JP5645368B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1には、本実施の形態1の半導体装置が有するFINFETQ1の要部平面図を示している。図1では、図を見やすくするために、絶縁膜などの一部の部材の記載を省略している。また、図1の要部平面図におけるA1−A1線、B1−B1線、および、C1−C1線に沿って矢印方向に見た要部断面図を図2に示している。図1、図2を用いて、本実施の形態1のFINFETQ1の構造について詳しく説明する。本実施の形態1の半導体装置が有するFINFETQ1はシリコン基板(半導体基板)1上に形成され、以下で説明する構成要素を有している。
図24には、本実施の形態2の半導体装置が有するFINFETQ3の要部断面図を示している。図示した領域は上記実施の形態1のFINFETQ1において上記図2に示した領域に該当し、その要部平面図は上記図1と同様であるとしてここでは図示しない。図24に示すFINFETQ3は、構造上、以下の点を除いて上記図1および上記図2を用いて説明したFINFETQ1と同様であり、それぞれの構成要素を有することで生じ得る効果に関しても、上述の効果と同様である。
図30には、本実施の形態3の半導体装置が有するFINFETQ4の要部断面図を示している。図示した領域は上記実施の形態1のFINFETQ1において上記図2に示した領域に該当し、その要部平面図は上記図1と同様であるとしてここでは図示しない。図30に示すFINFETQ4は、構造上、以下の点を除いて上記図1および上記図2を用いて説明したFINFETQ1と同様であり、それぞれの構成要素を有することで生じ得る効果に関しても、上述の効果と同様である。
2 絶縁層
3 チャネル層
3a チャネル側壁部(側壁部)
3b チャネル桟部(桟部)
4a ソース層
4b ドレイン層
5 サイドウォールスペーサ
6 コンタクトプラグ
7 金属シリサイド層
8 第1半導体層
9,12 キャップ酸化膜
10,16 キャップ窒化膜
11 ゲート用導体膜
13 第2半導体層
14 STI分離部
15 溝部
17 酸化シリコン膜
EG1 フロントゲート電極(第1ゲート電極)
EG2 バックゲート電極(第2ゲート電極)
IG1 フロントゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)
IG2 バックゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)
IL 層間絶縁膜
Q1,Q2,Q3,Q4 FINFET
Claims (18)
- 半導体基板に形成されたFINFETを有する半導体装置であって、
前記FINFETは、
前記半導体基板上にアーチ形状に配置された単結晶シリコンを主体とする半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層の外側の一部を覆う第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜を介して前記チャネル層を覆う第1ゲート電極と、
前記チャネル層の内側を覆う第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜を介して前記チャネル層の内部を埋め込む第2ゲート電極とを有し、
前記チャネル層は、前記半導体基板の主面に交差する方向に配置された側壁部と、前記主面に沿う方向において2つの前記側壁部間をそれらの頂上で互いに接続するようにして配置された桟部とを有するような、前記アーチ形状であり、
前記アーチ形状の前記チャネル層の内部に配置された前記第2ゲート電極は、前記第1ゲート電極をくぐるようにして配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板の主面を平面的に見て、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、互いに交差するようにして配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記FINFETは、更に、
前記チャネル層における前記アーチ形状の外側を、前記チャネル層に接した状態で覆うようにして形成されたソース層とドレイン層とを有し、
前記ソース層と前記ドレイン層とは、前記第1ゲート電極とは絶縁された状態で、前記第1ゲート電極の側方に配置され、
前記第2ゲート電極は、前記アーチ形状の前記チャネル層の内部において、前記ソース層および前記ドレイン層をくぐるようにして配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記第2ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第1ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項4記載の半導体装置において、
前記アーチ形状の前記チャネル層の膜厚は、前記側壁部の膜厚よりも、前記桟部の膜厚の方が厚いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記FINFETは、前記半導体基板のうち、前記半導体基板の主面上に形成された絶縁層上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記第2ゲート絶縁膜は、前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間にも配置され、
前記半導体基板と、前記チャネル層、前記第1ゲート電極、前記ソース層および前記ドレイン層との間にはSTI分離部が形成され、
前記半導体基板と、前記チャネル層、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記ソース層および前記ドレイン層とは、前記第2ゲート絶縁膜または前記STI分離部によって絶縁分離されていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板に形成されたFINFETを有する半導体装置であって、
前記FINFETは、
前記半導体基板上に並行平板形状に向かうようにして配置された単結晶シリコンを主体とする半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層において、互いに向かい合っていない外側の一部を覆うようにして形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜を介して前記チャネル層を覆う第1ゲート電極と、
前記チャネル層において、互いに向かい合う内側を覆う第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜を介して、互いに向かい合う前記チャネル層の内側を埋め込むようにして形成され、バックゲートとして機能する第2ゲート電極と、
を有し、
前記チャネル層は、前記半導体基板の主面に交差する方向に配置された2つの側壁部を有するような、並行平板形状であり、
前記第2ゲート電極は、前記第1ゲート電極をくぐるようにして配置され、
前記半導体装置は、
前記第2ゲート電極と電気的に接続されたコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグを介して、前記第2ゲート電極に通電する機構と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置において、
前記第1ゲート絶縁膜と前記第2ゲート絶縁膜とは、同じ材料から形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置において、
前記第2ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第1ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上にFINFETを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記FINFETを形成する工程は、
(a)最上層にシリコンゲルマニウムからなる第1半導体層を有する前記半導体基板を準備する工程と、
(b)前記第1半導体層をフィン形状に加工する工程と、
(c)前記フィン形状の前記第1半導体層を覆うようにして、チャネル層を形成する工程と、
(d)前記チャネル層に覆われた前記第1半導体層を除去する工程と、
(e)前記チャネル層の外側の一部を覆うようにして第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(f)前記第1ゲート絶縁膜を介して前記チャネル層を覆うようにして第1ゲート電極を形成する工程と、
(g)前記チャネル層の内側を覆うようにして第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記第2ゲート絶縁膜を介して前記チャネル層の内部を埋め込むようにして第2ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記(d)工程によって、前記チャネル層は、前記半導体基板の主面に交差する方向に配置された側壁部と、前記主面に沿う方向において2つの前記側壁部間をそれらの頂上で互いに接続するようにして配置された桟部とを有するようなアーチ形状となるように加工し、
前記(f)〜前記(h)工程によって、前記第2ゲート電極は、前記チャネル層の前記アーチ形状の内部において、前記第1ゲート電極をくぐるようにして形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、前記フィン形状の前記第1半導体層を覆うようにして、エピタキシャル成長法によって単結晶シリコンを結晶成長させることで、前記チャネル層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)〜前記(h)工程では、前記半導体基板の主面を平面的に見て、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、互いに交差するようにして形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記FINFETを形成する工程は、前記(h)工程の後に、更に、
(i)前記チャネル層における前記アーチ形状の外側に、前記チャネル層に接した状態で覆うようにして、ソース層とドレイン層とを形成する工程を有し、
前記(i)工程では、前記ソース層と前記ドレイン層とは、前記第1ゲート電極とは絶縁された状態で、前記第1ゲート電極の側方に配置されるようにして形成し、
前記(h)および(i)工程によって、前記第2ゲート電極は、前記アーチ形状の前記チャネル層の内部において、前記ソース層および前記ドレイン層をくぐるようにして形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)および前記(g)工程では、前記第2ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第1ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚くなるようにして、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程は、前記(d)工程後、前記(e)工程前に施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記FINFETを形成する工程は、前記(a)工程の後であって前記(b)工程の前に、更に、
(j)前記第1半導体層を覆うようにして、前記単結晶シリコンからなる第2半導体層を形成する工程を有し、
前記(b)工程では、前記第1半導体層とともに前記第2半導体層も加工することで、前記フィン形状の前記第1半導体層の頂上部を覆うようにして、前記第2半導体層を配置し、
前記(c)工程では、前記フィン形状の前記第1半導体層の頂上部では、前記第2半導体層をも覆うようにして前記チャネル層を形成し、
前記アーチ形状の前記チャネル層の膜厚は、前記第2半導体層を配置した分、前記側壁部の膜厚よりも、前記桟部の膜厚の方が厚くなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程では、最上層の前記第1半導体層の下層に絶縁層が配置された前記半導体基板を準備し、
前記FINFETは、前記半導体基板のうち、前記絶縁層上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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