ、半導体層主要部43の下部に設けられた半導体層端部領域44(半導体層下部端部領域42)とゲート電極5の間には、ゲート絶縁膜4よりも厚い絶縁膜である端部絶縁体領域27が設けられる。
(Fifth embodiment)
[Construction]
The field effect transistor according to the fifth embodiment has a semiconductor layer end region 44 of the semiconductor layer main portion 43 in addition to the features common to the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment. An insulating film thicker than the gate insulating film 4 is provided between the gate electrode 5 and the semiconductor layer end region 44 (semiconductor layer lower end region 42) provided below the semiconductor layer main portion 43. An end insulator region 27 is provided.

また、第五の実施形態による電界効果型トランジスタは、第三の実施形態、第四の実施形態及び第五の実施形態に共通する特徴に加えて、半導体層端部領域44が半導体層主要部43の上部と半導体層主要部43の下部の両方に設けられ、半導体層主要部43の上部に設けられた半導体層端部領域44とゲート電極5の間、及び半導体層主要部43の下部に設けられた半導体層端部領域44とゲート電極5の間には、ゲート絶縁膜4よりも厚い絶縁膜である端部絶縁体領域27が設けられる。   Further, the field effect transistor according to the fifth embodiment has a semiconductor layer end region 44 in which the semiconductor layer end region 44 is the main part of the semiconductor layer, in addition to the features common to the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment. 43 is provided both above the semiconductor layer main portion 43 and below the semiconductor layer main portion 43, between the semiconductor layer end region 44 provided above the semiconductor layer main portion 43 and the gate electrode 5, and below the semiconductor layer main portion 43. An end insulator region 27 that is an insulating film thicker than the gate insulating film 4 is provided between the provided semiconductor layer end region 44 and the gate electrode 5.

[製造方法]
第五の実施形態の構造は、例えば第四の実施形態の第二の製造方法により製造される。但し、埋め込み絶縁層2は酸素などの酸化剤を拡散しやすいSiO2で構成されていることが、半導体層の下部に端部絶縁体領域27を形成する上で望ましい。
[Production method]
The structure of the fifth embodiment is manufactured by, for example, the second manufacturing method of the fourth embodiment. However, it is desirable that the buried insulating layer 2 is made of SiO 2 that easily diffuses an oxidizing agent such as oxygen in order to form the end insulator region 27 below the semiconductor layer.

端部絶縁膜27を形成したのちに、キャップ絶縁層8を除去すれば図68の形態が、キャップ絶縁層8を除去しなければ図66の形態が、それぞれ形成される。   If the cap insulating layer 8 is removed after the end insulating film 27 is formed, the form of FIG. 68 is formed, and if the cap insulating layer 8 is not removed, the form of FIG. 66 is formed.

[効果]
第五の実施形態は、半導体層の下部コーナー部(半導体層の下端のコーナー部分)における電位上昇を抑制し、半導体層の下部コーナー部における寄生トランジスタを抑制することにより、トランジスタの特性を向上させる効果を有する。
[effect]
The fifth embodiment improves the transistor characteristics by suppressing a potential increase in the lower corner portion of the semiconductor layer (corner portion at the lower end of the semiconductor layer) and suppressing a parasitic transistor in the lower corner portion of the semiconductor layer. Has an effect.

半導体層主要部の上部および下部の両方に端部半導体領域が設けられ、半導体層の上下両方に端部絶縁体領域27を持つ構造では、半導体層の上部コーナー部および下部コーナー部の両方における電位上昇を抑制し、半導体層の上部コーナー部及び下部コーナー部の両方において寄生トランジスタを抑制することができるの、トランジスタの特性を向上される効果が顕著である。   In the structure in which the end semiconductor regions are provided both above and below the main part of the semiconductor layer and the end insulator regions 27 are provided above and below the semiconductor layer, the potentials at both the upper corner portion and the lower corner portion of the semiconductor layer. Since the rise can be suppressed and the parasitic transistor can be suppressed in both the upper corner portion and the lower corner portion of the semiconductor layer, the effect of improving the characteristics of the transistor is remarkable.

(第六の実施形態)
本発明の第一から第四の実施形態は、絶縁体上に半導体層が形成されるFinFETだけではなく、埋め込み絶縁層を持たないFinFETに適用されても良い。この例を図71(a)、図71(b)、図72(a)、図72(b)、図73に示す。それぞれ、図1(a)、図10(a)、図13(a)、図41、図60において、埋め込み絶縁層2を用いない形態である。
(Sixth embodiment)
The first to fourth embodiments of the present invention may be applied not only to a FinFET in which a semiconductor layer is formed on an insulator but also to a FinFET that does not have a buried insulating layer. Examples of this are shown in FIGS. 71 (a), 71 (b), 72 (a), 72 (b), and 73. FIG. 1 (a), 10 (a), 13 (a), 41, and 60, the embedded insulating layer 2 is not used.

第六の実施形態は、第一の実施形態から第四の実施形態の製造方法において、埋め込み絶縁層を持つ基板であるSOI基板にかえて、通常の半導体基板、典型的にはシリコン基板を用いた場合に形成される。製造工程の途中における形状を図74(a)に示す。図74(a)は埋め込み絶縁層を持たない基板を用いた場合に、図18(a)に対応する図面である。図74(b)、図74(c)はソース/ドレイン領域が形成され、トランジスタの構造が形成された状態での図面であり、それぞれ図19(a)及び、図19(b)に対応する。   The sixth embodiment uses a normal semiconductor substrate, typically a silicon substrate, instead of the SOI substrate, which is a substrate having a buried insulating layer, in the manufacturing method of the first to fourth embodiments. Formed when there was. A shape in the middle of the manufacturing process is shown in FIG. FIG. 74A corresponds to FIG. 18A when a substrate having no embedded insulating layer is used. 74 (b) and 74 (c) are diagrams in a state where source / drain regions are formed and a transistor structure is formed, and correspond to FIGS. 19 (a) and 19 (b), respectively. .

また、これらチャネル形成領域の半導体層の下部に埋め込み絶縁層を持たない形態においては、ゲート電極5と支持基板1との絶縁性を得るために、ゲート電極5の下に、ゲート電極下絶縁膜31を設けることが望ましい。ゲート電極下絶縁膜31は、例えば半導体基板をエッチングにより加工して、凸状の半導体層3を形成したのち、全面にSiO2などの絶縁体をCVD法などの製膜技術によって堆積し、堆積した絶縁体をCMP法などの平坦化技術によって平坦化したのち、半導体層3の裾部における絶縁体の膜厚が適当な膜厚になるまで、堆積した絶縁体をエッチバックすることによって形成できる。ゲート電極下絶縁膜31が形成されたあとは、埋め込み絶縁層を設ける形態と同じ製造方法を適用して製造される。なお、ゲート電極下絶縁膜31がSiO2よりも誘電率が低い材料で形成されると、ゲート電極と支持基板との間の寄生容量抑制という点において望ましい。また、ゲート電極下絶縁膜31をSiO2よりも誘電率が低い材料で形成すると、半導体層3の下部コーナー35における電界集中の抑制にも有効である。Further, in a form that does not have a buried insulating layer below the semiconductor layer in these channel formation regions, an insulating film under the gate electrode is provided below the gate electrode 5 in order to obtain insulation between the gate electrode 5 and the support substrate 1. It is desirable to provide 31. The gate electrode insulating film 31 is formed by, for example, processing a semiconductor substrate by etching to form a convex semiconductor layer 3 and then depositing an insulator such as SiO 2 on the entire surface by a film forming technique such as a CVD method. The deposited insulator is planarized by a planarization technique such as CMP, and then the deposited insulator is etched back until the thickness of the insulator at the bottom of the semiconductor layer 3 becomes an appropriate thickness. . After the formation of the insulating film 31 under the gate electrode, the same manufacturing method as that in which the buried insulating layer is provided is manufactured. Note that it is desirable that the gate electrode insulating film 31 be formed of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 in terms of suppression of parasitic capacitance between the gate electrode and the support substrate. Further, if the insulating film 31 under the gate electrode is formed of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2, it is effective for suppressing electric field concentration at the lower corner 35 of the semiconductor layer 3.

なお、第三の実施形態、第四の実施形態または第五の実施形態に対して第六の実施形態が適用される場合、半導体層3のうち側面が端部絶縁体領域27に接している部分が半導体層端部領域44である。また、半導体層3のうち側面が端部絶縁体領域27に接しておらず、半導体層3の側面がゲート絶縁膜を介してゲート電極に向かい合う部分が半導体層主要部領域43である。   When the sixth embodiment is applied to the third embodiment, the fourth embodiment, or the fifth embodiment, the side surface of the semiconductor layer 3 is in contact with the end insulator region 27. The portion is the semiconductor layer end region 44. In addition, the side of the semiconductor layer 3 that is not in contact with the end insulator region 27 and the side of the semiconductor layer 3 that faces the gate electrode through the gate insulating film is the semiconductor layer main region 43.

(発明の他の実施形態)
本発明の各実施形態は、単一の半導体領域上に形成されるFinFETに限られるものではなく、チャネル形成領域をなす半導体層が複数の分離したFinFETに対して適用しても良い。すなわち、図75(a)に示すように、それぞれチャネルが形成される複数の半導体層からなるトランジスタに適用されても良く、また、図75(b)に示すように、それぞれチャネルが形成される複数の半導体層がゲートから離れた位置で互いに接続されたトランジスタに適用されても良い。図75(a)及び図75(b)においてA−A’と示した位置が、各実施形態におけるA−A’断面の位置に相当する。
(Other Embodiments of the Invention)
Each embodiment of the present invention is not limited to a FinFET formed on a single semiconductor region, and may be applied to a plurality of FinFETs in which a semiconductor layer forming a channel formation region is separated. That is, as shown in FIG. 75A, the present invention may be applied to a transistor composed of a plurality of semiconductor layers each having a channel formed therein, and each channel is formed as shown in FIG. 75B. The present invention may be applied to a transistor in which a plurality of semiconductor layers are connected to each other at a position away from the gate. The position indicated by AA ′ in FIGS. 75A and 75B corresponds to the position of the AA ′ cross section in each embodiment.

また、本発明の各実施形態では半導体層3の上部コーナー部または下部コーナー部の一方、または半導体層3の上部コーナー部および下部コーナー部の両方が丸められた形状を持っても良い。第三の実施形態では、例えば図41において半導体層3の下部コーナー部、半導体層3において端部絶縁体領域の上端近傍に位置するコーナー部、半導体層3において端部絶縁体領域の下端近傍に位置するコーナー部の少なくとも一つが丸められた形状を持っても良い。   In each embodiment of the present invention, one of the upper corner portion and the lower corner portion of the semiconductor layer 3 or both the upper corner portion and the lower corner portion of the semiconductor layer 3 may have a rounded shape. In the third embodiment, for example, in FIG. 41, the lower corner portion of the semiconductor layer 3, the corner portion located near the upper end of the end insulator region in the semiconductor layer 3, and the lower end portion of the end insulator region in the semiconductor layer 3. At least one of the positioned corners may have a rounded shape.

