JPH08204191A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタ及びその製造方法

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JPH08204191A
JPH08204191A JP7026270A JP2627095A JPH08204191A JP H08204191 A JPH08204191 A JP H08204191A JP 7026270 A JP7026270 A JP 7026270A JP 2627095 A JP2627095 A JP 2627095A JP H08204191 A JPH08204191 A JP H08204191A
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Mikio Mukai
幹雄 向井
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チャネル領域で誘起されるキャリア数を多く
して、電流駆動能力及び相互コンダクタンスを高める。 【構成】 Si層21がトランジスタの活性層になって
おり、ソース/ドレイン領域である不純物層26a、2
6b同士の間のチャネル領域を囲む4つの面に、ゲート
電極としての多結晶Si膜23a〜23dが形成されて
いる。このため、単一ゲート構造や二重ゲート構造に比
べて、チャネル領域で誘起されるキャリア数が多い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、ゲート電極への電
圧の印加によってチャネルの形成を制御する電界効果ト
ランジスタ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図15は、二重ゲート構造の電界効果ト
ランジスタの一従来例を示している。この一従来例で
は、半導体層11のn- 型、p- 型またはi型のチャネ
ル領域12の両側にn型またはp型のソース/ドレイン
領域13a、13bが形成されており、ゲート絶縁層1
4a、14bを介してチャネル領域12の上下両面にゲ
ート電極15a、15bが設けられている。
【0003】この様な電界効果トランジスタを製造する
ために、従来は、所謂ラテラル固相エピタキシャル成長
によってゲート絶縁層14a上に半導体層11をエピタ
キシャル成長させ、この半導体層11中に不純物を選択
的に導入して、ソース/ドレイン領域13a、13b等
を形成していた。
【0004】図15に示した一従来例の電界効果トラン
ジスタでは、両方のゲート電極15a、15bからチャ
ネル領域12に電界を及ぼすことができるので、単一ゲ
ート構造に比べて、チャネル領域で誘起されるキャリア
数が多く、電流駆動能力及び相互コンダクタンスが高
い。
【0005】また、ゲート電極15a、15bを互いに
独立に動作させ、例えばこれらのゲート電極15a、1
5bの一方でチャネル領域12にバイアスを印加するこ
とによって、チャネル領域12に不純物を導入しなくて
も種々の特性を容易に実現することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電界効果トラ
ンジスタの微細化に伴って電源電圧も低下してきている
ので、図15に示した一従来例の二重ゲート構造の電界
効果トランジスタでも、電流駆動能力及び相互コンダク
タンスが十分ではなくなってきている。また、ラテラル
固相エピタキシャル成長によってゲート絶縁層14a上
に形成した半導体層11の結晶性が不完全であるので、
キャリア移動度が高くて動作が高速な電界効果トランジ
スタを製造することが困難であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の電界効果トラ
ンジスタは、チャネル領域を囲む4つの面のうちの少な
くとも3つの面にゲート電極23、23a〜23dが設
けられていることを特徴としている。
【0008】請求項2の電界効果トランジスタは、請求
項1の電界効果トランジスタにおいて、前記ゲート電極
23、23a〜23dのうちで少なくとも1つの前記面
に対向するゲート電極23、23a〜23dが他の前記
面に対向するゲート電極23、23a〜23dから分離
されていることを特徴としている。
【0009】請求項3の電界効果トランジスタの製造方
法は、請求項1の電界効果トランジスタを製造するに際
して、半導体基体24の第1の主面に凸部25を形成す
る工程と、前記凸部25を囲む3つの面のうちの少なく
とも2つの面に前記ゲート電極23a〜23cを形成す
る工程と、前記半導体基体24を第2の主面側から削除
して前記凸部25を露出させる工程と、前記削除で露出
した前記凸部25の面に前記ゲート電極23dを形成す
る工程とを具備することを特徴としている。
【0010】請求項4の電界効果トランジスタの製造方
法は、請求項3の電界効果トランジスタの製造方法にお
いて、前記削除の前に形成した前記ゲート電極23a〜
23cをマスクにした前記半導体基体24への不純物の
導入と、前記削除の後に形成した前記ゲート電極23d
をマスクにした前記半導体基体24への不純物の導入と
で、ソース/ドレイン領域26a、26b、32a、3
2bを形成する工程を具備することを特徴としている。
【0011】請求項5の電界効果トランジスタの製造方
法は、請求項1の電界効果トランジスタを製造するに際
して、半導体基体24に第1の不純物層26aを形成す
る工程と、前記第1の不純物層26a上に柱状の半導体
層21を形成する工程と、前記半導体層21の頂部に第
2の不純物層26bを形成して、前記第1及び第2の不
純物層26a、26bをソース/ドレイン領域にする工
程と、前記半導体層21の周囲の4つの面のうちの少な
くとも3つの面に前記ゲート電極23、23a〜23d
を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【0012】請求項6の電界効果トランジスタの製造方
法は、請求項5の電界効果トランジスタの製造方法にお
いて、前記少なくとも3つの面に形成した前記ゲート電
極23を各々の前記面同士の境界部で少なくとも2つ以
上のゲート電極23、23a〜23dに分離する工程を
具備することを特徴としている。
【0013】
【作用】請求項1の電界効果トランジスタでは、チャネ
ル領域を囲んで少なくとも3つのゲート電極23、23
a〜23dが設けられているので、単一ゲート構造や二
重ゲート構造に比べて、チャネル領域で誘起されるキャ
リア数が多く、配線の自由度も多い。
【0014】請求項2の電界効果トランジスタでは、互
いに分離されている複数のゲート電極23、23a〜2
3dが存在しているので、これら複数のゲート電極2
3、23a〜23dを互いに独立に動作させることがで
きる。
【0015】請求項3の電界効果トランジスタの製造方
法では、半導体基体24の第1の主面に凸部25を形成
し、第2の主面側から半導体基体24を削除して凸部2
5を露出させ、この凸部25を囲む面にゲート電極2
3、23a〜23dを形成しているので、チャネル領域
を囲む4つの面のうちの少なくとも3つの面にゲート電
極23、23a〜23dを形成しているにも拘らず、結
晶性の完全な半導体基体24で電界効果トランジスタの
活性領域が形成される。
【0016】請求項4の電界効果トランジスタの製造方
法では、第2の主面側から半導体基体24を削除する前
後に形成したゲート電極23a〜23dをマスクにした
不純物の導入でソース/ドレイン領域26a、26b、
32a、32bを形成しているので、ゲート電極23a
〜23d同士がチャネル長方向に互いに位置ずれして
も、ゲート電極23a〜23dとソース/ドレイン領域
26a、26b、32a、32bとの間にオフセットが
生じない。
【0017】請求項5の電界効果トランジスタの製造方
法では、半導体基体24に形成した第1の不純物層26
a上に柱状の半導体層21を形成し、この柱状の半導体
層21を囲む面にゲート電極23a〜23dを形成して
いるので、チャネル領域を囲む4つの面のうちの少なく
とも3つの面にゲート電極23a〜23dを形成してい
るにも拘らず、結晶性の完全な半導体層21で電界効果
トランジスタの活性領域が形成される。
【0018】請求項6の電界効果トランジスタの製造方
法では、柱状の半導体層21を囲む面に形成したゲート
電極23を面同士の境界部で少なくとも2つ以上のゲー
ト電極23、23a〜23dに分離しているので、互い
に独立に動作する複数のゲート電極23、23a〜23
dを形成することができる。
【0019】
【実施例】以下、MOSトランジスタに適用した本願の
発明の第1及び第2実施例を、図1〜14を参照しなが
ら説明する。図1〜7が、第1実施例及びその変形例を
示している。この第1実施例では、図1に示す様に、活
性層としてのSi層21の上面、下面及び両側面の何れ
にもゲート酸化膜としてのSiO2 膜22が形成されて
おり、多結晶Si膜23a〜23dから成る4つのゲー
ト電極がSiO2 膜22を介してSi層21の4つの面
に夫々対向している。
【0020】この様な第1実施例を製造するためには、
図2(a)に示す様に、まず、Si基体24の表面を選
択的にエッチングして、幅及び高さが共に0.1〜0.
2μm程度の凸部25を形成する。そして、図2(b)
に示す様に、膜厚が5nm程度のSiO2 膜22aをS
i基体24の表面に熱酸化等で形成した後、多結晶Si
膜23を全面に堆積させる。
【0021】次に、図2(c)に示す様に、凸部25上
の多結晶Si膜23上に凸部25と同じ幅のレジスト
(図示せず)を形成し、このレジストをマスクにすると
共にSiO2 膜22aをストッパにしたRIEを多結晶
Si膜23に施して、凸部25の上面及び両側面にゲー
ト電極としての多結晶Si膜23a〜23cを形成す
る。
【0022】そして、上述のレジスト及び多結晶Si膜
23cをマスクにして不純物をイオン注入して、ソース
/ドレイン領域としての不純物層26a、26bを凸部
25に形成すると共に、これらの不純物層26a、26
b同士の間の領域をチャネル領域にする。
【0023】次に、図3(a)に示す様に、SiO2
27等の絶縁膜をCVD法等で形成し、図3(b)に示
す様に、SiO2 膜27の表面を平坦化した後、別のS
i基体31をSiO2 膜27に貼り合わせる。そして、
図4(a)に示す様に、Si基体24、31等の上下を
反転させ、SiO2 膜22aが露出するまでSi基体2
4を研磨して、Si基体24のうちで凸部25のみをS
i層21として残す。
【0024】次に、図4(b)に示す様に、Si層21
の表面を熱酸化してSiO2 膜22bを形成し、このS
iO2 膜22b上にゲート電極としての多結晶Si膜2
3dを形成する。そして、更に表面保護膜(図示せず)
等を形成して、この第1実施例を完成させる。
【0025】なお、以上の第1実施例では、図2(c)
の工程で、レジスト及び多結晶Si膜23cをマスクに
して不純物をイオン注入して、ソース/ドレイン領域と
しての不純物層26a、26bを形成したが、図4
(b)の工程で、レジスト及び多結晶Si膜23dをマ
スクにして不純物をイオン注入して、ソース/ドレイン
領域を形成してもよい。
【0026】また、図5に示す様に、多結晶Si膜23
c等をマスクにして不純物層26a、26bを形成した
後、多結晶Si膜23d等をマスクにして再び不純物層
32a、32bを形成して、これらの両方をソース/ド
レイン領域にしてもよい。その場合は、図5からも明ら
かな様に、多結晶Si膜23a〜23cと多結晶Si膜
23dとがチャネル長方向に互いに位置ずれしても、多
結晶Si膜23a〜23dと不純物層26a、26b、
32a、32bとの間にオフセットが生じない。
【0027】また、以上の第1実施例では、Si層21
の4つの面に夫々対向している多結晶Si膜23a〜2
3dが互いに分離されて4つのゲート電極になっている
が、図2(c)の工程でレジストを凸部25の幅よりも
広くすることによって、図6に示す様に、Si層21の
3つの面に対向している多結晶Si膜23をそのまま残
し、この多結晶Si膜23と多結晶Si膜23cとで2
つのゲート電極を形成してもよい。多結晶Si膜23
a、23b、23dに互いに等しい電圧を印加する場合
は、この構造の方が製造工程が簡略であるので有利であ
る。
【0028】また、上述の第1実施例では、Si層21
の4つの面の何れにも多結晶Si膜23a〜23dが対
向して4つのゲート電極になっているが、図2(c)の
工程でレジストを用いずに多結晶Si膜23の全面に対
してRIEを施すことによって、図7(a)に示す様
に、多結晶Si膜23cを形成しない様にしてもよい。
【0029】また、図7(a)に示した変形例では、多
結晶Si膜23cを形成していないが、図7(b)〜
(d)に示す様に、多結晶Si膜23a〜23dのうち
の何れを形成しない様にしてもよい。更に、図7(e)
に示す様に、Si層21の3つの面に対向する多結晶S
i膜23を互いに分離しない様にしてもよい。
【0030】特に図7(c)〜(e)の構造では、集積
度の向上に有利である。また、上述の第1実施例やその
変形例を多数個形成して並べることによって、集積回路
装置を構成することができる。
【0031】図8〜14が、第2実施例及びその変形例
を示している。この第2実施例では、図8に示す様に、
ソース/ドレイン領域の一方になっている不純物層26
aがSi基体24に形成されており、ソース/ドレイン
領域の他方になっている不純物層26bが不純物層26
a上のSi層21の頂部に形成されている。
【0032】そして、Si層21の4つの側面の何れに
もゲート酸化膜としてのSiO2 膜22が形成されてお
り、多結晶Si膜23a〜23dから成る4つのゲート
電極がSiO2 膜22を介してSi層21の4つの側面
のうちで不純物層26aと不純物層26bとの間のチャ
ネル領域に夫々対向している。
【0033】この様な第2実施例を製造するためには、
図9(a)に示す様に、まず、Si基体24の表面でレ
ジスト33をパターニングし、このレジスト33をマス
クにして不純物34をイオン注入して、Si基体24中
に埋め込まれた不純物層26aを形成する。そして、図
9(b)に示す様に、エッチングや研磨等によって、不
純物層26aの途中までSi基体24を削除する。な
お、不純物層26aを当初からSi基体24の表面に形
成してもよい。
【0034】次に、図9(c)に示す様に、Si基体2
4上に成長させたエピタキシャル層を選択的にエッチン
グしたり、SiO2 膜やレジスト等のマスク層をSi基
体24上に形成してからエピタキシャル層を選択的に成
長させたりして、不純物層26a上にSi層21を形成
する。
【0035】次に、図10(a)に示す様に、膜厚が
0.1〜0.2μm程度のSiO2 膜22をSi層21
及びSi基体24の表面に熱酸化で形成した後、Si層
21の表面以外のSiO2 膜22を除去する。そして、
図10(b)に示す様に、全面に堆積させた多結晶Si
膜23をパターニングして、Si層21上及びSi層2
1の周囲にのみ多結晶Si膜23を残す。
【0036】次に、図10(c)に示す様に、多結晶S
i膜23のうちで4つの角部のみを露出させるパターン
のマスク層35を形成し、このマスク層35をマスクに
して多結晶Si膜23にRIEを施して、図11(a)
に示す様に、Si層21の4つの側面に夫々対向してい
る部分に多結晶Si膜23を分離する。
【0037】次に、図11(b)に示す様に、Si層2
1の上面のSiO2 膜22が露出するまで多結晶Si膜
23に対してRIEを施し、Si層21上にのみ開口を
有するマスク層(図示せず)を用いてSi層21に不純
物をイオン注入して、図11(c)に示す様に、Si層
21の頂部に不純物層26bを形成する。この時、Si
層21上のSiO2 膜22がチャネリングを防止してい
る。
【0038】次に、多結晶Si膜23に対して更にRI
Eを施し、図8に示した様に、多結晶Si膜23のうち
で不純物層26bの側方に位置する部分を除去して、ゲ
ート電極としての多結晶Si膜23a〜23dを形成す
る。そして、Si層21上のSiO2 膜22も除去し、
更に表面保護膜(図示せず)等を形成して、この第2実
施例を完成させる。
【0039】なお、以上の第2実施例では、Si層21
の4つの側面に夫々対向している多結晶Si膜23a〜
23dが互いに分離されて4つのゲート電極になってい
るが、図10(c)及び図11(a)の工程を省略する
ことによって、図12に示す様に、Si層21の4つの
側面に対向している多結晶Si膜23をそのまま残し、
この多結晶Si膜23で単一のゲート電極を形成しても
よい。多結晶Si膜23a〜23dに互いに等しい電圧
を印加する場合は、この構造の方が製造工程が簡略であ
るので有利である。
【0040】また、上述の第2実施例では、Si層21
の4つの側面の何れにも多結晶Si膜23a〜23dが
対向して4つのゲート電極になっているが、マスク層3
5のパターンを変更することによって、図13に示す様
に、多結晶Si膜23cを形成しない様にしてもよい。
【0041】また、図13に示した変形例では、多結晶
Si膜23cを形成していないが、多結晶Si膜23a
〜23dのうちの何れを形成しない様にしてもよい。更
に、図14に示す様に、Si層21の3つの側面に対向
する多結晶Si膜23を互いに分離しない様にしてもよ
い。
【0042】特に図13、14の構造では、集積度の向
上に有利である。また、上述の第2実施例やその変形例
を多数個形成して並べることによって、集積回路装置を
構成することができる。
【0043】
【発明の効果】請求項1の電界効果トランジスタでは、
単一ゲート構造や二重ゲート構造に比べて、チャネル領
域で誘起されるキャリア数が多いので、電流駆動能力及
び相互コンダクタンスが高い。しかも、配線の自由度も
多いので、複雑な配線の形成に有利であり、集積回路装
置の微細化、高集積化に好都合である。
【0044】請求項2の電界効果トランジスタでは、複
数のゲート電極を互いに独立に動作させることができる
ので、チャネル領域に不純物を導入しなくても種々の特
性を容易に実現することができる。
【0045】請求項3の電界効果トランジスタの製造方
法では、チャネル領域を囲む4つの面のうちの少なくと
も3つの面にゲート電極を形成しているにも拘らず、結
晶性の完全な半導体基体で電界効果トランジスタの活性
領域が形成されるので、キャリア移動度が高くて動作が
高速な電界効果トランジスタを製造することができる。
【0046】請求項4の電界効果トランジスタの製造方
法では、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間にオ
フセットが生じないので、相互コンダクタンスが高い電
界効果トランジスタを製造することができる。
【0047】請求項5の電界効果トランジスタの製造方
法では、チャネル領域を囲む4つの面のうちの少なくと
も3つの面にゲート電極を形成しているにも拘らず、結
