JP2006093313A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、MIS(Metal−Insulator−Semiconductor)構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device having a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure and a manufacturing method thereof.
MISトランジスタは、集積回路化するのに適したMIS構造をゲートに用いた電界効果トランジスタであり、半導体メモリ、マイクロプロセッサなどにおいて多数用いられている。 The MIS transistor is a field effect transistor using a MIS structure suitable for an integrated circuit as a gate, and is widely used in a semiconductor memory, a microprocessor, and the like.
MISトランジスタは、通常、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極と、上記半導体基板におけるゲート電極の両側にそれぞれソース/ドレイン領域とを備える。ゲート電極に印加された電圧によって、ソース/ドレイン領域間にチャネルが形成されて電流が流れる状態(ON状態)と、ソース/ドレイン領域間にチャネルが形成されず電流が流れない状態(OFF状態)との切換えが行なわれる。 The MIS transistor usually includes a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and source / drain regions on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate. A state in which a channel is formed between the source / drain regions and a current flows by a voltage applied to the gate electrode (ON state), and a state in which no channel is formed between the source / drain regions and no current flows (OFF state). Is switched.
また、特開2003−51184号公報(従来例1)においては、DRAM構成のメモリセルにおけるメモリセルノードとワード線との間、および、メモリセルノードと基準電圧線との間に、それぞれ1個ずつの負性抵抗デバイスを接続して、メモリ容量に蓄積される電荷量を双安定化し、スタティックに情報を保持することを可能にしたメモリ装置が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-51184 (conventional example 1), one memory cell node and a word line in a DRAM-structured memory cell, and one memory cell node and a reference voltage line, respectively. A memory device is disclosed in which each negative resistance device is connected to bistable the amount of charge accumulated in the memory capacity and statically hold information.
また、特開平8−97305号公報(従来例2)においては、半導体基板上に第1絶縁膜(ゲート絶縁膜)を介して設けられた第1ゲート電極の上に、厚さが極めて薄い第2絶縁膜と上記第1ゲート電極よりも厚さが薄い打2ゲート電極とが複数回交互に積層され、第1と第2ゲート電極および第2絶縁膜の側壁上に第3絶縁膜を介して第3ゲート電極が形成された半導体記憶装置が開示されている。ここでは、クーロン遮蔽現象を利用して、リフレッシュ不要な半導体記憶装置が実現されている。
しかしながら、上記のような半導体装置においては、以下のような問題があった。 However, the semiconductor device as described above has the following problems.
従来のMISトランジスタにおいては、ソース/ドレイン間に流れる電流についてON状態/OFF状態という2つの状態の切換えが行なわれている。これに対し、半導体装置の設計の自由度を向上させる観点から、上記ソース/ドレイン間に流れる電流がOFF状態よりも大きくON状態よりも小さい第3の状態を実現するMISトランジスタを形成することが有効である。なお、従来例1,2に係る半導体装置は、ON/OFF状態の中間的な状態を生じさせるMISトランジスタを含むものではなく、本発明に係る半導体装置と従来例1,2に係る半導体装置とは、前提および構成が全く異なる。 In the conventional MIS transistor, the current flowing between the source and the drain is switched between two states of ON state / OFF state. On the other hand, from the viewpoint of improving the degree of freedom in designing the semiconductor device, it is possible to form a MIS transistor that realizes the third state in which the current flowing between the source / drain is larger than the OFF state and smaller than the ON state. It is valid. Note that the semiconductor devices according to the conventional examples 1 and 2 do not include the MIS transistor that generates an intermediate state between the ON / OFF states, and the semiconductor device according to the present invention and the semiconductor devices according to the conventional examples 1 and 2 Are completely different in premise and configuration.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ON状態/OFF状態に加えて、OFF状態よりも大きくON状態よりも小さい電流がソース/ドレイン間に流れる第3の状態を生じさせる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a current between the source and the drain that is larger than the OFF state and smaller than the ON state in addition to the ON state / OFF state. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that causes a third state to flow and a manufacturing method thereof.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の主表面上に形成された第1ゲート電極と半導体基板に形成されたソース/ドレイン領域とを含む第1トランジスタと、半導体基板の主表面上に形成された第2ゲート電極とソース/ドレイン領域とを含む第2トランジスタとを備え、少なくとも第1トランジスタがON状態である第1の状態と、第1と第2トランジスタがOFF状態である第2の状態と、第1トランジスタがOFF状態であり、第2トランジスタがON状態である第3の状態とを実現する。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a first transistor including a first gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate, and source / drain regions formed on the semiconductor substrate, and a main surface of the semiconductor substrate. A second transistor including a second gate electrode and a source / drain region formed thereon, wherein at least the first transistor is in an ON state, and the first and second transistors are in an OFF state. The second state and the third state in which the first transistor is in the OFF state and the second transistor is in the ON state are realized.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、1つの局面では、半導体基板の主表面上に第1ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、半導体基板における第1ゲート電極の両側にソース/ドレイン領域を形成する工程と、半導体基板の主表面上から第1ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜にソース/ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する工程と、コンタクトホール内から絶縁膜上にソース/ドレイン領域を接続する導電膜を形成する工程と、導電膜上に第2ゲート絶縁膜を介して第2ゲート電極を形成する工程とを備える。 In one aspect, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate via a first gate insulating film, and both sides of the first gate electrode in the semiconductor substrate. Forming a source / drain region on the semiconductor substrate, forming an insulating film on the first gate electrode from the main surface of the semiconductor substrate, forming a contact hole reaching the source / drain region in the insulating film, and contact Forming a conductive film connecting the source / drain regions on the insulating film from within the hole, and forming a second gate electrode on the conductive film via the second gate insulating film.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、他の局面では、半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極と並ぶように第2ゲート電極を形成する工程と、第1と第2ゲート電極が並ぶ方向において該第1と第2ゲート電極を挟むように半導体基板にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備える。 In another aspect, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate. A step of forming a second gate electrode so as to be aligned with the first gate electrode, and a source / drain region in the semiconductor substrate so as to sandwich the first and second gate electrodes in a direction in which the first and second gate electrodes are aligned Forming a step.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、さらに他の局面では、半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極と並ぶように第2ゲート電極を形成する工程と、第1と第2ゲート電極が並ぶ方向に直交する方向において該第1と第2ゲート電極を挟むように半導体基板にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備える。 In still another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a first gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate Forming a second gate electrode so as to be aligned with the first gate electrode through the semiconductor substrate, and sandwiching the first and second gate electrodes in a direction perpendicular to the direction in which the first and second gate electrodes are aligned Forming a source / drain region.
本発明によれば、ON状態/OFF状態に加えて、OFF状態よりも大きくON状態よりも小さい電流がソース/ドレイン間に流れる第3の状態を生じさせるトランジスタ(半導体装置)を得ることができる。 According to the present invention, in addition to the ON state / OFF state, it is possible to obtain a transistor (semiconductor device) that causes a third state in which a current that is larger than the OFF state and smaller than the ON state flows between the source and drain. .
以下に、本発明に基づく半導体装置およびその製造方法の実施の形態について、図1から図30を用いて説明する。 Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、後述する実施の形態1〜6に係るトランジスタ1(半導体装置)を模式的に示した回路図である。ここで、図1(a)は、後述する「バルク+TFT型トランジスタ」を示し、図1(b)は、後述する「バルク直列型トランジスタ」を示し、図1(c)は、後述する「バルク並列型トランジスタ」を示す。図1(a),(b),(c)を参照して、実施の形態1〜6に係るトランジスタ1は、第1と第2ゲート電極G1,G2を備える。第1と第2ゲート電極G1,G2は、同一のソース(S)/ドレイン(D)領域を共有し、第1ゲート電極G1とソース/ドレイン領域とにより第1トランジスタが形成され、第2ゲート電極G2とソース/ドレイン領域とにより第2トランジスタが形成される。第1と第2ゲート電極G1,G2にはそれぞれ独立して電圧が印加される。トランジスタ1は、少なくとも第1トランジスタがON状態である状態(第1の状態:以下、「トランジスタ1のON状態」と称する場合がある。)と、第1トランジスタと第2トランジスタとがOFF状態である状態(第2の状態:以下、「トランジスタ1のOFF状態」と称する場合がある。)と、第1トランジスタがOFF状態であり第2トランジスタがON状態である状態(第3の状態:以下、「リークモード」または「僅かにON状態」と称する場合がある。)とを実現する。
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a transistor 1 (semiconductor device) according to first to sixth embodiments described later. 1A shows a “bulk + TFT transistor” described later, FIG. 1B shows a “bulk series transistor” described later, and FIG. 1C shows a “bulk” described later. "Parallel transistor". Referring to FIGS. 1A, 1B, and 1C, a
トランジスタ1のON状態/OFF状態/リークモードは、ソース/ドレイン間に流れる電流の大きさにより分類される。たとえば、トランジスタ1のON状態においてはソース/ドレイン間に600μA以上程度の電流が流れ、トランジスタ1のOFF状態においてはソース/ドレイン間に1fA以下程度の電流しか流れない。リークモードにおいては、たとえば、ソース/ドレイン間に1pA以上10nA以下程度の電流が流れる。すなわち、リークモードにおいては、トランジスタ1のOFF状態よりも大きくトランジスタ1のON状態よりも小さな電流がソース/ドレイン間に流れる。ON状態/OFF状態/リーク状態においてソース(S)、第1と第2ゲート電極(G1,G2)、ドレイン(D)に印加される電圧の一例を表1に示す。なお、トランジスタ1のON状態は、第1と第2ゲート電極G1,G2を含むトランジスタがON状態の場合(case−1)と、第1のゲート電極G1を含むトランジスタのみがON状態の場合(case−2)とにおいて実現される。
The ON state / OFF state / leakage mode of the
従来のMISトランジスタにおいては、一般に、ON状態(第1の状態)/OFF状態(第2の状態)の2つの状態の切換えが実現される。これに対し、後述する実施の形態1〜6に係るトランジスタ1においては、ON状態/OFF状態に加えて該ON状態/OFF状態の中間的な状態であるリークモード(第3の状態)が実現されるため、該トランジスタ1を含むデバイスの設計の自由度が向上する。
In the conventional MIS transistor, switching between two states of the ON state (first state) / OFF state (second state) is generally realized. On the other hand, in the
上述したトランジスタ1(半導体装置)の適用例としての半導体記憶装置について以下に説明する。図30は、半導体記憶装置100を示した等価回路図である。半導体記憶装置100は、DRAM(Dynamic Random−Access Memory)とともに代表的な半導体記憶装置の1つであり、リフレッシュ動作が不要なメモリとして知られるSRAM(Static Random−Access Memory)である。従来のSRAMのメモリセルは、一般に、6つのバルクトランジスタを含み、負荷素子が薄膜トランジスタ(TFT(Thin Film Transistor):以下、薄膜トランジスタをTFTと称する場合がある。)で構成される場合でも、4つのバルクトランジスタを含む。したがって、SRAMのメモリセルは、バルクトランジスタが1つであるDRAMのメモリセルに比べて大型化する傾向にある。これに対し、半導体記憶装置100においては、リークモードを実現するトランジスタ1を用いることで、メモリセル1つあたりのバルクトランジスタの数が低減され、メモリセル面積の縮小が実現される。
A semiconductor memory device as an application example of the transistor 1 (semiconductor device) described above will be described below. FIG. 30 is an equivalent circuit diagram showing the
なお、「バルク」とは、TFTが基板上に形成されるのに対し、シリコン基板中にトランジスタが作り込まれているものという意味で用いている。以下においては、TFTのように基板上に形成される薄膜素子に対し、シリコン基板中に作り込まれるトランジスタを「バルクトランジスタ」と称する。 Note that “bulk” is used to mean that a TFT is formed on a substrate while a transistor is formed in a silicon substrate. Hereinafter, a transistor formed in a silicon substrate with respect to a thin film element formed on the substrate like a TFT is referred to as a “bulk transistor”.
図30を参照して、メモリセル50は、1ビットのデータに対して、そのデータと、そのデータが反転された反転データとをそれぞれ記憶する、行方向に隣接した2つのデータ保持部50A,50Bを含む。データ保持部50Aは、アクセストランジスタ52Aと、キャパシタ54Aと、pチャネルTFT56Aとからなり、データ保持部50Bは、アクセストランジスタ52Bと、キャパシタ54Bと、pチャネルTFT56Bとからなる。ここで、アクセストランジスタ52A,52Bとしてリークモードを有する上記トランジスタ1が用いられる。
Referring to FIG. 30,
アクセストランジスタ52A,52Bは、nチャネル型のMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)トランジスタであり、それぞれ第1ゲート電極G1A,G1B、および第2ゲート電極G2A,G2Bを備えている。第1ゲート電極G1A,G1Bは、ワード線に接続される通常のゲート電極として機能し、第2ゲート電極G2A,G2Bは、アクセストランジスタ52A,52Bの各々において、もう1つのゲート電極として機能する。第1ゲート電極G1A,G1BがL(論理ロー)レベルの状態で第2ゲート電極G2A,G2Bに電圧が印加されると、ドレイン−ソース間に不完全なチャネルが形成され、トランジスタがONされた状態よりははるかに小さいけれども通常のOFFされた状態に比べて大きなリーク電流がドレイン−ソース間に流れる(リークモード)。
The
アクセストランジスタ52Aは、ビット線68Aとノード60との間に接続され、第1ゲート電極G1Aがワード線64に接続される。また、アクセストランジスタ52Aの第2ゲート電極G2Aは、ノード62に接続される。アクセストランジスタ52Aは、ワード線64が活性化されるとONし、ワード線64が不活性化されるとOFFする。ここで、ワード線64が不活性化されているときにノード62がHレベルであると、アクセストランジスタ52Aはリークモードとなり、ノード60から接地電位に固定されているビット線68Aへ電荷が放電される。
キャパシタ54Aは、電荷を蓄積しているか否かに応じて、2進情報“1”または“0”を記憶する。キャパシタ54Aは、ノード60とセルプレート70との間に接続される。そして、ビット線68Aからアクセストランジスタ52Aおよびノード60を介して2進情報“1”,“0”に対応した電圧がキャパシタ54Aに印加されることによって、キャパシタ54Aの充放電が行なわれ、データの書込みが行なわれる。pチャネルTFT56Aは、電源ノード72とノード60との間に接続され、ON/OFF制御電極であるゲートがノード62に接続される。
The
pチャネルTFT56Aおよび後述するpチャネルTFT56Bは、多結晶ポリシリコンで構成されたスイッチング機能を備える抵抗素子であり、T(テラ、「T」は1012を表わす。)ΩオーダのOFF抵抗とG(ギガ、「G」は109を表わす。)ΩオーダのON抵抗とを有する高抵抗素子である。なお、この発明においては、単に抵抗素子といった場合、スイッチング機能を備えるものと定抵抗のものとの両方を示すものとする。
A p-
アクセストランジスタ52Bは、ビット線68Aと対をなすビット線68Bとノード62との間に接続され、第1ゲート電極G1Bがワード線66に接続される。また、アクセストランジスタ52Bの第2ゲート電極G2Bはノード60に接続される。アクセストランジスタ52Bは、ワード線66が活性化されるとONし、ワード線66が不活性化されるとOFFする。ここで、ワード線66が不活性化されているときにノード60がHレベルであると、アクセストランジスタ52Bはリークモードとなり、ノード62から接地電位に固定されているビット線68Bへ電荷が放電される。
キャパシタ54Bは、電荷を蓄積しているか否かに応じて、キャパシタ54Aが記憶するデータが反転された反転データを記憶する。キャパシタ54Bは、ノード62とセルプレート70との間に接続される。そして、ビット線68Bからアクセストランジスタ52Bおよびノード62を介して2進情報“1”,“0”に対応した電圧がキャパシタ54Bに印加されることによって、キャパシタ54Bの充放電が行なわれ、データの書込みが行なわれる。pチャネルTFT56Bは、電源ノード72とノード62との間に接続され、ON/OFF制御電極であるゲートがノード60に接続される。
The
ポリシリコンで構成されるpチャネルTFT56A,56Bおよびキャパシタ54A,54Bは、バルクトランジスタであるアクセストランジスタ52A,52Bの上部に積層して形成することができる。したがって、この半導体記憶装置100における1ビット当りのメモリセルの大きさは、2つのアクセストランジスタ52A,52Bおよびノード60,62によって占有される面積によってほぼ決定される。なお、キャパシタ54A,54Bおよびセルプレート70を設けないメモリセル構造を採用することも可能である。
The p-
次に、このメモリセルの「書込み」,「保持」,「読出し」動作について説明する。 Next, the “write”, “hold”, and “read” operations of this memory cell will be described.
(1)データの書込み
キャパシタ54Aに電荷が蓄電され、キャパシタ54Bに電荷が蓄電されていない状態がデータ“1”に対応するものとする。データ“1”の書込みが行なわれるときは、ビット線68A,68Bがそれぞれ電源電位Vccおよび接地電位GNDにプリチャージされ、ワード線64,66が活性化される。これによって、アクセストランジスタ52A,52BがONし、ビット線68Aからアクセストランジスタ52Aおよびノード60を介してキャパシタ54Aに電源電位Vccの電圧が印加され、キャパシタ54Aに電荷が蓄電される。一方、ビット線68Bからはアクセストランジスタ52Bおよびノード62を介してキャパシタ54Bに接地電位GNDの電圧が印加され、キャパシタ54Bからビット線68Bに電荷が放電される。
(1) Data Write It is assumed that a state in which charge is stored in the
なお、データ保持部50A,50Bは、その回路構成が同じであるので、データ“0”が書込まれるときは、上述したデータ保持部50A,50Bの動作が互いに入れ替わるだけで上述の動作と同様の動作が行なわれるので、その説明は繰り返されない。
Since the
(2)データの保持
このメモリセル50においては、pチャネルTFT56A,56BのON電流およびOFF電流は、それぞれ1×10-11Aおよび1×10-13A程度である。一方、バルクトランジスタであるアクセストランジスタのOFF電流(リークモードでない)によるノード60,62からのリーク電流は1×10-15A程度である。したがって、pチャネルTFT56A,56BのON電流は、それぞれノード60,62からのリーク電流を4桁上回るため、電源ノード72からノード60,62およびこれらにそれぞれ接続されたキャパシタ54A,54Bを充電することができる。
(2) Data retention In this
なお、ここに示した各電流値は、これらの数値に限定されるものではなく、これらの程度の次数であることを示すものである。 The current values shown here are not limited to these numerical values, but indicate orders of these degrees.
ここで、pチャネルTFT56A,56BのOFF電流も、それぞれノード60,62からのリーク電流を上回っている。そして、このメモリセル50においては、従来のSRAMのようにLレベルにあるノードおよびキャパシタの電荷を放電するドライバトランジスタが設けられていないため、このままでは、Lレベルのノードの電位が上昇し、記憶データが破壊されてしまう。
Here, the OFF currents of the p-
しかしながら、このメモリセル50では、リークモードによりLレベルにあるノードの電荷がアクセストランジスタを介して対応するビット線に放電されるため、記憶データを保持することができる。以下、データ“1”が保持されている場合について具体的に説明する。
However, in this
データ保持時、ビット線68A,68Bは、接地電位に固定され、ワード線64,66は、不活性化される。データ“1”の書込後、キャパシタ54Aおよびノード60は、充電状態(Hレベル)にあり、キャパシタ54Bおよびノード62は、放電状態(Lレベル)にある。ここで、アクセストランジスタ52Aは、OFFされているが、上述のように、OFF状態であっても1×10-15A程度の電流が流れ、キャパシタ54Aおよびノード60に充電されている電荷は、アクセストランジスタ52Aを介してリークする。
At the time of data retention, the
しかしながら、このリークによる電荷減少分は、ON状態にあるpチャネルTFT56Aから補填される。そして、上述したように、pチャネルTFT56AのON電流、すなわち充電電流は、1×10-11A程度であり、アクセストランジスタ52AのOFF電流、すなわち放電電流を4桁上回るため、キャパシタ54Aおよびノード60の充電状態は、維持される。
However, the charge decrease due to this leakage is compensated by the p-
なお、このpチャネルTFT56Aによる充電電流は、アクセストランジスタ52Aによる放電電流を少なくとも1桁以上上回ることが望ましい。仮に、充電電流が放電電流のn倍(nは10より小さい)であるとすると、Hレベルにあるノードの電位が1/(1+n)Vccだけ低下し、その低下を無視することができなくなるからである。
It is desirable that the charging current by
一方、ノード60はHレベルであるので、アクセストランジスタ52Bは、リークモードとなっており、電源ノード72からOFF状態にあるpチャネルTFT56Bを介してノード62にリークした電荷は、アクセストランジスタ52Bを介してビット線68Bにリークされる。ここで、キャパシタ54Bおよびノード62の電位が上昇しないためには、リークモードにあるアクセストランジスタ52Bのリーク電流がpチャネルTFT56BのOFF電流よりも大きいことが条件となる。このメモリセル50においては、リークモード時のアクセストランジスタ52Bのリーク電流は、1×10-11A程度であり、pチャネルTFT56BのOFF電流1×10-13Aを上回るので、キャパシタ54Bおよびノード62の電位が上昇することはなく、キャパシタ54Bおよびノード62の放電状態は維持される。以上のようにして、メモリセル50は、データ“1”を保持することができる。
On the other hand, since the
なお、リークモード時のアクセストランジスタ52Bのリーク電流は、pチャネルTFT56BのOFF電流を少なくとも1桁以上上回ることが望ましい。仮に1桁を下回ると、無視できない程度のキャパシタ54Bおよびノード62の電位上昇が現われるからである。
It is desirable that the leak current of
また、データ“0”の保持については、上述したデータ保持部50A,50Bの動作が互いに入れ替わるだけで、上述した動作と同様の動作が行なわれるので、その説明は繰り返されない。
In addition, the data “0” is retained by the same operation as the above-described operation because the operations of the
また、上記においては、データ保持時、ビット線68A,68Bの電位は、接地電位に固定されるとしたが、この電位は、接地電位に限られるものではなく、たとえば、負電位としてもよい。
In the above description, the potentials of the
(3)データの読出し
メモリセル50には、データ“1”が記憶されているとする。ビット線68A,68Bは、あらかじめ接地電位にプリチャージされ、データの読出しに際してワード線64,66が活性化される。これによって、アクセストランジスタ52A,52BがONし、充電状態にあるキャパシタ54Aからアクセストランジスタ52Aを介してビット線68Aに電荷が放電され、ビット線68Aの電位が上昇する。
(3) Reading Data Assume that data “1” is stored in the
一方、キャパシタ54Bは、放電状態であったため、ビット線68Bの電位は、接地電位のままである。したがって、ビット線68A,68Bに電位差が発生し、この電位差が図示されないセンスアンプによって比較され、ビット線対68Aの電位が電源電位Vccに増幅される。そして、このビット線68A,68Bの電位がそれぞれ電源電位Vccおよび接地電位GNDにある状態をデータ“1”に対応させて、データ“1”が読出される。
On the other hand, since the
データが読出されると、ビット線対68A,68Bの電位がそれぞれ電源電位Vccおよび接地電位GNDの状態で、再びワード線64,66が活性化される。そうすると、アクセストランジスタ52A,52BがONし、ビット線対68A,68Bからそれぞれアクセストランジスタ52A,52Bを介してキャパシタ54A,54Bに電荷が再チャージされ、データの読出しに際して破壊された記憶データの書戻しが行なわれる。
When data is read, word lines 64 and 66 are activated again with the potentials of
なお、データ“0”の読出しについては、上述したデータ保持部50A,50Bの動作が互いに入れ替わるだけで、上述した動作と同様の動作が行なわれるので、その説明は繰り返されない。
Note that the reading of the data “0” is not repeated because the operation similar to the above-described operation is performed only by the operation of the
(実施の形態1)
図2は、実施の形態1に係るトランジスタ1を示した断面図である。図2を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1において、第1ゲート電極G1は半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して形成され、第2ゲート電極G2は第1ゲート電極G1よりも上層に形成されている。第1と第2ゲート電極G1,G2間には絶縁膜6、導電膜7およびゲート絶縁膜8が形成され、ゲート絶縁膜8上に第2ゲート電極G2が形成される。第1と第2ゲート電極G1,G2は、ソース/ドレイン領域3,4を共有している。また、第2ゲート電極G2のゲート長(図2中のL)は、第1ゲート電極G1のゲート長よりも小さく、たとえば、0.05μm以上0.1μm以下程度である。以上の構成により、第1ゲート電極G1およびソース/ドレイン領域3,4を含むバルクトランジスタ(第1トランジスタ)と、第2ゲート電極G2およびソース/ドレイン領域3,4を含むTFTトランジスタ(第2トランジスタ)とが形成される。本願明細書では、このようなトランジスタ1を「バルク+TFT型トランジスタ」と称する場合がある。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
上記トランジスタ1において、第1ゲート電極G1に第1トランジスタの閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第1ゲート電極G1の下部に導電型が反転した反転領域が形成される。この結果、ソース/ドレイン領域3,4間に一定値(たとえば600μA程度)以上の電流(ON電流)が流れる「トランジスタ1のON状態」が実現される。ここで、第2ゲート電極G2には所定の電圧が印加されていてもよいし、されていなくてもよい。
In the
トランジスタ1において、第1ゲート電極G1に第1トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧しか印加されない場合には、第1ゲート電極G1の下部には十分な反転領域が形成されず、ソース/ドレイン領域3,4間に上記ON電流は流れない。ここで、第2ゲート電極G2に第2トランジスタの閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第2ゲート電極G2下部の導電層7がその影響をうけ、ON電流よりは小さいが後述するOFF電流よりは大きいリーク電流(たとえば1pA以上10nA以下程度)がソース/ドレイン領域3,4間に流れる「リークモード」が実現される。
In the
トランジスタ1において、第1と第2ゲート電極G1,G2にそれぞれ第1と第2トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧しか印加されない場合には、上述したON電流およびリーク電流が生じない「トランジスタ1のOFF状態」が実現される。ただし、この場合も、ソース/ドレイン領域3,4間には一定値(たとえば1fA程度)以下の微電流(OFF電流)が流れている。
In the
図3〜図5は、図2に示すトランジスタ1の製造工程における各工程の状態を示した断面図である。図3〜図5を用いて、トランジスタ1の製造方法について説明する。本実施の形態に係るトランジスタ1の製造方法は、図3〜図5に示すように、半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5(第1ゲート絶縁膜)を介して第1ゲート電極G1を形成する工程と、半導体基板2における第1ゲート電極G1の両側にソース/ドレイン領域3,4を形成する工程(以上、図3)と、半導体基板2の主表面上から第1ゲート電極G1上に絶縁膜6を形成する工程と、絶縁膜6にソース/ドレイン領域3,4に達するコンタクトホール7Aを形成する工程と、コンタクトホール7A内から絶縁膜6上にソース/ドレイン領域3,4を接続する導電膜7を形成する工程(以上、図4)と、導電膜7上にゲート絶縁膜8(第2ゲート絶縁膜)を介して第2ゲート電極G2を形成する工程(図5)とを備える。
3 to 5 are cross-sectional views showing the states of the respective steps in the manufacturing process of the
図3を参照して、p型の半導体基板2上にゲート絶縁膜5が形成される。ゲート絶縁膜5は、たとえば熱酸化処理などにより形成される。半導体基板2に閾値電圧調整用のp型不純物(たとえばボロンなど)が注入された後、ゲート絶縁膜5上にたとえばポリシリコンなどからなる第1ゲート電極G1が形成される。第1ゲート電極G1には、n型/p型の不純物がドープされてもよい。その後、第1ゲート電極G1をマスクとして用いながら、半導体基板2中にソース/ドレイン領域3,4となるn型不純物(たとえばヒ素、リンなど)が注入される(図3中の矢印)。
Referring to FIG. 3,
図4を参照して、第1ゲート電極G1およびソース/ドレイン領域3,4を覆うように絶縁膜6が形成される。絶縁膜6は、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成される。次に、絶縁膜6に、ソース/ドレイン領域3,4に達するコンタクトホール7Aが形成される。そして、ソース/ドレイン領域3,4に達したコンタクトホール7A中から絶縁膜6上に達するようにp型ポリシリコンなどからなる導電膜7が形成される。これにより、TFTトランジスタのチャネル領域が形成される。
Referring to FIG. 4, insulating
図5を参照して、導電膜7上にゲート絶縁膜8が形成される。ゲート絶縁膜8は、たとえば熱酸化処理により形成される。ゲート絶縁膜8上にたとえばポリシリコンなどからなる第2ゲート電極G2が形成される。第2ゲート電極G2には、n型/p型の不純物がドープされてもよい。以上の工程により、図2に示す「バルク+TFT型トランジスタ」が得られる。
Referring to FIG. 5,
図6は、トランジスタ1の上面図である。なお、図6におけるII−II断面が図2に相当する。図6を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1においては、STI(Shallow Trench Isolation)9間に形成されたソース/ドレイン領域3,4が第1と第2ゲート電極G1,G2に共有され、かつ、第1ゲート電極G1に重なるように第2ゲート電極G2が形成されるので、バルク面積を増大させることなく、リークモードを有するトランジスタを得ることができる。
FIG. 6 is a top view of the
(実施の形態2)
図7は、実施の形態2に係るトランジスタ1を示した断面図である。本実施の形態に係るトランジスタ1は、実施の形態1に係るトランジスタの変形例である。図7を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1において、第1と第2ゲート電極G1,G2は、ソース領域3からドレイン領域4に向かう方向に並ぶように半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して形成されている。第1と第2ゲート電極G1,G2は、ソース/ドレイン領域3,4を共有している。また、第1ゲート電極G1のゲート長(図7中のL1)が第2ゲート電極G2のゲート長(図7中のL2)よりも大きい。ここで、第2ゲート電極G2のゲート長は0.05μm以上0.1μm以下程度である。以上の構成により、第1ゲート電極G1およびソース/ドレイン領域3,4を含むバルクトランジスタ(第1トランジスタ)と、第2ゲート電極G2およびソース/ドレイン領域3,4を含むバルクトランジスタ(第2トランジスタ)とが形成される。ここでは、第1と第2ゲート電極G1,G2が、ソース/ドレイン3,4間において直列に配置されているので、本願明細書では、このようなトランジスタ1を「バルク直列型トランジスタ」と称する場合がある。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the
上記トランジスタ1において、第1ゲート電極G1に第1トランジスタの閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第1ゲート電極G1の下部に導電型が反転した反転領域が形成される。この結果、ソース/ドレイン領域3,4間に一定値以上の電流(ON電流)が流れる「トランジスタ1のON状態」が実現される。ここで、第2ゲート電極G2には所定の電圧が印加されていてもよいし、されていなくてもよい。
In the
トランジスタ1において、第1ゲート電極G1に第1トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧しか印加されない場合には、第1ゲート電極G1の下部には十分な反転領域が形成されず、ソース/ドレイン領域3,4間に上記ON電流は流れない。ここで、第2ゲート電極G2に第2トランジスタの閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第2ゲート電極G2下部の半導体基板2がその影響をうけ、ON電流よりは小さいが後述するOFF電流よりは大きいリーク電流がソース/ドレイン領域3,4間に流れる「リークモード」が実現される。
In the
トランジスタ1において、第1と第2ゲート電極G1,G2にそれぞれ第1と第2トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧しか印加されない場合には、上述したON電流およびリーク電流が生じない「トランジスタ1のOFF状態」が実現される。ただし、この場合も、ソース/ドレイン領域3,4間には一定値以下の微電流(OFF電流)が流れている。
In the
図8〜図10は、図7に示すトランジスタ1の製造工程における各工程の状態を示した断面図である。図8〜図10を用いて、トランジスタ1の製造方法について説明する。本実施の形態に係るトランジスタ1の製造方法は、図8〜図10に示すように、半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して第1ゲート電極G1を形成する工程(図8)と、半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して第1ゲート電極G1と並ぶように第2ゲート電極G2を形成する工程(図9)と、第1と第2ゲート電極G1,G2が並ぶ方向において該第1と第2ゲート電極G1,G2を挟むように半導体基板2にソース/ドレイン領域3,4を形成する工程(図10)とを備える。なお、第1と第2ゲート電極G1,G2は、同一の工程で形成されてもよい。
8 to 10 are cross-sectional views showing the states of the respective steps in the manufacturing process of the
図8に示すように、p型の半導体基板2上にゲート絶縁膜5が形成される。半導体基板2に閾値電圧調整用のp型不純物が注入された後、ゲート絶縁膜5上に第1ゲート電極G1が形成される。次に、図9に示すように、ゲート絶縁膜5上において第1ゲート電極G1と並ぶように第2ゲート電極G2が形成される。そして、図10に示すように、第1と第2ゲート電極G1,G2の両側(図10における左右両側)に、ソース/ドレイン領域3,4となるn型不純物が注入される(図10中の矢印)。以上の工程により、図7に示す「バルク直列型トランジスタ」が得られる。
As shown in FIG. 8, the
図11は、トランジスタ1の上面図である。なお、図11におけるVII−VII断面が図7に相当する。図11を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1においては、STI9間に形成されたソース/ドレイン領域3,4が第1と第2ゲート電極G1,G2に共有されるので、バルク面積を過度に増大させることなく、リークモードを有するトランジスタを得ることができる。
FIG. 11 is a top view of the
図12は、本実施の形態に係るトランジスタ1の変形例を示した上面図である。図13は、図12におけるXIII−XIII断面に相当する。図12,図13を参照して、本変形例においては、第2ゲート電極G2の一部が絶縁膜6Aを介して第1ゲート電極G1に重なるように形成されている。なお、第1と第2ゲート電極G1,G2は、絶縁膜6Aにより電気的に絶縁されている。図12,図13に示す構造を採用することで、第1と第2ゲート電極G1,G2のパターニングにおける写真製版が行ないやすくなる。
FIG. 12 is a top view showing a modification of the
ところで、第1と第2ゲート電極G1,G2の閾値電圧を調整するために、たとえば、第1と第2ゲート電極G1,G2の導電型を異ならせることが考えられる。たとえば、nチャネル型のMOSトランジスタにおいては、ゲート電極としてn型(第1導電型)のポリシリコンを用いたほうが、p型(第2導電型)のポリシリコンを用いた場合と比較して閾値電圧が高くなる。 By the way, in order to adjust the threshold voltages of the first and second gate electrodes G1 and G2, for example, it may be considered that the conductivity types of the first and second gate electrodes G1 and G2 are different. For example, in an n-channel MOS transistor, the threshold value is greater when n-type (first conductivity type) polysilicon is used as the gate electrode than when p-type (second conductivity type) polysilicon is used. The voltage increases.
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態1と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。 In the present embodiment, detailed description of the same matters as in the above-described first embodiment will not be repeated.
(実施の形態3)
図14は、実施の形態3に係るトランジスタ1を示した断面図である。本実施の形態に係るトランジスタ1は、実施の形態1,2に係るトランジスタの変形例である。図14を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1において、第1と第2ゲート電極G1,G2は、ソース領域3からドレイン領域4に向かう方向(図14における紙面に垂直な方向)に直交する方向(図14における左右方向)に並ぶように半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して形成されている。第1と第2ゲート電極G1,G2は、ソース/ドレイン領域3,4を共有している(後述する図18を参照)。また、第1ゲート電極G1のゲート幅(図14中のL3)が第2ゲート電極G2のゲート幅(図14中のL4)よりも大きい。ここで、第1と第2ゲート電極G1,G2間の間隔(図14中のL)は0.05μm以上0.1μm以下程度である。第1と第2ゲート電極G1,G2間に絶縁膜(図示せず)が設けられることが好ましい。第1と第2ゲート電極G1,G2は該絶縁膜により確実に絶縁される。なお、図14においては、第1と第2ゲート電極G1,G2がSTI9上に達するように形成されているが、第1と第2ゲート電極G1,G2がSTI9に挟まれた領域に位置するゲート絶縁膜5上にのみ形成されていてもよい。以上の構成により、第1ゲート電極G1およびソース/ドレイン領域3,4を含むバルクトランジスタ(第1トランジスタ)と、第2ゲート電極G2およびソース/ドレイン領域3,4を含むバルクトランジスタ(第2トランジスタ)とが形成される。ここでは、第1と第2ゲート電極G1,G2が、ソース/ドレイン3,4間において並列に配置されているので、本願明細書では、このようなトランジスタ1を「バルク並列型トランジスタ」と称する場合がある。
(Embodiment 3)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the
上記トランジスタ1において、第1ゲート電極G1に第1トランジスタの閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第1ゲート電極G1の下部に導電型が反転した反転領域が形成される。この結果、ソース/ドレイン領域3,4間に一定値以上の電流(ON電流)が流れる「トランジスタ1のON状態」が実現される。ここで、第2ゲート電極G2には所定の電圧が印加されていてもよいし、されていなくてもよい。
In the
トランジスタ1において、第1ゲート電極G1に第1トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧しか印加されない場合には、第1ゲート電極G1の下部には十分な反転領域が形成されず、ソース/ドレイン領域3,4間に上記ON電流は流れない。ここで、第2ゲート電極G2に第2トランジスタの閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第2ゲート電極G2下部の半導体基板2がその影響をうけ、ON電流よりは小さいが後述するOFF電流よりは大きいリーク電流がソース/ドレイン領域3,4間に流れる「リークモード」が実現される。
In the
トランジスタ1において、第1と第2ゲート電極G1,G2にそれぞれ第1と第2トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧しか印加されない場合には、上述したON電流およびリーク電流が生じない「トランジスタ1のOFF状態」が実現される。ただし、この場合も、ソース/ドレイン領域3,4間には一定値以下の微電流(OFF電流)が流れている。
In the
図15〜図17は、図14に示すトランジスタ1の製造工程における各工程の状態を示した断面図である。図15〜図17を用いて、トランジスタ1の製造方法について説明する。本実施の形態に係るトランジスタ1の製造方法は、図15〜図17に示すように、半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して第1ゲート電極G1を形成する工程(図15)と、半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5を介して第1ゲート電極G1と並ぶように第2ゲート電極G2を形成する工程(図16)と、第1と第2ゲート電極G1,G2が並ぶ方向に直交する方向において該第1と第2ゲート電極G1,G2を挟むように半導体基板2にソース/ドレイン領域3,4(図18参照)を形成する工程(図17)とを備える。
15 to 17 are cross-sectional views showing the states of the respective steps in the manufacturing process of the
図15に示すように、p型の半導体基板2上にゲート絶縁膜5が形成される。半導体基板2に閾値電圧調整用のp型不純物が注入された後、ゲート絶縁膜5上に第1ゲート電極G1が形成される。次に、図16に示すように、ゲート絶縁膜5上において第1ゲート電極G1と並ぶように第2ゲート電極G2が形成される。そして、図17に示すように、第1と第2ゲート電極G1,G2の両側(図17における紙面の手前側と紙面の奥側)に、ソース/ドレイン領域3,4となるn型不純物が注入される(図17中の矢印)。以上の工程により、図14に示す「バルク並列型トランジスタ」が得られる。
As shown in FIG. 15, the
図18は、トランジスタ1の上面図である。なお、図18におけるXIV−XIV断面が図14に相当する。図18を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1においては、ソース/ドレイン領域3,4が第1と第2ゲート電極G1,G2に共有されるので、バルク面積を過度に増大させることなく、リークモードを有するトランジスタを得ることができる。
FIG. 18 is a top view of the
図19は、本実施の形態に係るトランジスタ1の変形例を示した上面図である。図20は、図19におけるXX−XX断面に相当する。図19,図20を参照して、本変形例においては、第2ゲート電極G2の一部が絶縁膜6Aを介して第1ゲート電極G1に重なるように形成されている。なお、第1と第2ゲート電極G1,G2は、絶縁膜6Aにより電気的に絶縁されている。図19,図20に示す構造を採用することで、第1と第2ゲート電極G1,G2のパターニングにおける写真製版が行ないやすくなる。
FIG. 19 is a top view showing a modification of the
なお、本実施の形態においても、第1と第2ゲート電極G1,G2の閾値電圧を調整するために、第1と第2ゲート電極G1,G2の導電型を異ならせることができる。また、本実施の形態において、上述した実施の形態1,2と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。 In the present embodiment also, the conductivity types of the first and second gate electrodes G1 and G2 can be made different in order to adjust the threshold voltages of the first and second gate electrodes G1 and G2. In the present embodiment, detailed description of the same matters as in the first and second embodiments is not repeated.
(実施の形態4)
図21は、実施の形態4に係るトランジスタ1を示した断面図である。本実施の形態に係るトランジスタ1は、実施の形態3に係るトランジスタの変形例である。図21を参照して、本実施の形態に係るトランジスタ1においては、第1と第2ゲート電極G1,G2の閾値電圧を調整するために、第1ゲート電極G1下に位置するゲート絶縁膜5の厚みと第2ゲート電極G2下に位置するゲート絶縁膜(5,5A)の厚みとを異ならせている。図21に示す例では、第2ゲート電極G2下に位置するゲート絶縁膜(5,5A)の厚みを第1ゲート電極G1下に位置するゲート絶縁膜5の厚みよりも大きくしている。これにより、第2ゲート電極G2を含む第2トランジスタの閾値電圧をより高く設定することができる。なお、第1ゲート電極G1下に位置するゲート絶縁膜の厚みを第2ゲート電極G2下に位置するゲート絶縁膜の厚みよりも大きくしてもよい。この場合は、第1ゲート電極G1を含む第1トランジスタの閾値電圧をより高く設定することができる。
(Embodiment 4)
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the
図22〜図24は、図21に示すトランジスタ1の製造工程における各工程の状態を示した断面図である。図22〜図24を用いて、トランジスタ1の製造方法について説明する。本実施の形態に係るトランジスタ1の製造方法は、図22〜図24に示すように、半導体基板2の主表面上に第1と第2ゲート電極G1,G2を形成する前に、第1と第2ゲート電極G1,G2の一方のみ(図21〜図24の例では第2ゲート電極G2のみ)の下部に位置する半導体基板2の主表面上にゲート絶縁膜5A(他のゲート絶縁膜)を形成する工程をさらに備える。
22 to 24 are cross-sectional views showing the states of the respective steps in the manufacturing process of the
図22に示すように、p型の半導体基板2上にゲート絶縁膜5Aが形成された後、第2ゲート電極G2が設けられる領域上にレジストマスク10Aが設けられる。次に、図23に示すように、レジストマスク10Aに覆われない部分のゲート絶縁膜5Aがフッ酸などにより除去され、レジストマスク10Aも除去される。そして、図24に示すように、半導体基板2およびゲート絶縁膜5Aを覆うようにゲート絶縁膜5が形成される。その後、半導体基板2に閾値電圧調整用のp型不純物が注入された後、ゲート絶縁膜5,5A上に第1と第2ゲート電極G1,G2が形成され、第1と第2ゲート電極G1,G2の両側(図24における紙面の手前側と紙面の奥側)に、ソース/ドレイン領域3,4となるn型不純物が注入される。
As shown in FIG. 22, after the
なお、本実施の形態においては、実施の形態3に係る「バルク並列型トランジスタ」の変形例として第1と第2ゲート電極G1,G2下に位置するゲート絶縁膜の厚みを異ならせる場合について説明したが、実施の形態2に係る「バルク直列型トランジスタ」において同様の思想を適用することも当然に予定されている。また、本実施の形態において、上述した実施の形態1〜3と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。 In the present embodiment, as a modification of the “bulk parallel transistor” according to the third embodiment, a case where the thicknesses of the gate insulating films located under the first and second gate electrodes G1 and G2 are made different will be described. However, it is naturally planned to apply the same idea to the “bulk series transistor” according to the second embodiment. In the present embodiment, detailed description of the same matters as in the first to third embodiments described above will not be repeated.
(実施の形態5)
図25,図26は、実施の形態5に係るトランジスタ1の製造工程における各工程の状態を示した断面図である。本実施の形態に係るトランジスタ1は、実施の形態3に係るトランジスタの変形例である。本実施の形態に係るトランジスタ1においては、第1と第2ゲート電極G1,G2の閾値電圧を調整するために、第1ゲート電極G1下に位置する半導体基板2中の不純物濃度と第2ゲート電極G2下に位置する半導体基板2中の不純物濃度とを異ならせている。
(Embodiment 5)
25 and 26 are cross-sectional views showing the state of each step in the manufacturing process of the
本実施の形態に係るトランジスタ1の製造方法は、図25,図26に示すように、第1と第2ゲート電極G1,G2下に位置する半導体基板2に第1と第2ゲート電極G1,G2を含むトランジスタ(第1と第2トランジスタ)の閾値電圧調整用の不純物を注入する工程(図25)と、第1と第2ゲート電極G1,G2の一方のみ(図25,図26の例では第2ゲート電極G2のみ)の下部に位置する半導体基板2に第1または第2トランジスタ(図25,図26の例では第2トランジスタ)の閾値電圧調整用の不純物を注入する工程(図26)とを備える。なお、図25に示す工程は、上述した実施の形態1〜4においても備えられている。
As shown in FIGS. 25 and 26, the manufacturing method of the
図25に示すように、p型の半導体基板2上にゲート絶縁膜5が形成された後、第1と第2トランジスタの閾値電圧調整用のp型不純物が注入される(図25中の破線矢印)。次に、図26に示すように、ゲート絶縁膜5上に第1ゲート電極G1が形成された後、該第1ゲート電極G1をマスクとして、第2ゲート電極G2を含む第2トランジスタの閾値電圧調整用のp型不純物が注入される(図26中の破線矢印)。その後、ゲート絶縁膜5上に第2ゲート電極G2が形成され、第1と第2ゲート電極G1,G2の両側(図26における紙面の手前側と紙面の奥側)に、ソース/ドレイン領域3,4となるn型不純物が注入される。以上の工程により、第2ゲート電極G2を含む第2トランジスタの閾値電圧をより高く設定することができる。
As shown in FIG. 25, after the
図27は、上記製造方法の変形例を示した図である。図27を参照して、図25に示す工程が実施された後、ゲート絶縁膜5上に第2ゲート電極G2が形成され、該第2ゲート電極G2をマスクとして、第1ゲート電極G1を含む第1トランジスタの閾値電圧調整用のp型不純物が注入されてもよい(図27中の破線矢印)。これにより、第1ゲート電極G1を含む第1トランジスタの閾値電圧をより高く設定することができる。
FIG. 27 is a view showing a modification of the manufacturing method. Referring to FIG. 27, after the process shown in FIG. 25 is performed, second gate electrode G2 is formed on
なお、本実施の形態においては、実施の形態3に係る「バルク並列型トランジスタ」の変形例として第1と第2ゲート電極G1,G2下に位置する半導体基板2中の不純物濃度を異ならせる場合について説明したが、実施の形態2に係る「バルク直列型トランジスタ」において同様の思想を適用することも当然に予定されている。また、本実施の形態において、上述した実施の形態1〜4と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。
In the present embodiment, as a modification of the “bulk parallel transistor” according to the third embodiment, the impurity concentrations in the
(実施の形態6)
図28は、実施の形態6に係るトランジスタ1の製造工程における中間工程の状態を示した断面図である。本実施の形態に係るトランジスタ1は、実施の形態5に係るトランジスタの製造方法の変形例である。本実施の形態に係るトランジスタ1の製造方法においては、第1ゲート電極G1下に位置する半導体基板2中の不純物濃度と第2ゲート電極G2下に位置する半導体基板2中の不純物濃度とを異ならせるために、レジストマスク10Bを用いている。
(Embodiment 6)
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a state of an intermediate process in the manufacturing process of
図25に示す工程の実施後、図28に示すように、ゲート絶縁膜5上における第1ゲート電極G1が形成される領域にレジストマスク10Bが設けられる。次に、レジストマスク10Bをマスクとして、第2ゲート電極G2を含む第2トランジスタの閾値電圧調整用のp型不純物が注入される(図28中の破線矢印)。レジストマスク10Bが除去された後、ゲート絶縁膜5上に第1と第2ゲート電極G1,G2が形成され、第1と第2ゲート電極G1,G2の両側(図28における紙面の手前側と紙面の奥側)に、ソース/ドレイン領域3,4となるn型不純物が注入される。以上の工程により、第2ゲート電極G2を含む第2トランジスタの閾値電圧をより高く設定することができる。
After performing the process shown in FIG. 25, as shown in FIG. 28, a resist mask 10B is provided in the region where the first gate electrode G1 is formed on the
図29は、上記製造方法の変形例を示した図である。図29を参照して、図25に示す工程が実施された後、ゲート絶縁膜5上における第2ゲート電極G2が形成される領域にレジストマスク10Aが設けられ、レジストマスク10Aをマスクとして、第1ゲート電極G1を含む第1トランジスタの閾値電圧調整用のp型不純物が注入されてもよい(図29中の破線矢印)。これにより、第1ゲート電極G1を含む第1トランジスタの閾値電圧をより高く設定することができる。
FIG. 29 is a view showing a modified example of the manufacturing method. Referring to FIG. 29, after the step shown in FIG. 25 is performed, a resist
なお、本実施の形態においては、実施の形態3に係る「バルク並列型トランジスタ」の変形例として第1と第2ゲート電極G1,G2下に位置する半導体基板2中の不純物濃度を異ならせる場合について説明したが、実施の形態2に係る「バルク直列型トランジスタ」において同様の思想を適用することも当然に予定されている。また、本実施の形態において、上述した実施の形態1〜5と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。
In the present embodiment, as a modification of the “bulk parallel transistor” according to the third embodiment, the impurity concentrations in the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることは当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, combining the characteristic part of each embodiment mentioned above suitably is planned from the beginning. Moreover, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 トランジスタ(半導体装置)、2 半導体基板、3,4 ソース/ドレイン領域、5,5A,8 ゲート絶縁膜、6,6A 絶縁膜、7 導電膜、9 STI、10A,10B レジストマスク、50 メモリセル、50A,50B データ保持部、52A,52B アクセストランジスタ、54A,54B キャパシタ、56A,56B pチャネルTFT、60,62 ノード、64,66 ワード線、68A,68B ビット線、70 セルプレート、72 電源ノード、G1,G1A,G1B 第1ゲート電極、G2,G2A,G2B 第2ゲート電極、100 半導体記憶装置。
1 transistor (semiconductor device), 2 semiconductor substrate, 3, 4 source / drain region, 5, 5A, 8 gate insulating film, 6, 6A insulating film, 7 conductive film, 9 STI, 10A, 10B resist mask, 50
Claims (19)
前記半導体基板の主表面上に形成された第1ゲート電極と前記半導体基板に形成されたソース/ドレイン領域とを含む第1トランジスタと、
前記半導体基板の主表面上に形成された第2ゲート電極と前記ソース/ドレイン領域とを含む第2トランジスタとを備え、
少なくとも前記第1トランジスタがON状態である第1の状態と、
前記第1と第2トランジスタがOFF状態である第2の状態と、
前記第1トランジスタがOFF状態であり、前記第2トランジスタがON状態である第3の状態とを実現する半導体装置。 A semiconductor substrate;
A first transistor including a first gate electrode formed on a main surface of the semiconductor substrate and source / drain regions formed on the semiconductor substrate;
A second transistor including a second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate and the source / drain region;
A first state in which at least the first transistor is in an ON state;
A second state in which the first and second transistors are in an OFF state;
A semiconductor device that realizes a third state in which the first transistor is in an OFF state and the second transistor is in an ON state.
前記第2ゲート電極は前記第1ゲート電極よりも上層に形成される、請求項1に記載の半導体装置。 The first gate electrode is formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode is formed in an upper layer than the first gate electrode.
前記半導体基板における前記第1ゲート電極の両側にソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記半導体基板の主表面上から前記第1ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に前記ソース/ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内から前記絶縁膜上に前記ソース/ドレイン領域を接続する導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に第2ゲート絶縁膜を介して第2ゲート電極を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。 Forming a first gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate via a first gate insulating film;
Forming source / drain regions on both sides of the first gate electrode in the semiconductor substrate;
Forming an insulating film on the first gate electrode from the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a contact hole reaching the source / drain region in the insulating film;
Forming a conductive film for connecting the source / drain region on the insulating film from within the contact hole;
Forming a second gate electrode on the conductive film with a second gate insulating film interposed therebetween.
前記半導体基板の主表面上に前記ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極と並ぶように第2ゲート電極を形成する工程と、
前記第1と第2ゲート電極が並ぶ方向において該第1と第2ゲート電極を挟むように前記半導体基板にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。 Forming a first gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a second gate electrode on the main surface of the semiconductor substrate so as to be aligned with the first gate electrode via the gate insulating film;
Forming a source / drain region in the semiconductor substrate so as to sandwich the first and second gate electrodes in a direction in which the first and second gate electrodes are arranged.
前記半導体基板の主表面上に前記ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極と並ぶように第2ゲート電極を形成する工程と、
前記第1と第2ゲート電極が並ぶ方向に直交する方向において該第1と第2ゲート電極を挟むように前記半導体基板にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。 Forming a first gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a second gate electrode on the main surface of the semiconductor substrate so as to be aligned with the first gate electrode via the gate insulating film;
Forming a source / drain region in the semiconductor substrate so as to sandwich the first and second gate electrodes in a direction perpendicular to the direction in which the first and second gate electrodes are arranged.
前記第2ゲート電極の一部が前記絶縁膜を介して前記第1ゲート電極上に重なるように形成される、請求項14または請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 A step of forming an insulating film on the first gate electrode;
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein a part of the second gate electrode is formed so as to overlap the first gate electrode with the insulating film interposed therebetween.
前記第2ゲート電極は前記第1導電型と異なる第2導電型で形成される、請求項14から請求項16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The first gate electrode is formed of a first conductivity type;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the second gate electrode is formed with a second conductivity type different from the first conductivity type.
前記第1と第2ゲート電極の一方のみの下部に位置する前記半導体基板に前記第1と第2ゲート電極を含むトランジスタの閾値電圧調整用の不純物を注入する工程とをさらに備えた、請求項14から請求項18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Injecting an impurity for adjusting a threshold voltage of a transistor including the first and second gate electrodes into the semiconductor substrate located under the first and second gate electrodes;
And a step of implanting an impurity for adjusting a threshold voltage of a transistor including the first and second gate electrodes into the semiconductor substrate located under only one of the first and second gate electrodes. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004275298A JP2006093313A (en) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006120843A (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Renesas Technology Corp | Semiconductor memory device and its manufacturing method |
JP2015056472A (en) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
-
2004
- 2004-09-22 JP JP2004275298A patent/JP2006093313A/en not_active Withdrawn
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