図1(a)の形態において上部コーナー部が丸められた形態を図76に、図10(a)の形態において上部コーナー部が丸められた形態を図77(a)に、図10(b)の形態において上部コーナー部及び下部コーナー部が丸められた形態を図77(b)に、図13(a)の形態において上部コーナー部が丸められた形態を図78(a)に、図13(b)の形態において上部コーナー部及び下部コーナー部が丸められた形態を図78(b)に、図41の形態で半導体層3において端部絶縁体領域の上端近傍に位置するのコーナー部、半導体層3において端部絶縁体領域の下端近傍に位置するのコーナー部の両方が丸められた形態を図79にそれぞれ示す。これらの形態は半導体層を熱酸化することにより形成される。   FIG. 76 shows a form in which the upper corner portion is rounded in the form of FIG. 1 (a), FIG. 77 (a) shows a form in which the upper corner part is rounded in the form of FIG. 10 (a), and FIG. FIG. 77 (b) shows a configuration in which the upper corner portion and the lower corner portion are rounded in FIG. 77B, FIG. 78 (a) shows a configuration in which the upper corner portion is rounded in the configuration in FIG. 78 (b) shows a form in which the upper corner part and the lower corner part are rounded in the form of b), and the corner part located near the upper end of the end insulator region in the semiconductor layer 3 in the form of FIG. FIG. 79 shows a form in which both corner portions of the layer 3 located near the lower end of the end insulator region are rounded. These forms are formed by thermally oxidizing the semiconductor layer.

また、第一の実施形態において半導体層の上部コーナーが丸められるとともに、キャップ絶縁層8も丸められた形態を用いても良い(図87、図88)。このような形態は、ゲート酸化膜の形成に先だって半導体層の犠牲酸化とウエットエッチングを実施することにより形成される。特に犠牲酸化工程における酸化膜厚が厚く、犠牲酸化膜の除去に要するウエットエッチングが長時間を要する場合に、犠牲酸化によって半導体層の角が丸くなるとともに、ウエットエッチング工程においてキャップ絶縁層の角がエッチングされて丸くなった場合に形成される。このような形態においては、半導体層上端と同じ高さ及び半導体層上端よりも低い位置のうち、ゲート絶縁膜の表面がゲート電極側から最も後退した位置におけるゲート絶縁膜表面(ゲート電極側の界面のこと)に対して、キャップ絶縁層の少なくとも一部がゲート電極側に張り出していれば(張り出し幅をWextと図中に示す)、第一の実施形態と同様に上部コーナー部における電界緩和効果が得られる。またこの張り出し幅Wextの大きさについても、第一の実施形態と同様に設定すれば良い。その他作用、原理についても第一の実施形態と同様である。また製造方法についても、上述したように犠牲酸化及び続くウエットエッチング工程における特徴を除いて、第一の実施形態と同じである。なお、図87のようにキャップ絶縁層は半導体層の幅が最も広い位置におけるゲート絶縁膜の表面よりもゲート電極側に突起していることが、上部コーナー部における電界緩和効果を得るために最も好ましい。但し、図88のようにキャップ絶縁層が半導体層の幅が最も広い位置におけるゲート絶縁膜の表面よりもゲート電極側から後退していても、張り出し幅Wextがゼロでなければ、上部コーナー部における電界緩和効果はある程度得られる。   In the first embodiment, the upper corner of the semiconductor layer may be rounded and the cap insulating layer 8 may be rounded (FIGS. 87 and 88). Such a form is formed by performing sacrificial oxidation and wet etching of the semiconductor layer prior to formation of the gate oxide film. In particular, when the oxide film thickness in the sacrificial oxidation process is thick and the wet etching required to remove the sacrificial oxide film takes a long time, the corners of the semiconductor layer are rounded by sacrificial oxidation, and the corners of the cap insulating layer are increased in the wet etching process. Formed when etched and rounded. In such a form, the gate insulating film surface (interface on the gate electrode side) at the position where the surface of the gate insulating film is most receded from the gate electrode side among the same height as the upper end of the semiconductor layer and lower than the upper end of the semiconductor layer. On the other hand, if at least a part of the cap insulating layer protrudes to the gate electrode side (the extension width is indicated as Wext in the drawing), the electric field relaxation effect at the upper corner portion is the same as in the first embodiment. Is obtained. The overhang width Wext may be set similarly to the first embodiment. Other actions and principles are the same as in the first embodiment. The manufacturing method is also the same as that of the first embodiment except for the features in the sacrificial oxidation and the subsequent wet etching process as described above. Note that, as shown in FIG. 87, the cap insulating layer protrudes closer to the gate electrode side than the surface of the gate insulating film in the position where the width of the semiconductor layer is the widest, in order to obtain the electric field relaxation effect in the upper corner portion. preferable. However, as shown in FIG. 88, even if the cap insulating layer recedes from the gate electrode side with respect to the surface of the gate insulating film at the position where the width of the semiconductor layer is the widest, if the overhang width Wext is not zero, The electric field relaxation effect can be obtained to some extent.

なお、図88の構造のようにキャップ絶縁層8と半導体層3との接触面に平面部がほとんど無い場合、あるいはキャップ絶縁層8と半導体層3との接触面に平面部が全く無い場合においても、張り出し幅Wextは図88のように、水平方向(半導体層3が基板から突起する方向に対して垂直な面内で、チャネル長方向に垂直な方向。)において定義される。   In the case where there is almost no flat portion on the contact surface between the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3 as in the structure of FIG. 88, or when there is no flat portion on the contact surface between the cap insulating layer 8 and the semiconductor layer 3. As shown in FIG. 88, the overhang width Wext is defined in the horizontal direction (in the plane perpendicular to the direction in which the semiconductor layer 3 protrudes from the substrate and in the direction perpendicular to the channel length direction).

コーナー部を丸めたことにより、第二の課題は完全には解消されなくなるが、本発明の各実施形態とコーナー部を丸めるプロセスを組み合わせると、本発明の各実施形態と組み合わせずに単にコーナー部を丸める場合に比べて、第一の課題を解消できる電界緩和効果を得るために必要な丸め量を減らすことが可能となり、コーナー部の極率半径を小さくすることができる。したがって、本発明の各実施形態とコーナー部を丸めるプロセスを組み合わせると、曲面を持った領域が縮小されるので、第二の課題を完全に解消することはできなくとも、第二の課題を大幅に低減することができる。   By rounding the corner portion, the second problem is not completely solved. However, when each embodiment of the present invention is combined with the process of rounding the corner portion, the corner portion is simply not combined with each embodiment of the present invention. As compared with the case of rounding, it is possible to reduce the rounding amount necessary for obtaining the electric field relaxation effect that can solve the first problem, and the radius of curvature of the corner portion can be reduced. Therefore, when each embodiment of the present invention is combined with the process of rounding the corner portion, the area having a curved surface is reduced. Therefore, even if the second problem cannot be completely eliminated, the second problem is greatly increased. Can be reduced.

(各実施形態における材料、寸法、形状、及びプロセス条件の具体例)
(第一の実施形態)から(第六の実施形態)、及び(その他の実施形態)における材料、寸法、形状及びプロセス条件の具体例を挙げる。
(Specific examples of materials, dimensions, shapes, and process conditions in each embodiment)
Specific examples of materials, dimensions, shapes, and process conditions in (first embodiment) to (sixth embodiment) and (other embodiments) will be given.

(支持基板)
支持基板1は、通常単結晶のシリコンウエハであるが、石英、ガラス、サファイア、あるいはシリコン以外の半導体など、シリコン基板以外の基板が使われても良い。
(Support substrate)
The support substrate 1 is usually a single crystal silicon wafer, but a substrate other than a silicon substrate such as quartz, glass, sapphire, or a semiconductor other than silicon may be used.

(埋め込み絶縁層2)
埋め込み絶縁層2は、通常SiO2であるが、他の絶縁体であっても良く、また複数の材料からなる多層膜であっても良い。また埋め込み絶縁層は多孔質SiO2やSiOF等SiO2よりも誘電率が低い低誘電率材料であっても良い。また、支持基板が石英、ガラス、サファイアなどの絶縁体である場合は、支持基板1が埋め込み絶縁膜2を兼ねても良い。また、埋め込み絶縁層2の厚さは通常50nmから2μm程度、より典型的には50nmから200nmであるが、必要に応じて50nm以下あるいは2μm以上であってもよい。
(Embedded insulating layer 2)
The buried insulating layer 2 is usually made of SiO 2 , but may be another insulator or a multilayer film made of a plurality of materials. The buried insulating layer may be a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 such as porous SiO 2 or SiOF. Further, when the support substrate is an insulator such as quartz, glass, sapphire, the support substrate 1 may also serve as the buried insulating film 2. The thickness of the buried insulating layer 2 is usually about 50 nm to 2 μm, more typically 50 nm to 200 nm, but may be 50 nm or less or 2 μm or more as necessary.

なお、第六の実施形態においては、埋め込み絶縁層2を持たない構造が用いられる。   In the sixth embodiment, a structure without the buried insulating layer 2 is used.

(半導体層3)
半導体層3は単結晶であることが、オン電流の向上及びオフ電流の抑制という観点から最も望ましいが、要求されるオン電流の仕様が低い場合、または要求されるオフ電流の仕様が大きい場合は、アモルファス、多結晶など単結晶以外の材料であっても良い。
(Semiconductor layer 3)
The semiconductor layer 3 is most preferably a single crystal from the viewpoint of improving the on-current and suppressing the off-current, but when the required on-current specification is low or the required off-current specification is large. A material other than a single crystal such as amorphous or polycrystalline may be used.

また、半導体層3をシリコン以外の半導体層で置き換えても良い。また、二種類以上の半導体の組み合わせによって置き換えて良い。   The semiconductor layer 3 may be replaced with a semiconductor layer other than silicon. Further, it may be replaced by a combination of two or more kinds of semiconductors.

半導体層は基板面から突起した形状を持つ。基板面は一般には支持基板1の上面であるが、埋め込み絶縁層2と支持基板が一体化した構造の場合は埋め込み絶縁層2の上面である。ゲート下絶縁膜31が設けられる場合はゲート下絶縁膜31の上面である。   The semiconductor layer has a shape protruding from the substrate surface. The substrate surface is generally the upper surface of the support substrate 1, but in the case of a structure in which the embedded insulating layer 2 and the support substrate are integrated, it is the upper surface of the embedded insulating layer 2. When the under-gate insulating film 31 is provided, it is the upper surface of the under-gate insulating film 31.

半導体層3の高さHfin(図82(a)、図83(a)、図71(b)、図72(b)参照)は典型的には20nmから150nm、より典型的には50nmから100nmであり、半導体層の幅Wfin(図82(a)、図83(a)、図72(b)参照)は典型的には5nmから100nmであり、より典型的には15nmから50nmである。但し、Hfin、Wfinともこの範囲以外の値を用いても良い。但し、チャネル形成領域の半導体層はゲート電極にしきい値電圧を印加した状態で空乏化していることが、FinFETの特性(Sファクタの縮小により代表される、ON−OFF特性の急峻化等)を生かすという観点から望ましい。ゲート電極にしきい値電圧を印加した状態で、半導体層の両側面から伸びた空乏層が互いに接触する完全空乏化状態を実現するためには、通常Wfinを50nm以下、より典型的には30nm以下に設定することが好ましい。   The height Hfin of the semiconductor layer 3 (see FIGS. 82 (a), 83 (a), 71 (b), and 72 (b)) is typically 20 nm to 150 nm, more typically 50 nm to 100 nm. The width Wfin of the semiconductor layer (see FIGS. 82A, 83A, and 72B) is typically 5 nm to 100 nm, and more typically 15 nm to 50 nm. However, values outside this range may be used for both Hfin and Wfin. However, the semiconductor layer in the channel formation region is depleted in a state where a threshold voltage is applied to the gate electrode, and the characteristics of FinFET (such as a sharpening of ON-OFF characteristics represented by a reduction in S factor). It is desirable from the viewpoint of saving. In order to realize a fully depleted state in which depletion layers extending from both sides of the semiconductor layer are in contact with each other with a threshold voltage applied to the gate electrode, Wfin is usually 50 nm or less, more typically 30 nm or less. It is preferable to set to.

(ゲート絶縁膜4)
ゲート絶縁膜4は、シリコンの熱酸化により形成したものであっても良く、他の方法により形成したSiO2膜であっても良い。例えばラジカル酸化によって形成したSiO2膜を用いても良い。また、ゲート絶縁膜をSiO2以外の絶縁材料より置き換えて良い。また、SiO2とそれ以外の絶縁膜との多層膜、あるいはSiO2以外の絶縁膜同士の多層膜に置き換えて良い。また、ゲート絶縁膜をHfO2、HfSiO4などの高誘電率材料に置き換えても良い。
(Gate insulation film 4)
The gate insulating film 4 may be formed by thermal oxidation of silicon, or may be a SiO 2 film formed by another method. For example, a SiO 2 film formed by radical oxidation may be used. The gate insulating film may be replaced with an insulating material other than SiO 2 . Further, it may be replaced with multi-layer film or a multilayer film between the insulation films other than SiO 2, the SiO 2 and the other insulating film. The gate insulating film may be replaced with a high dielectric constant material such as HfO 2 or HfSiO 4 .

ゲート絶縁膜の酸化膜換算膜厚は典型的には1.2nmから3nmである。但し酸化膜換算膜厚とは、ゲート絶縁膜を構成する絶縁膜の膜厚をゲート絶縁膜の誘電率で割った商にSiO2の誘電率を乗じたものである。ゲート絶縁膜が多層膜である場合には、各層について前記方法で酸化膜換算膜厚を求めてそれらを足し合わせたものである。The equivalent oxide thickness of the gate insulating film is typically 1.2 nm to 3 nm. However, the equivalent oxide thickness is obtained by multiplying the quotient obtained by dividing the thickness of the insulating film constituting the gate insulating film by the dielectric constant of the gate insulating film by the dielectric constant of SiO 2 . When the gate insulating film is a multilayer film, the oxide film equivalent film thickness is obtained for each layer by the above method, and these are added together.

(ゲート電極5)
ゲート電極5は、ポリシリコンなどの多結晶半導体であっても良く、また金属や金属化合物等の多結晶半導体以外の導電体であっても良い。ゲート電極5がポリシリコンなどの多結晶半導体で構成される場合、典型的には、ゲート電極5のポリシリコンにはチャネルと同じ導電型である第一導電型の不純物が高濃度に導入される。また、ゲート電極は、置換ゲート(リプレースメント・ゲートとも呼ばれる)プロセスにより形成しても良い。すなわち、一旦ダミー材料によりゲート電極の形状を形成し、ソース/ドレイン領域に第一導電型の不純物を高濃度に導入し、ダミー材料を絶縁膜で覆ったのちに、ダミー材料を除去して得られた空洞中にゲート電極、あるいはゲート絶縁膜とゲート電極を埋設する工程により形成しても良い。
(Gate electrode 5)
The gate electrode 5 may be a polycrystalline semiconductor such as polysilicon, or may be a conductor other than a polycrystalline semiconductor such as a metal or a metal compound. When the gate electrode 5 is made of a polycrystalline semiconductor such as polysilicon, typically, a first conductivity type impurity having the same conductivity type as the channel is introduced into the polysilicon of the gate electrode 5 at a high concentration. . Further, the gate electrode may be formed by a replacement gate (also called a replacement gate) process. That is, the shape of the gate electrode is once formed with a dummy material, the first conductivity type impurity is introduced into the source / drain region at a high concentration, the dummy material is covered with an insulating film, and then the dummy material is removed. You may form by the process of burying a gate electrode or a gate insulating film, and a gate electrode in the formed cavity.

ゲート電極材料がポリシリコン、多結晶シリコン−ゲルマニウム混晶等の半導体により形成される場合、ゲートへの不純物導入は、ソース/ドレインへの不純物導入と同時に行っても良い。また、ゲート電極材料の堆積と同時に行っても良い。また、ゲート電極材料を堆積し、ゲート電極の形状に加工する前に行っても良い。   In the case where the gate electrode material is formed of a semiconductor such as polysilicon or polycrystalline silicon-germanium mixed crystal, the introduction of impurities into the gate may be performed simultaneously with the introduction of impurities into the source / drain. Further, it may be performed simultaneously with the deposition of the gate electrode material. Alternatively, it may be performed before the gate electrode material is deposited and processed into the shape of the gate electrode.

また、ゲート電極は通常半導体層を跨ぐ構造を持つ。本発明は半導体層の上方と半導体層の側面にゲート電極が配置され、半導体層の上方のゲートからの電界と半導体層の側面のゲートからの電界によって、電界集中が起こるトランジスタにおいて、電界集中を緩和するために特に有効である。   The gate electrode usually has a structure straddling the semiconductor layer. According to the present invention, a gate electrode is disposed above a semiconductor layer and on a side surface of the semiconductor layer. In a transistor in which electric field concentration occurs due to an electric field from the gate above the semiconductor layer and an electric field from the gate on the side surface of the semiconductor layer, Especially effective for mitigating.

また、半導体層の上方にゲート電極が配置されないが、半導体層の上端よりも上方に延びたゲート電極の側面からの電界により電界集中が起こるFinFET(図93。図93は図92と同じ位置に相当する断面図。)に対して、本発明を適用しても良い。半導体層の上方にゲート電極が配置されないFinFETに第二実施形態を適用した場合を図94に、第三実施形態を適用した場合を図95に示す。図94は図10に、図95は図41に、それぞれ対応する断面図である。   Further, although the gate electrode is not disposed above the semiconductor layer, FinFET (FIG. 93. FIG. 93 is located at the same position as FIG. 92) is caused by electric field from the side surface of the gate electrode extending above the upper end of the semiconductor layer. The present invention may be applied to a corresponding sectional view. FIG. 94 shows a case where the second embodiment is applied to a FinFET in which no gate electrode is arranged above the semiconductor layer, and FIG. 95 shows a case where the third embodiment is applied. 94 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 10, and FIG. 95 is a cross-sectional view corresponding to FIG.

(ソース/ドレイン領域6)
ソース/ドレイン領域6には第一導電型の不純物が高濃度に導入される。なお、本明細書においてソース/ドレイン領域とは、バルクトランジスタにおいて浅いソース/ドレイン領域(エクステンション領域とも呼ばれる)と呼ばれる領域及び深いソース/ドレイン領域と呼ばれる領域を全て含むものとする。FinFETにおいて、エクステンション領域、深いソース/ドレイン領域の定義は一般に明確にされていないが、例えば図75(b)においてゲートに隣接する短冊状の領域に形成されるソース/ドレイン領域とゲートから離れた位置で短冊状の領域が互いに接続された領域の双方を含むものとする。また、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗を縮小するために、ソース/ドレイン領域の一部にシリコンなどの半導体をエピタキシャル成長させることにより、ソース/ドレイン領域をなす半導体層の大きさを上方または面内方向に拡大する手法を組み合わせても良い。
(Source / drain region 6)
Impurities of the first conductivity type are introduced into the source / drain regions 6 at a high concentration. Note that in this specification, the source / drain regions include all regions called shallow source / drain regions (also referred to as extension regions) and regions called deep source / drain regions in a bulk transistor. In FinFET, the definitions of extension regions and deep source / drain regions are not generally clarified. For example, in FIG. 75B, the source / drain regions formed in a strip-shaped region adjacent to the gate are separated from the gate. It is assumed that both the areas where the strip-like areas are connected to each other at the positions are included. In addition, in order to reduce the parasitic resistance of the source / drain region, a semiconductor such as silicon is epitaxially grown on a part of the source / drain region, thereby increasing the size of the semiconductor layer forming the source / drain region upward or in the in-plane direction. It is also possible to combine techniques for enlarging.

本発明では半導体層3のうちゲート電極に覆われない部分にソース/ドレイン領域が設けられる。但し、ゲート電極に覆われない部分に設けられるソース/ドレイン領域に加えて、半導体層3のうちゲート電極に覆われる領域に侵入したソース/ドレイン領域が設けられても良い。半導体層3のうちゲート電極に覆われる領域にソース/ドレイン領域が侵入する場合、半導体層3のうちゲート電極に覆われない部分に設けられるソース/ドレイン領域とゲート電極に覆わる部分に設けられるソース/ドレイン領域は、通常連続的に接続する。   In the present invention, source / drain regions are provided in a portion of the semiconductor layer 3 that is not covered with the gate electrode. However, in addition to the source / drain regions provided in the portion not covered with the gate electrode, the source / drain regions that have penetrated into the region covered with the gate electrode in the semiconductor layer 3 may be provided. When the source / drain region penetrates into the region covered with the gate electrode in the semiconductor layer 3, it is provided in the source / drain region provided in the portion not covered with the gate electrode and the portion covered with the gate electrode in the semiconductor layer 3. The source / drain regions are usually connected continuously.

また、ゲート電極に覆われた半導体層から、ある幅のオフセット領域を隔ててソース/ドレイン領域が設けられても良い。この場合寄生抵抗が増すためにドレイン電流が減る代わり、ソース/ドレイン領域端の電界強度が減るので漏れ電流が減る。この構造はドレイン電流の大きさよりも漏れ電流の低減が優先されるDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー)のセルトランジスタに適用することが望ましい。   In addition, a source / drain region may be provided with an offset region having a certain width from the semiconductor layer covered with the gate electrode. In this case, since the parasitic resistance is increased, the drain current is reduced, but the electric field strength at the end of the source / drain region is reduced, so that the leakage current is reduced. This structure is preferably applied to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) cell transistor in which reduction of leakage current is given priority over the magnitude of drain current.

(チャネル形成領域7)
チャネル形成領域7には低濃度のアクセプタまたはドナー不純物が導入される。ゲート電極が第一導電型のポリシリコンである場合は、しきい値電圧を適当な値に設定する必要から典型的には低濃度の第二導電型不純物がチャネル形成領域に導入される。しかし、ゲート電極に第一導電型のポリシリコンあるいは第一導電型のポリシリコンと仕事関数が同程度の材料を用いる場合においてもしきい値電圧が低く設定される場合、あるいはゲート電極に金属、金属シリサイドなどの第一導電型のポリシリコンとは異なる仕事関数を持つ材料を用いる場合には、チャネル形成領域7には不純物を導入しないか、あるいは低濃度の第一導電型の不純物を導入しても良い。
(Channel formation region 7)
A low concentration of acceptor or donor impurities is introduced into the channel formation region 7. When the gate electrode is polysilicon of the first conductivity type, a low-concentration second conductivity type impurity is typically introduced into the channel formation region because it is necessary to set the threshold voltage to an appropriate value. However, even when the first conductivity type polysilicon or the material having the same work function as the first conductivity type polysilicon is used for the gate electrode, the threshold voltage is set low, or the gate electrode is made of metal, metal When a material having a work function different from that of the first conductivity type polysilicon such as silicide is used, no impurity is introduced into the channel forming region 7 or a low concentration first conductivity type impurity is introduced. Also good.

また、チャネル形成領域のうちゲート電極に覆われたソース/ドレイン領域に隣接した領域に、ゲート電極に覆われたソース/ドレイン領域に隣接しない部分に比べて第二導電型不純物がやや高く導入されたハロー領域を設けても良い。   Further, the second conductivity type impurity is introduced into the channel formation region adjacent to the source / drain region covered with the gate electrode slightly higher than the portion not adjacent to the source / drain region covered with the gate electrode. Alternatively, a halo region may be provided.

また、チャネル形成領域をなす半導体層3の上部または下部において、第二導電型不純物の濃度を高くすることにより、それぞれ半導体層3の上部コーナー部または下部コーナー部における電位上昇、およびこれに伴う寄生トランジスタを抑制する手法を併用しても良い。   Further, by increasing the concentration of the second conductivity type impurity in the upper or lower portion of the semiconductor layer 3 forming the channel formation region, the potential increase in the upper corner portion or the lower corner portion of the semiconductor layer 3 and the accompanying parasitics, respectively. A method for suppressing the transistor may be used in combination.

チャネル形成領域をなす半導体層3の上部において、第二導電型不純物の濃度を高くする手法を、第一実施形態に適用した場合を図96に、第二実施形態に適用した場合を図97に、第三実施形態に適用した場合を図98及び図99に示す。図96は図1、図97は図10、図98及び図99は図41に、それぞれ対応する図面である。図中の記号47が第二導電型不純物の濃度が高い領域である。   FIG. 96 shows the case where the technique for increasing the concentration of the second conductivity type impurity in the upper part of the semiconductor layer 3 forming the channel formation region is applied to the first embodiment, and FIG. 97 shows the case where it is applied to the second embodiment. FIG. 98 and FIG. 99 show a case where the present invention is applied to the third embodiment. 96 corresponds to FIG. 1, FIG. 97 corresponds to FIG. 10, FIG. 98 and FIG. 99 correspond to FIG. Symbol 47 in the figure is a region where the concentration of the second conductivity type impurity is high.

寄生トランジスタを抑制するために、FinFETの半導体層の上部に高濃度部を設ける技術は特開平6−302817号公報に記載されているが、本発明の各実施形態を併用することにより、寄生トランジスタの抑制に必要な、半導体層上部の不純物濃度を低めに設定できる。半導体層上部の不純物濃度が低めに設定されると、ソース/ドレイン領域端と半導体層上部の高濃度部との間の電界強度が小さくなるので、ソース/ドレイン領域端と半導体層上部の高濃度部との間のリーク電流が低減される。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-302817 discloses a technique for providing a high-concentration portion on the top of a FinFET semiconductor layer in order to suppress the parasitic transistor. However, by using each embodiment of the present invention in combination, the parasitic transistor The impurity concentration in the upper part of the semiconductor layer, which is necessary for suppressing the above, can be set low. If the impurity concentration at the upper part of the semiconductor layer is set lower, the electric field strength between the edge of the source / drain region and the higher concentration part at the upper part of the semiconductor layer becomes smaller, so Leakage current with the part is reduced.

(キャップ絶縁層8)
キャップ絶縁層8は半導体層3の上部に設けられる。また、ゲート電極5が半導体層3を跨ぐ構造(図1など)では、キャップ絶縁層8はゲート電極の下に設けられる。また、ゲート電極5が半導体層3を跨ぐか、跨がないかにかかわらず、ゲート電極の上端よりも低い位置に、キャップ絶縁層8の少なくとも一部が置かれるように、キャップ絶縁層8は配置される(図94、図95にゲート電極5が半導体層3を跨がない場合を示す。)。
(Cap insulation layer 8)
The cap insulating layer 8 is provided on the semiconductor layer 3. In the structure in which the gate electrode 5 straddles the semiconductor layer 3 (such as FIG. 1), the cap insulating layer 8 is provided under the gate electrode. The cap insulating layer 8 is disposed so that at least a part of the cap insulating layer 8 is placed at a position lower than the upper end of the gate electrode regardless of whether the gate electrode 5 straddles the semiconductor layer 3 or not. (A case where the gate electrode 5 does not straddle the semiconductor layer 3 is shown in FIGS. 94 and 95).

キャップ絶縁層8は、SiO2膜あるいはSi34膜などの単層の絶縁膜であっても良く、SiO2膜、Si34膜などの絶縁膜よりなる多層膜であっても良い。また、キャップ絶縁層8の一部または全部がSiO2よりも低誘電率の材料で構成されても良い。また、キャップ絶縁層8の一部または全部が空洞で構成されても良い。キャップ絶縁層8が空洞及びその空洞の周囲に設けられるSiO2などの絶縁体よりなる保護絶縁膜により構成されても良い。The cap insulating layer 8 may be a single-layer insulating film such as a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film, or may be a multilayer film made of an insulating film such as a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film. . Further, part or all of the cap insulating layer 8 may be made of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 . Moreover, a part or all of the cap insulating layer 8 may be formed of a cavity. The cap insulating layer 8 may be formed of a protective insulating film made of an insulator such as SiO 2 provided around the cavity and the cavity.

キャップ絶縁層8の厚さは、ゲート絶縁膜の2倍以上、より典型的にはゲート絶縁膜厚の5倍以上である。キャップ絶縁層8の厚さは、典型的には10nmから100nm、より典型的には10nmから50nmであるが、ゲート絶縁膜厚に対して最低でも2倍以上の膜厚があればよいので、ゲート絶縁膜が薄い場合は10nm以下であっても良い。なお、キャップ絶縁層8の厚さとは、半導体層の上面から垂直な方向に見た厚さであり、通常上下方向の厚さである。また、ゲート絶縁膜とキャップ絶縁層の材質が異なる場合は、ゲート絶縁膜との厚さの比は換算膜厚(物理的な膜厚を誘電率で割って得た商に、定数(通常はSiO2の比誘電率)を乗じたもの)における比較である。The thickness of the cap insulating layer 8 is at least twice that of the gate insulating film, more typically at least five times the thickness of the gate insulating film. The thickness of the cap insulating layer 8 is typically 10 nm to 100 nm, more typically 10 nm to 50 nm. However, it is sufficient that the thickness of the cap insulating layer 8 is at least twice as large as the gate insulating film thickness. When the gate insulating film is thin, it may be 10 nm or less. The thickness of the cap insulating layer 8 is a thickness as viewed in a direction perpendicular to the upper surface of the semiconductor layer, and is usually a thickness in the vertical direction. When the gate insulating film and the cap insulating layer are made of different materials, the ratio of the thickness of the gate insulating film is the converted film thickness (the quotient obtained by dividing the physical film thickness by the dielectric constant (usually This is a comparison in (multiplied by the relative dielectric constant of SiO 2 ).

(低誘電率領域10)
半導体層の上部または半導体層下部に設けられる低誘電率領域10の厚さは、典型的には10nmから100nm、より典型的には20nmから50nmである。10nm以上の厚さを持つことが、大きな効果を得るためには望ましい。
(Low dielectric constant region 10)
The thickness of the low dielectric constant region 10 provided above or below the semiconductor layer is typically 10 nm to 100 nm, more typically 20 nm to 50 nm. In order to obtain a large effect, it is desirable to have a thickness of 10 nm or more.

低誘電率領域の材料は、SiOF、多孔質のSiO2、多孔質のシロキサン、あるいはSi−O−Si骨格を持つ低誘電率材料など、Siを含みSiO2よりも低誘電率の材料であっても良い。これらの材料は有機材料よりなる低誘電率材料よりも熱処理工程に対する耐性が高いという長所がある。また、低誘電率領域の材料はブラックダイヤモンド、アモルファスカーボン、有機材料よりなる低誘電率材料など、Cを含みSiO2よりも低誘電率の材料であっても良い。これらの材料は一般に熱処理工程に対する耐性が低いので、熱酸化に代えてCVDでゲート絶縁膜を堆積する工程、低温の固相成長によるソース/ドレイン領域の活性化など、トランジスタの製造が低温条件で実施される場合に適用されることが特に望ましい。また、低誘電率領域は空洞であってもよい。また、低誘電率領域を多孔質の材料で形成し、低誘電率領域に多数の空洞が含まれるようにしても良い。The material in the low dielectric constant region is a material containing Si and having a lower dielectric constant than SiO 2 , such as SiOF, porous SiO 2 , porous siloxane, or a low dielectric constant material having a Si—O—Si skeleton. May be. These materials have the advantage that they are more resistant to heat treatment processes than low dielectric constant materials made of organic materials. The material of the low dielectric constant region may be a material containing C and having a lower dielectric constant than SiO 2 , such as black diamond, amorphous carbon, or a low dielectric constant material made of an organic material. Since these materials generally have low resistance to heat treatment processes, transistors are manufactured under low temperature conditions such as deposition of gate insulating films by CVD instead of thermal oxidation and activation of source / drain regions by low-temperature solid phase growth. It is particularly desirable to be applied when implemented. The low dielectric constant region may be a cavity. Alternatively, the low dielectric constant region may be formed of a porous material, and the low dielectric constant region may include a large number of cavities.

(ダミー層11)
コーナーダミー層22は、製造工程において選択的に除去できる材料であれば良い。たとえば、コーナーダミー層22にSi34を用いる場合は、リン酸によりコーナーダミー層22を選択的にエッチングする。また、ゲート絶縁膜及び埋め込み絶縁層がSi34などフッ酸によりエッチングされない材料により構成される場合は、コーナーダミー層22にSiO2を用いて、フッ酸によりコーナーダミー層22を選択的にエッチングする。
(Dummy layer 11)
The corner dummy layer 22 may be any material that can be selectively removed in the manufacturing process. For example, when Si 3 N 4 is used for the corner dummy layer 22, the corner dummy layer 22 is selectively etched with phosphoric acid. When the gate insulating film and the buried insulating layer are made of a material that is not etched by hydrofluoric acid such as Si 3 N 4 , SiO 2 is used for the corner dummy layer 22 and the corner dummy layer 22 is selectively formed by hydrofluoric acid. Etch.

(空洞12)
空洞内は真空であるか、あるいは適当な気体が侵入している。空洞12内は固体材料によって埋められない。
(Cavity 12)
The inside of the cavity is a vacuum or an appropriate gas has entered. The cavity 12 is not filled with solid material.

(ゲート側壁14)
ゲート側壁14は、SiO2膜あるいはSi34膜などの単層の絶縁膜であっても良く、SiO2膜、Si34膜などの絶縁膜よりなる多層膜であっても良い。ゲート側壁14の厚さは通常20nmから150nmであるが、素子の微細化が必要な場合等には20nm以下としても良い。
(Gate side wall 14)
The gate sidewall 14 may be a single-layer insulating film such as a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film, or may be a multilayer film made of an insulating film such as a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film. The thickness of the gate side wall 14 is normally 20 nm to 150 nm, but may be 20 nm or less when the element needs to be miniaturized.

半導体層3の上部または下部に空洞12を形成し、空洞の形成後にゲート側壁14を設ける場合、ゲート側壁14となる絶縁膜を堆積する工程は、被覆性に劣る堆積技術を用いて、空洞が埋まらないようにすることが望ましい。例えば、比較的ガス分圧の高い条件でCVDを実施する。ゲート側壁14が多層膜である場合には、最初に堆積する絶縁膜だけを、被覆性に劣る堆積技術を用いて形成しても良い。   When the cavity 12 is formed in the upper or lower portion of the semiconductor layer 3 and the gate sidewall 14 is provided after the formation of the cavity, the step of depositing the insulating film to be the gate sidewall 14 is performed by using a deposition technique with poor coverage. It is desirable not to be buried. For example, CVD is performed under conditions where the gas partial pressure is relatively high. When the gate sidewall 14 is a multilayer film, only the insulating film deposited first may be formed using a deposition technique that is inferior in coverage.

