JPWO2016139755A1 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016139755A1
JPWO2016139755A1 JP2016542786A JP2016542786A JPWO2016139755A1 JP WO2016139755 A1 JPWO2016139755 A1 JP WO2016139755A1 JP 2016542786 A JP2016542786 A JP 2016542786A JP 2016542786 A JP2016542786 A JP 2016542786A JP WO2016139755 A1 JPWO2016139755 A1 JP WO2016139755A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
gate
conductivity type
insulating film
body region
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
JP2016542786A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6122556B2 (ja
Inventor
舛岡 富士雄
富士雄 舛岡
広記 中村
広記 中村
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.)
Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Original Assignee
Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
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 Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd filed Critical Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP6122556B2 publication Critical patent/JP6122556B2/ja
Publication of JPWO2016139755A1 publication Critical patent/JPWO2016139755A1/ja
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
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823885Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of vertical transistor structures, i.e. with channel vertical to the substrate surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/528Geometry or layout of the interconnection structure
    • H01L23/5286Arrangements of power or ground buses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H01L29/42392Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor fully surrounding the channel, e.g. gate-all-around
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4908Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78642Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823487MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of vertical transistor structures, i.e. with channel vertical to the substrate surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0207Geometrical layout of the components, e.g. computer aided design; custom LSI, semi-custom LSI, standard cell technique
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

トランジスタを積層する高集積な半導体装置を提供する。半導体基板上に形成された第1の第1導電型半導体層と、前記半導体層上に形成された第1の柱状半導体層であって、第2の第1導電型半導体層と第1のボディ領域と第3の第1導電型半導体層と第4の第1導電型半導体層と第2のボディ領域と第5の第1導電型半導体層と第1の第2導電型半導体層と第3のボディ領域と第2の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第1の柱状半導体層と、前記第5の第1導電型半導体層と前記第1の第2導電型半導体層とを接続する第1の出力端子と、前記第1の出力端子上に形成された第2の柱状半導体層であって、第3の第2導電型半導体層と第4のボディ領域と第4の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第2の柱状半導体層と、各ボディ領域に対応する各ゲートを備えた半導体装置。

Description

本発明は半導体装置に関する。
半導体集積回路、特にMOSトランジスタを用いた集積回路は、高集積化の一途を辿っている。この高集積化に伴って、その中で用いられているMOSトランジスタはナノ領域まで微細化が進んでいる。このようなMOSトランジスタの微細化が進むと、リーク電流の抑制が困難であり、必要な電流量確保の要請から回路の占有面積をなかなか小さくできない、といった問題があった。このような問題を解決するために、基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置され、ゲート電極が柱状半導体層を取り囲む構造のSurrounding Gate Transistor(以下、「SGT」という。)が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3を参照)。
従来のSGTを用いたインバータでは、一本のシリコン柱に一個のトランジスタが形成され、1本のシリコン柱からなるnMOSトランジスタと1本のシリコン柱からなるpMOSトランジスタが平面上に形成されている(例えば特許文献4を参照)。少なくとも2本のシリコン柱が平面上に形成されているため、少なくとも2本のシリコン柱分の面積が必要となる。
従来の不揮発性メモリにおいて、一本のシリコン柱に複数のゲートが形成されている(例えば特許文献5を参照)。シリコン柱の側壁にゲート絶縁膜が形成され、シリコン柱の上部端と下部端でソース線、ビット線が接続されている。
特開平2−71556号公報 特開平2−188966号公報 特開平3−145761号公報 特開2008−300558号公報 特開2014−57068号公報
そこで、トランジスタを積層する高集積な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された第1の第1導電型半導体層と、前記半導体層上に形成された第1の柱状半導体層であって、第2の第1導電型半導体層と第1のボディ領域と第3の第1導電型半導体層と第4の第1導電型半導体層と第2のボディ領域と第5の第1導電型半導体層と第1の第2導電型半導体層と第3のボディ領域と第2の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第1の柱状半導体層と、前記第1のボディ領域の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された第1のゲートと、前記第2のボディ領域の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された第2のゲートと、前記第3のボディ領域の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜と、前記第3のゲート絶縁膜の周囲に形成された第3のゲートと、 前記5の第1導電型半導体層と前記第1の第2導電型半導体層とを接続する第1の出力端子と、前記第1の出力端子上に形成された第2の柱状半導体層であって、第3の第2導電型半導体層と第4のボディ領域と第4の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第2の柱状半導体層と、前記第4のボディ領域の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された第4のゲートと、前記第1の出力端子は前記第3の第2導電型半導体層に接続されるのであって、前記第1のゲートと前記第4のゲートとは接続され、前記第2のゲートと前記第3のゲートとは接続されることを特徴とする。
また、前記第2のゲートと前記第3のゲートとを接続する第1のコンタクトを有することを特徴とする。
また、前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする。
また、前記第1の出力端子は金属からなることを特徴とする。
また、前記第1の出力端子は半導体からなることを特徴とする。
また、前記第1のゲートと前記第2のゲートと前記第3のゲートと前記第4のゲートとは金属からなることを特徴とする。
また、前記第2の第2導電型半導体層と前記第4の第2導電型半導体層に接続された第1の電源供給線と、を有することを特徴とする。
また、前記第1の柱状半導体層は、1行1列目に配置され、前記第2の柱状半導体層は、1行2列目に配置されることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された第5の第2導電型半導体層と、前記半導体層上に形成された第3の柱状半導体層であって、第6の第2導電型半導体層と第5のボディ領域と第7の第2導電型半導体層と第6の第1導電型半導体層と第6のボディ領域と第7の第1導電型半導体層と第8の第1導電型半導体層と第7のボディ領域と第9の第1導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第3の柱状半導体層と、前記第5のボディ領域の周囲に形成された第5のゲート絶縁膜と、前記第5のゲート絶縁膜の周囲に形成された第5のゲートと、前記第6のボディ領域の周囲に形成された第6のゲート絶縁膜と、 前記第6のゲート絶縁膜の周囲に形成された第6のゲートと、前記第7のボディ領域の周囲に形成された第7のゲート絶縁膜と、前記第7のゲート絶縁膜の周囲に形成された第7のゲートと、前記第7の第2導電型半導体層と前記第6の第1導電型半導体層とを接続する第2の出力端子と、前記半導体基板上に形成された第4の柱状半導体層であって、第8の第2導電型半導体層と第8のボディ領域と第9の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第4の柱状半導体層と、前記第8のボディ領域の周囲に形成された第8のゲート絶縁膜と、前記第8のゲート絶縁膜の周囲に形成された第8のゲートと、前記第2の出力端子は前記第9の第2導電型半導体層に接続されるのであって、前記第5のゲートと前記第6のゲートとは接続され、前記第7のゲートと前記第8のゲートとは接続されることを特徴とする。
また、前記第5のゲートと前記第6のゲートとを接続する第2のコンタクトを有することを特徴とする。
また、前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする。
また、前記第2の出力端子は金属からなることを特徴とする。
また、前記第2の出力端子は半導体からなることを特徴とする。
また、前記第5のゲートと前記第6のゲートと前記第7のゲートと前記第8のゲートとは金属からなることを特徴とする。
また、前記第9の第1導電型半導体層に接続された第1の接地線と、を有することを特徴とする。
また、前記第3の柱状半導体層は、1行1列目に配置され、前記第4の柱状半導体層は、1行2列目に配置されることを特徴とする。
本発明によれば、トランジスタを積層する高集積な半導体装置を提供することができる。
また、半導体基板上に形成された第1の第1導電型半導体層と、前記半導体層上に形成された第1の柱状半導体層であって、第2の第1導電型半導体層と第1のボディ領域と第3の第1導電型半導体層と第4の第1導電型半導体層と第2のボディ領域と第5の第1導電型半導体層と第1の第2導電型半導体層と第3のボディ領域と第2の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第1の柱状半導体層と、前記第1のボディ領域の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された第1のゲートと、前記第2のボディ領域の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された第2のゲートと、前記第3のボディ領域の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜と、前記第3のゲート絶縁膜の周囲に形成された第3のゲートと、 前記5の第1導電型半導体層と前記第1の第2導電型半導体層とを接続する第1の出力端子と、前記第1の出力端子上に形成された第2の柱状半導体層であって、第3の第2導電型半導体層と第4のボディ領域と第4の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第2の柱状半導体層と、前記第4のボディ領域の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された第4のゲートと、前記第1の出力端子は前記第3の第2導電型半導体層に接続されるのであって、前記第1のゲートと前記第4のゲートとは接続され、前記第2のゲートと前記第3のゲートとは接続されることを特徴とすることにより、トランジスタが積層されるため、高集積な半導体装置を提供することができる。特に、NANDゲートであるため、nMOSの層において、SGTを縦に積層することができる。また、nMOSの層とpMOSの層とが異なる層であるため、製作時に不純物導入を打ち分けるためのリソグラフィ工程を減らすことができる。
また、半導体基板上に形成された第5の第2導電型半導体層と、前記半導体層上に形成された第3の柱状半導体層であって、第6の第2導電型半導体層と第5のボディ領域と第7の第2導電型半導体層と第6の第1導電型半導体層と第6のボディ領域と第7の第1導電型半導体層と第8の第1導電型半導体層と第7のボディ領域と第9の第1導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第3の柱状半導体層と、前記第5のボディ領域の周囲に形成された第5のゲート絶縁膜と、前記第5のゲート絶縁膜の周囲に形成された第5のゲートと、前記第6のボディ領域の周囲に形成された第6のゲート絶縁膜と、 前記第6のゲート絶縁膜の周囲に形成された第6のゲートと、前記第7のボディ領域の周囲に形成された第7のゲート絶縁膜と、前記第7のゲート絶縁膜の周囲に形成された第7のゲートと、前記第7の第2導電型半導体層と前記第6の第1導電型半導体層とを接続する第2の出力端子と、前記半導体基板上に形成された第4の柱状半導体層であって、第8の第2導電型半導体層と第8のボディ領域と第9の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第4の柱状半導体層と、前記第8のボディ領域の周囲に形成された第8のゲート絶縁膜と、前記第8のゲート絶縁膜の周囲に形成された第8のゲートと、前記第2の出力端子は前記第9の第2導電型半導体層に接続されるのであって、前記第5のゲートと前記第6のゲートとは接続され、前記第7のゲートと前記第8のゲートとは接続されることを特徴とすることにより、第3の柱状半導体層と第4の柱状半導体層双方を半導体基板上に形成することができるため、第3の柱状半導体層と第4の柱状半導体層共に基板を加工することにより得られる単結晶半導体を用いることができる。特に、NANDゲートであるため、nMOSの層において、SGTを縦に積層することができる。また、nMOSの層とpMOSの層とが異なる層であるため、製作時に不純物導入を打ち分けるためのリソグラフィ工程を減らすことができる。
(A)は本発明に係る半導体装置の平面図である。(B)は(A)のX1−X1’線での断面図である。(C)は(A)のY1−Y1’線での断面図である。(D)は(A)のY2−Y2’線での断面図である。 (A)は本発明に係る半導体装置の平面図である。(B)は(A)のX1−X1’線での断面図である。(C)は(A)のY1−Y1’線での断面図である。(D)は(A)のY2−Y2’線での断面図である。
以下に、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を図1に示す。本実施例では、半導体をシリコンとしたが、シリコン以外の半導体としてもよい。
シリコン基板101上に形成された第1の第1導電型シリコン層102と、前記シリコン層101上に形成された第1の柱状シリコン層133であって、第2の第1導電型シリコン層103と第1のボディ領域104と第3の第1導電型シリコン層105と第4の第1導電型シリコン層108と第2のボディ領域109と第5の第1導電型シリコン層110と第1の第2導電型シリコン層113と第3のボディ領域114と第2の第2導電型シリコン層115とが基板側からこの順に形成された前記第1の柱状シリコン層133と、前記第1のボディ領域104の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜106と、前記第1のゲート絶縁膜106の周囲に形成された第1のゲート107と、 前記第2のボディ領域109の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜111と、前記第2のゲート絶縁膜111の周囲に形成された第2のゲート112と、前記第3のボディ領域114の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜116と、前記第3のゲート絶縁膜116の周囲に形成された第3のゲート117と、前記5の第1導電型シリコン層110と前記第1の第2導電型シリコン層113とを接続する第1の出力端子123と、前記第1の出力端子123上に形成された第2の柱状シリコン層134であって、第3の第2導電型シリコン層118と第4のボディ領域119と第4の第2導電型シリコン層120とが基板側からこの順に形成された前記第2の柱状シリコン層134と、前記第4のボディ領域119の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜121と、前記第4のゲート絶縁膜121の周囲に形成された第4のゲート122と、前記第1の出力端子123は前記第3の第2導電型シリコン層118に接続されるのであって、前記第1のゲート107と前記第4のゲート122とは接続され、前記第2のゲート112と前記第3のゲート117とは接続されることを特徴とする。
前記第2のゲート112と前記第3のゲート117とを接続する第1のコンタクト124を有することが好ましい。本第1のコンタクトにより、第2のゲート112と第3のゲート117とを縦方向で接続することができるため、第2のゲート112と第3のゲート117とに別々にコンタクトを形成したときと比べて面積を縮小することができる。
また、前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする。
また、前記第1の出力端子123は金属からなることが好ましい。
また、前記第1の出力端子123はシリコンであってもよい。前記第1の出力端子123をシリコンとしたとき、出力端子をシリサイド化してもよい。
また、前記第1のゲート107と前記第2のゲート112と前記第3のゲート117と前記第4のゲート122とは金属からなることが好ましい。また、金属は、窒化チタン、窒化アルミチタンが好ましい。タングステンを用いてもよい。また、第1のゲート絶縁膜106、第2のゲート絶縁膜111、第3のゲート絶縁膜116、第4のゲート絶縁膜121は、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、高誘電体膜であることが好ましい。
また、前記第2の第2導電型シリコン層115と前記第4の第2導電型シリコン層120に接続された第1の電源供給線129と、を有することを特徴とする。
また、第1のコンタクト124には、入力の金属配線128が接続される。また、第1のゲート107は、コンタクト125、金属配線130、コンタクト127を介して第4のゲート122に接続されている。また、第1の出力配線は、コンタクト126を介して出力の金属配線131に接続されている。
また、前記第1の柱状シリコン層133は、1行1列目に配置され、前記第2の柱状シリコン層134は、1行2列目に配置されることを特徴とする。この配置により、第1のコンタクト124及びコンタクト125、126、127を4角形の頂点に配置することできる。
また、素子の周囲には絶縁膜132が形成される。
また、本発明の異なる実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を図2に示す。本実施例では、半導体をシリコンとしたが、シリコン以外の半導体としてもよい。
シリコン基板201上に形成された第5の第2導電型シリコン層202と、前記シリコン層201上に形成された第3の柱状シリコン層233であって、第6の第2導電型シリコン層203と第5のボディ領域204と第7の第2導電型シリコン層205と第6の第1導電型シリコン層208と第6のボディ領域209と第7の第1導電型シリコン層210と第8の第1導電型シリコン層213と第7のボディ領域214と第9の第1導電型シリコン層215とが基板側からこの順に形成された前記第3の柱状シリコン層233と、前記第5のボディ領域204の周囲に形成された第5のゲート絶縁膜206と、前記第5のゲート絶縁膜206の周囲に形成された第5のゲート207と、 前記第6のボディ領域209の周囲に形成された第6のゲート絶縁膜211と、前記第6のゲート絶縁膜211の周囲に形成された第6のゲート212と、前記第7のボディ領域214の周囲に形成された第7のゲート絶縁膜216と、前記第7のゲート絶縁膜216の周囲に形成された第7のゲート217と、前記第7の第2導電型シリコン層205と前記第6の第1導電型シリコン層208とを接続する第2の出力端子223と、前記シリコン基板201上に形成された第4の柱状シリコン層234であって、第8の第2導電型シリコン層218と第8のボディ領域219と第9の第2導電型シリコン層220とが基板側からこの順に形成された前記第4の柱状シリコン層234と、 前記第8のボディ領域219の周囲に形成された第8のゲート絶縁膜221と、前記第8のゲート絶縁膜221の周囲に形成された第8のゲート222と、前記第2の出力端子223は前記第9の第2導電型シリコン層220に接続されるのであって、前記第5のゲート207と前記第6のゲート212とは接続され、前記第7のゲート217と前記第8のゲート222とは接続されることを特徴とする。第3の柱状シリコン層233と第4の柱状シリコン層234双方をシリコン基板上に形成することができるため、第3の柱状シリコン層233と第4の柱状シリコン層234共に基板を加工することにより得られる単結晶シリコンを用いることができる。
前記第5のゲート207と前記第6のゲート212とを接続する第2のコンタクト224を有することが好ましい。本第2のコンタクト224により、第5のゲート207と第6のゲート212とを縦方向で接続することができるため、第5のゲート207と第6のゲート212とに別々にコンタクトを形成したときと比べて面積を縮小することができる。
また、前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする。
また、前記第2の出力端子223は金属からなることが好ましい。
また、前記第2の出力端子223はシリコンであってもよい。前記第2の出力端子223をシリコンとしたとき、出力端子をシリサイド化してもよい。
また、前記第5のゲート207と前記第6のゲート212と前記第7のゲート217と前記第8のゲート222とは金属からなることが好ましい。また、金属は、窒化チタン、窒化アルミチタンが好ましい。タングステンを用いてもよい。また、第5のゲート絶縁膜206、第6のゲート絶縁膜211、第7のゲート絶縁膜216、第8のゲート絶縁膜221は、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、高誘電体膜であることが好ましい。
また、前記第9の第1導電型シリコン層215に接続された第1の接地線229と、を有することを特徴とする。
また、第2のコンタクト224には、入力の金属配線228が接続される。また、第7のゲート217は、コンタクト225、金属配線230、コンタクト227を介して第8のゲート222に接続されている。また、第2の出力配線223は、コンタクト226を介して出力の金属配線231に接続されている。
また、前記第3の柱状シリコン層233は、1行1列目に配置され、前記第4の柱状シリコン層234は、1行2列目に配置されることを特徴とする。この配置により、第2のコンタクト224及びコンタクト225、226、227を4角形の頂点に配置することできる。
また、素子の周囲には絶縁膜232が形成される。
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
例えば、上記実施例において、p型(p+型を含む。)とn型(n+型を含む。)とをそれぞれ反対の導電型とした半導体装置の製造方法、及び、それにより得られる半導体装置も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。
101.シリコン基板
102.第1の第1導電型シリコン層
103.第2の第1導電型シリコン層
104.第1のボディ領域
105.第3の第1導電型シリコン層
106.第1のゲート絶縁膜
107.第1のゲート
108.第4の第1導電型シリコン層
109.第2のボディ領域
110.第5の第1導電型シリコン層
111.第2のゲート絶縁膜
112.第2のゲート
113.第1の第2導電型シリコン層
114.第3のボディ領域
115.第2の第2導電型シリコン層
116.第3のゲート絶縁膜
117.第3のゲート
118.第3の第2導電型シリコン層
119.第4のボディ領域
120.第4の第2導電型シリコン層
121.第4のゲート絶縁膜
122.第4のゲート
123.第1の出力端子
124.第1のコンタクト
125.コンタクト
126.コンタクト
127.コンタクト
128.入力の金属配線
129.第1の電源供給線
130.金属配線
131.金属配線
132.絶縁膜
133.第1の柱状シリコン層
134.第2の柱状シリコン層
201.シリコン基板
202.第5の第2導電型シリコン層
203.第6の第2導電型シリコン層
204.第5のボディ領域
205.第7の第2導電型シリコン層
206.第5のゲート絶縁膜
207.第5のゲート
208.第6の第1導電型シリコン層
209.第6のボディ領域
210.第7の第1導電型シリコン層
211.第6のゲート絶縁膜
212.第6のゲート
213.第8の第1導電型シリコン層
214.第7のボディ領域
215.第9の第1導電型シリコン層
216.第7のゲート絶縁膜
217.第7のゲート
218.第8の第2導電型シリコン層
219.第8のボディ領域
220.第9の第2導電型シリコン層
221.第8のゲート絶縁膜
222.第8のゲート
223.第2の出力端子
224.第2のコンタクト
225.コンタクト
226.コンタクト
227.コンタクト
228.金属配線
229.第1の接地線
230.金属配線
231.金属配線
232.絶縁膜
233.第3の柱状シリコン層
234.第4の柱状シリコン層

Claims (16)

  1. 半導体基板上に形成された第1の第1導電型半導体層と、
    前記半導体層上に形成された第1の柱状半導体層であって、第2の第1導電型半導体層と第1のボディ領域と第3の第1導電型半導体層と第4の第1導電型半導体層と第2のボディ領域と第5の第1導電型半導体層と第1の第2導電型半導体層と第3のボディ領域と第2の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第1の柱状半導体層と、
    前記第1のボディ領域の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
    前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された第1のゲートと、
    前記第2のボディ領域の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
    前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された第2のゲートと、
    前記第3のボディ領域の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜と、
    前記第3のゲート絶縁膜の周囲に形成された第3のゲートと、
    前記5の第1導電型半導体層と前記第1の第2導電型半導体層とを接続する第1の出力端子と、
    前記第1の出力端子上に形成された第2の柱状半導体層であって、第3の第2導電型半導体層と第4のボディ領域と第4の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第2の柱状半導体層と、
    前記第4のボディ領域の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、
    前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された第4のゲートと、
    前記第1の出力端子は前記第3の第2導電型半導体層に接続されるのであって、
    前記第1のゲートと前記第4のゲートとは接続され、
    前記第2のゲートと前記第3のゲートとは接続されることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第2のゲートと前記第3のゲートとを接続する第1のコンタクトを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記第1の出力端子は金属からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記第1の出力端子は半導体からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  6. 前記第1のゲートと前記第2のゲートと前記第3のゲートと前記第4のゲートとは金属からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  7. 前記第2の第2導電型半導体層と前記第4の第2導電型半導体層に接続された第1の電源供給線と、を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  8. 前記第1の柱状半導体層は、1行1列目に配置され、
    前記第2の柱状半導体層は、1行2列目に配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  9. 半導体基板上に形成された第5の第2導電型半導体層と、
    前記半導体層上に形成された第3の柱状半導体層であって、第6の第2導電型半導体層と第5のボディ領域と第7の第2導電型半導体層と第6の第1導電型半導体層と第6のボディ領域と第7の第1導電型半導体層と第8の第1導電型半導体層と第7のボディ領域と第9の第1導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第3の柱状半導体層と、
    前記第5のボディ領域の周囲に形成された第5のゲート絶縁膜と、
    前記第5のゲート絶縁膜の周囲に形成された第5のゲートと、
    前記第6のボディ領域の周囲に形成された第6のゲート絶縁膜と、
    前記第6のゲート絶縁膜の周囲に形成された第6のゲートと、
    前記第7のボディ領域の周囲に形成された第7のゲート絶縁膜と、
    前記第7のゲート絶縁膜の周囲に形成された第7のゲートと、
    前記第7の第2導電型半導体層と前記第6の第1導電型半導体層とを接続する第2の出力端子と、
    前記半導体基板上に形成された第4の柱状半導体層であって、第8の第2導電型半導体層と第8のボディ領域と第9の第2導電型半導体層とが基板側からこの順に形成された前記第4の柱状半導体層と、
    前記第8のボディ領域の周囲に形成された第8のゲート絶縁膜と、
    前記第8のゲート絶縁膜の周囲に形成された第8のゲートと、
    前記第2の出力端子は前記第9の第2導電型半導体層に接続されるのであって、
    前記第5のゲートと前記第6のゲートとは接続され、
    前記第7のゲートと前記第8のゲートとは接続されることを特徴とする半導体装置。
  10. 前記第5のゲートと前記第6のゲートとを接続する第2のコンタクトを有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  11. 前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  12. 前記第2の出力端子は金属からなることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  13. 前記第2の出力端子は半導体からなることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  14. 前記第5のゲートと前記第6のゲートと前記第7のゲートと前記第8のゲートとは金属からなることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  15. 前記第9の第1導電型半導体層に接続された第1の接地線と、を有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  16. 前記第3の柱状半導体層は、1行1列目に配置され、
    前記第4の柱状半導体層は、1行2列目に配置されることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
JP2016542786A 2015-03-03 2015-03-03 半導体装置 Expired - Fee Related JP6122556B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/056247 WO2016139755A1 (ja) 2015-03-03 2015-03-03 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6122556B2 JP6122556B2 (ja) 2017-04-26
JPWO2016139755A1 true JPWO2016139755A1 (ja) 2017-04-27

Family

ID=56848572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016542786A Expired - Fee Related JP6122556B2 (ja) 2015-03-03 2015-03-03 半導体装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10026739B2 (ja)
JP (1) JP6122556B2 (ja)
WO (1) WO2016139755A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5990843B2 (ja) * 2014-07-14 2016-09-14 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドUnisantis Electronics Singapore Pte Ltd. 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
JP6970338B2 (ja) * 2017-10-03 2021-11-24 富士通株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US10804266B2 (en) * 2018-11-16 2020-10-13 International Business Machines Corporation Microelectronic device utilizing stacked vertical devices
US20230010879A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-12 Tokyo Electron Limited Vertical transistor structures and methods utilizing selective formation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0613623A (ja) * 1992-03-02 1994-01-21 Motorola Inc 半導体装置
JP2003224211A (ja) * 2002-01-22 2003-08-08 Hitachi Ltd 半導体記憶装置
JP2007250652A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Sharp Corp 半導体装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2703970B2 (ja) 1989-01-17 1998-01-26 株式会社東芝 Mos型半導体装置
JP3057661B2 (ja) 1988-09-06 2000-07-04 株式会社東芝 半導体装置
JP2950558B2 (ja) 1989-11-01 1999-09-20 株式会社東芝 半導体装置
JP5130596B2 (ja) 2007-05-30 2013-01-30 国立大学法人東北大学 半導体装置
KR102015578B1 (ko) 2012-09-11 2019-08-28 삼성전자주식회사 불휘발성 메모리 장치 및 그 형성방법
JP5990843B2 (ja) * 2014-07-14 2016-09-14 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドUnisantis Electronics Singapore Pte Ltd. 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
JP5928658B1 (ja) * 2014-08-07 2016-06-01 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドUnisantis Electronics Singapore Pte Ltd. 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
WO2016035213A1 (ja) * 2014-09-05 2016-03-10 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド 半導体装置
WO2016084205A1 (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド 柱状半導体装置と、その製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0613623A (ja) * 1992-03-02 1994-01-21 Motorola Inc 半導体装置
JP2003224211A (ja) * 2002-01-22 2003-08-08 Hitachi Ltd 半導体記憶装置
JP2007250652A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Sharp Corp 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20170271331A1 (en) 2017-09-21
US10026739B2 (en) 2018-07-17
WO2016139755A1 (ja) 2016-09-09
JP6122556B2 (ja) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6065190B2 (ja) 半導体装置
US20130181349A1 (en) Semiconductor device having through-substrate via
JP5990843B2 (ja) 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
JP6122556B2 (ja) 半導体装置
JP5670605B2 (ja) 半導体装置
JP5755757B2 (ja) 半導体装置
JP5954597B2 (ja) 半導体装置
JP5676807B1 (ja) 半導体装置
JP6427068B2 (ja) 半導体装置
JP6527831B2 (ja) 半導体装置
JP6527839B2 (ja) 半導体装置
JP6527835B2 (ja) 半導体装置
JP5917672B2 (ja) 半導体装置
WO2017077578A1 (ja) 半導体装置
JP6250210B2 (ja) 半導体装置
JP6129387B2 (ja) 半導体装置
JP5897676B2 (ja) 半導体装置
JP6082489B2 (ja) 半導体装置
JP5911948B2 (ja) 半導体装置
JP2018014514A (ja) 半導体装置
US8835996B2 (en) Integrated circuit configuration having extension conductor structure and fabricating method thereof
JP2015233113A (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170127

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: 20170327

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170331

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6122556

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees