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JP2012209339A - Fin type field effect transistor - Google Patents

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JP2012209339A
JP2012209339A JP2011072295A JP2011072295A JP2012209339A JP 2012209339 A JP2012209339 A JP 2012209339A JP 2011072295 A JP2011072295 A JP 2011072295A JP 2011072295 A JP2011072295 A JP 2011072295A JP 2012209339 A JP2012209339 A JP 2012209339A
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bulk
region
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fin
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JP2011072295A
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Inventor
Hironori Sakamoto
祐典 坂本
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Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in which: a bulk region during operation requires complete depletion to reduce power consumption according to an operation principle of a fin type field effect transistor; and, as a result, variations in processes produce variations in bulk region to lead to variations in power consumption.SOLUTION: A fin type field effect transistor having a gate electrode for applying an electrical field to a channel region via a gate insulating film, includes a bulk electrode for applying predetermined electrical potential to a bulk region, separately from the gate electrode. This structure eliminates the need for keeping a width of a fin around a level of a width of a depletion layer, and allows power consumption to be reduced by using a substrate bias effect in which substrate electric potential is changed to change characteristics of a device.

Description

本発明は、MOS電界効果型トランジスタ(以下、MOSFETと記載する)に関し、起立型のチャネルを有するフィン型電界効果トランジスタに関するものである。   The present invention relates to a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET), and relates to a fin field effect transistor having an upright channel.

近年の電子機器は、小型化や低消費電力化しているために、それに用いるLSIもまた微細化や低消費電力化の要求がある。多くの場合、搭載する半導体素子のサイズをスケーリング則に従って微細化することで対応してきた。   Since electronic devices in recent years have been reduced in size and power consumption, there is a demand for miniaturization and lower power consumption in LSIs used therefor. In many cases, this has been dealt with by miniaturizing the size of a semiconductor element to be mounted according to a scaling rule.

半導体産業におけるスケーリング則とは、MOSFETのサイズと電源電圧とを1/κ倍にすれば、MOSFETの動作が保証された上で、スイッチング速度が1/κ倍に、消費電力は1/κ倍となるという、公知の法則である。 The scaling law in the semiconductor industry means that if the MOSFET size and power supply voltage are multiplied by 1 / κ, the operation of the MOSFET is guaranteed, the switching speed is 1 / κ times, and the power consumption is 1 / κ 2. This is a known law of doubling.

しかし、さらに低い電源電圧下で一定の性能を維持するためには、MOSFETのしきい値電圧を低く設定する必要がある。そのためには、ゲート絶縁膜の薄膜化が必要となる。 ところが、ゲート絶縁膜の薄膜化は、スタンバイリーク電流の増大を招き、LSIの消費電力が増大してしまうという問題が生じる。
近年のLSIにあっては、電子機器の小型化や低消費電力化の流れから、低消費電力化は必要不可欠であり、低消費電力化を可能とした新たな半導体素子が提案されてきている。
However, in order to maintain a constant performance under a lower power supply voltage, it is necessary to set the threshold voltage of the MOSFET low. For this purpose, it is necessary to reduce the thickness of the gate insulating film. However, the reduction in the thickness of the gate insulating film causes an increase in standby leakage current, resulting in an increase in power consumption of the LSI.
In recent LSIs, low power consumption is indispensable due to the trend toward miniaturization and low power consumption of electronic devices, and new semiconductor elements that enable low power consumption have been proposed. .

そのような新たな半導体素子の代表的なものの1つとして、フィン型電界効果トランジスタが提案されている。
フィン型電界効果トランジスタとは、起立型のチャネル領域を有するMOSFETである。起立したチャネル領域は、半導体基板の上部に絶縁膜を設け、その上部に形成する半導体層(単結晶シリコン材料)にソース領域やドレイン領域、バルク領域(この中にチャネル領域を形成する)を備える。この半導体層の形状が魚のヒレに似ていることからフィン型電界効果トランジスタと呼ばれる。
As one of representative examples of such a new semiconductor element, a fin-type field effect transistor has been proposed.
A fin-type field effect transistor is a MOSFET having an upright channel region. The standing channel region is provided with an insulating film over the semiconductor substrate, and a semiconductor layer (single crystal silicon material) formed thereover includes a source region, a drain region, and a bulk region (in which the channel region is formed). . Since the shape of this semiconductor layer resembles a fish fin, it is called a fin-type field effect transistor.

フィン型電界効果トランジスタは、多くの場合は半導体層の垂直端面にチャネル領域を設ける構造である。このため、その半導体層の垂直方向の高さがMOSFETのチャネル幅となる。そして、このチャネル領域である半導体層の垂直端面にゲート電極を備えている。   Fin-type field effect transistors often have a structure in which a channel region is provided on a vertical end face of a semiconductor layer. For this reason, the vertical height of the semiconductor layer becomes the channel width of the MOSFET. A gate electrode is provided on the vertical end face of the semiconductor layer serving as the channel region.