(シリサイド層15)
シリサイド層15は、典型的にはチタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、あるいは白金シリサイド等の材料からなるが、これら以外のシリサイドを用いても良い。シリサイド層15は例えばチタン、コバルト、ニッケル、白金などの金属をスパッタリング法などの堆積技術でソース/ドレイン領域上に堆積し、熱処理を行うことによって金属とシリコン層との間でシリサイド化反応を起こすことにより形成する。
(Silicide layer 15)
The silicide layer 15 is typically made of a material such as titanium silicide, cobalt silicide, nickel silicide, or platinum silicide, but other silicides may be used. The silicide layer 15 is formed by depositing a metal such as titanium, cobalt, nickel, or platinum on the source / drain region by a deposition technique such as sputtering, and performing a heat treatment to cause a silicidation reaction between the metal and the silicon layer. To form.

(コンタクト17及び配線18)
コンタクト17及び配線18は、通常のコンタクト形成工程及び通常の配線工程により形成される。コンタクト17及び配線18は通常アルミ、銅などの金属により形成され、TiNなど他の導電性材料が適宜組み合わされる。
(Contact 17 and wiring 18)
The contact 17 and the wiring 18 are formed by a normal contact formation process and a normal wiring process. The contact 17 and the wiring 18 are usually formed of a metal such as aluminum or copper, and other conductive materials such as TiN are appropriately combined.

(支持絶縁膜21)
支持絶縁膜21は、通常CVDなどの製膜技術によって堆積されたSiO2などの絶縁膜であるが、絶縁性が得られるならば、他の方法により形成された膜であっても良く、またSiO2以外の膜であっても良い。
(Support insulating film 21)
The supporting insulating film 21 is usually an insulating film such as SiO 2 deposited by a film forming technique such as CVD, but may be a film formed by other methods as long as insulation can be obtained. A film other than SiO 2 may be used.

(コーナーダミー層22)
コーナーダミー層22は、製造工程において選択的に除去できる材料であれば良い。たとえば、コーナーダミー層22にSi34を用いる場合は、リン酸によりコーナーダミー層22を選択的にエッチングする。また、ゲート絶縁膜及び埋め込み絶縁層がSi34などフッ酸によりエッチングされない材料により構成される場合は、コーナーダミー層22にSiO2を用いて、フッ酸によりコーナーダミー層22を選択的にエッチングする。
(Corner dummy layer 22)
The corner dummy layer 22 may be any material that can be selectively removed in the manufacturing process. For example, when Si 3 N 4 is used for the corner dummy layer 22, the corner dummy layer 22 is selectively etched with phosphoric acid. When the gate insulating film and the buried insulating layer are made of a material that is not etched by hydrofluoric acid such as Si 3 N 4 , SiO 2 is used for the corner dummy layer 22 and the corner dummy layer 22 is selectively formed by hydrofluoric acid. Etch.

(端部絶縁体領域23、27)
端部絶縁体領域(23、27)は、絶縁性のある材料であれば良く、例えばSiO2、Si34などの材料が挙げられる。また、電界集中を緩和するという観点からは、端部絶縁体領域23、27を、低誘電率領域10と同様の低誘電率材料で形成することがより好ましい。たとえば、SiOF、多孔質の材料、フッ素化カーボン、空洞などが挙げられる。
(End insulator regions 23 and 27)
The end insulator regions (23, 27) may be any insulating material, and examples thereof include materials such as SiO 2 and Si 3 N 4 . Further, from the viewpoint of alleviating electric field concentration, it is more preferable that the end insulator regions 23 and 27 are made of the same low dielectric constant material as that of the low dielectric constant region 10. For example, SiOF, a porous material, fluorinated carbon, a cavity, etc. are mentioned.

端部絶縁体領域(23、27)の幅Weiは半導体全体の幅Wfinの半分よりも小さく、ゲート酸化膜よりも厚ければ良い。典型的な上限は15nm程度であり、より典型的には5nmから10nmである。端部絶縁体領域の高さHtopについても特に制限はないが、一般的には上部領域28も含んだ半導体層の全体の高さの半分以下であり、より典型的には5nmから25nmである。   The width Wei of the end insulator regions (23, 27) may be smaller than half the width Wfin of the entire semiconductor and thicker than the gate oxide film. A typical upper limit is about 15 nm, and more typically 5 nm to 10 nm. The height Htop of the end insulator region is not particularly limited, but is generally less than half of the total height of the semiconductor layer including the upper region 28, and more typically 5 nm to 25 nm. .

端部絶縁体の幅Weiは一定でなくとも良いが、少なくとも半導体層3の上端部に接する位置において、ゲート酸化膜の厚さよりも大きいことが第一の課題を解決するためには望ましく、また端部絶縁体の幅Weiは一定でない場合、Weiの最大値の典型的な上限は15nm程度であり、より典型的には5nmから10nmである。   The width Wei of the end insulator does not have to be constant, but at least at a position in contact with the upper end portion of the semiconductor layer 3, it is desirable that the thickness is larger than the thickness of the gate oxide film. When the width Wei of the end insulator is not constant, a typical upper limit of the maximum value of Wei is about 15 nm, and more typically 5 nm to 10 nm.

(不純物の導入)
イオン注入は、ソース/ドレイン領域、ゲート電極などの、高濃度領域には、典型的には5×1018cm-3から1×1021cm-3のドナー不純物もしくはアクセプタ不純物が導入される。より典型的には、3×1019cm-3から1×1020cm-3のドナー不純物もしくはアクセプタ不純物が導入される。不純物の導入は例えばイオン注入、あるいは気相拡散により行う。イオン注入時の典型的なドーズ量は1×1014cm-2から3×1015cm-2、より典型的には3×1014cm-2から1×1015cm-2である。
(Introduction of impurities)
In ion implantation, donor impurities or acceptor impurities of typically 5 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 are introduced into high concentration regions such as source / drain regions and gate electrodes. More typically, 3 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 of donor impurities or acceptor impurities are introduced. Impurities are introduced by, for example, ion implantation or gas phase diffusion. Typical doses during ion implantation are 1 × 10 14 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 , more typically 3 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 15 cm −2 .

チャネル形成領域などの低濃度領域におけるネット不純物濃度(第一導電型不純物濃度と、第二導電型不純物濃度の差の絶対値)は、典型的には1×1017cm-3から1×1019cm-3、より典型的には5×1017cm-3から5×1018cm-3である。但し、これらの典型的な不純物濃度を各領域の主要部分に持つトランジスタにおいても、イオン注入の条件によっては局所的にこれらの典型的な値を超える場合がある。The net impurity concentration (absolute value of the difference between the first conductivity type impurity concentration and the second conductivity type impurity concentration) in a low concentration region such as a channel formation region is typically 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 6. 19 cm −3 , more typically 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 . However, even in a transistor having these typical impurity concentrations in the main part of each region, these typical values may be locally exceeded depending on ion implantation conditions.

また、寄生トランジスタの影響が特に顕著であるのは、チャネル形成領域領域における第二導電型のネット不純物濃度が1×1018cm-3以上の場合であるので、本発明を、チャネル形成領域領域における第二導電型のネット不純物濃度が1×1018cm-3以上の電界効果型トランジスタに適用すると特に有効である。また、寄生トランジスタの抑制以外の理由(ゲート絶縁膜の信頼性向上、ゲート絶縁膜の歩留まり向上、さらには第二実施形態の説明において記載したように短チャネル効果の抑制など)で電界集中を緩和することを目的に、チャネル形成領域領域における第二導電型のネット不純物濃度が1×1018cm-3以下の電界効果型トランジスタ、さらにはチャネル形成領域に不純物が導入されないか、チャネル形成領域領域が第一導電型の電界効果型トランジスタに、本発明の各実施形態を適用しても良い。Further, the influence of the parasitic transistor is particularly remarkable when the net impurity concentration of the second conductivity type in the channel formation region is 1 × 10 18 cm −3 or more. This is particularly effective when applied to a field effect transistor having a net impurity concentration of 2 × 10 18 cm −3 or more. Moreover, electric field concentration is alleviated for reasons other than suppression of parasitic transistors (improved gate insulating film reliability, improved gate insulating film yield, and suppression of short channel effect as described in the second embodiment). In order to achieve this, a field effect transistor having a second conductivity type net impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less in the channel formation region, and further, whether impurities are introduced into the channel formation region or the channel formation region However, each embodiment of the present invention may be applied to a field effect transistor of the first conductivity type.

ソース/ドレイン領域に導入する第一導電型の不純物、及びソース/ドレイン領域に導入する第一導電型の不純物は、nチャネルトランジスタの場合はn型の導電型を持つドナー不純物を、pチャネルトランジスタの場合はp型の導電型を持つアクセプタ不純物を選べば良い。   For the first conductivity type impurity introduced into the source / drain region and the first conductivity type impurity introduced into the source / drain region, in the case of an n channel transistor, a donor impurity having an n type conductivity type is used as a p channel transistor. In this case, an acceptor impurity having a p-type conductivity may be selected.

ハロー領域に導入される第二導電型の不純物は、nチャネルトランジスタの場合はp型の導電型を持つアクセプタ不純物を、pチャネルトランジスタの場合はn型の導電型を持つドナー不純物を選べば良い。   As the second conductivity type impurity introduced into the halo region, an acceptor impurity having a p-type conductivity type may be selected for an n-channel transistor, and a donor impurity having an n-type conductivity type may be selected for a p-channel transistor. .

n型不純物の典型例はヒ素、リン、アンチモンである。p型不純物は典型例はホウ素、インジウムである。   Typical examples of n-type impurities are arsenic, phosphorus and antimony. Typical examples of p-type impurities are boron and indium.

イオン注入した不純物の活性化は、イオン注入後、通常の電気炉によるアニール、ランプアニールなどの加熱処理によって行う。なお、チャネル領域へ注入したイオンを活性化するための熱処理は、イオン注入直後に行っても良く、ソース/ドレイン領域に導入した不純物を活性化するための熱処理で兼ねても良い。   The ion-implanted impurity is activated by heat treatment such as annealing in an ordinary electric furnace or lamp annealing after ion implantation. Note that the heat treatment for activating the ions implanted into the channel region may be performed immediately after the ion implantation, or may be combined with the heat treatment for activating the impurities introduced into the source / drain regions.

ソース/ドレイン領域への不純物の導入はゲート電極の形成後にゲート電極に覆われていない領域に対して導入する方法を用いてもよく、またゲート電極の形成よりも前に、ソース/ドレイン領域が形成されるべき領域にあらかじめ不純物を導入しておく方法を用いても良い。   An impurity may be introduced into the source / drain region by a method of introducing the impurity into a region not covered with the gate electrode after the formation of the gate electrode. Before the formation of the gate electrode, the source / drain region may be introduced. A method in which impurities are introduced into a region to be formed in advance may be used.

(ソース/ドレイン領域6、コンタクト17、配線18の配置)
各実施形態におけるソース/ドレイン領域6、層間絶縁膜16、コンタクト17、配線18等、半導体装置を構成する各部分の配置は通常のFinFETと同様である。例えば第一の実施形態を説明する図8及び図9に図示される配置と同じ配置をとる。
(Arrangement of source / drain region 6, contact 17, and wiring 18)
The arrangement of each part constituting the semiconductor device such as the source / drain region 6, the interlayer insulating film 16, the contact 17, and the wiring 18 in each embodiment is the same as that of a normal FinFET. For example, the same arrangement as that shown in FIGS. 8 and 9 for explaining the first embodiment is adopted.

なお各実施形態においては、主にnチャネルトランジスタについて説明したが、pチャネルトランジスタにおいては、極性を逆にすれば(例えば、nチャネルトランジスタにおける電位上昇を、pチャネルトランジスタにおいては電位低下と読みかえる。また、nチャネルトランジスタにおけるしきい値電圧の低下を、pチャネルトランジスタにおいてはしきい値電圧の上昇と読みかえる。また、電圧や電位が高いという記載を電圧や電位が低いと読みかえる。また、ドレイン電圧など印加電圧の符号を逆にする。)同様の議論が成り立つ。   In each embodiment, an n-channel transistor has been mainly described. However, in a p-channel transistor, if the polarity is reversed (for example, a potential increase in an n-channel transistor is read as a potential decrease in a p-channel transistor). In addition, a decrease in threshold voltage in an n-channel transistor can be read as an increase in threshold voltage in a p-channel transistor, and a statement that a voltage or potential is high can be read as a voltage or potential is low. The sign of the applied voltage such as the drain voltage is reversed.) A similar argument holds.

Claims (67)

基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層を跨ぐようにその上部から相対する両側面上に延在するゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層上に設けられ前記ゲート電極下に位置するキャップ絶縁層と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記キャップ絶縁層は、前記基体平面に平行方向であって一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向に垂直な方向へ、前記ゲート絶縁膜の表面から張り出した張り出し部を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer projecting upward from the plane of the substrate, a gate electrode extending on opposite side surfaces from the top so as to straddle the semiconductor layer, and gate insulation interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer A film, a cap insulating layer provided on the semiconductor layer and positioned under the gate electrode, and a source / drain region formed in a region of the semiconductor layer not covered by the gate electrode,
The cap insulating layer has a projecting portion projecting from the surface of the gate insulating film in a direction parallel to the substrate plane and perpendicular to a channel length direction connecting a pair of source / drain regions. Field effect transistor.
前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が5nm以上である請求項1記載の電界効果型トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the projecting portion has a projecting width of 5 nm or more with respect to the surface of the gate insulating film. 前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が5nm以上、20nm以下である請求項1記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width of 5 nm or more and 20 nm or less with respect to the surface of the gate insulating film. 前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が当該ゲート絶縁膜の厚さの2.5倍以上である請求項1、2又は3記載の電界効果型トランジスタ。   4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width with respect to the surface of the gate insulating film that is not less than 2.5 times the thickness of the gate insulating film. 前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が当該ゲート絶縁膜の厚さの2.5倍以上、10倍以下である請求項1、2又は3記載の電界効果型トランジスタ。   4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width with respect to the surface of the gate insulating film that is not less than 2.5 times and not more than 10 times the thickness of the gate insulating film. 前記張り出し部は、前記半導体層の基体平面に平行且つチャネル長方向に垂直な方向の幅が最も広い位置におけるゲート絶縁膜表面に対して張り出している請求項1〜5のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。   6. The overhanging portion according to claim 1, wherein the overhanging portion overhangs the surface of the gate insulating film at a position where the width in the direction parallel to the substrate plane of the semiconductor layer and perpendicular to the channel length direction is the widest. Field effect transistor. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にキャップ絶縁層を形成し、前記半導体層および前記キャップ絶縁層をパターニングして基体平面から上方に突起した半導体層とその上にパターニングされたキャップ絶縁層を形成する工程と、
前記キャップ絶縁層下の半導体層の側面が当該キャップ絶縁層の端部よりも内側に後退するように、前記半導体層の側面をエッチングして当該半導体層を細らせる工程と、
前記半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
It is a manufacturing method of the field effect type transistor according to any one of claims 1 to 6,
Forming a cap insulating layer on the semiconductor layer, patterning the semiconductor layer and the cap insulating layer to form a semiconductor layer protruding upward from a substrate plane, and forming a patterned cap insulating layer thereon;
Etching the side surface of the semiconductor layer so that the side surface of the semiconductor layer under the cap insulating layer recedes inward from the end of the cap insulating layer; and
And a step of forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer.
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項7記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
8. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 7, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.
基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
さらに、前記半導体層の上部でゲート電極の上端よりも低い位置に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer, and a cover covering the gate electrode A source / drain region formed in an undisclosed region,
The field effect transistor further comprises a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 at a position lower than the upper end of the gate electrode above the semiconductor layer.
前記半導体層の上部に接して、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する請求項9記載の電界効果型トランジスタ。10. The field effect transistor according to claim 9, wherein the field effect transistor has a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 in contact with an upper portion of the semiconductor layer. 前記半導体層の上部に接して、SiO2またはSiO2よりも誘電率が高い保護絶縁膜が設けられ、この保護絶縁膜の上にSiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する請求項9記載の電界効果型トランジスタ。A protective insulating film having a higher dielectric constant than SiO 2 or SiO 2 is provided in contact with an upper portion of the semiconductor layer, and a low dielectric constant region having a lower dielectric constant than SiO 2 is provided on the protective insulating film. 10. The field effect transistor according to 9. 前記低誘電率領域が空洞よりなる請求項9〜11のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to any one of claims 9 to 11, wherein the low dielectric constant region comprises a cavity. 前記半導体層の下部にSiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する請求項9〜12のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。The field effect transistor according to claim 9, further comprising a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 below the semiconductor layer. 前記半導体層の下部に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有し、前記ゲート電極の下部には、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有しない請求項9〜12のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。The bottom of said semiconductor layer has a low dielectric constant region having a lower dielectric constant than SiO 2, the lower portion of the gate electrode, according to claim 9 having no low dielectric region having a lower dielectric constant than SiO 2 13. The field effect transistor according to any one of 12 above. 前記半導体層の下部に設けられる前記低誘電率領域が空洞よりなる請求項13又は14記載の電界効果型トランジスタ。   15. The field effect transistor according to claim 13, wherein the low dielectric constant region provided under the semiconductor layer is formed of a cavity. 前記半導体層は、第1の絶縁層上に、この第1の絶縁層とは異なる材料からなる第2の絶縁層を介して設けられ、
前記ゲート電極は、第1の絶縁層上に第2の絶縁層を介さずに直接第1の絶縁層に接する部分を有する請求項9〜12のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
The semiconductor layer is provided on the first insulating layer via a second insulating layer made of a material different from that of the first insulating layer,
The field effect transistor according to any one of claims 9 to 12, wherein the gate electrode has a portion directly in contact with the first insulating layer without passing through the second insulating layer on the first insulating layer.
第2の絶縁層がSiO2よりも誘電率が低い材料からなる請求項16記載の電界効果型トランジスタ。The field effect transistor according to claim 16, wherein the second insulating layer is made of a material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 . 第2の絶縁層が空洞よりなる請求項16記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 16, wherein the second insulating layer comprises a cavity. 前記キャップ絶縁層の少なくとも一部がSiO2よりも誘電率が低い低誘電率材料よりなる請求項1〜6のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein at least a part of the cap insulating layer is made of a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 . 前記キャップ絶縁層の少なくとも一部に空洞を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1, wherein at least a part of the cap insulating layer has a cavity. 前記半導体層と前記空洞の間に、SiO2またはSiO2よりも誘電率が高い保護絶縁膜を有する請求項20記載の電界効果型トランジスタ。21. The field effect transistor according to claim 20, further comprising a protective insulating film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 or SiO 2 between the semiconductor layer and the cavity. 前記半導体層の下部に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。The field effect transistor according to any one of claims 1 to 6, further comprising a low dielectric constant region having a dielectric constant lower than that of SiO 2 below the semiconductor layer. 前記半導体層の下部に、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有し、前記ゲート電極の下部には、SiO2よりも誘電率が低い低誘電率領域を有しない請求項1〜6のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。The bottom of said semiconductor layer has a low dielectric constant region having a lower dielectric constant than SiO 2, the lower portion of the gate electrode, according to claim 1 having no low dielectric region having a lower dielectric constant than SiO 2 The field effect transistor according to claim 6. 前記低誘電率領域が空洞よりなる請求項22又は23記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 22 or 23, wherein the low dielectric constant region comprises a cavity. 請求項9に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にSiO2よりも誘電率が低い材料を堆積して低誘電率膜を形成する工程と、
前記半導体層および前記低誘電率膜をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされた前記低誘電率膜からなる低誘電率領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 9,
Depositing a material having a lower dielectric constant than SiO 2 on the semiconductor layer to form a low dielectric constant film;
A field effect transistor having a step of patterning the semiconductor layer and the low dielectric constant film to form a semiconductor layer protruding from the plane of the substrate and a low dielectric constant region comprising the low dielectric constant film patterned thereon Manufacturing method.
前記の突起した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項25記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Forming a gate insulating film on the side surface of the protruding semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
26. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 25, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing an impurity into the semiconductor layer.
請求項9に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にダミー層を形成する工程と、
前記半導体層および前記ダミー層をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされたダミー層を形成する工程と、
前記ダミー層を除去して前記半導体層上部に前記低誘電率領域として空洞を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 9,
Forming a dummy layer on the semiconductor layer;
Patterning the semiconductor layer and the dummy layer to form a semiconductor layer protruding from the substrate plane and a patterned dummy layer thereon;
Removing the dummy layer and forming a cavity as the low dielectric constant region above the semiconductor layer.
前記の突起した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有し、
ゲート電極の形成後に前記ダミー層を除去することにより前記空洞よりなる低誘電率領域を形成することを特徴とする請求項27記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Forming a gate insulating film on the side surface of the protruding semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
A step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer;
28. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 27, wherein the low dielectric constant region including the cavity is formed by removing the dummy layer after forming the gate electrode.
前記空洞をSiO2よりも誘電率が低い材料で埋め戻す工程をさらに有する請求項27又は28記載の電界効果型トランジスタの製造方法。Method of manufacturing a field effect transistor according to claim 27 or 28, wherein further comprising the step of backfilling said cavity with a material having a lower dielectric constant than SiO 2. 前記空洞を多孔質の材料で埋め戻す工程をさらに有する請求項27又は28記載の電界効果型トランジスタの製造方法。   29. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 27, further comprising a step of filling the cavity with a porous material. 基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層の上部の側面には、ゲート電極との間に、前記ゲート絶縁膜よりも厚い端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer projecting upward from the substrate plane; gate electrodes provided on both sides of the semiconductor layer; a gate insulating film interposed between the gate electrode and a side surface of the semiconductor layer; and the semiconductor layer A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode,
A field effect transistor having an end insulator region thicker than the gate insulating film on a side surface of the upper portion of the semiconductor layer and a gate electrode.
基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向と垂直な面内における基体平面に平行方向の半導体層の幅Wがその下方部分の幅より小さい半導体層上部領域と、この半導体層上部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層上部領域の幅より大きい半導体層下部領域とを有し、
前記半導体層上部領域は、当該半導体層の側面が前記半導体層下部領域における半導体層の側面よりも後退し、この後退した側面と前記ゲート電極の間に、前記ゲート絶縁膜より厚い端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer projecting upward from the substrate plane; gate electrodes provided on both sides of the semiconductor layer; a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer; and the semiconductor layer A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode,
The semiconductor layer includes a semiconductor layer upper region in which the width W of the semiconductor layer in the direction parallel to the substrate plane in a plane perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions is smaller than the width of the lower portion thereof, and the semiconductor layer A semiconductor layer lower region located below the upper region, wherein the width W of the semiconductor layer is larger than the width of the upper region of the semiconductor layer;
The semiconductor layer upper region has an end insulator whose side surface of the semiconductor layer recedes from the side surface of the semiconductor layer in the lower region of the semiconductor layer, and is thicker than the gate insulating film between the receded side surface and the gate electrode. A field effect transistor having a region.
前記半導体層上部の幅Wが一定である請求項32記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 32, wherein a width W of the upper portion of the semiconductor layer is constant. 前記半導体層上部の幅Wが連続的に変化し、これに応じて前記端部絶縁体領域の厚みも連続的に変化している請求項32記載の電界効果型トランジスタ。   33. The field effect transistor according to claim 32, wherein the width W of the upper portion of the semiconductor layer is continuously changed, and the thickness of the end insulator region is continuously changed accordingly. 前記半導体層上部の幅Wは、当該半導体層の上端へ向かうに従って一定の勾配をもって徐々に小さくなり、これに応じて前記端部絶縁体領域の厚みが当該半導体層の上端へ向かうに従って徐々に大きくなる請求項32記載の電界効果型トランジスタ。   The width W of the upper part of the semiconductor layer gradually decreases with a certain gradient toward the upper end of the semiconductor layer, and accordingly, the thickness of the end insulator region gradually increases toward the upper end of the semiconductor layer. The field effect transistor according to claim 32. 前記半導体層上部の幅Wは、当該半導体層の上端へ向かうに従って、当該半導体層の側面が曲率をもつように徐々に小さくなり、これに応じて前記端部絶縁体領域の厚みが当該半導体層の上端に向かうに従って徐々に大きくなる請求項32記載の電界効果型トランジスタ。   The width W of the upper portion of the semiconductor layer is gradually decreased so that the side surface of the semiconductor layer has a curvature as it goes to the upper end of the semiconductor layer, and the thickness of the end insulator region is accordingly reduced. The field effect transistor according to claim 32, wherein the field effect transistor gradually increases toward the upper end of the transistor. 前記半導体層の幅Wが、当該半導体層の下端部から上端部にかけて一定である請求項31記載の電界効果型トランジスタ。   32. The field effect transistor according to claim 31, wherein the width W of the semiconductor layer is constant from the lower end to the upper end of the semiconductor layer. 基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向と垂直な面内における基体平面に平行方向の半導体層の幅Wがその下方部分の幅より小さい半導体層上部領域と、この半導体層上部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層上部領域の幅より大きい半導体層下部領域とを有し、
前記半導体層上部領域は、前記半導体層下部領域に接続する部分に当該半導体層の幅Wが連続的に変化する遷移領域を有し、この遷移領域端部から当該半導体層の上端にかけて幅Wが一定であり、
当該半導体層上部領域と前記ゲート電極の間には、前記ゲート絶縁膜より厚い端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer projecting upward from the substrate plane; gate electrodes provided on both sides of the semiconductor layer; a gate insulating film interposed between the gate electrode and a side surface of the semiconductor layer; and the semiconductor layer A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode,
The semiconductor layer includes a semiconductor layer upper region in which the width W of the semiconductor layer in the direction parallel to the substrate plane in a plane perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions is smaller than the width of the lower portion thereof, and the semiconductor layer A semiconductor layer lower region located below the upper region, wherein the width W of the semiconductor layer is larger than the width of the upper region of the semiconductor layer;
The upper region of the semiconductor layer has a transition region in which the width W of the semiconductor layer continuously changes in a portion connected to the lower region of the semiconductor layer, and the width W extends from the end of the transition region to the upper end of the semiconductor layer. Constant,
A field effect transistor having an end insulator region thicker than the gate insulating film between the semiconductor layer upper region and the gate electrode.
前記半導体層の上部にゲート絶縁膜よりも厚いキャップ絶縁層が設けられている請求項31〜38のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to any one of claims 31 to 38, wherein a cap insulating layer thicker than the gate insulating film is provided on the semiconductor layer. 前記端部絶縁体領域が前記キャップ絶縁層とは異なる材料からなる請求項39記載の電界効果型トランジスタ。   40. The field effect transistor according to claim 39, wherein the end insulator region is made of a material different from that of the cap insulating layer. 前記端部絶縁体領域がSiO2により構成される請求項31〜39のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。The field effect transistor according to any one of configured claim 31 to 39 wherein the end insulator region by SiO 2. 前記端部絶縁体領域の少なくとも一部がSiO2よりも誘電率が低い材料により構成される請求項31〜39のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。At least a part of the field effect transistor according to any one of claims 31 to 39 composed of a material having a lower dielectric constant than SiO 2 of the end insulator region. 前記端部絶縁体領域の少なくとも一部が多孔質の材料により構成される請求項31〜39のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to any one of claims 31 to 39, wherein at least a part of the end insulator region is made of a porous material. 前記端部絶縁体領域の少なくとも一部が空洞により構成される請求項31〜39のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to any one of claims 31 to 39, wherein at least a part of the end insulator region is constituted by a cavity. 請求項32記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上に第1絶縁膜を堆積し、この第1絶縁膜および前記半導体層の上部を所定の幅にパターニングする工程と、
第2絶縁膜の堆積とエッチバックを行い、パターニングされた第1絶縁膜の側面及び半導体層の側面に、第2絶縁膜からなる端部絶縁体領域を形成する工程と、
この端部絶縁体領域およびパターニングされた第1絶縁膜をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 32, wherein
Depositing a first insulating film on the semiconductor layer, and patterning the first insulating film and the upper portion of the semiconductor layer to a predetermined width;
Depositing and etching back the second insulating film to form an end insulator region made of the second insulating film on the side surface of the patterned first insulating film and the side surface of the semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer using the end insulator region and the patterned first insulating film as a mask;
And a step of forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching.
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項45記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
46. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 45, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.
請求項32記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にキャップ絶縁層を堆積し、このキャップ絶縁層および前記半導体層の上部を所定の幅にパターニングする工程と、
ダミー層の堆積とエッチバックを行い、パターニングされたキャップ絶縁層の側面及び半導体層の側面に、前記ダミー層からなるコーナーダミー層を形成する工程と、
このコーナーダミー層およびパターニングされた前記キャップ絶縁層をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記コーナーダミー層を除去して空洞よりなる端部絶縁体領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 32, wherein
Depositing a cap insulating layer on the semiconductor layer, and patterning the cap insulating layer and the upper portion of the semiconductor layer to a predetermined width;
Depositing and etching back a dummy layer, forming a corner dummy layer made of the dummy layer on the side surface of the patterned cap insulating layer and the side surface of the semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer using the corner dummy layer and the patterned cap insulating layer as a mask;
Forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching;
And a step of forming an end insulator region made of a cavity by removing the corner dummy layer.
請求項32記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上にキャップ絶縁層を堆積し、このキャップ絶縁層および前記半導体層の上部を所定の幅にパターニングする工程と、
第1ダミー層の堆積とエッチバックを行い、パターニングされたキャップ絶縁層の側面及び半導体層の側面に、第1ダミー層からなる第1コーナーダミー層を形成する工程と、
第2ダミー層の堆積とエッチバックを行い、第1コーナダミー層の側面に、第2ダミー層からなる第2コーナーダミー層を形成する工程と、
第1及び第2コーナーダミー層並びにパターニングされた前記キャップ絶縁層をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
第1コーナーダミー層を除去して空洞よりなる端部絶縁体領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 32, wherein
Depositing a cap insulating layer on the semiconductor layer, and patterning the cap insulating layer and the upper portion of the semiconductor layer to a predetermined width;
Depositing and etching back the first dummy layer to form a first corner dummy layer made of the first dummy layer on the side surface of the patterned cap insulating layer and the side surface of the semiconductor layer;
Depositing and etching back the second dummy layer to form a second corner dummy layer made of the second dummy layer on the side surface of the first corner dummy layer;
Etching the semiconductor layer using the first and second corner dummy layers and the patterned cap insulating layer as a mask;
Forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching;
And removing the first corner dummy layer to form a cavity end insulator region.
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有し、
ゲート電極の形成後に前記空洞よりなる端部絶縁体領域を形成することを特徴とする請求項47又は48記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
A step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer;
49. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 47, wherein an end insulator region comprising the cavity is formed after forming the gate electrode.
前記コーナーダミー層を除去して空洞を形成した後、この空洞にSiO2よりも誘電率が低い低誘電率材料を埋め戻し、この低誘電率材料よりなる端部絶縁体領域を形成する工程をさらに有する請求項47又は48記載の電界効果型トランジスタの製造方法。After the corner dummy layer is removed to form a cavity, the cavity is filled with a low dielectric constant material having a dielectric constant lower than that of SiO 2 and an end insulator region made of the low dielectric constant material is formed. 49. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 47 or 48, further comprising: 請求項35記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上に第1絶縁膜を形成し、この第1絶縁膜をパターニングする工程と、
パターニングされた第1絶縁膜をマスクに、前記半導体層の上部を、その幅Wが上端に向かうに従って徐々に小さくなるテーパー形状を有するようにエッチングする工程と、
第2絶縁膜の堆積とエッチバックを行い、パターニングされた第1絶縁膜の側面および半導体層のテーパー形状の側面に、第2絶縁膜からなる端部絶縁体領域を形成する工程と、
この端部絶縁体領域およびパターニングされた第1絶縁膜をマスクに前記半導体層をエッチングする工程と、
前記のエッチングにより露出した半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 35, wherein
Forming a first insulating film on the semiconductor layer and patterning the first insulating film;
Etching the upper part of the semiconductor layer with the patterned first insulating film as a mask so that the width W of the semiconductor layer gradually decreases toward the upper end;
Depositing and etching back the second insulating film, and forming an end insulator region made of the second insulating film on the side surface of the patterned first insulating film and the tapered side surface of the semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer using the end insulator region and the patterned first insulating film as a mask;
And a step of forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer exposed by the etching.
前記のパターニングされた第1絶縁膜及びその側面部分の第2絶縁膜を除去して前記半導体層の上面を露出する工程をさらに有し、
前記のゲート酸化膜の形成工程においては、前記半導体層の側面に加えて、露出した上面にもゲート酸化膜を形成する請求項51記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Removing the patterned first insulating film and the second insulating film on the side surfaces thereof to expose the upper surface of the semiconductor layer;
52. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 51, wherein, in the step of forming the gate oxide film, a gate oxide film is formed on the exposed upper surface in addition to the side surface of the semiconductor layer.
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項51記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
52. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 51, further comprising the step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.
請求項36記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
半導体層上に酸化剤透過性のキャップ絶縁層を形成する工程と、
前記キャップ絶縁層および前記半導体層をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされたキャップ絶縁層を形成する工程と、
前記半導体層と前記キャップ絶縁層との界面において、当該半導体層の側面が当該キャップ絶縁層の端部よりも内側に後退するように酸化剤雰囲気中で当該半導体層を酸化して、当該半導体層上部の幅Wが当該半導体層上端に向かうに従って徐々に小さくなる半導体層上部領域と、これに応じて厚みが徐々に大きくなる端部絶縁領域を形成する工程とを有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 36,
Forming an oxidant-permeable cap insulating layer on the semiconductor layer;
Patterning the cap insulating layer and the semiconductor layer to form a semiconductor layer protruding from the plane of the substrate and a patterned cap insulating layer thereon;
At the interface between the semiconductor layer and the cap insulating layer, the semiconductor layer is oxidized in an oxidant atmosphere so that the side surface of the semiconductor layer recedes inward from the end of the cap insulating layer, and the semiconductor layer A method of manufacturing a field effect transistor, comprising: forming a semiconductor layer upper region whose upper width W gradually decreases toward the upper end of the semiconductor layer; and a step of forming an end insulating region whose thickness gradually increases accordingly .
前記半導体層の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項54記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Forming a gate insulating film on a side surface of the semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
55. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 54, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.
前記キャップ絶縁層を除去して前記半導体層の上面を露出する工程と、
前記半導体層の上面および側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項54記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Removing the cap insulating layer to expose an upper surface of the semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
55. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 54, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.
基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層の上部の側面には、ゲート電極との間に、前記ゲート絶縁膜よりも厚い第1の端部絶縁体領域を有し、
前記半導体層の下部の側面には、ゲート電極との間に、前記ゲート絶縁膜よりも厚い第2の端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer projecting upward from the substrate plane; gate electrodes provided on both sides of the semiconductor layer; a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer; and the semiconductor layer A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode,
The upper side surface of the semiconductor layer has a first end insulator region thicker than the gate insulating film between the gate electrode and the gate electrode,
A field effect transistor having a second end insulator region thicker than the gate insulating film on a side surface of the lower portion of the semiconductor layer between the gate electrode and the gate electrode.
基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記半導体層の前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、一対のソース/ドレイン領域を結ぶチャネル長方向と垂直な面内における基体平面に平行方向の半導体層の幅Wがその下方部分の幅より小さい半導体層上部領域と、この半導体層上部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層上部領域の幅より大きい半導体層主要部領域と、この半導体層主要部領域の下方に位置し、当該半導体層の幅Wが前記半導体層主要部領域の幅より小さい半導体層下部領域を有し、
前記半導体層上部領域は、当該半導体層の側面が前記半導体層主要部領域における半導体層の側面よりも後退し、この後退した側面と前記ゲート電極の間に、前記ゲート絶縁膜より厚い第1端部絶縁体領域を有し、
前記半導体層下部領域は、当該半導体層の側面が前記半導体層主要部領域における半導体層の側面よりも後退し、この後退した側面と前記ゲート電極の間に、前記ゲート絶縁膜より厚い第2端部絶縁体領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer projecting upward from the substrate plane; gate electrodes provided on both sides of the semiconductor layer; a gate insulating film interposed between the gate electrode and a side surface of the semiconductor layer; and the semiconductor layer A source / drain region formed in a region not covered by the gate electrode,
The semiconductor layer includes a semiconductor layer upper region in which the width W of the semiconductor layer in the direction parallel to the substrate plane in a plane perpendicular to the channel length direction connecting the pair of source / drain regions is smaller than the width of the lower portion thereof, and the semiconductor layer A semiconductor layer main portion region located below the upper region and having a width W of the semiconductor layer larger than the width of the semiconductor layer upper region, and located below the semiconductor layer main portion region, the width W of the semiconductor layer being A semiconductor layer lower region smaller than the width of the semiconductor layer main region,
The semiconductor layer upper region has a first end whose side surface of the semiconductor layer is recessed from the side surface of the semiconductor layer in the main region of the semiconductor layer, and is thicker than the gate insulating film between the retracted side surface and the gate electrode. A partial insulator region,
The semiconductor layer lower region has a second end whose side surface of the semiconductor layer recedes from the side surface of the semiconductor layer in the main region of the semiconductor layer, and is thicker than the gate insulating film between the receded side surface and the gate electrode. A field effect transistor having a partial insulator region.
前記半導体層の上部にゲート絶縁膜よりも厚いキャップ絶縁層が設けられている請求項57又は58記載の電界効果型トランジスタ。   59. The field effect transistor according to claim 57 or 58, wherein a cap insulating layer thicker than a gate insulating film is provided on the semiconductor layer. 請求項58記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
酸化剤透過性の第1絶縁膜上に半導体層が設けられた基板を用意する工程と、
前記半導体層上に酸化剤透過性の第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜および前記半導体層をパターニングして、基体平面から突起した半導体層とその上にパターニングされた第2絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体層と第2絶縁膜との界面および前記半導体層と第1絶縁膜との界面において、当該半導体層の側面が内側に後退するように酸化剤雰囲気中で当該半導体層を酸化して、
当該半導体層上部の幅Wが当該半導体層上端に向かうに従って徐々に小さくなる半導体層上部領域と、これに応じて厚みが徐々に大きくなる第1端部絶縁領域と、
当該半導体層下部の幅Wが当該半導体層下端に向かうに従って徐々に小さくなる半導体層下部領域と、これに応じて厚みが徐々に大きくなる第2端部絶縁領域を形成する工程を有する電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 58, wherein
Preparing a substrate provided with a semiconductor layer on an oxidant-permeable first insulating film;
Forming an oxidant-permeable second insulating film on the semiconductor layer;
Patterning the second insulating film and the semiconductor layer to form a semiconductor layer protruding from the plane of the substrate and a patterned second insulating film thereon;
At the interface between the semiconductor layer and the second insulating film and at the interface between the semiconductor layer and the first insulating film, the semiconductor layer is oxidized in an oxidant atmosphere so that the side surface of the semiconductor layer recedes inward,
A semiconductor layer upper region in which the width W of the upper portion of the semiconductor layer gradually decreases toward the upper end of the semiconductor layer, and a first end insulating region in which the thickness gradually increases accordingly,
Field effect type having a step of forming a semiconductor layer lower region where the width W of the lower portion of the semiconductor layer is gradually reduced toward the lower end of the semiconductor layer, and a second end insulating region whose thickness is gradually increased accordingly. A method for manufacturing a transistor.
前記第2絶縁膜を除去して前記半導体層の上面を露出する工程と、
前記半導体層の上面および側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極材料を堆積し、このゲート電極材料堆積膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成する工程をさらに有する請求項60記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
Removing the second insulating film to expose an upper surface of the semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the semiconductor layer;
Depositing a gate electrode material and patterning the gate electrode material deposition film to form a gate electrode;
61. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 60, further comprising a step of forming a source / drain region by introducing impurities into the semiconductor layer.
前記の突起した半導体の下には支持基板を有し、当該半導体層はこの支持基板と一体に接続している請求項1〜6、9〜24、31〜44のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。   The support substrate is provided under the protruding semiconductor, and the semiconductor layer is integrally connected to the support substrate. Field effect transistor. 前記の突起した半導体の下には支持基板を有し、当該半導体層はこの支持基板上に埋め込み絶縁膜を介して設けられている請求項1〜6、9〜24、31〜44、57〜59のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。   A supporting substrate is provided under the protruding semiconductor, and the semiconductor layer is provided on the supporting substrate via a buried insulating film. 60. The field effect transistor according to any one of 59. 前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が2nm以上である請求項1記載の電界効果型トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the projecting portion has a projecting width of 2 nm or more with respect to the surface of the gate insulating film. 前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が20nm以下である請求項1記載の電界効果型トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width of 20 nm or less with respect to the surface of the gate insulating film. 前記張り出し部は、前記ゲート絶縁膜の表面に対する張り出し幅が当該ゲート絶縁膜の厚さの10倍以下である請求項1、2又は3記載の電界効果型トランジスタ。   4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the overhanging portion has an overhanging width with respect to the surface of the gate insulating film that is not more than 10 times the thickness of the gate insulating film. 基体平面から上方に突起した半導体層と、この半導体層の両側面上に設けられたゲート電極と、このゲート電極と前記半導体層の側面の間に介在するゲート絶縁膜と、前記ゲート電極に覆われない領域に形成されたソース/ドレイン領域とを有し、
前記半導体層は、第1の絶縁層上に、この第1の絶縁層とは異なる材料からなる第2の絶縁層を介して設けられ、
前記ゲート電極は、第1の絶縁層上に第2の絶縁層を介さずに直接第1の絶縁層に接する部分を有する電界効果型トランジスタ。
A semiconductor layer protruding upward from the substrate plane, a gate electrode provided on both side surfaces of the semiconductor layer, a gate insulating film interposed between the gate electrode and the side surface of the semiconductor layer, and a cover covering the gate electrode A source / drain region formed in an undisclosed region,
The semiconductor layer is provided on the first insulating layer via a second insulating layer made of a material different from that of the first insulating layer,
The gate electrode is a field effect transistor having a portion on the first insulating layer directly in contact with the first insulating layer without passing through the second insulating layer.
JP2005517473A 2004-01-30 2005-01-27 Field effect transistor and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP5170958B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005517473A JP5170958B2 (en) 2004-01-30 2005-01-27 Field effect transistor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004023887 2004-01-30
JP2004023887 2004-01-30
JP2005517473A JP5170958B2 (en) 2004-01-30 2005-01-27 Field effect transistor and manufacturing method thereof
PCT/JP2005/001064 WO2005074035A1 (en) 2004-01-30 2005-01-27 Field effect transistor and method for manufacturing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2005074035A1 true JPWO2005074035A1 (en) 2007-09-13
JP5170958B2 JP5170958B2 (en) 2013-03-27

Family

ID=34823892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005517473A Expired - Fee Related JP5170958B2 (en) 2004-01-30 2005-01-27 Field effect transistor and manufacturing method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5170958B2 (en)
WO (1) WO2005074035A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006093216A (en) 2004-09-21 2006-04-06 Toshiba Corp Semiconductor device
US8592918B2 (en) * 2009-10-28 2013-11-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Forming inter-device STI regions and intra-device STI regions using different dielectric materials
US10727339B2 (en) 2014-03-28 2020-07-28 Intel Corporation Selectively regrown top contact for vertical semiconductor devices
JP6295802B2 (en) * 2014-04-18 2018-03-20 ソニー株式会社 FIELD EFFECT TRANSISTOR FOR HIGH FREQUENCY DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND HIGH FREQUENCY DEVICE
JP2022172710A (en) * 2021-05-06 2022-11-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3607431B2 (en) * 1996-09-18 2005-01-05 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3175691B2 (en) * 1998-05-08 2001-06-11 日本電気株式会社 Method for manufacturing multilayer wiring semiconductor device
KR100304713B1 (en) * 1999-10-12 2001-11-02 윤종용 Semiconductor device having quasi-SOI structure and manufacturing method thereof
JP4058751B2 (en) * 2000-06-20 2008-03-12 日本電気株式会社 Method for manufacturing field effect transistor
JP2002050767A (en) * 2000-08-04 2002-02-15 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP3543117B2 (en) * 2001-03-13 2004-07-14 独立行政法人産業技術総合研究所 Double gate field effect transistor
US7029958B2 (en) * 2003-11-04 2006-04-18 Advanced Micro Devices, Inc. Self aligned damascene gate

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005074035A1 (en) 2005-08-11
JP5170958B2 (en) 2013-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100748261B1 (en) Fin field effect transistor haiving low leakage current and method of manufacturing the finfet
JP4551811B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100576361B1 (en) Three dimensional CMOS field effect transistor and method of fabricating the same
JP5011727B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
US7842594B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US9660054B2 (en) Tunneling field effect transistor (TFET) with ultra shallow pockets formed by asymmetric ion implantation and method of making same
US20140183633A1 (en) Semiconductor Devices and Methods of Manufacture Thereof
US20100065917A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US11049973B2 (en) Semiconductor device and fabrication method thereof
JP5925740B2 (en) Tunnel field effect transistor
US7550330B2 (en) Deep junction SOI MOSFET with enhanced edge body contacts
JP5170958B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
US20140239397A1 (en) Jlt (junction-less transistor) device and method for fabricating the same
US10686078B2 (en) Semiconductor structure and fabrication method thereof
US7851855B2 (en) Semiconductor device and a method for manufacturing the same
CN103123899B (en) FinFET manufacture method
CN108074974B (en) Method for forming semiconductor device
JP4178296B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100823874B1 (en) High density fin field effect transistor having low leakage current and method of manufacturing the finfet
JP5172893B2 (en) Method for manufacturing transistor
CN112420831A (en) Semiconductor structure and forming method thereof
JP6103453B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI836152B (en) Transistor structure
WO2022133652A1 (en) Field effect-transistor and manufacturing method therefor
JP2000332255A (en) Thin-film transistor and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071212

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20100618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120508

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120703

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121225

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5170958

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees