JP3397272B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、ゲート電極への電
圧の印加によってチャネルの形成を制御する電界効果ト
ランジスタの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、二重ゲート構造の電界効果トラ
ンジスタを示している。この電界効果トランジスタで
は、半導体層11のn- 型、p- 型またはi型のチャネ
ル領域12の両側にn型またはp型のソース/ドレイン
領域13a、13bが形成されており、ゲート絶縁層1
4a、14bを介してチャネル領域12の上下両面にゲ
ート電極15a、15bが設けられている。
【0003】この様な電界効果トランジスタを製造する
ために、従来は、所謂ラテラル固相エピタキシャル成長
によってゲート絶縁層14a上に半導体層11をエピタ
キシャル成長させたり、2枚のウェハの貼り合わせや研
削等によってゲート絶縁層14a上に半導体層11を形
成したりしていた。
【0004】図7に示した電界効果トランジスタでは、
両方のゲート電極15a、15bからチャネル領域12
に電界を及ぼすことができるので、単一ゲート構造に比
べて、チャネル領域12で誘起されるキャリア数が多く
て電流駆動能力及び相互コンダクタンスが高く、ソース
/ドレイン領域13a、13b間におけるパンチスルー
も生じない。
【0005】また、ゲート電極15a、15bを互いに
独立に動作させ、例えばこれらのゲート電極15a、1
5bの一方でチャネル領域12にバイアスを印加するこ
とによって、チャネル領域12に不純物を導入しなくて
も種々の特性を容易に実現することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電界効果トラ
ンジスタの微細化に伴って電源電圧も低下してきている
ので、図7に示した二重ゲート構造の電界効果トランジ
スタでも、電流駆動能力及び相互コンダクタンスが十分
ではなくなってきている。
【0007】また、ラテラル固相エピタキシャル成長に
よってゲート絶縁層14a上に半導体層11を形成する
従来の方法では、この半導体層11の結晶性が劣ってい
るので、キャリア移動度が高くて動作が高速な電界効果
トランジスタを製造することが困難であった。
【0008】これに対して、2枚のウェハの貼り合わせ
や研削等によってゲート絶縁層14a上に半導体層11
を形成する従来の方法では、この半導体層11の結晶性
が優れているので、キャリア移動度が高くて動作が高速
な電界効果トランジスタを製造することができるが、2
枚のウェハが必要なために製造コストが高かった。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の電界効果トラ
ンジスタの製造方法は、半導体基体の深さ方向に互いに
接しており相対的に深い位置に埋め込まれた第1のゲー
ト電極と相対的に浅い位置に埋め込まれた第1のゲート
絶縁層とを前記半導体基体中へのイオン注入で形成する
工程と、前記半導体基体のうちで前記第1のゲート電極
上を通過して延びる柱状部を残して前記第1のゲート絶
縁層の深さまで前記半導体基体を削除する工程と、前記
柱状部の露出面に第2のゲート絶縁層を形成する工程
と、前記柱状部のうちで前記第1のゲート電極上の部分
の少なくとも2つの面における前記第2のゲート絶縁層
に接する第2のゲート電極を形成する工程とを具備する
ことを特徴としている。
【0010】請求項2の電界効果トランジスタの製造方
法は、請求項1の電界効果トランジスタの製造方法にお
いて、前記半導体基体中への不純物のイオン注入で形成
した不純物層を前記第1のゲート電極にし、前記半導体
基体中への酸素のイオン注入で形成した半導体酸化物層
を前記ゲート絶縁層にすることを特徴としている。
【0011】請求項3の電界効果トランジスタの製造方
法は、請求項1の電界効果トランジスタの製造方法にお
いて、前記第2のゲート電極のうちで少なくとも1つの
前記面に対向する部分を他の前記面に対向する部分から
分離する工程を具備することを特徴としている。
【0012】
【作用】請求項1、2の電界効果トランジスタの製造方
法では、活性領域が形成されるべき柱状部の少なくとも
3つの面に対してゲート電極を形成しているので、単一
ゲート構造や二重ゲート構造に比べて、チャネル領域で
誘起されるキャリア数が多く、配線の自由度も多い電界
効果トランジスタを製造することができる。
【0013】しかも、半導体基体中へのイオン注入で半
導体基体中に埋め込まれたゲート電極及びゲート絶縁層
を形成し、この半導体基体を削除することによって、活
性領域が形成されるべき柱状部を形成しているので、こ
の柱状部の少なくとも3つの面に対してゲート電極を形
成しているにも拘らず、結晶性の優れた活性領域を有す
る電界効果トランジスタを1枚のウェハで製造すること
ができる。
【0014】請求項3の電界効果トランジスタの製造方
法では、電界効果トランジスタの活性領域が形成される
べき柱状部を形成した後に形成するゲート電極を少なく
とも2つに分離しているので、互いに独立に動作する少
なくとも3つのゲート電極を有する電界効果トランジス
タを製造することができる。
【0015】
【実施例】以下、MOSトランジスタの製造に適用した
本願の発明の第1〜第4実施例を、図1〜6を参照しな
がら説明する。図1〜3が、第1実施例を示している。
この第1実施例では、図1(a)に示す様に、まず、活
性領域下に形成すべきゲート電極のパターンにSi基体
21上でレジスト22を加工する。
【0016】その後、レジスト22をマスクにして不純
物23をイオン注入して、Si基体21中に埋め込まれ
た不純物層24を形成する。そして、再びレジスト22
をマスクにして酸素25をイオン注入して、Si基体2
1中で且つ不純物層24上にSiO2 層26を形成す
る。
【0017】次に、図1(b)に示す様に、Si基体2
1上で活性領域のパターンにレジスト27を加工する。
そして、このレジスト27をマスクにしたSi基体21
に対するRIEで、図1(b)中の一点鎖線つまりSi
2 層26の深さまで、Si基体21をエッチングす
る。
【0018】次に、図1(c)に示す様に、レジスト2
7を除去して、0.1〜0.2μm程度の高さの柱状部
31をSi基体21に形成する。そして、図2(a)に
示す様に、柱状部31を含むSi基体21の表面に熱酸
化でSiO2 層32を形成した後、柱状部31の表面以
外のSiO2 層32を除去する。
【0019】次に、図2(b)(c)に示す様に、全面
に堆積させた多結晶Si層33をパターニングして、柱
状部31上及び柱状部31の周囲にのみ多結晶Si層3
3を残す。そして、図3(a)に示す様に、柱状部31
上及び柱状部31の側面に形成すべきゲート電極上を覆
って延びるパターンに多結晶Si層33上及びSi基体
21上でレジスト34を加工する。
【0020】次に、図3(b)に示す様に、レジスト3
4をマスクにしたRIEを多結晶Si層33に施し、同
じレジスト34をマスクした不純物のイオン注入で柱状
部31に不純物層35a、35bを形成する。その後、
図3(c)に示す様に、レジスト34を除去し、更に、
従来公知の工程を経て、このMOSトランジスタを完成
させる。
【0021】以上の様な第1実施例で製造したMOSト
ランジスタでは、柱状部31が活性領域になっており、
不純物層35a、35bがソース/ドレイン領域になっ
ており、柱状部31のうちで不純物層35a、35b同
士の間の部分がチャネル領域になっている。また、Si
2 層26、32がゲート絶縁層になっており、不純物
層24及び多結晶Si層33がゲート電極になってお
り、従って、チャネル領域の周囲の4面をゲート電極が
取り囲んでいる。
【0022】図4が、第2実施例を示している。この第
2実施例でも、図4(a)に示す様に、多結晶Si層3
3のパターニング及び不純物層35a、35bの形成に
用いたレジスト34を除去するまでは、上述の第1実施
例と実質的に同様の工程を実行する。しかし、この第2
実施例では、その後、柱状部31の幅を有するパターン
に柱状部31上の多結晶Si層33上でレジスト36を
加工する。
【0023】次に、図4(b)(c)に示す様に、レジ
スト36をマスクにしたRIEを多結晶Si層33に施
して、柱状部31の一方の側面の多結晶Si層33aと
柱状部31上の多結晶Si層33bと柱状部31の他方
の側面の多結晶Si層33cとに、多結晶Si層33を
分離する。その後は、再び、従来公知の工程を経て、こ
のMOSトランジスタを完成させる。
【0024】以上の様な第2実施例で製造したMOSト
ランジスタでは、不純物層24及び多結晶Si層33a
〜33cがゲート電極になっており、チャネル領域の周
囲の4面をゲート電極が取り囲んでいるが、これらの4
面に対応しているゲート電極は総て互いに分離されてい
る。
【0025】図5が、第3実施例で製造したMOSトラ
ンジスタを示している。この第3実施例は、柱状部31
上に多結晶Si層33bを形成しないことを除いて、上
述の第2実施例と実質的に同様の工程を実行する。この
様な第3実施例では、多結晶Si層33bを形成しない
分だけ層間絶縁膜等の平坦化が容易である。
【0026】図6が、第4実施例で製造したMOSトラ
ンジスタを示している。この第4実施例は、柱状部31
の他方の側面に多結晶Si層33cを形成しないことを
除いて、上述の第2実施例と実質的に同様の工程を実行
する。この様な第4実施例では、多結晶Si層33cを
形成しない分だけMOSトランジスタの占有面積を小さ
くして高集積化を図ることができる。
【0027】なお、以上の第1〜第4実施例の何れにお
いても、Si基体21中へ酸素25をイオン注入して形
成したSiO2 層26と、柱状部31の表面を熱酸化し
て形成したSiO2 層32とをゲート絶縁層とするMO
Sトランジスタを製造したが、例えば、Si基体21中
へ窒素をイオン注入して形成したSiN層と、柱状部3
1の表面を熱窒化して形成したSiN層とをゲート絶縁
層とする電界効果トランジスタを製造することもでき
る。
【0028】
【発明の効果】請求項1、2の電界効果トランジスタの
製造方法では、単一ゲート構造や二重ゲート構造に比べ
て、チャネル領域で誘起されるキャリア数が多い電界効
果トランジスタを製造することができるので、電流駆動
能力及び相互コンダクタンスが高い電界効果トランジス
タを製造することができる。
【0029】また、単一ゲート構造や二重ゲート構造に
比べて、配線の自由度も多い電界効果トランジスタを製
造することができるので、複雑な配線の形成に有利であ
り、集積回路装置の微細化、高集積化に好都合な電界効
果トランジスタを製造することもできる。
【0030】しかも、活性領域が形成されるべき柱状部
の少なくとも3つの面に対してゲート電極を形成してい
るにも拘らず、結晶性の優れた活性領域を有する電界効
果トランジスタを1枚のウェハで製造することができる
ので、キャリア移動度が高くて動作が高速な電界効果ト
ランジスタを低コストで製造することができる。
【0031】請求項3の電界効果トランジスタの製造方
法では、互いに独立に動作する少なくとも3つのゲート
電極を有する電界効果トランジスタを製造することがで
きるので、ゲート電圧の制御性の自由度が多くて、複雑
な制御を必要とする集積回路装置の形成に有利な電界効
果トランジスタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】MOSトランジスタを製造する本願の発明の第
1実施例における初期の工程を順次に示す正面断面図で
ある。
【図2】第1実施例における中期の工程を順次に示して
おり、(a)(b)は正面断面図、(c)は(b)の状
態の平面図である。
【図3】第1実施例における終期の工程を順次に示して
おり、(a)(b)は平面図、(c)は正面断面図であ
る。
【図4】MOSトランジスタを製造する本願の発明の第
2実施例における工程の一部を順次に示しており、
(a)(b)は正面断面図、(c)は(b)の状態の平
面図である。
【図5】本願の発明の第3実施例で製造したMOSトラ
ンジスタの正面断面図である。
【図6】本願の発明の第4実施例で製造したMOSトラ
ンジスタを示しており、(a)は正面断面図、(b)は
平面図である。
【図7】本願の発明の一従来例で製造したMOSトラン
ジスタの側面断面図である。
【符号の説明】
21 Si基体 23 不純物 24 不純物層 25 酸素 26 SiO2 層 31 柱状部 33 多結晶Si層 33a 多結晶Si層 33b 多結晶Si層 33c 多結晶Si層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基体の深さ方向に互いに接してお
    り相対的に深い位置に埋め込まれた第1のゲート電極と
    相対的に浅い位置に埋め込まれた第1のゲート絶縁層と
    を前記半導体基体中へのイオン注入で形成する工程と、 前記半導体基体のうちで前記第1のゲート電極上を通過
    して延びる柱状部を残して前記第1のゲート絶縁層の深
    さまで前記半導体基体を削除する工程と、 前記柱状部の露出面に第2のゲート絶縁層を形成する工
    程と、 前記柱状部のうちで前記第1のゲート電極上の部分の少
    なくとも2つの面における前記第2のゲート絶縁層に接
    する第2のゲート電極を形成する工程とを具備すること
    を特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体基体中への不純物のイオン注
    入で形成した不純物層を前記第1のゲート電極にし、 前記半導体基体中への酸素のイオン注入で形成した半導
    体酸化物層を前記ゲート絶縁層にすることを特徴とする
    請求項1記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2のゲート電極のうちで少なくと
    も1つの前記面に対向する部分を他の前記面に対向する
    部分から分離する工程を具備することを特徴とする請求
    項1記載の電界効果トランジスタの製造方法。
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