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JP2005116981A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2005116981A
JP2005116981A JP2003352840A JP2003352840A JP2005116981A JP 2005116981 A JP2005116981 A JP 2005116981A JP 2003352840 A JP2003352840 A JP 2003352840A JP 2003352840 A JP2003352840 A JP 2003352840A JP 2005116981 A JP2005116981 A JP 2005116981A
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field effect
semiconductor device
effect transistor
insulated gate
film
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Application number
JP2003352840A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsutada Horiuchi
勝忠 堀内
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】 SOI基板に形成される絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(SOIIGFET)の性能を向上させる。
【解決手段】 n型IGFET(Tn)およびp型IGFET(Tp)は、支持基板1と、支持基板1上に形成された埋込み酸化膜2と、埋込み酸化膜2上に形成された埋込みシリコン膜12と、埋込みシリコン膜12上に形成された埋込みゲート絶縁膜10と、埋込みゲート絶縁膜10上に形成された単結晶シリコン薄膜3とからなる基板に形成される。n型IGFET(Tn)のn型ソース拡散層6およびn型n型ドレイン拡散層7と、p型IGFET(Tp)のp型ソース拡散層8およびn型n型ドレイン拡散層9とは、単結晶シリコン薄膜3に形成され、ゲート電極5は、単結晶シリコン薄膜3の上部にゲート絶縁膜4を介して形成される。ゲート電極5の下部の埋込みシリコン膜12には、高濃度不純物の選択的導入による埋込みゲート電極を形成しない。
【選択図】 図11
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance of an insulated gate field effect transistor (SOIIGFET) formed on an SOI substrate.
An n-type IGFET (Tn) and a p-type IGFET (Tp) include a support substrate 1, a buried oxide film 2 formed on the support substrate 1, and a buried silicon film formed on the buried oxide film 2. 12, a buried gate insulating film 10 formed on the buried silicon film 12, and a single crystal silicon thin film 3 formed on the buried gate insulating film 10. The n-type source diffusion layer 6 and the n-type n-type drain diffusion layer 7 of the n-type IGFET (Tn) and the p-type source diffusion layer 8 and the n-type n-type drain diffusion layer 9 of the p-type IGFET (Tp) are Formed on the crystalline silicon thin film 3, the gate electrode 5 is formed on the single crystal silicon thin film 3 via the gate insulating film 4. No buried gate electrode is formed in the buried silicon film 12 below the gate electrode 5 by selectively introducing a high concentration impurity.
[Selection] FIG.

Description

本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置に関し、特に、絶縁膜上の半導体薄膜に設けられた絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having an insulated gate field effect transistor, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having an insulated gate field effect transistor provided in a semiconductor thin film on an insulating film.

支持基板とこの支持基板上に絶縁膜を介して設けられた薄い単結晶薄膜(SOI(Silicon On Insulator)と称される)に形成された絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、SOIIGFETと称する)が公知である。   An insulating gate type field effect transistor (hereinafter referred to as SOIIGFET) formed on a supporting substrate and a thin single crystal thin film (referred to as SOI (Silicon On Insulator)) provided on the supporting substrate via an insulating film is provided. It is known.

また、上記SOIIGFETにおいて、チャネル領域下部のゲート電極と対向する位置に第二のゲート絶縁膜を介して埋込みゲート電極を設けた所謂ダブルゲート構造の絶縁ゲート型電界効果トランジスタも公知であり、図2にその断面構造を示す。図中の符号100は支持基板、101は埋込み酸化膜、110は単結晶シリコン膜、102は埋込みゲート電極、103は埋込みゲート絶縁膜、104はゲート絶縁膜、105はゲート電極、106はソース拡散層、107はドレイン拡散層、108は素子分離溝である。   In addition, in the above SOIIGFET, a so-called double gate structure insulated gate field effect transistor is also known in which a buried gate electrode is provided via a second gate insulating film at a position facing the gate electrode below the channel region. Shows the cross-sectional structure. In the figure, reference numeral 100 denotes a supporting substrate, 101 denotes a buried oxide film, 110 denotes a single crystal silicon film, 102 denotes a buried gate electrode, 103 denotes a buried gate insulating film, 104 denotes a gate insulating film, 105 denotes a gate electrode, and 106 denotes source diffusion. Reference numeral 107 denotes a drain diffusion layer, and reference numeral 108 denotes an element isolation trench.

上記ダブルゲート構造は、トランジスタの理想構造とされており、ゲート電極105と埋込みゲート電極102とを電気的に同電位に接続することにより、チャネル領域が上下両方向から制御されるため、単結晶シリコン膜110が十分に薄ければ、チャネルポテンシャルも矩形形状で近似でき、駆動電流も2倍以上となることが理論的に予測されている。なお、ダブルゲート構造のトランジスタに関しては、例えば特開2001−284596号公報(特許文献1)などに記載がある。
特開2001−284596号公報
The double gate structure is an ideal structure of a transistor, and the channel region is controlled from both the upper and lower directions by electrically connecting the gate electrode 105 and the buried gate electrode 102 to the same potential. It is theoretically predicted that if the film 110 is sufficiently thin, the channel potential can be approximated by a rectangular shape, and the drive current will be twice or more. Note that a double gate transistor is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-284596 (Patent Document 1).
JP 2001-284596 A

上記ダブルゲート構造のトランジスタを含めたSOIIGFETにおいて、単結晶シリコン膜が十分に薄く、かつチャネル領域に導入される不純物が極端に低濃度である構成は、完全空乏型と称されており、蓄積状態を有しないために、パンチスルー経路が生じ難い特徴を有している。   In the SOI II FET including the above-mentioned double gate transistor, the structure in which the single crystal silicon film is sufficiently thin and the impurity introduced into the channel region is extremely low in concentration is called a fully depleted type, and the accumulation state Therefore, the punch-through path is difficult to occur.

従って、今後の超微細IGFETは、通常の半導体基板からSOI基板に形成することが必須とされている。これは、通常の半導体基板による超微細IGFETでは、半導体基板領域に必然的に蓄積領域および中性領域が反転層に隣接して存在するため、この蓄積領域等を介したパンチスルー電流を解消するために基板の不純物濃度を上昇させる必要が生じるが、ゲート長が50nm以下の超微細IGFETにおいては、要求されるその最大不純物濃度は5×1018/cm3以上となる。この状態では、ゲート電界に起因するドレイン漏洩電流(GIDL)およびバンド−バンド間トンネル電流によるドレイン基板間漏洩電流が無視できなくなってしまうためである。 Therefore, it is essential that future ultrafine IGFETs be formed from a normal semiconductor substrate to an SOI substrate. This is because, in an ultra-fine IGFET using a normal semiconductor substrate, the accumulation region and the neutral region are necessarily adjacent to the inversion layer in the semiconductor substrate region, so that the punch-through current through this accumulation region is eliminated. Therefore, it is necessary to increase the impurity concentration of the substrate. However, in the ultrafine IGFET having a gate length of 50 nm or less, the required maximum impurity concentration is 5 × 10 18 / cm 3 or more. This is because the drain leakage current (GIDL) caused by the gate electric field and the drain-substrate leakage current due to the band-to-band tunneling current cannot be ignored in this state.

完全空乏型ダブルゲートSOIIGFETは、上記した漏洩電流の問題を解消し、かつ大駆動電流化も可能な超微細IGFETとして理想の構造であるが、未だ超微細IGFETは、実用化に至っていない。   The fully-depleted double gate SOIIGFET has an ideal structure as an ultrafine IGFET that can solve the above-described problem of leakage current and can be increased in driving current, but the ultrafine IGFET has not yet been put into practical use.

従来公知のダブルゲートSOIIGFETは、種々の製造方法が提案されている。本発明者らにより提案された手法においては、前記図2に示した埋込みゲート電極102を単結晶シリコン膜110に不純物を高濃度にイオン注入して形成した低抵抗拡散層で構成し、ゲート電極105と電気的に接続させている。   Various manufacturing methods have been proposed for conventionally known double gate SOIIGFETs. In the technique proposed by the present inventors, the buried gate electrode 102 shown in FIG. 2 is composed of a low resistance diffusion layer formed by ion-implanting impurities at a high concentration into the single crystal silicon film 110, and the gate electrode 105 is electrically connected.

また、公知のダブルゲートSOIIGFETは、埋込みゲート電極102を構成する低抵抗拡散層を、埋込みゲート絶縁膜103および単結晶シリコン膜110を貫通する加速エネルギーを用いた不純物のイオン注入で形成している。しかし、このような高エネルギーのイオン注入では、貫通領域における結晶損傷やイオン注入装置内におけるイオンビーム経路隔壁からのスパッタリング現象に基づく汚染物質の試料表面近傍部分への付着(ビームライン汚染と称され、注入量の1×10-3倍程度の不純物が試料に導入される)などが現状技術では回避できず、これらが原因となって良品歩留まりの低下が回避できなかった。 Further, in the known double gate SOIIGFET, the low resistance diffusion layer constituting the buried gate electrode 102 is formed by ion implantation of impurities using acceleration energy penetrating the buried gate insulating film 103 and the single crystal silicon film 110. . However, in such high-energy ion implantation, contaminants adhere to the vicinity of the sample surface (referred to as beamline contamination) due to crystal damage in the penetration region or sputtering phenomenon from the ion beam path partition in the ion implantation apparatus. In other words, the present technology cannot avoid the introduction of impurities of about 1 × 10 −3 times the injection amount), and it has been impossible to avoid a decrease in the yield of good products.

また、ダブルゲートSOIIGFETの微細化に伴い、ゲート電極と埋込みゲート電極との電気的接続の困難性が飛躍的に増大する。ゲート電極の微細化に伴って、埋込みゲート電極も同一寸法で自己整合の関係で微細化と位置合わせを実施することも、寄生容量低減の観点から要求される。微細化された埋込みゲート電極を高濃度イオン注入により形成するためには注入阻止マスクの微細化で対応するが、微細化に伴って注入阻止マスクの側壁の影響が増大し、注入阻止マスク下部における相対的な回り込み量が増大する。これは相対的に埋込みゲート電極のゲート長増大に相当し、寄生容量の増大をもたらす。   Further, along with the miniaturization of the double gate SOIIGFET, the difficulty of electrical connection between the gate electrode and the buried gate electrode increases dramatically. With the miniaturization of the gate electrode, it is also required from the viewpoint of reducing the parasitic capacitance that the embedded gate electrode is also miniaturized and aligned in a self-aligned relationship with the same dimensions. In order to form a miniaturized buried gate electrode by high-concentration ion implantation, it is possible to reduce the size of the implantation blocking mask. However, with the miniaturization, the influence of the sidewall of the implantation blocking mask increases, so The relative wraparound amount increases. This relatively corresponds to an increase in the gate length of the buried gate electrode and causes an increase in parasitic capacitance.

さらに、イオン注入法を用いて埋込みゲート電極を形成する場合は、注入された不純物がガウス分布近似の深さ方向分布を有するため、埋込みゲート絶縁膜に隣接する領域の不純物濃度を十分に高濃度化させ、埋込みゲート電極の空乏化を抑止しようとすると、不可避的に不純物が埋込みゲート絶縁膜中および単結晶シリコン膜中にも高濃度に分布してしまう。また、注入された不純物は、その後の製造工程における熱処理の影響によって所望領域外にも拡散し、寄生容量の増大をもたらすことも避けられない。単結晶シリコン膜中への不純物拡散は完全空乏型動作に反するように作用し、根本的な矛盾を生じる。   Furthermore, when the buried gate electrode is formed using the ion implantation method, the implanted impurity has a depth direction distribution similar to a Gaussian distribution, so that the impurity concentration in the region adjacent to the buried gate insulating film is sufficiently high. If an attempt is made to suppress depletion of the buried gate electrode, impurities are inevitably distributed at a high concentration in the buried gate insulating film and the single crystal silicon film. In addition, the implanted impurities are inevitably diffused outside the desired region due to the influence of heat treatment in the subsequent manufacturing process, resulting in an increase in parasitic capacitance. Impurity diffusion into the single crystal silicon film acts against the fully depleted operation and causes a fundamental contradiction.

さらに、完全空乏型SOIIGFETのしきい値電圧は、原理的にゲート電極と埋込みゲート電極の各々の仕事関数のみにより決定されるので、通常の半導体基板に製造されるIGFETのように、半導体基板中への任意量のイオン注入によってしきい値電圧を制御する手法が適用できないという問題がある。例えば複数の完全空乏型SOIIGFETにおいて、それらのしきい値電圧をそれぞれ所望値に設計するためには、IGFETごとに異なるゲート材料を用いて製造せねばならないが、これは現実的には不可能である。   Furthermore, since the threshold voltage of a fully depleted SOI IIFET is principally determined only by the work function of each of the gate electrode and the buried gate electrode, it can be formed in a semiconductor substrate like an IGFET manufactured on a normal semiconductor substrate. There is a problem that a method for controlling the threshold voltage by an arbitrary amount of ion implantation into the electrode cannot be applied. For example, in order to design each of the threshold voltages of a plurality of fully depleted SOIIGFETs to a desired value, each IGFET must be manufactured using a different gate material, which is impossible in practice. is there.

本発明の第一の目的は、超微細IGFETとして理想の構造とされるダブルゲートSOIIGFETの製法に起因する困難性を回避し、現在の半導体装置製造技術でも良品歩留まり良く、完全空乏型SOIIGFETの更なる性能向上を可能とする構造を提供することである。   The first object of the present invention is to avoid the difficulty caused by the manufacturing method of a double gate SOIIGFET, which is an ideal structure as an ultrafine IGFET, and to improve the yield of good products even in the current semiconductor device manufacturing technology. It is to provide a structure capable of improving the performance.

本発明が第二の目的は、ダブルゲートSOIIGFETにおけるゲート電極と埋込みゲート電極6の電気的接続に関する諸問題を解消する技術を提供することにある。   The second object of the present invention is to provide a technique for solving various problems related to the electrical connection between the gate electrode and the buried gate electrode 6 in the double gate SOIIGFET.

本発明の第三の目的は、ダブルゲート型SOIIGFETの埋込みゲート電極を高濃度イオン注入法で形成する従来技術の本質的諸問題を原理的に解消し、完全空乏型SOIIGFETの更なる性能向上を可能とする新構造を提供することにある。   The third object of the present invention is to solve in principle the essential problems of the prior art in which the buried gate electrode of the double gate type SOIIIFET is formed by high concentration ion implantation, and to further improve the performance of the fully depleted type SOIIIFET. It is to provide a new structure that can be made possible.

本発明の第四の目的は、従来の完全空乏型SOIIGFETにおけるしきい値電圧制御に関する根本的な問題を解消する手段を提供し、同一基板内の隣接するIGFETにおいてもゲート材料を変更することなく、完全空乏型の特性を維持したままで任意のしきい値電圧を設定し得る新構造を提供することである。   The fourth object of the present invention is to provide a means for solving the fundamental problem concerning the threshold voltage control in the conventional fully depleted SOIIGFET, and without changing the gate material even in the adjacent IGFET in the same substrate. An object of the present invention is to provide a new structure capable of setting an arbitrary threshold voltage while maintaining a fully depleted type characteristic.

本発明の他の目的は、半導体物性を制御することにより移動度向上させる手法、例えばシリコン単結晶の格子定数を改変するごとき歪を付与する手法を用いた完全空乏型SOIIGFETにおいて、ダブルゲート構造の如きトランジスタ構造との組合せを可能にすることによる更なる高性能化の概念が従来提案されていなかった事実に対応することである。すなわち、歪シリコン薄膜を有する完全空乏型SOIIGFETにおいて、シリコン単結晶の格子定数を改変した状態を維持したまま更なる高性能化を可能とする新構造を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a double-gate structure in a fully depleted SOI IIFET using a technique for improving mobility by controlling semiconductor physical properties, for example, a technique for imparting strain such as modifying the lattice constant of a silicon single crystal. The concept of further improving the performance by enabling the combination with such a transistor structure corresponds to the fact that has not been proposed previously. That is, it is an object of the present invention to provide a new structure capable of further improving the performance of a fully depleted SOIIGFET having a strained silicon thin film while maintaining a state in which the lattice constant of a silicon single crystal is modified.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の半導体装置を構成するIGFETは、支持基板と、前記支持基板上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1半導体膜と、前記第1半導体膜上に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成された第2半導体膜とを含む半導体基板の前記第2半導体膜にソース、ドレインを形成し、前記ソース、ドレインの間の前記第2半導体膜上に第3絶縁膜を介してゲート電極を形成したもので、ゲート電極の下部の第1半導体膜内には高濃度不純物の選択的導入による埋込みゲート電極を形成しない。   The IGFET constituting the semiconductor device of the present invention includes a support substrate, a first insulating film formed on the support substrate, a first semiconductor film formed on the first insulating film, and the first semiconductor film. A source and a drain are formed in the second semiconductor film of a semiconductor substrate including a second insulating film formed thereon and a second semiconductor film formed on the second insulating film, and the source and drain are formed A gate electrode is formed on the second semiconductor film via a third insulating film, and a buried gate electrode by selective introduction of a high concentration impurity is not formed in the first semiconductor film below the gate electrode.

本発明に基づくSOIIGFETの動作原理を図1の等価回路図を用いて説明する。なお、図1は相補型SOIIGFETについて記載してあるが、理解を容易にするために、図の左側のn型IGFETのみに着目する。すなわち、T1N、T2N、およびC1の領域に着目する。左半分のp型IGFETに関しても導通・非導通の関係が逆になるだけで原理的には全く同様の作用が期待される。 The operation principle of the SOIIGFET according to the present invention will be described with reference to the equivalent circuit diagram of FIG. Although FIG. 1 shows the complementary SOIIGFET, in order to facilitate understanding, only the n-type IGFET on the left side of the figure is focused. That is, attention is focused on the T 1N , T 2N , and C 1 regions. For the left half p-type IGFET, in principle, exactly the same operation is expected only when the conduction / non-conduction relationship is reversed.

図において、T1Nは薄い半導体薄膜に構成された完全空乏型SOIIGFETを示し、C1はT1Nの基板端子に直列接続された容量素子を示しており、前述した多層構造SOI基板における埋込み半導体膜上に構成された薄い絶縁膜に基づく絶縁膜容量素子である。T2Nは支持基板から絶縁膜で分離された埋込み半導体膜内に等価的に構成された補助トランジスタを示しているが、絶縁膜容量素子C1と電気的に直列接続されるソース端子にはソース拡散層に対応する高濃度拡散層、またはPN接合は敢えて導入しない。ソース拡散層の導入は前述した課題そのものである。なお、ソース拡散層を導入しない構造におけるトランジスタ動作はPlummer等により"I-MOS: A Novel Semiconductor Device with a Subthreshold Slope lower than kT/q"と題して、2002 International Electron Devices Meeting、 289-292ページで理論的実験的に検証されている。 In the figure, T 1N represents a fully depleted SOIIGFET configured as a thin semiconductor thin film, C 1 represents a capacitive element connected in series to the substrate terminal of T 1N , and the embedded semiconductor film in the multilayer SOI substrate described above It is an insulating film capacitive element based on the thin insulating film comprised above. T 2N represents an auxiliary transistor equivalently configured in a buried semiconductor film separated from the support substrate by an insulating film, but the source terminal electrically connected in series with the insulating film capacitor element C 1 has a source A high concentration diffusion layer corresponding to the diffusion layer or a PN junction is not intentionally introduced. The introduction of the source diffusion layer is the aforementioned problem itself. The transistor operation in the structure without introducing the source diffusion layer is titled “I-MOS: A Novel Semiconductor Device with a Subthreshold Slope lower than kT / q” by Plimmer et al., 2002 International Electron Devices Meeting, pages 289-292. It has been verified theoretically and experimentally.

図1の等価回路において、T2Nのゲート電極端子はT1Nのドレイン拡散層に接続されている。これはT1Nの薄い半導体薄膜に構成された高濃度ドレイン拡散層をゲート電極として作用させ、その下部に存在する薄い絶縁膜をゲート絶縁膜とし埋込み半導体膜表面領域をチャネルとする等価的に構成された補助トランジスタの動作機構を表している。入力端子INはT1Nのゲート電極、およびT2NとC1を介してT1Nの基板端子に接続されている。T1Nを導通状態にする入力IN電位を“1”、非導通状態にする入力IN電位を“0”と定義する。 In the equivalent circuit of FIG. 1, the gate electrode terminal of T 2N is connected to the drain diffusion layer of T 1N . This is an equivalent configuration in which a high-concentration drain diffusion layer formed in a thin T 1N semiconductor thin film acts as a gate electrode, a thin insulating film existing below the gate insulating film serves as a gate insulating film, and a buried semiconductor film surface region serves as a channel. The operation mechanism of the auxiliary transistor is shown. An input terminal IN is connected to the substrate terminal of the T 1N via a T gate electrode of 1N and T 2N and C 1,. The input IN potential that makes T 1N conductive is defined as “1”, and the input IN potential that makes nonconductive is defined as “0”.

入力IN電位、および出力端子OUT電位が何れも“1”状態の時、T2Nも導通状態となり、T1Nの基板端子はC1を介して“1”状態となる。すなわち、T1Nの閾電圧は低下し、導通電流をさらに増大させるように作用する。この作用はダブルゲート構造と同一である。等価回路的観点からのダブルゲート構造との根本的な相違点はダブルゲート構造が入力IN電位が直接C1を介してT1Nの基板端子に印加されるのに対して、本発明構造においてはT2Nを介して印加される点である。 When the input IN potential and the output terminal OUT potential are both “1”, T 2N is also in a conductive state, and the substrate terminal of T 1N is in the “1” state via C 1 . That is, the threshold voltage of T 1N is lowered and acts to further increase the conduction current. This action is the same as the double gate structure. The fundamental difference from the double gate structure from the viewpoint of the equivalent circuit is that the double gate structure has the input IN potential applied directly to the substrate terminal of T 1N via C 1 , whereas in the structure of the present invention, It is a point applied via T 2N .

本発明構造においては、OUT電位が高い状態であるほど速やかにT1Nの基板端子にT1Nの導通電流をさらに増大させるように作用する。これはインバータ動作において、入力の切り替え初期により有効に作用することを意味し、動的動作で特に有効に作用することに対応している。なお、T2Nのソース端子にはPN接合の如き障壁成分を形成する必要がないので、OUT電位が低下してもIN電位が切り替わって“0”電位となるまで“1”電位はT2Nの基板領域を介する電流経路により保持される。T1Nの基板端子電位がINに追随して“1”から“0”に切り替わるのには図1の右半分に示したP型IGFET、T1P、およびT2Pによって増速され、T1Nの非導通状態への高速移行、すなわちソース・ドレイン電流の急峻なゲート電圧依存性が実現される。 In the present invention structure, OUT potential acts to some extent immediately further increase the conduction current of T 1N substrate terminal of the T 1N at a high state. This means that the inverter operation works more effectively at the initial stage of input switching, and corresponds to the action particularly effectively in the dynamic operation. Note that since it is not necessary to form a barrier component such as a PN junction at the source terminal of T 2N, the “1” potential remains at the T 2N potential until the IN potential switches to “0” potential even when the OUT potential decreases. It is held by a current path through the substrate region. T P-type substrate terminal potential is to switch from "0" to follow to "1" to the IN shown in the right half of Figure 1 of 1N IGFET, is accelerated by T 1P, and T 2P, the T 1N A high-speed transition to a non-conductive state, that is, a steep gate voltage dependency of the source / drain current is realized.

本発明構造においては、埋込みゲート電極に対応する領域に高濃度不純物を導入する必要がないので、ダブルゲート構造に関する前記第一、および第二の課題は根本的に解消される。すなわち、高濃度イオン注入に基づくビームライン汚染、上部ゲート電極と埋込みゲート電極の電気的接続に関する諸問題、埋込みゲート電極における空乏化、下部ゲート絶縁膜、および単結晶シリコン膜内での高濃度不純物混入、および寄生容量の増大化等の諸問題から解消される。   In the structure of the present invention, it is not necessary to introduce a high-concentration impurity into a region corresponding to the buried gate electrode, so that the first and second problems related to the double gate structure are fundamentally solved. That is, beam line contamination due to high concentration ion implantation, problems related to electrical connection between the upper gate electrode and the buried gate electrode, depletion in the buried gate electrode, high concentration impurities in the lower gate insulating film, and single crystal silicon film This eliminates problems such as contamination and increase in parasitic capacitance.

本発明においては、上記第三の課題を解消するためにT1Nの基板端子下部のC1を介した埋込み半導体膜領域、すなわちT2Nのソース端子領域にイオン注入技術におけるビームライン汚染が無視できる量の不純物を注入することにより、T1Nのしきい値電圧を所望値に微調整することができる。しきい値電圧は本質的にゲート電極材料に基づく仕事関数により制御可能であるが、本発明構造においてはさらに埋込み半導体膜領域への不純物導入により同一ゲート電極材料を有する隣接トランジスタに対しても閾電圧を変更することができる。完全空乏型SOIIGFETにおいては上部ゲート電極材料としてシリコン単結晶の禁止帯中央付近に対応するごとき仕事関数を有する高融点金属材料、またはそれらの珪化物(シリサイド)を用いることによりしきい値電圧をほぼ零付近に設定できる。本発明構造においては、1018cm-3程度の不純物の導入により上記しきい値電圧を0.2V程度容易に動かすことができる。 In the present invention, in order to solve the third problem, the beam line contamination in the ion implantation technique can be ignored in the buried semiconductor film region via C 1 under the substrate terminal of T 1N , that is, the source terminal region of T 2N. By implanting an amount of impurities, the threshold voltage of T 1N can be finely adjusted to a desired value. Although the threshold voltage is essentially controllable by a work function based on the gate electrode material, in the structure of the present invention, the threshold voltage is also applied to adjacent transistors having the same gate electrode material by introducing impurities into the buried semiconductor film region. The voltage can be changed. In a fully depleted SOIIGFET, the threshold voltage is reduced by using a refractory metal material having a work function corresponding to the vicinity of the center of the forbidden band of a silicon single crystal or a silicide thereof as the upper gate electrode material. Can be set near zero. In the structure of the present invention, the threshold voltage can be easily moved by about 0.2 V by introducing impurities of about 10 18 cm −3 .

なお、通常SOI基板において、支持基板への電圧印加によりしきい値電圧を制御可能であるが、支持基板上の(埋込み)絶縁膜が通常100nm以上と厚いため、数十Vの高電圧印加が要求され、かつ個々のIGFETを独立して制御することは事実上不可能である。本発明に基づけばSOI構造であるにも係らず、通常基板と同様の閾電圧制御が可能となり、応用分野が限定されていた完全空乏型SOIIGFETの利用分野を飛躍的に拡大することができる。特に、低消費電力で大駆動能力の超微細半導体装置として応用可能な分野が飛躍的に拡大される。   In the normal SOI substrate, the threshold voltage can be controlled by applying a voltage to the support substrate. However, since the (embedded) insulating film on the support substrate is usually thicker than 100 nm, a high voltage of several tens of volts can be applied. It is practically impossible to control individual IGFETs independently. Although the present invention is based on the SOI structure, threshold voltage control similar to that of a normal substrate is possible, and the field of application of fully depleted SOIIGFETs for which application fields are limited can be dramatically expanded. In particular, fields that can be applied as ultra-fine semiconductor devices with low power consumption and large driving capability are dramatically expanded.

本発明に基づく半導体装置においては、半導体装置を製造すべき極薄単結晶シリコン膜に予め格子歪を付与した状態で多層構造SOI基板を製造し、その後、本発明の実施の形態で詳細を記載された手法に従って半導体装置を製造するだけでよい。上記の多層構造SOI基板の製造において注意すべき点は、本発明の実施の形態で詳細に記載するが、支持基板と極薄単結晶シリコン膜となるべき基板の貼合せ工程の後に実施する貼合せ強度を強化する熱処理の温度を、格子歪が緩和されない様に900℃程度以下の低温で実施する点である。発明に基づく半導体装置の特徴と、歪半導体薄膜による移動度上昇効果により大電流動作化はさらに一段と改善される。   In the semiconductor device according to the present invention, a multi-layer SOI substrate is manufactured in a state in which lattice strain is preliminarily applied to an ultrathin single crystal silicon film to be manufactured, and then described in detail in the embodiment of the present invention. It is only necessary to manufacture the semiconductor device according to the method described. The points to be noted in the production of the above-mentioned multilayer structure SOI substrate will be described in detail in the embodiment of the present invention. However, the bonding performed after the bonding process of the substrate to be the support substrate and the ultrathin single crystal silicon film is performed. The heat treatment is performed at a low temperature of about 900 ° C. or less so that the lattice strain is not relaxed. High current operation is further improved by the characteristics of the semiconductor device according to the invention and the effect of increasing mobility by the strained semiconductor thin film.

支持基板から絶縁膜で分離された埋込み半導体膜内に構成されるT2NとT2Pのドレインは、T1Nと、T1Pが構成される薄い半導体薄膜と、その下部の薄い埋込み絶縁膜を選択的に除去し、露出された除去領域の埋込み半導体膜領域に高濃度拡散層、ショットキ接合、またはオーミック接合の何れかを選択形成することにより形成することができる。 For the drains of T 2N and T 2P configured in the embedded semiconductor film separated from the support substrate by the insulating film, select the thin semiconductor thin film including T 1N and T 1P and the thin embedded insulating film below it. It can be formed by selectively removing and selectively forming any one of a high-concentration diffusion layer, a Schottky junction, or an ohmic junction in the buried semiconductor film region of the exposed removal region.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

完全空乏型SOIIGFETの高性能化を実現することができる。   High performance of fully depleted SOIIGFET can be realized.

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. The other part or all of the modifications, details, and supplementary explanations are related.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Also, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), unless explicitly stated or in principle limited to a specific number in principle It is not limited to the specific number, and may be a specific number or more.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, it is needless to say that the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Yes.

同様に以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape and positional relationship of components and the like, the shape and the like of the component are substantially changed unless specifically stated or otherwise considered in principle. Approximate or similar. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。各部の材質、導電型、および製造条件等は本実施の形態の記載に限定されるものではなく、各々多くの変形が可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It goes without saying that the material, conductivity type, manufacturing conditions, and the like of each part are not limited to those described in the present embodiment, and many modifications can be made.

(実施の形態1)
図3〜図11は、本実施の形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す要部断面図、図12、図13は、この半導体装置の概略平面図である。説明の都合上、半導体基板および半導体膜の導電型を固定して説明するが、導電型の組み合わせは任意でよく、本実施の形態に記載した導電型に限定されるものではない。
(Embodiment 1)
3 to 11 are main part cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment in the order of steps, and FIGS. 12 and 13 are schematic plan views of the semiconductor device. For convenience of explanation, the description will be made with the conductivity types of the semiconductor substrate and the semiconductor film fixed, but the combination of the conductivity types may be arbitrary, and is not limited to the conductivity types described in this embodiment.

まず、図3に示すように、面方位(100)、抵抗率10Ω・cm、直径20cmで主表面が鏡面研磨されたp型単結晶シリコン基板を熱酸化して100nm厚の酸化シリコン膜2aを形成することにより支持基板1を作製した。一方、支持基板1と同様の仕様からなる単結晶シリコン基板40を別途準備し、その主表面を熱酸化して1.8nm厚の酸化シリコン膜(図示せず)を形成した後、この酸化シリコン膜の表面をNOガスで窒化して0.2nm厚の窒化シリコン膜(図示せず)を形成することにより、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造からなる薄い埋込みゲート絶縁膜10を形成した。窒化シリコン膜は酸化シリコン膜よりも比誘電率が大きく、酸化シリコン膜と電気的に等価な光学的膜厚は、約2倍厚に相当する。その後、Si26ガスを用いたCVD法によって埋込みゲート絶縁膜10の表面に膜厚100nmの非晶質シリコン膜12aを堆積した。 First, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film 2a having a thickness of 100 nm is obtained by thermally oxidizing a p-type single crystal silicon substrate having a surface orientation (100), a resistivity of 10 Ω · cm, a diameter of 20 cm, and a main surface mirror-polished. The support substrate 1 was produced by forming. On the other hand, a single crystal silicon substrate 40 having the same specifications as that of the support substrate 1 is separately prepared, and its main surface is thermally oxidized to form a 1.8 nm thick silicon oxide film (not shown). By nitriding the surface of the film with NO gas to form a silicon nitride film (not shown) having a thickness of 0.2 nm, a thin buried gate insulating film 10 having a laminated structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed. did. The silicon nitride film has a relative dielectric constant larger than that of the silicon oxide film, and the optical film thickness electrically equivalent to the silicon oxide film corresponds to about twice the thickness. Thereafter, an amorphous silicon film 12a having a thickness of 100 nm was deposited on the surface of the buried gate insulating film 10 by a CVD method using Si 2 H 6 gas.

次に、CVD工程などで発生した主表面の平坦性を阻害する粒子状物質を除去するために、砥粒を含まない極めて軽い表面研磨を行った後、公知の超薄膜SOI基板の製造法に基づき水素のイオン注入を実施した。注入量は5×1016/cm2とした。このイオン注入を実施した結果、単結晶シリコン基板40の主表面からおよそ40nmの深さに結晶欠陥層41が形成された。 Next, in order to remove the particulate matter that hinders the flatness of the main surface generated by the CVD process, etc., after performing extremely light surface polishing not containing abrasive grains, the known ultra-thin SOI substrate manufacturing method is applied. Based on this, ion implantation of hydrogen was performed. The injection amount was 5 × 10 16 / cm 2 . As a result of this ion implantation, a crystal defect layer 41 was formed at a depth of about 40 nm from the main surface of the single crystal silicon substrate 40.

次に、主表面上に酸化シリコン膜2aが形成された支持基板1と、主表面に非晶質シリコン膜12aが形成された単結晶シリコン基板40に親水化処理を施した後、室温でそれらの主表面同士を密着させた。次に、密着させた二枚のシリコン基板を500℃に加熱すると、単結晶シリコン基板40の結晶欠陥層41に微小空孔の形成とその増大化が生じ、結晶欠陥層41と単結晶シリコン基板40との界面で剥離が生じた。また、結晶欠陥層41部分に約20nm厚の単結晶シリコン薄膜3が形成されると共に、非晶質シリコン膜12aが酸化シリコン膜2aを介して支持基板1と密着した(図4)。   Next, the supporting substrate 1 having the silicon oxide film 2a formed on the main surface and the single crystal silicon substrate 40 having the amorphous silicon film 12a formed on the main surface are subjected to a hydrophilic treatment, and then at room temperature. The main surfaces of each other were brought into close contact with each other. Next, when the two bonded silicon substrates are heated to 500 ° C., formation and increase of microvoids in the crystal defect layer 41 of the single crystal silicon substrate 40 occur, and the crystal defect layer 41 and the single crystal silicon substrate Peeling occurred at the interface with 40. Further, the single crystal silicon thin film 3 having a thickness of about 20 nm was formed in the crystal defect layer 41, and the amorphous silicon film 12a was in close contact with the support substrate 1 through the silicon oxide film 2a (FIG. 4).

次に、密着させた二枚のシリコン基板に1100℃の高温熱処理を施すと、非晶質シリコン膜12aと酸化シリコン膜2aの接着強度が格段に向上し、通常の単結晶シリコン基板並みの接着強度となった。この状態から、砥粒を含まない表面研磨法によって単結晶シリコン薄膜3の剥離面を鏡面研磨することにより、単結晶シリコン薄膜3の下部に薄い埋込みゲート絶縁膜10、埋込みシリコン膜12、厚い埋込み酸化膜2が支持基板1上に積層されたSOI基板を製造した。なお、埋込みシリコン膜12は、上記の高温熱処理工程中に非晶質シリコン膜から多結晶シリコン膜に変化した。   Next, when high temperature heat treatment at 1100 ° C. is performed on the two bonded silicon substrates, the bonding strength between the amorphous silicon film 12a and the silicon oxide film 2a is remarkably improved, and the bonding is similar to that of a normal single crystal silicon substrate. It became strength. From this state, the peeled surface of the single crystal silicon thin film 3 is mirror-polished by a surface polishing method that does not include abrasive grains, so that the thin embedded gate insulating film 10, the embedded silicon film 12, and the thick embedded are formed below the single crystal silicon thin film 3. An SOI substrate having the oxide film 2 laminated on the support substrate 1 was manufactured. Note that the buried silicon film 12 changed from an amorphous silicon film to a polycrystalline silicon film during the high-temperature heat treatment process.

次に、図5に示すように、上記SOI基板に公知の方法で素子分離溝11を形成した。素子分離溝11は、単結晶シリコン薄膜3の表面から埋込み酸化膜2に達する深さとし、埋込みシリコン膜12も素子分離溝11によって互いに分離されるようにした。なお、n型IGFET形成領域とp型IGFET形成領域とを分離する領域(図の中央部)には、単結晶シリコン薄膜3の表面から埋込みシリコン膜12に達する深さの溝13を形成した。   Next, as shown in FIG. 5, element isolation grooves 11 were formed on the SOI substrate by a known method. The element isolation trench 11 has a depth reaching the buried oxide film 2 from the surface of the single crystal silicon thin film 3, and the buried silicon film 12 is also separated from each other by the element isolation trench 11. A groove 13 having a depth reaching the embedded silicon film 12 from the surface of the single crystal silicon thin film 3 was formed in a region (center portion in the figure) separating the n-type IGFET formation region and the p-type IGFET formation region.

次に、単結晶シリコン薄膜3の表面を洗浄してその膜厚を10nm程度にまで薄くした後、その表面を熱酸化して1.8nm厚の酸化シリコン膜(図示せず)を形成し、続いてこの酸化シリコン膜の表面をNOガスで窒化して0.2nm厚の窒化シリコン膜(図示せず)を形成することにより、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造からなるゲート絶縁膜4を形成した。   Next, after cleaning the surface of the single crystal silicon thin film 3 to reduce its thickness to about 10 nm, the surface is thermally oxidized to form a 1.8 nm thick silicon oxide film (not shown), Subsequently, the surface of the silicon oxide film is nitrided with NO gas to form a silicon nitride film (not shown) having a thickness of 0.2 nm, thereby forming a gate insulating film having a laminated structure of the silicon oxide film and the silicon nitride film. 4 was formed.

次に、図6に示すように、ゲート絶縁膜4上に多結晶シリコン膜からなるゲート電極5を形成した。ゲート電極5を形成するには、ゲート絶縁膜4上にCVD法で膜厚60nmの多結晶シリコン膜と膜厚40nmの窒化シリコン膜14とを堆積した後、窒化シリコン膜14と多結晶シリコン膜とをパターニングする。窒化シリコン膜14は、ゲート電極5の表面を保護する絶縁膜である。ゲート電極5のゲート長は50nm、ゲート電極5の高さは、窒化シリコン膜14も含めて100nmとした。本実施の形態においては、n型IGFETとp型IGFETの何れのゲート電極5に対しても低抵抗化のための不純物は導入していない。なお、窒化シリコン膜14と多結晶シリコン膜とをパターニングする上記の工程で、ゲート電極5の下部以外の領域のゲート絶縁膜4が除去され、単結晶シリコン薄膜3の表面が露出する。   Next, as shown in FIG. 6, a gate electrode 5 made of a polycrystalline silicon film was formed on the gate insulating film 4. In order to form the gate electrode 5, a polycrystalline silicon film having a thickness of 60 nm and a silicon nitride film 14 having a thickness of 40 nm are deposited on the gate insulating film 4 by a CVD method, and then the silicon nitride film 14 and the polycrystalline silicon film are formed. And patterning. The silicon nitride film 14 is an insulating film that protects the surface of the gate electrode 5. The gate length of the gate electrode 5 was 50 nm, and the height of the gate electrode 5 was 100 nm including the silicon nitride film 14. In the present embodiment, no impurity for reducing the resistance is introduced into any of the gate electrodes 5 of the n-type IGFET and the p-type IGFET. In the above-described step of patterning the silicon nitride film 14 and the polycrystalline silicon film, the gate insulating film 4 in a region other than the lower portion of the gate electrode 5 is removed, and the surface of the single crystal silicon thin film 3 is exposed.

次に、図7に示すように、n型IGFET形成領域(図の左側部分)の単結晶シリコン薄膜3にAsイオンを、またp型IGFET形成領域(図の右側部分)の単結晶シリコン薄膜3にBイオンを、それぞれ加速エネルギー1keVおよび900eV、ドーズ量4×1015/cm2の条件でイオン注入することにより、n型IGFET形成領域の単結晶シリコン薄膜3にn型ソース拡散層6およびn型ドレイン拡散層7を形成し、p型IGFET形成領域の単結晶シリコン薄膜3にp型ソース拡散層8およびp型ドレイン拡散層9を形成した。また、上記イオン注入により、n型IGFET形成領域とp型IGFET形成領域とを分離する溝13の底部にも、n型拡散層15とp型拡散層16とが形成される。なお、上記イオン注入により、単結晶シリコン薄膜3の大部分は非晶質化され、底面領域のみが僅かに単結晶性を保持した。その後、1/1000秒程度の照射時間による炭酸ガスレーザー照射によって基板表面温度を1200℃程度に上昇させ、上記イオン注入で導入された不純物の熱的活性化処理を行った。 Next, as shown in FIG. 7, As ions are applied to the single crystal silicon thin film 3 in the n-type IGFET formation region (left side portion of the figure), and the single crystal silicon thin film 3 in the p-type IGFET formation region (right side portion of the figure). Are ion-implanted under the conditions of acceleration energy of 1 keV and 900 eV and a dose of 4 × 10 15 / cm 2 , respectively, so that the n-type source diffusion layer 6 and n A type drain diffusion layer 7 was formed, and a p type source diffusion layer 8 and a p type drain diffusion layer 9 were formed in the single crystal silicon thin film 3 in the p type IGFET formation region. In addition, an n-type diffusion layer 15 and a p-type diffusion layer 16 are also formed at the bottom of the groove 13 that separates the n-type IGFET formation region and the p-type IGFET formation region by the ion implantation. Note that, by the ion implantation, most of the single crystal silicon thin film 3 was made amorphous, and only the bottom region kept slightly single crystal. Then, the substrate surface temperature was raised to about 1200 ° C. by carbon dioxide laser irradiation with an irradiation time of about 1/1000 seconds, and the thermal activation treatment of the impurities introduced by the ion implantation was performed.

次に、図8に示すように、基板上にCVD法で膜厚70nmの酸化シリコン膜17を堆積した後、この酸化シリコン膜に異方性ドライエッチングを施すことにより、ゲート電極5の側壁にサイドウォールスペーサ17sを形成する。このとき、溝13の内部に酸化シリコン膜17が埋め込まれ、n型IGFET形成領域とp型IGFET形成領域とが分離される。   Next, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film 17 having a thickness of 70 nm is deposited on the substrate by CVD, and then anisotropic dry etching is performed on the silicon oxide film to form the sidewall of the gate electrode 5. Sidewall spacers 17s are formed. At this time, the silicon oxide film 17 is buried in the trench 13 to separate the n-type IGFET formation region and the p-type IGFET formation region.

次に、図9に示すように、n型ソース拡散層6、n型ドレイン拡散層7、p型ソース拡散層8およびp型ドレイン拡散層9のそれぞれの上部に選択エピタキシャル成長法を用いてシリコン膜を選択的に堆積した後、これらのシリコン膜に下層の拡散層と同じ導電型の不純物(AsまたはB)をイオン注入した。これにより、n型ソース拡散層6の上部にn型積み上げソース拡散層26が形成され、n型ドレイン拡散層7の上部にn型積み上げドレイン拡散層27が形成され、p型ソース拡散層8の上部にp型積み上げソース拡散層28が形成され、p型ドレイン拡散層9の上部にp型積み上げドレイン拡散層29が形成された。その後、ゲート電極5の上部の窒化シリコン膜14をエッチングで除去した。   Next, as shown in FIG. 9, a silicon film is formed on the n-type source diffusion layer 6, the n-type drain diffusion layer 7, the p-type source diffusion layer 8 and the p-type drain diffusion layer 9 by selective epitaxial growth. After selectively depositing, an impurity (As or B) having the same conductivity type as that of the lower diffusion layer was ion-implanted into these silicon films. As a result, an n-type stacked source diffusion layer 26 is formed above the n-type source diffusion layer 6, an n-type stacked drain diffusion layer 27 is formed above the n-type drain diffusion layer 7, and the p-type source diffusion layer 8 A p-type stacked source diffusion layer 28 was formed on the top, and a p-type stacked drain diffusion layer 29 was formed on the p-type drain diffusion layer 9. Thereafter, the silicon nitride film 14 above the gate electrode 5 was removed by etching.

次に、基板上にスパッタリング法でNi(ニッケル)膜を堆積し、続いて450℃の熱処理によってゲート電極5、n型積み上げソース拡散層26、n型積み上げドレイン拡散層27、p型積み上げソース拡散層28およびp型積み上げドレイン拡散層29のそれぞれとNi膜とを反応させた後、未反応のNi膜をエッチングで除去する。Ni膜のエッチングは、塩酸と過酸化水素水の混合水溶液を使用した。これにより、シリコン膜からなるゲート電極5、n型積み上げソース拡散層26、n型積み上げドレイン拡散層27、p型積み上げソース拡散層28およびp型積み上げドレイン拡散層29のそれぞれがNiシリサイド膜となり、低抵抗化された。ここまでの工程により、n型IGFET(Tn)とp型IGFET(Tp)とが形成された(図10)。   Next, a Ni (nickel) film is deposited on the substrate by sputtering, followed by heat treatment at 450 ° C., the gate electrode 5, the n-type stacked source diffusion layer 26, the n-type stacked drain diffusion layer 27, and the p-type stacked source diffusion. After reacting each of the layer 28 and the p-type stacked drain diffusion layer 29 with the Ni film, the unreacted Ni film is removed by etching. The Ni film was etched using a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide. Thus, each of the gate electrode 5 made of a silicon film, the n-type stacked source diffusion layer 26, the n-type stacked drain diffusion layer 27, the p-type stacked source diffusion layer 28, and the p-type stacked drain diffusion layer 29 becomes a Ni silicide film. Reduced resistance. Through the steps up to here, an n-type IGFET (Tn) and a p-type IGFET (Tp) are formed (FIG. 10).

次に、図11に示すように、基板上にCVD法で酸化シリコン膜を堆積して層間絶縁膜21を形成し、続いて層間絶縁膜21の表面を化学的機械研磨法で平坦化した後、n型積み上げソース拡散層26、n型積み上げドレイン拡散層27、p型積み上げソース拡散層28、p型積み上げドレイン拡散層29、n型拡散層15およびp型拡散層16のそれぞれの上部の層間絶縁膜21(および酸化シリコン膜17)をエッチングして接続孔22を形成した。   Next, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film is deposited on the substrate by a CVD method to form an interlayer insulating film 21, and then the surface of the interlayer insulating film 21 is planarized by a chemical mechanical polishing method. N-type stacked source diffusion layer 26, n-type stacked drain diffusion layer 27, p-type stacked source diffusion layer 28, p-type stacked drain diffusion layer 29, n-type diffusion layer 15, and p-type diffusion layer 16. The insulating film 21 (and the silicon oxide film 17) was etched to form the connection hole 22.

その後、接続孔22の内部を含む層間絶縁膜21上にスパッタリング法でメタル膜を堆積し、続いて層間絶縁膜21上のメタル膜を化学的機械研磨法で除去することにより、接地電位電極30、出力端子電極31、32、電源供給端子電極33および入力端子電極34を形成した。さらに、層間絶縁膜21上に第2の層間絶縁膜(図示せず)を形成し、続いて第2の層間絶縁膜上に配線(図示せず)を形成することにより、相補型IGFET(n型IGFET(Tn)およびp型IGFET(Tp))を有する半導体装置を製造した。   Thereafter, a metal film is deposited on the interlayer insulating film 21 including the inside of the connection hole 22 by a sputtering method, and then the metal film on the interlayer insulating film 21 is removed by a chemical mechanical polishing method. The output terminal electrodes 31 and 32, the power supply terminal electrode 33, and the input terminal electrode 34 were formed. Further, a second interlayer insulating film (not shown) is formed on the interlayer insulating film 21, and then a wiring (not shown) is formed on the second interlayer insulating film, thereby completing the complementary IGFET (n Type semiconductor device having type IGFET (Tn) and p type IGFET (Tp)) was manufactured.

本実施の形態では、n型IGFET(Tn)およびp型IGFET(Tp)のゲート電極5が金属シリサイド膜で構成されているので、完全空乏型SOIIGFETであるにも係らず、n型IGFET(Tn)およびp型IGFET(Tp)の何れにおいてもそのしきい値電圧をほぼ0Vに設定することができた。また、チャネルを構成する単結晶シリコン薄膜3が最終的に10nmと極薄に構成されたにも係らず、ソース、ドレイン領域が積上げ構造で構成され、さらにその積上げ構造の大半が金属シリサイド膜で構成されたために、半導体と金属シリサイド膜間の接触抵抗の増大や直列抵抗の増大の問題を回避することができた。   In the present embodiment, since the gate electrodes 5 of the n-type IGFET (Tn) and the p-type IGFET (Tp) are made of a metal silicide film, the n-type IGFET (Tn) is used despite being a fully depleted SOIIGFET. ) And p-type IGFET (Tp), the threshold voltage could be set to almost 0V. In addition, despite the fact that the single crystal silicon thin film 3 constituting the channel is finally made as thin as 10 nm, the source and drain regions are constituted by a stacked structure, and most of the stacked structure is a metal silicide film. As a result, the problems of increased contact resistance and series resistance between the semiconductor and the metal silicide film could be avoided.

図12および図13は、本実施の形態に基づいて製造された半導体装置、すなわち相補型IGFETの概略平面図であり、各部を示す数字は図11と一致している。図12の左半分はn型IGFET(Tn)を示し、右半分はp型IGFET(Tp)を示している。   12 and 13 are schematic plan views of a semiconductor device manufactured based on the present embodiment, that is, a complementary IGFET, and numerals indicating each part are the same as those in FIG. The left half of FIG. 12 shows n-type IGFET (Tn), and the right half shows p-type IGFET (Tp).

n型IGFET(Tn)およびp型IGFET(Tp)に共通のゲート電極5は、電極(30〜34)と同層の接続電極35を介して配線36に接続される。n型拡散層15およびp型拡散層16は、入力端子電極34を介して配線36に接続される。出力端子電極31、32は、配線37を介して互いに接続される。接地電位電極30の上部には配線38が形成され、電源供給端子電極33の上部には配線39が形成される。   The gate electrode 5 common to the n-type IGFET (Tn) and the p-type IGFET (Tp) is connected to the wiring 36 via the connection electrode 35 in the same layer as the electrodes (30 to 34). The n-type diffusion layer 15 and the p-type diffusion layer 16 are connected to the wiring 36 through the input terminal electrode 34. The output terminal electrodes 31 and 32 are connected to each other via a wiring 37. A wiring 38 is formed on the ground potential electrode 30, and a wiring 39 is formed on the power supply terminal electrode 33.

図1は、本実施の形態の相補型IGFETに基づき製造された半導体装置の回路構成を説明する回路図である。図において、T1NとT1Pは一対の相補型IGFETにおけるn型IGFET(Tn)およびp型IGFET(Tp)を示し、本実施の形態では単結晶シリコン薄膜3内に形成されている。T2NとT2PはT1NとT1Pの各々のn型ドレイン拡散層7、p型ドレイン拡散層9をゲート電極、n型拡散層15とp型拡散層16を各々ドレイン拡散層とするIGFETであり、T2NとT2Pのソース領域はT1NとT1Pにおけるチャネル直下の埋込みシリコン膜12である。 FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a semiconductor device manufactured based on the complementary IGFET of this embodiment. In the figure, T 1N and T 1P indicate an n-type IGFET (Tn) and a p-type IGFET (Tp) in a pair of complementary IGFETs, which are formed in the single crystal silicon thin film 3 in this embodiment. T 2N and T 2P are IGFETs each having an n-type drain diffusion layer 7 and a p-type drain diffusion layer 9 of T 1N and T 1P as gate electrodes, and an n-type diffusion layer 15 and a p-type diffusion layer 16 as drain diffusion layers, respectively. The source regions of T 2N and T 2P are the buried silicon film 12 immediately below the channel at T 1N and T 1P .

前記チャネル直下の埋込みシリコン膜12における電荷量は、ダブルゲート構造SOIIGFETと同様にT1NとT1Pのチャネルを制御する。R1とR2はT2N、T2Pにおけるソース・ドレイン間の表面チャネル以外を流れる漏洩電流成分を表す抵抗成分であり、真性半導体基板領域における拡散電流、パンチスルー電流、および多結晶Si膜欠陥起因の漏洩電流成分等を表している。 The amount of charge in the buried silicon film 12 immediately below the channel controls the T 1N and T 1P channels as in the double gate structure SOIIGFET. R 1 and R 2 are resistance components representing leakage current components flowing outside the surface channel between the source and drain at T 2N and T 2P , and diffusion current, punch-through current, and polycrystalline Si film defects in the intrinsic semiconductor substrate region This represents the leakage current component and the like.

図1の回路構成においては、入力端子が接地電位から正の高電位に切り替わった場合、T1Nが導通状態となり、出力端子電位は高電位から接地電位に変換される。この状態で出力端子電位がまだ高電位に保持された初期状況において、出力端子電位はT2NとC1を介してT1Nの基板電位を制御し、T1Nをより大電流動作化するように、すなわち出力電位の高電位から接地電位への変換をより高速に実現するように作用する。 In the circuit configuration of FIG. 1, when the input terminal is switched from the ground potential to a positive high potential, T 1N becomes conductive, and the output terminal potential is converted from the high potential to the ground potential. In the initial situation where the output terminal potential is still held at a high potential in this state, the output terminal potential controls the substrate potential of T 1N through T 2N and C 1, to higher current operation of the T 1N That is, the conversion of the output potential from the high potential to the ground potential is performed at a higher speed.

入力端子に正の高電位が印加された状態でT1Pは遮断状態となるが入力端子が高電位である限りT1Pの基板電位はC2を介して高電位に保持されるため、このT1Pの遮断状態をより強めるように作用し、出力端子電位の高電位から接地電位への変換をより高速に実現するように作用する。入力端子が正の高電位から接地電位に切り替わった場合は上記説明と全く逆の作用が相補型IGFETに生じる。すなわち、T2NとT2PはT1NとT1Pによるインバータ動作速度をより高速化するように作用する。 T 1P is cut off when a positive high potential is applied to the input terminal, but the substrate potential of T 1P is held at a high potential via C 2 as long as the input terminal is at a high potential. It works to strengthen the 1P blocking state, and works to realize faster conversion of the output terminal potential from the high potential to the ground potential. When the input terminal is switched from a positive high potential to the ground potential, an operation opposite to that described above occurs in the complementary IGFET. That is, T 2N and T 2P act so as to further increase the inverter operating speed by T 1N and T 1P .

IGFET単体に着目した場合、T2NまたはT2PはT1NまたはT1Pの基板電位を導通状態ではより大電流化になるようにしきい値電圧を低下させ、遮断状態ではより遮断状態を加速するようにしきい値電圧が増大するように作用する効果がある。図1で示される回路構成ではT1NまたはT1Pのドレイン領域下部を介してT1NまたはT1Pの基板電位が制御される。 When focusing on the IGFET alone, T 2N or T 2P reduces the threshold voltage so that the substrate potential of T 1N or T 1P becomes larger in the conductive state and accelerates the cut-off state in the cut-off state. This has the effect of acting so that the threshold voltage increases. In the circuit configuration shown in FIG. 1 the substrate potential of T 1N or T 1P is controlled via the drain region lower portion of the T 1N or T 1P.

一般にIGFETにおいては、チャネル長に対してチャネル幅を大きく設計するが、この様なレイアウト構成においてはT2NまたはT2Pによるチャネル抵抗は低減され、より有効にインバータ動作速度の高速化が達成できる。インバータ動作速度の高速化は公知のダブルゲート構造SOIIGFETにおいても期待できるが、この場合ゲート線幅の微細化に従い、チャネル長方向に延在された上部ゲート電極との接続部から見た埋込みゲート電極の抵抗も増大化するため、インバータ動作速度の高速化効果は微細化と共に阻害される結果となる。すなわち、半導体装置の微細化の観点において本実施の形態に基づくインバータの相対的高速化効果は、ダブルゲート構造よりも優位になるという効果も有する。 In general, in the IGFET, the channel width is designed to be larger than the channel length. In such a layout configuration, the channel resistance due to T 2N or T 2P is reduced, and the inverter operation speed can be increased more effectively. An increase in the inverter operating speed can be expected even in a known double-gate structure SOIIGFET. In this case, as the gate line width is reduced, the buried gate electrode as viewed from the connection with the upper gate electrode extending in the channel length direction is used. As the resistance of the inverter also increases, the effect of increasing the inverter operating speed is hindered with the miniaturization. That is, from the viewpoint of miniaturization of the semiconductor device, the relative speed-up effect of the inverter according to the present embodiment has an effect that it is superior to the double gate structure.

図14は、上記動作機構を図1における代表的なノードでの波形遷移を示す図であり、入力(IN)波形、出力(OUT)波形、およびT1N、T1P基板端子電位の相関関係を示している。INノードが0レベル(Vss)から1レベル(Vcc)に切り替わることによりOUTノードはT1NがOFF状態からON状態に、T1PがON状態からOFF状態に切り替わることにより1レベルから0レベルに遷移し始めるがOUTノードが1レベル、および1レベルに近い状態ではT2PがOFF、T2NがONとなり、容量素子C1とC2を1レベルに上昇させる。これによりT1Nはより大電流化でより速くON状態に、T1Pはより漏洩電流を低減するごとくより速くOFF状態へと作用される。 FIG. 14 is a diagram showing waveform transitions at the representative nodes in FIG. 1 for the operation mechanism, and shows the correlation between the input (IN) waveform, the output (OUT) waveform, and T 1N and T 1P substrate terminal potentials. Show. When the IN node switches from the 0 level (Vss) to the 1 level (Vcc), the OUT node transitions from the 1 level to the 0 level when the T 1N switches from the OFF state to the ON state, and the T 1P switches from the ON state to the OFF state. However, when the OUT node is at 1 level and close to 1 level, T 2P is OFF and T 2N is ON, and the capacitive elements C 1 and C 2 are raised to 1 level. As a result, T 1N is turned on more quickly with a larger current, and T 1P is turned on faster as the leakage current is further reduced.

INノードが1レベルに保たれた状態においては、抵抗成分R1、R2を介した時定数で1レベルがT1N、T1P基板端子電位に伝達されるので1レベルが保持される。INノードが1レベルから0レベルに切り替わった段階でOUTノードはT1NがON状態からOFF状態に、T1PがOFF状態からON状態に切り替わることにより、0レベルから1レベルに遷移し始めるが、OUTノードが0レベル、および0レベルに近い状態ではT2PがON、T2NがOFFとなり、容量素子C1とC2を0レベルに接近させる。これにより、T1Nはより漏洩電流を低減するごとくより速くOFF状態に、T1Pはより大電流化でより速くON状態になるごとく作用される。INノードが0レベルに保たれた状態においては抵抗成分R1、R2を介した時定数で0レベルがT1N、T1Pの基板端子電位に伝達されるので0レベルが保持される。 In the state where the IN node is maintained at 1 level, 1 level is transmitted to the T 1N and T 1P substrate terminal potentials with the time constant via the resistance components R 1 and R 2 , so that 1 level is maintained. When the IN node switches from the 1 level to the 0 level, the OUT node starts to transition from the 0 level to the 1 level by switching the T 1N from the ON state to the OFF state and T 1P from the OFF state to the ON state. When the OUT node is at the 0 level and close to the 0 level, T 2P is ON and T 2N is OFF, causing the capacitive elements C 1 and C 2 to approach the 0 level. As a result, T 1N is actuated faster as the leakage current is reduced, and T 1P is actuated as soon as the current is increased and the ON state is activated more quickly. In a state where the IN node is maintained at 0 level, the 0 level is transmitted to the substrate terminal potentials of T 1N and T 1P with the time constant via the resistance components R 1 and R 2 , so that the 0 level is maintained.

本実施の形態に基づく半導体装置においては、前記図2で示した従来公知のダブルゲート構造のように埋込みゲート電極102を構成する高濃度不純物領域の導入に関する諸問題が本質的に解消されている。従って、チャネルが形成される単結晶シリコン膜3への意図しない高濃度不純物導入の問題や埋込みゲート絶縁膜の劣化の問題も生じない。本実施の形態に基づく半導体装置においては、従来公知のSOI基板を用いて製造したインバータに比べてスイッチング速度で約1.5倍の高速動作を示すことが確認された。   In the semiconductor device according to the present embodiment, various problems relating to the introduction of the high-concentration impurity region constituting the buried gate electrode 102 as in the conventionally known double gate structure shown in FIG. . Therefore, the problem of unintentionally introducing a high concentration impurity into the single crystal silicon film 3 where the channel is formed and the problem of deterioration of the buried gate insulating film do not occur. It has been confirmed that the semiconductor device according to the present embodiment exhibits a high-speed operation that is approximately 1.5 times the switching speed of an inverter manufactured using a conventionally known SOI substrate.

(実施の形態2)
図15は、実施の形態2による半導体装置の回路図である。本実施の形態における半導体装置の製造において、前記実施の形態1におけるn型拡散層15とp型拡散層16を埋込みシリコン膜12内に形成することなく、配線金属と埋込みシリコン膜12とによりショットキ接合を介して入力端子と埋込みシリコン膜12とを接続した。その他の製造工程は、前記実施の形態1に基づいて実施した。
(Embodiment 2)
FIG. 15 is a circuit diagram of a semiconductor device according to the second embodiment. In the manufacture of the semiconductor device in the present embodiment, the n-type diffusion layer 15 and the p-type diffusion layer 16 in the first embodiment are not formed in the buried silicon film 12, and the Schottky is formed by the wiring metal and the buried silicon film 12. The input terminal and the buried silicon film 12 were connected through the junction. Other manufacturing steps were performed based on the first embodiment.

図15において、T2NとT2Pとして示したIGFETのそれぞれのドレイン接合は、ショットキ接合で構成されている。R1、R2はT2NおよびT2Pのドレイン接合からソース領域までの埋込みシリコン膜12内部を経由するそれぞれの抵抗成分に対応する。図15で示される回路構成においても、T1NとT1Pの基板電位はT2NおよびT2Pを介した伝導成分と内部抵抗R1、R2を経由した伝導成分によりそれぞれの埋込み容量C1、C2を介してインバータを構成するそれぞれのIGFETの基板電位は、ゲート電極5に印加する電位により制御され、導通状態ではより大電流に、遮断状態ではより漏洩電流を低減するように作用する。 In FIG. 15, the drain junctions of the IGFETs indicated as T 2N and T 2P are Schottky junctions. R 1 and R 2 correspond to respective resistance components passing through the buried silicon film 12 from the drain junction of T 2N and T 2P to the source region. In the circuit configuration shown in FIG. 15 as well, the substrate potentials of T 1N and T 1P depend on the respective embedded capacitors C 1 , due to the conduction component via T 2N and T 2P and the conduction component via the internal resistances R 1 and R 2 . The substrate potential of each IGFET constituting the inverter via C 2 is controlled by the potential applied to the gate electrode 5, and acts to reduce the leakage current more in the conduction state and to a larger current in the interruption state.

また、インバータの出力電位がT1Nの導通により接地電位に接近し、T2Nが遮断されてもゲート電位がT1Nを導通状態に保つように高電位の状態にあれば、T1NとT1Pの基板電位はR1、R2を介して高電位状態を維持し、出力電位をより速やかに接地電位に接近させるように作用する。 Also, the output potential of the inverter approaches the ground potential by conduction of T 1N, if the state of a high potential so that the gate potential be blocked T 2N keep the T 1N in a conductive state, T 1N and T 1P The substrate potential is maintained at a high potential state via R 1 and R 2 so that the output potential is brought closer to the ground potential more quickly.

この状態でT2Pは遮断状態であり、より漏洩電流を低減するように作用する。すなわち、本実施の形態に基づく半導体装置においては、インバータ動作がより高速に実施されるという効果が生じる。図15におけるショットキ接合を金属と半導体間がオーミック接合となるように埋込みシリコン膜12に所望量の不純物を導入した半導体装置も製造したが、同様にインバータ動作の高速化が確認された。従って、ショットキ接合はオーミック接合で置き換えられても何ら問題はない。 In this state, T 2P is in a cut-off state and acts to further reduce the leakage current. That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, an effect that the inverter operation is performed at a higher speed occurs. A semiconductor device in which a desired amount of impurities is introduced into the buried silicon film 12 so that the Schottky junction in FIG. 15 is an ohmic junction between the metal and the semiconductor was also manufactured. Therefore, there is no problem even if the Schottky junction is replaced with an ohmic junction.

(実施の形態3)
図16〜図19は、実施の形態3による半導体装置の製造工程の途中を示す断面図、図20は、完成後の断面図である。本実施の形態では前記実施の形態1における単結晶シリコン基板40として、その主表面にエピタキシャル法によりSiとGe(ゲルマニウム)の混晶層42を成長させた。混晶層42は、一例としてGeの組成比を0〜40%まで増加させて成長させた膜厚3μmの領域と、Geの組成比を40%(一定)にした膜厚2μmの領域とで構成した。この混晶層42は、歪緩和層とも称される。
(Embodiment 3)
16 to 19 are cross-sectional views illustrating the process of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, and FIG. 20 is a cross-sectional view after completion. In the present embodiment, a mixed crystal layer 42 of Si and Ge (germanium) is grown on the main surface of the single crystal silicon substrate 40 in the first embodiment by an epitaxial method. The mixed crystal layer 42 includes, for example, a 3 μm thick region grown by increasing the Ge composition ratio to 0 to 40% and a 2 μm thick region where the Ge composition ratio is 40% (constant). Configured. The mixed crystal layer 42 is also referred to as a strain relaxation layer.

前記歪緩和層42の形成に続いて膜厚10nmのシリコン歪層43を成長させた。シリコン歪層43における格子歪量は約1.6%であることをラマン分光法による単結晶シリコン格子間隔からのずれとして確認した。なお、上記エピタキシャル成長に先立ち、エピタキシャル成長後の基板の反りが補償され、平坦となるように単結晶シリコン基板40の裏面に窒化シリコン膜(図示せず)を堆積しておいた。   Following the formation of the strain relaxation layer 42, a silicon strain layer 43 having a thickness of 10 nm was grown. The lattice strain amount in the silicon strained layer 43 was confirmed to be about 1.6% as a deviation from the single crystal silicon lattice spacing by Raman spectroscopy. Prior to the epitaxial growth, a silicon nitride film (not shown) was deposited on the back surface of the single crystal silicon substrate 40 so that the warpage of the substrate after the epitaxial growth was compensated and became flat.

この状態より、前記実施の形態1と同様、積層構造の薄い埋込みゲート絶縁膜10の形成、その表面へのSi26の化学気相反応による膜厚20nmの非晶質シリコン膜12aの堆積、表面平坦化および公知の超薄膜SOI基板の製造法に基づく水素のイオン注入を実施した。このイオン注入の結果、シリコン歪層43の表面からおよそ40nmの深さに結晶欠陥層41が形成された。さらに前記実施の形態1と同様、酸化シリコン膜2aが形成された支持基板1を別途準備した(図16)。 From this state, similarly to the first embodiment, formation of a thin buried gate insulating film 10 having a laminated structure and deposition of an amorphous silicon film 12a having a thickness of 20 nm on the surface thereof by chemical vapor reaction of Si 2 H 6 are performed. Then, hydrogen ion implantation based on the surface flattening and the known ultra-thin SOI substrate manufacturing method was performed. As a result of this ion implantation, a crystal defect layer 41 was formed at a depth of about 40 nm from the surface of the silicon strained layer 43. Further, as in the first embodiment, a support substrate 1 on which a silicon oxide film 2a was formed was separately prepared (FIG. 16).

次に、図16に示す工程の後、前記実施の形態1と同様、二枚の基板を貼合せ、結晶欠陥層41での剥離を利用してシリコン歪層43上部の歪緩和層42内で剥離させた。接着強度を強化するための熱処理は、シリコン歪層43での歪緩和を最小限にする目的で900℃で実施した。この状態より剥離面を砥粒を含まない表面研磨法により鏡面研磨して薄い歪緩和層42と、10nm厚の単結晶シリコン歪層43、薄い埋込みゲート絶縁膜10、埋込みシリコン膜12、厚い埋込み酸化膜2が支持基板1上に順に形成されたSOI基板を製造した。なお、貼り合せ前に単結晶シリコン基板40の裏面に形成しておいた窒化シリコン膜は、接着強度強化の熱処理後、除去した(図17)。   Next, after the step shown in FIG. 16, as in the first embodiment, the two substrates are bonded together, and in the strain relaxation layer 42 above the silicon strain layer 43 using the peeling at the crystal defect layer 41. It was made to peel. The heat treatment for enhancing the adhesive strength was performed at 900 ° C. for the purpose of minimizing strain relaxation in the silicon strain layer 43. From this state, the peeled surface is mirror-polished by a surface polishing method that does not include abrasive grains, a thin strain relaxation layer 42, a 10 nm thick single crystal silicon strained layer 43, a thin buried gate insulating film 10, a buried silicon film 12, a thick buried layer. An SOI substrate in which the oxide film 2 was sequentially formed on the support substrate 1 was manufactured. Note that the silicon nitride film formed on the back surface of the single crystal silicon substrate 40 before bonding was removed after the heat treatment for enhancing the adhesive strength (FIG. 17).

次に、図17に示す工程の後、前記実施の形態1の製造方法に準じてシリコン歪層43を有する多層構造のSOI基板に活性領域を画定する埋込み酸化膜2に達する深さの素子分離溝11を形成し、所望領域における単結晶シリコン歪層43の選択的除去によって溝13を形成した後、ゲート絶縁膜4を形成した。ゲート絶縁膜4を形成する前の状態において、歪緩和層42の膜厚は表面洗浄処理等により完全に除去され、10nm厚の単結晶シリコン歪層43のみが残った(図18)。   Next, after the step shown in FIG. 17, the element isolation with a depth reaching the buried oxide film 2 that defines the active region in the SOI substrate having the multilayered structure having the silicon strained layer 43 in accordance with the manufacturing method of the first embodiment. After forming the groove 11 and forming the groove 13 by selectively removing the single crystal silicon strained layer 43 in the desired region, the gate insulating film 4 was formed. In the state before forming the gate insulating film 4, the film thickness of the strain relaxation layer 42 was completely removed by surface cleaning or the like, and only the 10 nm thick single crystal silicon strained layer 43 remained (FIG. 18).

次に、図18に示す工程の後、ゲート電極5を形成したが、本実施の形態においては、膜厚20nmでGeが30%添加され、Bも高濃度に添加された多結晶SiGe膜と40nm厚の多結晶シリコン膜をCVD法により積層で堆積し、40nm膜厚の窒化シリコン膜14(ゲート保護膜)と共にゲート長30nmとなるように加工した。ゲート絶縁膜4直上のゲート電極材料として、p型不純物を高濃度に添加した多結晶SiGe膜を用いた理由は、ゲート電極材料の仕事関数により、nチャネル完全空乏型SOIIGFETにおけるしきい値電圧をほぼ0V近傍に設定できるためである。   Next, after the step shown in FIG. 18, the gate electrode 5 is formed. In the present embodiment, a polycrystalline SiGe film in which Ge is added at a thickness of 20 nm and 30% of Ge is added and B is also added at a high concentration. A polycrystalline silicon film having a thickness of 40 nm was deposited by a CVD method and processed so as to have a gate length of 30 nm together with the silicon nitride film 14 (gate protective film) having a thickness of 40 nm. The reason for using a polycrystalline SiGe film doped with a p-type impurity at a high concentration as the gate electrode material immediately above the gate insulating film 4 is that the threshold voltage in the n-channel fully depleted SOI IIFET is determined by the work function of the gate electrode material. This is because it can be set near 0V.

続いて、ゲート電極5および窒化シリコン膜14を注入阻止マスクとするAsのイオン注入とその活性化熱処理によって、n型ソース拡散層6およびn型ドレイン拡散層7を形成した後、前記実施の形態1と同様にして、n型拡散層15、酸化シリコン膜17、サイドウォールスペーサ17c、n型積上げソース拡散層26、n型積上げドレイン拡散層27を形成した(図19)。n型積上げソース拡散層26およびn型積上げドレイン拡散層27は、エピタキシャル成長法の他、例えばP(リン)を高濃度に添加した非晶質または多結晶シリコン膜をCVD法で堆積することによって形成してもよい。   Subsequently, after the n-type source diffusion layer 6 and the n-type drain diffusion layer 7 are formed by ion implantation of As using the gate electrode 5 and the silicon nitride film 14 and an activation heat treatment thereof, the above-described embodiment 1, an n-type diffusion layer 15, a silicon oxide film 17, a sidewall spacer 17c, an n-type stacked source diffusion layer 26, and an n-type stacked drain diffusion layer 27 were formed (FIG. 19). The n-type stacked source diffusion layer 26 and the n-type stacked drain diffusion layer 27 are formed by depositing, for example, an amorphous or polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) at a high concentration by the CVD method in addition to the epitaxial growth method. May be.

次に、図19に示す工程の後、前記実施の形態1の製造方法に準じて窒化シリコン膜14を選択的に除去し、ゲート電極5、n型拡散層15、n型積上げソース拡散層26およびn型積上げドレイン拡散層27のシリサイド化処理を行った。続いて、層間絶縁膜21の堆積、接続孔22の形成、接地電位電極30、出力端子電極31および入力端子電極34の形成の後、配線形成工程を経て半導体装置を製造した(図20)。   Next, after the step shown in FIG. 19, the silicon nitride film 14 is selectively removed according to the manufacturing method of the first embodiment, and the gate electrode 5, the n-type diffusion layer 15, and the n-type stacked source diffusion layer 26. And the silicidation process of the n-type stacked drain diffusion layer 27 was performed. Subsequently, after the interlayer insulating film 21 was deposited, the connection hole 22 was formed, the ground potential electrode 30, the output terminal electrode 31, and the input terminal electrode 34 were formed, a semiconductor device was manufactured through a wiring formation process (FIG. 20).

図21は、本実施の形態の半導体装置の回路構成を説明する回路図、図22および図23は、この半導体装置の概略平面図である。図21と図20の比較において、T11は、図20における単結晶シリコン歪層43に形成されたnチャネル完全空乏型SOIIGFETであり、T21およびT22は、n型ソース拡散層7、n型ドレイン拡散層8をゲート電極とし、それぞれのn型拡散層15をドレインとする補助トランジスタである。ソースはT11の基板端子直下で埋込みゲート絶縁膜10を介した埋込みシリコン膜12に対応する。C1は埋込みゲート絶縁膜10による容量成分である。図20における入力端子電極34は、配線45、46によりゲート電極5と接続されている。 FIG. 21 is a circuit diagram for explaining the circuit configuration of the semiconductor device of the present embodiment, and FIGS. 22 and 23 are schematic plan views of the semiconductor device. In the comparison between FIG. 21 and FIG. 20, T 11 is an n-channel fully depleted SOI IIFET formed in the single crystal silicon strained layer 43 in FIG. 20, and T 21 and T 22 are the n-type source diffusion layer 7, n This is an auxiliary transistor using the type drain diffusion layer 8 as a gate electrode and the respective n type diffusion layer 15 as a drain. The source corresponds to the buried silicon film 12 via the buried gate insulating film 10 immediately below the substrate terminal of T 11 . C 1 is a capacitance component due to the buried gate insulating film 10. The input terminal electrode 34 in FIG. 20 is connected to the gate electrode 5 by wirings 45 and 46.

図21で示される回路は一般にトランスファゲートと称され、IN端子への制御信号に応じてソース、ドレイン何れからかの信号をドレイン、ソース側へ転送制御する論理回路である。すなわち、図21の回路は電極(30、31)間で両方向動作が求められ、ソースとドレインの役割は転送信号に応じて入れ替わることが要求される。また、転送信号の入出力高さに減衰が生じないことも要求される。このため、従来のトランスファゲートにおいてはn型IGFETとp型IGFETを並列接続し、それぞれのIN端子へは互いに反対信号となる信号を入力するように構成されていた。すなわち、トランスファゲートは2個のIGFETで構成されていた。   The circuit shown in FIG. 21 is generally called a transfer gate, and is a logic circuit that controls transfer of a signal from either the source or drain to the drain or source side in accordance with a control signal to the IN terminal. That is, the circuit of FIG. 21 is required to operate in both directions between the electrodes (30, 31), and the roles of the source and drain are required to be switched according to the transfer signal. It is also required that the input / output height of the transfer signal is not attenuated. For this reason, in the conventional transfer gate, an n-type IGFET and a p-type IGFET are connected in parallel, and signals that are opposite to each other are input to the respective IN terminals. That is, the transfer gate is composed of two IGFETs.

本実施の形態に基づく半導体装置においては、Bが高濃度に添加された多結晶SiGe膜による30nm長のゲート電極5により、しきい値電圧がほぼ0Vに設定され、かつ補助型トランジスタによる駆動電流増大化と漏洩電流低減効果により、一つのトランジスタで構成されるにも拘わらず出力低下を招くことなく、かつ転送応答時間も従来相補型IGFET構成よりもほぼ2倍の高速動作が確認できた。   In the semiconductor device according to the present embodiment, the threshold voltage is set to approximately 0 V by the 30 nm-long gate electrode 5 made of the polycrystalline SiGe film to which B is added at a high concentration, and the driving current is driven by the auxiliary transistor. Due to the increase and the leakage current reduction effect, it was possible to confirm a high-speed operation almost twice as high as that of the conventional complementary IGFET configuration without causing a decrease in output despite being constituted by one transistor.

本実施の形態に基づく半導体装置は、一つの主トランジスタT11と二個の接続孔により単位論理回路が構成されるため、従来の補助型トランジスタに基づく場合に比べて占有面積の大幅な低減も併せて実現された。 The semiconductor device according to this embodiment, since the unit logic circuit is composed one of the main transistor T 11 and the two connection holes, also a significant reduction in the area occupied compared with the case based on the conventional auxiliary transistor Also realized.

本実施の形態に基づく半導体装置の高速動作達成の第一の理由は、補助トランジスタに基づく基板電位制御であり、第二の理由は、主トランジスタT11が(100)面に平行な方向に約1.6%の格子歪量を有する単結晶シリコン薄膜3に構成された事実に基づく。結晶格子歪の導入によりSi単結晶の伝導帯、荷電子帯および伝導帯の縮退が解け、軽い正孔有効質量成分が伝導の主体となること、およびエネルギーの谷同士の散乱が抑制されることなどの効果により、電子および正孔の何れもが移動度の向上となって現れた結果と思われる。 The first reason for achieving the high-speed operation of the semiconductor device according to the present embodiment is the substrate potential control based on the auxiliary transistor, and the second reason is that the main transistor T 11 is approximately in the direction parallel to the (100) plane. This is based on the fact that the single crystal silicon thin film 3 having a lattice strain of 1.6% is formed. The introduction of crystal lattice strain can solve the degeneration of the conduction band, valence band and conduction band of Si single crystal, light hole effective mass component becomes the main subject of conduction, and the scattering of energy valleys can be suppressed. It seems that both of the electrons and holes appear as improved mobility due to the above effects.

主トランジスタT11が構成されるSi単結晶での格子歪導入量は、SiGeからなる混晶層42におけるGe含有率により制御されるが、本実施の形態に基づく半導体装置の製造において、混晶層42のGe含有量を変化させ、単結晶シリコン薄膜3の格子歪量を2%以上から0.01%以下に制御した基板を用いて別途製造したが、格子歪量の増大と共にT11の電流駆動能力は格子歪量が0.01%程度から増大する傾向が見られるが、格子歪量は2%程度であり、その傾向は完全に飽和した。逆に、格子歪量の増大に伴って単結晶シリコン薄膜3内に発生する結晶欠陥量も急激に増大する。 Although the amount of lattice strain introduced in the Si single crystal constituting the main transistor T 11 is controlled by the Ge content in the mixed crystal layer 42 made of SiGe, in the manufacture of the semiconductor device according to the present embodiment, the mixed crystal by changing the Ge content of layer 42, the single-crystal silicon thin film 3 is lattice strain amount separately prepared by using a substrate which was controlled to 0.01% or less of 2% or more, of the T 11 with increasing lattice strain amount The current driving ability tends to increase from about 0.01% of the lattice strain, but the lattice strain is about 2%, and the tendency is completely saturated. On the other hand, the amount of crystal defects generated in the single crystal silicon thin film 3 also increases rapidly as the lattice strain increases.

上記の結果より、単結晶シリコン薄膜3の格子歪量は、0.01%以上、2%以下であることが望ましい。なお、本実施の形態において、単結晶シリコン薄膜3への格子歪導入構成において、埋込み酸化膜2および支持基板1との応力不整合を緩和し、格子歪が導入された単結晶シリコン薄膜3への結晶欠陥の発生を防止する目的で、埋込みシリコン膜12にGeを混在させた構造に関しても試作検討し、結晶欠陥が観測されない完全結晶の単結晶シリコン薄膜3を得る事が確認され、埋込みシリコン膜12にSiGe混晶層を用いても有効であることが確認された。   From the above results, it is desirable that the lattice strain amount of the single crystal silicon thin film 3 is 0.01% or more and 2% or less. In the present embodiment, in the structure for introducing lattice strain into the single crystal silicon thin film 3, the stress mismatch between the buried oxide film 2 and the support substrate 1 is relaxed, and the single crystal silicon thin film 3 into which lattice strain is introduced is introduced. In order to prevent the generation of crystal defects, a prototype of a structure in which Ge is mixed in the embedded silicon film 12 was examined, and it was confirmed that a completely crystalline single crystal silicon thin film 3 in which no crystal defects were observed was obtained. It was confirmed that the SiGe mixed crystal layer was effective for the film 12.

ここにおいて、埋込みシリコン膜12が埋込みゲート絶縁膜10と接する領域においてはSi層とする積層構造を採用し、埋込みゲート絶縁膜10との界面の安定性を確保する手法を用いてもよい。本実施の形態においては、二個の補助トランジスタで構成される例を示したが、適用回路がトランスファゲートではない場合には、補助トランジスタは1個の構成でよく、この場合は、占有面積をさらに低減することが可能となる。   Here, in the region where the buried silicon film 12 is in contact with the buried gate insulating film 10, a stacked structure in which a Si layer is used may be adopted, and a method of ensuring the stability of the interface with the buried gate insulating film 10 may be used. In this embodiment, an example in which two auxiliary transistors are formed is shown. However, when the application circuit is not a transfer gate, one auxiliary transistor may be used. Further reduction is possible.

(実施の形態4)
図24は、本発明の第4の実施の形態による半導体装置の完成断面図である。本実施の形態では、前記実施の形態1のp型IGFET(Tp)のみを製造した。すなわち、ソース、ドレイン拡散層への不純物導入は、高濃度Bに依った。前記実施の形態1との主な違いは、単結晶シリコン薄膜3内に形成されるp型IGFETのソース、ドレイン拡散層の向きを通常の<110>方向ではなく、<100>方向となるように配置したこと、および主トランジスタであるp型IGFET(Tp)のチャネル領域下部の埋込みゲート絶縁膜10を介した埋込みシリコン層12部分にしきい値電圧調整用の不純物領域44を導入したことである。
(Embodiment 4)
FIG. 24 is a completed sectional view of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, only the p-type IGFET (Tp) of the first embodiment is manufactured. That is, the introduction of impurities into the source and drain diffusion layers depended on the high concentration B. The main difference from the first embodiment is that the direction of the source and drain diffusion layers of the p-type IGFET formed in the single crystal silicon thin film 3 is not the normal <110> direction but the <100> direction. And that the impurity region 44 for adjusting the threshold voltage is introduced into the buried silicon layer 12 via the buried gate insulating film 10 below the channel region of the p-type IGFET (Tp) as the main transistor. .

不純物の導入は、イオン注入法により単結晶シリコン薄膜3と埋込みゲート絶縁膜10とを貫通するように行なった。注入種はp型IGFET(Tp)におけるしきい値電圧を正方向に変更して駆動電流と漏洩電流を増やすためにはBやIn(インジウム)を、また、しきい値電圧を負方向に変更して駆動電流と漏洩電流を低下させるためにはAs、PまたはSb(アンチモン)などを用いればよい。注入量は、1×1014/cm2以下でよく、従って貫通領域の単結晶シリコン薄膜3および埋込みゲート絶縁膜10での注入損傷は実効的に無視できる程度に抑えることができた。 Impurities were introduced through the single crystal silicon thin film 3 and the buried gate insulating film 10 by ion implantation. In order to increase the drive current and leakage current by changing the threshold voltage in the p-type IGFET (Tp) in the positive direction, the implantation type is changed to B or In (indium), and the threshold voltage is changed to the negative direction. In order to reduce the drive current and leakage current, As, P or Sb (antimony) may be used. The implantation amount may be 1 × 10 14 / cm 2 or less, so that the implantation damage in the single crystal silicon thin film 3 and the buried gate insulating film 10 in the penetrating region can be suppressed to an extent that can be effectively ignored.

注入領域の制御はゲート絶縁膜4の形成前に注入阻止マスクを確定して実施した。これは、この段階で注入阻止マスクを用いることなく全面注入し、ゲート電極形成後、前記ゲート電極5を注入阻止マスクとした反対導電型イオンの注入により所望領域以外の注入不純物を補償させ、実効的にゲート電極5と自己整合の関係で埋込みシリコン膜12に不純物領域44を残置してもよい。しきい値電圧は、単結晶シリコン薄膜3内の不純物量、ゲート電極5の仕事関数、上記不純物領域44内の不純物量およびゲート絶縁膜4、埋込みゲート絶縁膜10の各膜厚により決定される。   The implantation region was controlled by determining an implantation blocking mask before forming the gate insulating film 4. This is because the entire surface is implanted without using an implantation blocking mask at this stage, and after forming the gate electrode, implantation impurities of the opposite conductivity type using the gate electrode 5 as an implantation blocking mask are compensated for implanted impurities other than the desired region. Alternatively, the impurity region 44 may be left in the buried silicon film 12 in a self-aligning relationship with the gate electrode 5. The threshold voltage is determined by the amount of impurities in the single crystal silicon thin film 3, the work function of the gate electrode 5, the amount of impurities in the impurity region 44, and the thicknesses of the gate insulating film 4 and the buried gate insulating film 10. .

本実施の形態によるIGFETでは、単結晶シリコン薄膜3は10nmと極薄であり、かつ内部の不純物量は無視できるほど低濃度で完全空乏状態にあり、ゲート絶縁膜4、埋込みゲート絶縁膜10の各膜厚もシリコン酸化膜換算膜厚で2nm程度と極薄であるため、ゲート電極5の仕事関数と不純物領域44内の不純物総量とその分布状態とでほぼ決定される。   In the IGFET according to the present embodiment, the single crystal silicon thin film 3 is as extremely thin as 10 nm, and the amount of impurities inside is in a completely depleted state with negligible concentration, and the gate insulating film 4 and the embedded gate insulating film 10 Since each film thickness is as thin as about 2 nm in terms of a silicon oxide film, it is almost determined by the work function of the gate electrode 5, the total amount of impurities in the impurity region 44, and the distribution state thereof.

本実施の形態によるIGFETでは、ゲート電極5の材料として金属シリサイド膜を用いることにより、しきい値電圧をほぼ0Vになるように設定し、所望の回路構成に従って同一半導体基板の各構成IGFETごとに所望の不純物を所望量だけ選択的に導入した不純物領域44を形成した。本実施の形態においては、ゲート電極5と接続され、かつ埋込みシリコン膜12と接続されるp型拡散層16は、占有面積低減の観点から一箇所とした。本実施の形態に基づいて製造されたp型IGFET(Tp)においては、完全空乏型SOIIGFETであるにも拘わらず、所望の回路構成に従って、しきい値電圧を同一ゲート材料で構成された隣接IGFET間においても、互いに独立な任意値に設定することができ、かつp型ドレイン拡散層9をゲート、p型拡散層16をドレインとする補助トランジスタの働きにより、ゲート入力電位を有効に主トランジスタの基板電位制御に作用させ、大駆動電流化と低漏洩電流化を達成できる初のIGFETであることが確認された。   In the IGFET according to the present embodiment, by using a metal silicide film as the material of the gate electrode 5, the threshold voltage is set to be substantially 0 V, and for each constituent IGFET on the same semiconductor substrate according to a desired circuit configuration. Impurity regions 44 into which a desired amount of a desired impurity was selectively introduced were formed. In the present embodiment, the p-type diffusion layer 16 connected to the gate electrode 5 and connected to the buried silicon film 12 is provided in one place from the viewpoint of reducing the occupied area. In the p-type IGFET (Tp) manufactured based on this embodiment, although it is a fully depleted SOIIGFET, an adjacent IGFET having a threshold voltage made of the same gate material according to a desired circuit configuration In the meantime, the gate input potential can be effectively set by the function of the auxiliary transistor having the p-type drain diffusion layer 9 as the gate and the p-type diffusion layer 16 as the drain. It was confirmed that this is the first IGFET that can act on substrate potential control to achieve a large drive current and a low leakage current.

さらに、本実施の形態に基づくp型IGFETにおいては、ソース・ドレイン方向が<100>方向に配置された効果により、正孔移動度の向上効果も併せて発揮され、前記実施の形態1に基づくソース・ドレイン方向が<110>方向に配置されたp型IGFETと比較しても、約10%の駆動電流向上をしきい値電圧の変動および漏洩電流の増大なしに達成できた。   Further, in the p-type IGFET based on the present embodiment, the effect of improving the hole mobility is also exhibited due to the effect that the source / drain directions are arranged in the <100> direction, which is based on the first embodiment. Compared with the p-type IGFET in which the source / drain directions are arranged in the <110> direction, an improvement in driving current of about 10% was achieved without fluctuations in threshold voltage and increase in leakage current.

本実施の形態に基づくIGFETは、完全空乏型の動作機構に基づき、チャネル領域を構成する単結晶シリコン薄膜3にはパンチスルー抑制の不純物導入が不要である。このため、通常基板に製造される超微細IGFETで問題となるパンチスルー抑止不純物量の増大によるドレイン−基板間の直接トンネル電流による漏洩電流増加の問題、および導入不純物量の増大に伴い増大される導入不純物量の相対的揺らぎ量増大によるしきい値電圧のばらつきの増大などの基本的致命的欠点が解消される。従って、良品歩留まりの飛躍的向上も併せて達成できる。上記の完全空乏型動作機構を維持するためにはSOI構造において、ゲート長に比べて十分に薄く、かつ真性半導体に近い単結晶シリコン薄膜3に超微細IGFETを製造することが条件である。電源電圧が1V以下の場合、単結晶シリコン薄膜3の膜厚はゲート長の1/3以下、望ましくは1/5以下であることが完全空乏化のためには好ましい。   The IGFET according to the present embodiment is based on a fully depleted operation mechanism, and does not require introduction of impurities for punch-through suppression into the single crystal silicon thin film 3 constituting the channel region. For this reason, the problem increases in the leakage current due to the direct tunneling current between the drain and the substrate due to the increase in the amount of punch-through suppression impurities, which is a problem in the ultrafine IGFET manufactured on the normal substrate, and increases with the increase in the amount of introduced impurities. Basic fatal defects such as an increase in variation in threshold voltage due to an increase in the relative fluctuation amount of the introduced impurities are eliminated. Therefore, a dramatic improvement in the yield of good products can be achieved. In order to maintain the above fully depleted operation mechanism, it is necessary to manufacture an ultrafine IGFET in the single crystal silicon thin film 3 that is sufficiently thin compared to the gate length and close to an intrinsic semiconductor in the SOI structure. When the power supply voltage is 1 V or less, the film thickness of the single crystal silicon thin film 3 is preferably 1/3 or less of the gate length, and preferably 1/5 or less for complete depletion.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、高集積、高性能な完全空乏型SOIIGFETを有する半導体装置に適用して好適な技術である。   The present invention is a technique suitable for application to a semiconductor device having a highly integrated, high-performance fully-depleted SOI IIFET.

本発明の一実施の形態である半導体装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 従来のSOIIGFETの構造を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the structure of the conventional SOIIGFET. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図3に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 3; 図4に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 9; 本発明の一実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置の動作機構を従来技術と比較して示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation mechanism of the semiconductor device which is one embodiment of this invention compared with a prior art. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 図16に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 17 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 18; 本発明の他の実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the semiconductor device which is other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持基板
2a 酸化シリコン膜
2 埋込み酸化膜
3 単結晶シリコン薄膜
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 n型ソース拡散層
7 n型ドレイン拡散層
8 p型ソース拡散層
9 p型ドレイン拡散層
10 埋込みゲート絶縁膜
11 素子分離溝
12a 非晶質シリコン膜
12 埋込みシリコン膜
13 溝
14 窒化シリコン膜
15 n型拡散層
16 p型拡散層
17 酸化シリコン膜
17c サイドウォールスペーサ
21 層間絶縁膜
22 接続孔
26 n型積上げソース拡散層
27 n型積上げドレイン拡散層
28 p型積上げソース拡散層
29 p型積上げドレイン拡散層
30 接地電位電極
31、32 出力端子電極
33 電源供給端子電極
34 入力端子電極
35 接続電極
36〜39 配線
40 単結晶シリコン基板
41 結晶欠陥層
42 混晶層(歪緩和層)
43 シリコン歪層
44 不純物領域
45、46 配線
100 支持基板
101 埋込み酸化膜
102 埋込みゲート電極
103 埋込みゲート絶縁膜
104 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極
106 ソース拡散層
107 ドレイン拡散層
108 素子分離溝
110 単結晶シリコン膜
Tn n型IGFET
Tp p型IGFET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 2a Silicon oxide film 2 Embedded oxide film 3 Single crystal silicon thin film 4 Gate insulating film 5 Gate electrode 6 n-type source diffusion layer 7 n-type drain diffusion layer 8 p-type source diffusion layer 9 p-type drain diffusion layer 10 embedded gate Insulating film 11 Element isolation trench 12a Amorphous silicon film 12 Embedded silicon film 13 Groove 14 Silicon nitride film 15 N-type diffusion layer 16 P-type diffusion layer 17 Silicon oxide film 17c Side wall spacer 21 Interlayer insulation film 22 Connection hole 26 N-type Stacked source diffusion layer 27 n-type stacked drain diffusion layer 28 p-type stacked source diffusion layer 29 p-type stacked drain diffusion layer 30 Ground potential electrodes 31, 32 Output terminal electrode 33 Power supply terminal electrode 34 Input terminal electrode 35 Connection electrodes 36-39 Wiring 40 Single crystal silicon substrate 41 Crystal defect layer 42 Mixed crystal layer (strain relaxation layer)
43 Silicon strained layer 44 Impurity regions 45 and 46 Wiring 100 Support substrate 101 Embedded oxide film 102 Embedded gate electrode 103 Embedded gate insulating film 104 Gate insulating film 105 Gate electrode 106 Source diffusion layer 107 Drain diffusion layer 108 Element isolation trench 110 Single crystal silicon Film Tn n-type IGFET
Tp p-type IGFET

Claims (19)

半導体基板上に第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタと同一導電型の第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを有し、
前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極は、前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続され、
前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソースは、容量素子を介して前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタの基板端子と電気的に接続され、
前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインは、前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A first insulated gate field effect transistor on a semiconductor substrate; and a second insulated gate field effect transistor having the same conductivity type as the first insulated gate field effect transistor;
A gate electrode of the first insulated gate field effect transistor is electrically connected to a drain of the second insulated gate field effect transistor;
A source of the second insulated gate field effect transistor is electrically connected to a substrate terminal of the first insulated gate field effect transistor through a capacitive element;
The drain of the first insulated gate field effect transistor is electrically connected to the gate electrode of the second insulated gate field effect transistor.
請求項1記載の半導体装置において、前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインは、pn接合によって構成されていることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a drain of the second insulated gate field effect transistor is formed by a pn junction. 請求項1記載の半導体装置において、前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインは、金属または金属シリサイドと半導体との接合によって構成されていることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a drain of the second insulated gate field effect transistor is formed by a junction of metal or metal silicide and a semiconductor. 支持基板と、前記支持基板上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1半導体膜と、前記第1半導体膜上に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成された第2半導体膜とを含む半導体基板の前記第2半導体膜に絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース、ドレインが形成され、
前記ソース、ドレインの間の前記第2半導体膜上に第3絶縁膜を介して前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極が形成され、前記ゲート電極は、前記第1半導体膜に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A supporting substrate; a first insulating film formed on the supporting substrate; a first semiconductor film formed on the first insulating film; a second insulating film formed on the first semiconductor film; A source and a drain of an insulated gate field effect transistor are formed in the second semiconductor film of the semiconductor substrate including the second semiconductor film formed on the second insulating film;
A gate electrode of the insulated gate field effect transistor is formed on the second semiconductor film between the source and drain via a third insulating film, and the gate electrode is connected to the first semiconductor film. A semiconductor device.
請求項4記載の半導体装置において、前記ゲート電極と前記第1半導体膜との接続は、pn接合を介してなされていることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate electrode and the first semiconductor film are connected through a pn junction. 請求項4記載の半導体装置において、前記ゲート電極と前記第1半導体膜との接続は、金属または金属シリサイドと半導体との接合を介してなされていることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the connection between the gate electrode and the first semiconductor film is made through a junction of a metal or metal silicide and a semiconductor. 請求項4記載の半導体装置において、前記第2半導体膜は、単結晶シリコンからなることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second semiconductor film is made of single crystal silicon. 請求項4記載の半導体装置において、前記第1および第2半導体膜の少なくとも一方は、シリコン−ゲルマニウム混晶、または前記シリコン−ゲルマニウム混晶とシリコンとの積層構造からなることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein at least one of the first and second semiconductor films has a silicon-germanium mixed crystal or a stacked structure of the silicon-germanium mixed crystal and silicon. . 請求項4記載の半導体装置において、前記ソース、ドレインのそれぞれの上部には、前記ソース、ドレインと同一導電型の積上げ拡散層が形成されていることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a stacked diffusion layer having the same conductivity type as the source and drain is formed on each of the source and drain. 請求項4記載の半導体装置において、前記ゲート電極は、金属、金属シリサイドまたはそれらの積層構造からなることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate electrode is made of metal, metal silicide, or a stacked structure thereof. 請求項4記載の半導体装置において、前記第2半導体膜の膜厚は、前記ゲート電極のゲート長よりも小であることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness of the second semiconductor film is smaller than the gate length of the gate electrode. 請求項11記載の半導体装置において、前記ゲート電極の直下の前記第1半導体膜には、しきい値電圧を調整するための不純物が添加されていることを特徴とする半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 11, wherein an impurity for adjusting a threshold voltage is added to the first semiconductor film immediately below the gate electrode. 請求項12記載の半導体装置において、前記しきい値電圧は、複数の値を有することを特徴とする半導体装置。   13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the threshold voltage has a plurality of values. 請求項7記載の半導体装置において、前記単結晶シリコンからなる第2半導体膜は、(100)面で構成され、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース、ドレインは、前記ゲート電極を介して<100>方向と垂直または平行に配置されていることを特徴とする半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the second semiconductor film made of single crystal silicon is configured with a (100) plane, and the source and drain of the insulated gate field effect transistor are <100 through the gate electrode. > A semiconductor device characterized by being arranged perpendicularly or parallel to a direction. 請求項7記載の半導体装置において、前記単結晶シリコンからなる第2半導体膜には、0.01%以上、2%以下の引っ張り歪が膜の平面内における少なくとも一方向に印加されていることを特徴とする半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein a tensile strain of 0.01% or more and 2% or less is applied to the second semiconductor film made of single crystal silicon in at least one direction in the plane of the film. A featured semiconductor device. 第1導電型からなる第1および第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、前記第1導電型と逆導電型の第2導電型からなる第3および第4絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを有し、
前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインおよびゲート電極は、前記第3絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインおよびゲート電極にそれぞれ互いに接続され、
前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極は、前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインに接続され、
前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソースは、容量素子を介して前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタの基板端子に接続され、
前記第1絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインは、前記第2絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、
前記第3絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極は、前記第4絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインに接続され、
前記第4絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソースは、容量素子を介して前記第3絶縁ゲート型電界効果トランジスタの基板端子に接続され、
前記第3絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレインは、前記第4絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に接続されていることを特徴とする半導体装置。
First and second insulated gate field effect transistors of the first conductivity type; and third and fourth insulated gate field effect transistors of the second conductivity type opposite to the first conductivity type. ,
The drain and gate electrode of the first insulated gate field effect transistor are connected to the drain and gate electrode of the third insulated gate field effect transistor, respectively.
A gate electrode of the first insulated gate field effect transistor is connected to a drain of the second insulated gate field effect transistor;
A source of the second insulated gate field effect transistor is connected to a substrate terminal of the first insulated gate field effect transistor through a capacitive element;
A drain of the first insulated gate field effect transistor is connected to a gate electrode of the second insulated gate field effect transistor;
A gate electrode of the third insulated gate field effect transistor is connected to a drain of the fourth insulated gate field effect transistor;
A source of the fourth insulated gate field effect transistor is connected to a substrate terminal of the third insulated gate field effect transistor through a capacitive element;
The drain of the third insulated gate field effect transistor is connected to the gate electrode of the fourth insulated gate field effect transistor.
請求項16記載の半導体装置において、前記第3および第4絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、同一半導体膜内に配置され、前記半導体膜に構成された他の半導体装置からは絶縁分離されていることを特徴とする半導体装置。   17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the third and fourth insulated gate field effect transistors are arranged in the same semiconductor film and insulated from other semiconductor devices configured in the semiconductor film. A semiconductor device characterized by the above. 請求項16記載の半導体装置において、前記第2および第4絶縁ゲート型電界効果トランジスタのそれぞれを抵抗素子で置き換えてなることを特徴とする半導体装置。   17. The semiconductor device according to claim 16, wherein each of the second and fourth insulated gate field effect transistors is replaced with a resistance element. 請求項4記載の半導体装置において、前記半導体装置と同一支持基板上に隣接されて構成された複数個のトランジスタが直列接続された半導体装置を有し、前記直列接続された半導体装置の直下の基板端子は、容量素子を介して接地電位または電源電位に接続されていることを特徴とする半導体装置。

5. The semiconductor device according to claim 4, further comprising: a semiconductor device in which a plurality of transistors arranged adjacent to each other on the same supporting substrate as the semiconductor device are connected in series, and the substrate immediately below the serially connected semiconductor device. A semiconductor device, wherein the terminal is connected to a ground potential or a power supply potential through a capacitor.

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019357A (en) * 2005-07-11 2007-01-25 Hitachi Ltd Semiconductor device
JP2010177331A (en) * 2009-01-28 2010-08-12 Hitachi Kokusai Electric Inc Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing apparatus
JP2012169640A (en) * 2005-07-05 2012-09-06 Renesas Electronics Corp Semiconductor device
KR20120102541A (en) * 2011-03-08 2012-09-18 세이코 인스트루 가부시키가이샤 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN119300451A (en) * 2024-12-09 2025-01-10 浙江大学 Switching device based on planar back-to-back nickel-silicon-germanium Schottky junction and preparation method thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012169640A (en) * 2005-07-05 2012-09-06 Renesas Electronics Corp Semiconductor device
JP2012169639A (en) * 2005-07-05 2012-09-06 Renesas Electronics Corp Semiconductor device manufacturing method
JP2007019357A (en) * 2005-07-11 2007-01-25 Hitachi Ltd Semiconductor device
JP2010177331A (en) * 2009-01-28 2010-08-12 Hitachi Kokusai Electric Inc Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing apparatus
KR20120102541A (en) * 2011-03-08 2012-09-18 세이코 인스트루 가부시키가이샤 Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101899155B1 (en) 2011-03-08 2018-09-14 에이블릭 가부시키가이샤 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN119300451A (en) * 2024-12-09 2025-01-10 浙江大学 Switching device based on planar back-to-back nickel-silicon-germanium Schottky junction and preparation method thereof

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