晶性の完全な半導体層で電界効果トランジスタの活性領
域が形成されるので、キャリア移動度が高くて動作が高
速な電界効果トランジスタを製造することができる。
【0048】請求項6の電界効果トランジスタの製造方
法では、互いに独立に動作する複数のゲート電極を形成
することができるので、チャネル領域に不純物を導入し
なくても種々の特性を容易に実現することができる電界
効果トランジスタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の第1実施例を示しており、(a)
は正面断面図、(b)は斜視図である。
【図2】第1実施例の初期の製造工程を順次に示す正面
断面図である。
【図3】第1実施例の中期の製造工程を順次に示す正面
断面図である。
【図4】第1実施例の終期の製造工程を順次に示す正面
断面図である。
【図5】第1実施例の側面断面図である。
【図6】第1実施例の変形例を示しており、(a)は正
面断面図、(b)は斜視図である。
【図7】第1実施例の他の変形例を示す正面断面図であ
る。
【図8】本願の発明の第2実施例を示しており、(a)
は正面断面図、(b)は平面図である。
【図9】第2実施例の初期の製造工程を順次に示す正面
断面図である。
【図10】第2実施例の中期の製造工程を順次に示して
おり、(a)(b)は正面断面図、(c)は平面図であ
る。
【図11】第2実施例の終期の製造工程を順次に示して
おり、(a)は平面図、(b)(c)は正面断面図であ
る。
【図12】第1実施例の変形例の平面図である。
【図13】第2実施例の他の変形例を示しており、
(a)は正面断面図、(b)は平面図である。
【図14】第1実施例の更に他の変形例を示す平面図で
ある。
【図15】本願の発明の一従来例の側面断面図である。
【符号の説明】
21 Si層 23 多結晶Si膜 23a 多結晶Si膜 23b 多結晶Si膜 23c 多結晶Si膜 23d 多結晶Si膜 24 Si基体 25 凸部 26a 不純物層 26b 不純物層 32a 不純物層 32b 不純物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 301 P

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネル領域を囲む4つの面のうちの少
    なくとも3つの面にゲート電極が設けられていることを
    特徴とする電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極のうちで少なくとも1つ
    の前記面に対向するゲート電極が他の前記面に対向する
    ゲート電極から分離されていることを特徴とする請求項
    1記載の電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 半導体基体の第1の主面に凸部を形成す
    る工程と、 前記凸部を囲む3つの面のうちの少なくとも2つの面に
    前記ゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基体を第2の主面側から削除して前記凸部を
    露出させる工程と、 前記削除で露出した前記凸部の面に前記ゲート電極を形
    成する工程とを具備することを特徴とする請求項1記載
    の電界効果トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記削除の前に形成した前記ゲート電極
    をマスクにした前記半導体基体への不純物の導入と、前
    記削除の後に形成した前記ゲート電極をマスクにした前
    記半導体基体への不純物の導入とで、ソース/ドレイン
    領域を形成する工程を具備することを特徴とする請求項
    3記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基体に第1の不純物層を形成する
    工程と、 前記第1の不純物層上に柱状の半導体層を形成する工程
    と、 前記半導体層の頂部に第2の不純物層を形成して、前記
    第1及び第2の不純物層をソース/ドレイン領域にする
    工程と、 前記半導体層の周囲の4つの面のうちの少なくとも3つ
    の面に前記ゲート電極を形成する工程とを具備すること
    を特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタの製
    造方法。
  6. 【請求項6】 前記少なくとも3つの面に形成した前記
    ゲート電極を各々の前記面同士の境界部で少なくとも2
    つ以上のゲート電極に分離する工程を具備することを特
    徴とする請求項5記載の電界効果トランジスタの製造方
    法。
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