フィン型電界効果トランジスタは、このように半導体基板の上部に起立した半導体層を有しているため、半導体基板内にチャネル領域を有する通常のMOSFET(便宜的に、バルク型MOSFETと称することにする)と比べて小型化できるという特徴がある。   Since the fin-type field effect transistor has a semiconductor layer standing above the semiconductor substrate in this way, a normal MOSFET having a channel region in the semiconductor substrate (referred to as a bulk MOSFET for convenience). ) And can be downsized.

また、半導体層に対して複数のゲート電極を設けることもできるため、ゲート電極が1つの場合に比べてしきい値のばらつきを抑制し、低いしきい値を有するMOSFETを構成することができる(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, since a plurality of gate electrodes can be provided for the semiconductor layer, variation in threshold value can be suppressed as compared with the case where there is one gate electrode, and a MOSFET having a low threshold value can be configured ( For example, see Patent Document 1.)

特許文献1に示した従来技術は、フィン型電界効果トランジスタを構成する半導体層上面を厚い絶縁膜で覆い、左右の側壁(垂直端面)に分離された2つのゲート電極を設けてこれを配線で連結した構造である。   In the prior art disclosed in Patent Document 1, the upper surface of a semiconductor layer constituting a fin-type field effect transistor is covered with a thick insulating film, and two gate electrodes separated on left and right side walls (vertical end surfaces) are provided, and this is formed by wiring. It is a connected structure.

特許文献1に示した従来技術によるフィン型電界効果トランジスタは、ゲート電極が複
数個存在し、起立した半導体層の左右の垂直端面から電界を印加できるため、空乏層が素早くバルク領域(バルク型MOSFETで言うところの基板領域)を覆い、ピンチオフする前にトランジスタ動作を始めることができる。
ゲート電極が1つしかないMOSFETの場合は、チャネル領域から空乏層方向への電位変化が急であるのに対し特許文献1に示した従来技術によるフィン型電界効果トランジスタは、その電位の変化も比較的安定する。加えて、複数のゲート電極が分離された構造のため、通常のフィン型電界効果トランジスタよりしきい値の制御に適している。
The conventional fin-type field effect transistor disclosed in Patent Document 1 has a plurality of gate electrodes, and an electric field can be applied from the left and right vertical end faces of an upstanding semiconductor layer. The transistor operation can be started before pinching off.
In the case of a MOSFET having only one gate electrode, the potential change from the channel region toward the depletion layer is abrupt. On the other hand, the conventional fin-type field effect transistor disclosed in Patent Document 1 also has a potential change. Relatively stable. In addition, the structure in which a plurality of gate electrodes are separated is more suitable for controlling the threshold value than a normal fin-type field effect transistor.

特表2007−504679号公報(第8頁、図9)JP-T-2007-504679 (8th page, FIG. 9)

ところで、フィン型電界効果トランジスタのような、バルク型MOSFETではない半導体素子の構造には、部分空乏型と完全空乏型の2種類がある。部分空乏型は、バルク領域を完全に空乏化せず一部中性領域を有するものであって、完全空乏型はバルク領域をすべて空乏化するものである。   By the way, there are two types of structures of semiconductor elements that are not bulk MOSFETs, such as fin-type field effect transistors, partially depleted and fully depleted. The partially depleted type does not completely deplete the bulk region but has a partial neutral region, and the fully depleted type depletes all the bulk region.

一般的に、部分空乏型は、ソース領域やドレイン領域の耐圧を高くすることができるという特徴がある。しかし、バルク領域内に中性領域が存在するため、基板浮遊効果に対する対策を講じる必要がある。
完全空乏型は部分空乏型に比べて、ソース領域やドレイン領域とバルク領域との間の接合容量が小さく、電流駆動能力の指標となるサブスレッショルド特性が良いという特徴がある。また、基板浮遊効果が大変少ないという特徴もある。そして、オフリーク電流が小さくできるので、換言すれば、オフリーク電流を同じにすれば、動作電圧を下げることができる。
In general, the partial depletion type is characterized in that the breakdown voltage of the source region and the drain region can be increased. However, since the neutral region exists in the bulk region, it is necessary to take measures against the substrate floating effect.
Compared with the partial depletion type, the fully depleted type has the characteristics that the junction capacitance between the source region and the drain region and the bulk region is small, and the subthreshold characteristic as an index of the current driving capability is good. In addition, the substrate floating effect is very small. Since the off-leakage current can be reduced, in other words, if the off-leakage current is made the same, the operating voltage can be lowered.

部分空乏型と完全空乏型とは、それぞれ利点があり、用途によって使い分けがなされているが、半導体素子の低消費電力化という観点で言えば、完全空乏型が有利である。低い動作電圧で動作するということは、すなわち、しきい値も下げることができるからである。   The partial depletion type and the full depletion type each have advantages and are selectively used depending on the application. From the viewpoint of reducing the power consumption of the semiconductor element, the full depletion type is advantageous. The reason for operating at a low operating voltage is that the threshold value can also be lowered.

フィン型電界効果トランジスタにあっては、低電圧駆動、低消費電力化するためには、ゲート電極から電圧を印加してトランジスタ動作させるときに、少なくともバルク領域が完全空乏化していなければならない。   In a fin-type field effect transistor, in order to drive at a low voltage and reduce power consumption, at least a bulk region must be completely depleted when a transistor is operated by applying a voltage from a gate electrode.

特許文献1に示した従来技術によるフィン型電界効果トランジスタのように、起立した半導体層の垂直端面にチャネル領域を設け、そこに対向して2つのゲート電極を備えると、その半導体層の厚さが厚いと、そのチャネル領域は完全空乏化できない。無理に完全空乏化しようとすると、ゲート電極からの電界をさらに上げなければならず、低消費電力化の流れに逆行してしまう。   As in the fin-type field effect transistor according to the prior art disclosed in Patent Document 1, when a channel region is provided on the vertical end surface of an upstanding semiconductor layer and two gate electrodes are provided opposite to the channel region, the thickness of the semiconductor layer is increased. If is thick, the channel region cannot be completely depleted. Forcing full depletion requires that the electric field from the gate electrode be further increased, which goes against the trend of lower power consumption.

また、このような状況を回避するために、チャネル領域となる起立した半導体層の平面的な厚さを薄くしようとすると、製造工程における加工ばらつき(寸法ばらつき)の影響を受けてしまい、電気特性が安定した半導体素子を構成することはできない。   In addition, in order to avoid such a situation, if an attempt is made to reduce the planar thickness of an upstanding semiconductor layer serving as a channel region, it is affected by processing variations (dimensional variations) in the manufacturing process, resulting in electrical characteristics. However, a stable semiconductor element cannot be constructed.

特許文献1に示した従来技術は、2つのゲート電極からの電界によりしきい値を制御できるという利点があるものの、バルク領域を完全空乏化した状態で電気的に安定して動作させることは困難であるから、低消費電力化が困難である。また、半導体素子の電気特性
を安定させることもまた難しい。
Although the prior art disclosed in Patent Document 1 has the advantage that the threshold value can be controlled by the electric fields from the two gate electrodes, it is difficult to operate stably in a state where the bulk region is completely depleted. Therefore, it is difficult to reduce power consumption. It is also difficult to stabilize the electrical characteristics of the semiconductor element.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。フィン型電界効果トランジスタの低消費電力化と電気特性の安定化とを両立したフィン型電界効果トランジスタを提供できる。   The present invention has been made to solve such problems. It is possible to provide a fin-type field effect transistor that achieves both low power consumption and stable electrical characteristics of the fin-type field effect transistor.

上記目的を達成するために、本発明のフィン型電界効果トランジスタは、下記記載の構造を採用する。   In order to achieve the above object, the fin-type field effect transistor of the present invention employs the following structure.

本発明のフィン型電界効果トランジスタは、半導体基板上に設ける絶縁膜と、絶縁膜上に設ける半導体層と、を備え、半導体層の所定の部分にバルク領域、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を備え、チャネル領域の前記半導体層表面にゲート絶縁膜を備え、ゲート絶縁膜を介して前記チャネル領域に電界を印加するためのゲート電極を備えるフィン型電界効果トランジスタにおいて、バルク領域に所定の電位を印加するためのバルク電極を、ゲート電極と別に備えることを特徴とする。   The fin-type field effect transistor of the present invention includes an insulating film provided on a semiconductor substrate and a semiconductor layer provided on the insulating film, and a bulk region, a source region, a channel region, and a drain region are provided in predetermined portions of the semiconductor layer. A fin-type field effect transistor comprising a gate insulating film on a surface of the semiconductor layer in a channel region and a gate electrode for applying an electric field to the channel region through the gate insulating film. A bulk electrode for application is provided separately from the gate electrode.

このような構成とすることによって、バルク領域に直接電位を印加できるから、低いしきい値を実現し、しきい値のばらつきとリーク電流とを抑制し、低消費電力化ができる。   With such a structure, since a potential can be directly applied to the bulk region, a low threshold value can be realized, threshold value variation and leakage current can be suppressed, and power consumption can be reduced.

半導体層の第1の垂直端面にチャネル領域を設け、半導体層の第1の垂直端面と対向する第2の垂直端面に前記バルク領域を設けるようにしてもよい。   A channel region may be provided on the first vertical end surface of the semiconductor layer, and the bulk region may be provided on a second vertical end surface opposite to the first vertical end surface of the semiconductor layer.

このような構成とすることによって、半導体層の幅を任意に定義できるから、フィン型電界効果トランジスタの平面的な面積を小さくすることができる。また、チャネル領域と対向する部分にバルク領域を設けることにより、チャネル領域と同じ面積のバルク領域が対向することになるので、基板バイアスのための電位にむらがない。   With such a configuration, the width of the semiconductor layer can be arbitrarily defined, and thus the planar area of the fin-type field effect transistor can be reduced. Further, by providing the bulk region in a portion facing the channel region, the bulk region having the same area as the channel region is opposed, so that there is no uneven potential for the substrate bias.

ゲート絶縁膜は、第1の垂直端面に設けるようにしてもよい。   The gate insulating film may be provided on the first vertical end face.

このような構成とすることによって、半導体層の垂直方向の高さがチャネル幅とすることができ、垂直方向に制限がなければ半導体層の厚さでドレイン電流を任意に定義することができる。   With such a configuration, the vertical height of the semiconductor layer can be the channel width, and if there is no limitation in the vertical direction, the drain current can be arbitrarily defined by the thickness of the semiconductor layer.

ゲート電極は、第1の垂直端面に対向して設け、バルク電極は、第2の垂直端面に対向して設けると共に前記バルク領域に直接接続するようにしてもよい。   The gate electrode may be provided to face the first vertical end face, and the bulk electrode may be provided to face the second vertical end face and be directly connected to the bulk region.

このような構成とすることによって、第1の垂直端面からはゲート電界を印加でき、第2の垂直端面からはバルク電位を与えることができ、MOSFETとしての電気特性を安定させることができる。   With such a configuration, a gate electric field can be applied from the first vertical end face, a bulk potential can be applied from the second vertical end face, and the electrical characteristics of the MOSFET can be stabilized.

本発明のフィン型電界効果トランジスタは、バルク領域に任意の電位を直接印加できるから、しきい値電圧を任意の値に定めることができ、動作時には低いしきい値に、非動作時には高いしきい値に保つことで、理想的なサブスレッショルドウィングを行うことができるため、低リーク電流を実現できる。   Since the fin-type field effect transistor of the present invention can directly apply an arbitrary potential to the bulk region, the threshold voltage can be set to an arbitrary value, and is set to a low threshold during operation and to a high threshold during non-operation. By maintaining the value, an ideal subthreshold wing can be performed, so that a low leakage current can be realized.

また、この構造のため、基板バイアス効果を利用することができ、フィン型電界効果トランジスタで問題であった、半導体層の寸法ばらつきによるしきい値のばらつきを防ぐことが可能となる。そのため、低消費電力を実現できると共に、半導体層の厚さを完全空乏
層の深さ程度に抑える必要がなくなり、その製造が容易となる。
Further, because of this structure, the substrate bias effect can be used, and it becomes possible to prevent the variation of the threshold due to the dimensional variation of the semiconductor layer, which is a problem in the fin field effect transistor. Therefore, low power consumption can be realized, and it is not necessary to suppress the thickness of the semiconductor layer to about the depth of the fully depleted layer, which facilitates its manufacture.

本発明の第1の実施形態におけるフィン型電界効果トランジスタの構造を説明する平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing explaining the structure of the fin type field effect transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるフィン型電界効果トランジスタの応用例の構造を説明する平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing explaining the structure of the application example of the fin type field effect transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるフィン型電界効果トランジスタの構造を説明する平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing explaining the structure of the fin type field effect transistor in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態におけるフィン型電界効果トランジスタの構造を説明する平面図である。It is a top view explaining the structure of the fin type field effect transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態におけるフィン型電界効果トランジスタの構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the fin type field effect transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 導電型の異なる2つの本発明のフィン型電界効果トランジスタを集積させた例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the example which integrated two fin type field effect transistors of this invention from which a conductivity type differs.

本発明のフィン型電界効果トランジスタは、絶縁膜上に設けられたフィン型電界効果トランジスタのバルク領域に所定の電位を直接印加するためのバルク電極を、ゲート電極と別に備えることで低いしきい値を実現すると共にし、しきい値のばらつきを抑制している。   The fin type field effect transistor of the present invention has a low threshold by providing a bulk electrode separately from the gate electrode for directly applying a predetermined potential to the bulk region of the fin type field effect transistor provided on the insulating film. In addition, the variation in threshold value is suppressed.

以下、図面を用いてフィン型電界効果トランジスタを説明する。以下に示す実施形態については、フィン型電界効果トランジスタは、SOI(Silicon−On−Insulator)基板を用いて作成される例で説明する。そして、フィン型電界効果トランジスタの導電型をNチャネル型MOSFET(以下、N型MOSFETと記載する)とする例で説明する。また、説明に必要の無い構成(例えば、最終保護膜やソース電極、ドレイン電極など)は、図面を見やすくするために省略する。   Hereinafter, the fin-type field effect transistor will be described with reference to the drawings. In the embodiment described below, the fin-type field effect transistor will be described using an example in which an SOI (Silicon-On-Insulator) substrate is used. An example in which the conductivity type of the fin-type field effect transistor is an N-channel MOSFET (hereinafter referred to as an N-type MOSFET) will be described. In addition, configurations that are not necessary for the description (for example, a final protective film, a source electrode, a drain electrode, and the like) are omitted for easy understanding of the drawing.

[本発明の第1の実施形態の構成説明:図1]
第1の実施形態のフィン型電界効果トランジスタの全体的な構成を、図1を用いて説明する。図1はフィン型電界効果トランジスタの構造を模式的に示す平面図及び断面図であって、図1(a)に平面図を、図1(b)にその切断線A−A´で切断した断面図を示す。
[Description of Configuration of First Embodiment of the Present Invention: FIG. 1]
The overall configuration of the fin-type field effect transistor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing the structure of a fin-type field effect transistor. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is cut along a cutting line AA ′. A cross-sectional view is shown.

図1において、1は半導体基板、2は絶縁膜である。3は半導体層、3Aは半導体層3の第1の垂直端面、3Bは半導体層3の第2の垂直端面、3Cは半導体層3の上端面である。4はゲート絶縁膜、5はチャネル領域、6はゲート電極である。7Aはソース領域、7Bはドレイン領域、8はバルク領域、9はバルク電極、10は層間絶縁膜、11はコンタクトホール、12は金属配線である。   In FIG. 1, 1 is a semiconductor substrate and 2 is an insulating film. Reference numeral 3 denotes a semiconductor layer, 3A denotes a first vertical end face of the semiconductor layer 3, 3B denotes a second vertical end face of the semiconductor layer 3, and 3C denotes an upper end face of the semiconductor layer 3. 4 is a gate insulating film, 5 is a channel region, and 6 is a gate electrode. 7A is a source region, 7B is a drain region, 8 is a bulk region, 9 is a bulk electrode, 10 is an interlayer insulating film, 11 is a contact hole, and 12 is a metal wiring.

第1の実施形態のフィン型電界効果トランジスタは、SOI基板を用いて作成される。半導体基板1は単結晶シリコンよりなる支持基板である。絶縁膜2は埋め込み酸化膜であるシリコン酸化膜である。半導体層3は単結晶シリコンであり、絶縁膜2を介し設けられる。この半導体層3は半導体基板1に対して起立している。   The fin-type field effect transistor of the first embodiment is manufactured using an SOI substrate. The semiconductor substrate 1 is a support substrate made of single crystal silicon. The insulating film 2 is a silicon oxide film that is a buried oxide film. The semiconductor layer 3 is single crystal silicon and is provided via the insulating film 2. The semiconductor layer 3 stands with respect to the semiconductor substrate 1.

ところで、SOI基板を用いなくてもフィン型電界効果トランジスタを形成できる。例えば、半導体基板1の上部に酸化処理などしてシリコン酸化膜からなる絶縁膜2を形成し、この絶縁膜2上に化学気相成長法(以下、CVD法と記載する)によりアモルファスシ
リコン膜を形成する。その後、熱処理を実施することにより単結晶化させ半導体層3を形成することもできる。この場合、半導体層3は単結晶膜を絶縁膜2上に形成後、エッチング処理することで所定の形状に加工する。
By the way, a fin-type field effect transistor can be formed without using an SOI substrate. For example, an insulating film 2 made of a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1 by oxidation or the like, and an amorphous silicon film is formed on the insulating film 2 by a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method). Form. Thereafter, the semiconductor layer 3 can be formed by single-crystallizing by heat treatment. In this case, the semiconductor layer 3 is processed into a predetermined shape by etching after forming a single crystal film on the insulating film 2.

半導体層3は、第1の垂直端面3Aと第2の垂直端面3Bとが対向すると共に、平行して位置する形状を有している。N型MOSFETの場合、半導体層3の導電型はP型である。   The semiconductor layer 3 has a shape in which the first vertical end surface 3A and the second vertical end surface 3B face each other and are positioned in parallel. In the case of an N-type MOSFET, the conductivity type of the semiconductor layer 3 is P-type.

半導体層3には、ソース領域7Aとドレイン領域7Bとの間にバルク領域8が設けてある。このバルク領域8にチャネル領域5が設けている。この構成は、バルク型MOSFETと同様である。
ゲート絶縁膜4は、半導体層3の表面に設けている。詳しくは、この半導体層3に設ける、ソース領域7Aとドレイン領域7Bとに挟まれるチャネル領域5の第1の垂直端面3Aの表面に設けている。
このゲート絶縁膜4は、既知の手法により、単結晶シリコンである半導体層3を熱酸化することで形成しており、膜厚は、例えば8nmである。
In the semiconductor layer 3, a bulk region 8 is provided between the source region 7A and the drain region 7B. A channel region 5 is provided in the bulk region 8. This configuration is the same as that of the bulk type MOSFET.
The gate insulating film 4 is provided on the surface of the semiconductor layer 3. Specifically, the semiconductor layer 3 is provided on the surface of the first vertical end face 3A of the channel region 5 sandwiched between the source region 7A and the drain region 7B.
This gate insulating film 4 is formed by thermally oxidizing the semiconductor layer 3 made of single crystal silicon by a known method, and has a film thickness of, for example, 8 nm.

ゲート電極6は、ゲート絶縁膜4を覆うようにしてチャネル領域5上に設けている。ゲート電極6は、例えば、CVD法により形成した多結晶シリコンより成る。膜厚は、例えば、350nmである。   The gate electrode 6 is provided on the channel region 5 so as to cover the gate insulating film 4. The gate electrode 6 is made of, for example, polycrystalline silicon formed by a CVD method. The film thickness is, for example, 350 nm.

ソース領域7Aとドレイン領域7Bとは、上述のように、平面的にバルク領域8を挟むように設けており、バルク領域8の第1の垂直端面3Aにチャネル領域5を設けている。
ソース領域7Aとドレイン領域7Bとは高濃度の不純物層より成り、不純物は、例えば、N型MOSFETの場合、砒素(As)又はリン(P)であり、10E−15atoms/cm程度のドーズ量(不純物量)でイオン注入されて形成されたものである。
As described above, the source region 7A and the drain region 7B are provided so as to sandwich the bulk region 8 in a plane, and the channel region 5 is provided on the first vertical end face 3A of the bulk region 8.
The source region 7A and the drain region 7B are composed of high-concentration impurity layers. The impurity is, for example, arsenic (As) or phosphorus (P) in the case of an N-type MOSFET, and has a dose of about 10E- 15 atoms / cm 2. It is formed by ion implantation in an amount (impurity amount).

バルク電極9は、ゲート電極6とは別に設けるバルク領域8に直接電位を印加する電極であり、半導体層3の上端面3Cの表面に直接接するように設けている。平面的には、ソース領域7Aとドレイン領域7Bとに挟まれるバルク領域8の表面に、ゲート電極6と離間して設けている。   The bulk electrode 9 is an electrode that directly applies a potential to the bulk region 8 provided separately from the gate electrode 6, and is provided so as to be in direct contact with the surface of the upper end surface 3 </ b> C of the semiconductor layer 3. In a plan view, the gate electrode 6 is provided on the surface of the bulk region 8 sandwiched between the source region 7A and the drain region 7B.

バルク電極9は、例えば、チタンとアルミニウムとの積層膜などが望ましい。半導体層3であるシリコン表面には自然酸化膜が発生しているが、チタンと半導体層3であるシリコンとをシリサイド化させることにより、半導体層3とバルク電極9との間で電気的に良好な接続を得ることができ、電圧制御に適しているためである。   The bulk electrode 9 is preferably, for example, a laminated film of titanium and aluminum. Although a natural oxide film is generated on the silicon surface as the semiconductor layer 3, it is electrically good between the semiconductor layer 3 and the bulk electrode 9 by siliciding titanium and silicon as the semiconductor layer 3. This is because a simple connection can be obtained and it is suitable for voltage control.

さらに、層間絶縁膜10を全面に設け、層間絶縁膜10にコンタクトホール11を設け、金属配線12がゲート電極6に接続し、バルク電極9がバルク領域8に接続している。
この金属配線12とバルク電極9とは、それぞれ本実施形態において同じ材料、同じプロセスで形成され、図示しない所定の回路素子や端子に接続している。
層間絶縁膜10は、例えば、CVD法により形成したシリコン酸化膜である。金属配線12は、例えば、チタンとアルミニウムの積層膜より成る。
Further, the interlayer insulating film 10 is provided on the entire surface, the contact hole 11 is provided in the interlayer insulating film 10, the metal wiring 12 is connected to the gate electrode 6, and the bulk electrode 9 is connected to the bulk region 8.
The metal wiring 12 and the bulk electrode 9 are formed by the same material and the same process in this embodiment, respectively, and are connected to predetermined circuit elements and terminals not shown.
The interlayer insulating film 10 is, for example, a silicon oxide film formed by a CVD method. The metal wiring 12 is made of, for example, a laminated film of titanium and aluminum.

ソース領域7A及びドレイン領域7Bにも電気的な接続を行い、電気信号の授受を行う必要がある。これらの領域と平面的に重なる部分の層間絶縁膜10にコンタクトホール11を設け、金属配線にて電気的な接続を行う。なお、これらの構造についてはすでに説明したとおり、図示を省略している。   It is also necessary to make electrical connection to the source region 7A and the drain region 7B to exchange electric signals. A contact hole 11 is provided in a portion of the interlayer insulating film 10 that overlaps with these regions in a planar manner, and electrical connection is made by metal wiring. Note that illustration of these structures is omitted as already described.

ところで、一般的にフィンの幅とは、図1に記号Wで示す、対向する第1の垂直端面3
Aと第2の垂直端面3Bとに挟まれる半導体層3の距離に相当する。
この距離Wが狭いと、すでに説明したように加工精度の影響を受けてしまい、電気特性が安定しなくなり、厚いと低消費電力化のための完全空乏化がしにくくなるのである。
しかし、本発明のフィン型電界効果トランジスタは、バルク電極9を設けており、バルク領域8に直接電圧を印加できるため、バルク領域8の電位を自由に制御できる。このため、距離Wが厚くても、完全空乏化することができる。
By the way, generally, the width of the fin is the first vertical end face 3 which is opposed to each other and is indicated by a symbol W in FIG.
This corresponds to the distance of the semiconductor layer 3 sandwiched between A and the second vertical end face 3B.
If this distance W is narrow, it will be affected by the processing accuracy as described above, the electrical characteristics will not be stable, and if it is thick, it will be difficult to completely deplete for low power consumption.
However, since the fin-type field effect transistor of the present invention is provided with the bulk electrode 9 and can directly apply a voltage to the bulk region 8, the potential of the bulk region 8 can be freely controlled. For this reason, even if the distance W is thick, it can be completely depleted.

[第1の実施形態の動作の説明]
次に、第1の実施形態のフィン型電界効果トランジスタの構造をまとめ、駆動の様子について説明する。
フィン型電界効果トランジスタは、半導体基板1の上部に設けている絶縁膜2上に起立して半導体層3を設けている。この半導体層3は、フィンを構成する。
半導体層3のバルク領域8の第1の垂直端面3Aの表面にはチャネル領域5を設けており、そのチャネル領域5を覆うようにゲート絶縁膜5を設け、このゲート絶縁膜5を介しゲート電極6を設けている。
そして、半導体層3の上端面3Cと直接接続するようにバルク電極9を備えている。
[Description of Operation of First Embodiment]
Next, the structure of the fin-type field effect transistor according to the first embodiment will be summarized and the state of driving will be described.
The fin-type field effect transistor has a semiconductor layer 3 standing on an insulating film 2 provided on an upper portion of a semiconductor substrate 1. The semiconductor layer 3 constitutes a fin.
A channel region 5 is provided on the surface of the first vertical end face 3 </ b> A of the bulk region 8 of the semiconductor layer 3, a gate insulating film 5 is provided so as to cover the channel region 5, and a gate electrode is interposed through the gate insulating film 5. 6 is provided.
A bulk electrode 9 is provided so as to be directly connected to the upper end surface 3 </ b> C of the semiconductor layer 3.

フィン型電界効果トランジスタを駆動する際は、ゲート電極6にゲート電圧を印加する。 そして、このゲート電極6とは別に設けているバルク電極9からは、バルク領域8に直接電位を印加するためのバルク電圧を印加する。   When driving the fin field effect transistor, a gate voltage is applied to the gate electrode 6. A bulk voltage for directly applying a potential to the bulk region 8 is applied from a bulk electrode 9 provided separately from the gate electrode 6.

チャネル領域5は、このゲート電圧による電界により導電型が反転し、この反転した領域を介してソース領域7Aとドレイン領域7Bとが導通する。つまり、半導体層3の第1の垂直端面3A表面部分に沿って電流が流れるのである。   The channel region 5 is inverted in conductivity type by the electric field due to the gate voltage, and the source region 7A and the drain region 7B are electrically connected through the inverted region. That is, a current flows along the surface portion of the first vertical end face 3 </ b> A of the semiconductor layer 3.

すでに説明したように、本発明のフィン型電界効果トランジスタは、ゲート電圧をゲート電極6からゲート絶縁膜4を介してチャネル領域5に電界として印加し、バルク電極9からは電界ではなくバルク電位をバルク領域8に直接印加できる。電界を与えるのではないから正確にバルク領域8の電位を制御できる。
従来から知られているSOI基板を用いた半導体素子には、半導体基板側から絶縁膜を介して電界を半導体層に与えていた例が提案されていたが、そのような構成とはまったく異なる構成である。
As already described, the fin-type field effect transistor of the present invention applies a gate voltage as an electric field from the gate electrode 6 to the channel region 5 through the gate insulating film 4 and applies a bulk potential from the bulk electrode 9 instead of an electric field. It can be applied directly to the bulk region 8. Since the electric field is not applied, the potential of the bulk region 8 can be accurately controlled.
A conventionally known example of a semiconductor element using an SOI substrate has been proposed in which an electric field is applied to the semiconductor layer through an insulating film from the semiconductor substrate side. However, the configuration is completely different from such a configuration. It is.

ゲート電極6からチャネル領域5に印加する電界と、バルク電極9からバルク領域8に印加される電位との関係を、フィン型電界効果トランジスタに望む電気特性に応じて自由に変更することができる。   The relationship between the electric field applied from the gate electrode 6 to the channel region 5 and the potential applied from the bulk electrode 9 to the bulk region 8 can be freely changed according to the electrical characteristics desired for the fin-type field effect transistor.

例えば、ゲート電極6から印加するゲート電圧とバルク電極9から印加するバルク電圧とを同じにすることができる。
こうすると、このフィン型電界効果トランジスタを、知られているDTMOSFETとして動作させることができる。
For example, the gate voltage applied from the gate electrode 6 and the bulk voltage applied from the bulk electrode 9 can be made the same.
In this way, the fin field effect transistor can be operated as a known DTMOSFET.

もちろんこれは一例であって、双方の電圧値を変えてもよい。
例えば、バルク電極9からバルク領域8に所定の電位を与えることにより、バルク領域8の電位を低くすると、バルク領域8とゲート電圧との間の電位差が大きくなるから、フィン型電界効果トランジスタのしきい値電圧を上げることができる。そうすると、リーク電流を削減でき、低消費電力化ができる。
また、反対にバルク領域8の電位を高くすると、バルク領域8とゲート電圧との間の電位差が小さくなるから、しきい値電圧を下げることができる。そうすると、高速動作を実現することができる。
Of course, this is only an example, and both voltage values may be changed.
For example, if the potential of the bulk region 8 is lowered by applying a predetermined potential from the bulk electrode 9 to the bulk region 8, the potential difference between the bulk region 8 and the gate voltage increases. The threshold voltage can be increased. Then, leakage current can be reduced and power consumption can be reduced.
On the other hand, if the potential of the bulk region 8 is increased, the potential difference between the bulk region 8 and the gate voltage is reduced, so that the threshold voltage can be lowered. Then, high speed operation can be realized.

このように、本発明のフィン型電界効果トランジスタは、バルク領域8に印加する電位をバルク電極9によって自由に変えることができるから、欲する電気特性に応じたフィン型電界効果トランジスタを得ることができる。
また、バルク領域8に電圧を印加することで、しきい値電圧ばらつきを抑制することもできるので、信頼性が高いフィン型電界効果トランジスタを構成することもできる。
As described above, the fin-type field effect transistor of the present invention can freely change the potential applied to the bulk region 8 by the bulk electrode 9, so that a fin-type field effect transistor corresponding to the desired electrical characteristics can be obtained. .
Further, by applying a voltage to the bulk region 8, variation in threshold voltage can be suppressed, so that a highly reliable fin field effect transistor can be configured.

[第1の実施形態の応用例の構成説明:図2]
次に、図2を用いて、第1実施形態のフィン型電界効果トランジスタの応用例を説明する。図2はフィン型電界効果トランジスタの応用例の構造を模式的に示す平面図及び断面図であって、図2(a)に平面図を、図2(b)にその切断線B−B´で切断した断面図を示す。
[Description of Configuration of Application Example of First Embodiment: FIG. 2]
Next, an application example of the fin-type field effect transistor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing the structure of an application example of the fin-type field effect transistor. FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a section line BB ′. Sectional drawing cut | disconnected by is shown.

この応用例の特徴は、2つのゲート電極を有する点である。
図2に示すように、第1の側端面3Aにゲート絶縁膜4a及びゲート電極6aを設けており、第1の側端面3Aと対向する第2の側端面3にゲート絶縁膜4b及びゲート電極6bを設けている構造である。
なお、ゲート絶縁膜4a,4b、ゲート電極6a,6bの材質や膜厚については、第2の実施形態と同様であるから説明は省略する。
The feature of this application example is that it has two gate electrodes.
As shown in FIG. 2, the gate insulating film 4a and the gate electrode 6a are provided on the first side end face 3A, and the gate insulating film 4b and the gate electrode are provided on the second side end face 3 opposite to the first side end face 3A. 6b is provided.
Note that the material and film thickness of the gate insulating films 4a and 4b and the gate electrodes 6a and 6b are the same as those in the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

ソース領域7A及びドレイン領域7Bにも電気的な接続を行い、電気信号の授受を行う必要がある。これらの領域と平面的に重なる部分の層間絶縁膜10にコンタクトホール11を設け、金属配線にて電気的な接続を行う。なお、これらの構造についてはすでに説明したとおり、図面を見やすくするために図示を省略している。そのため、図2(a)ではソース領域7A上にバルク電極9が配線されているが、実際に構成する場合は、ソース電極とバルク電極9とが接触しないように離間して配置する。   It is also necessary to make electrical connection to the source region 7A and the drain region 7B to exchange electric signals. A contact hole 11 is provided in a portion of the interlayer insulating film 10 that overlaps with these regions in a planar manner, and electrical connection is made by metal wiring. Note that, as already described, these structures are omitted for easy understanding of the drawings. Therefore, in FIG. 2A, the bulk electrode 9 is wired on the source region 7A. However, in the actual configuration, the source electrode and the bulk electrode 9 are arranged so as not to contact each other.

[第1の実施形態の応用例の効果の説明]
この応用例は、2つのゲート電極6を有しており、各々独立してゲート電圧を印加できる。このような構造は、いわゆるダブルゲート型MOSFETとしてすでに知られている構成である。図2に示す第1の実施形態の応用例は、知られているダブルゲート型MOSFETの特徴に加え、バルク電極9によりバルク領域8に直接電位を印加できる点にある。
[Description of Effects of Application Example of First Embodiment]
This application example has two gate electrodes 6 and can independently apply a gate voltage. Such a structure is already known as a so-called double gate type MOSFET. The application example of the first embodiment shown in FIG. 2 is that a potential can be directly applied to the bulk region 8 by the bulk electrode 9 in addition to the characteristics of the known double-gate MOSFET.

このような構成であるから、バルク電位を0V付近に近づけたときのしきい値電圧のばらつきを抑制することができ、消費電力を削減することに加えて、スイッチング特性の向上と、短チャネルによるリーク電流をより抑えやすくすることが可能となる。   With such a configuration, variation in threshold voltage when the bulk potential is brought close to 0 V can be suppressed, and in addition to reducing power consumption, switching characteristics are improved and short channels are used. It becomes possible to make it easier to suppress the leakage current.

その理由は、ゲート電極の数が増加するため、ゲート電極が1つしかないMOSFETと比較して、ゲート電極でチャネル領域の電圧を制御しやすくなるからである。   The reason is that since the number of gate electrodes increases, the voltage of the channel region can be easily controlled by the gate electrode as compared with a MOSFET having only one gate electrode.

例えば、バルク電極から電位を印加しバルク領域を0Vに保ったとき、電流が流れるチャネル部分では、ゲート電極から離れるにつれて電位が半導体層(バルク領域)の電位0Vに近づいてしまい、1つのゲート電極によるゲート電圧でチャネル領域の電圧変化の勾配をなだらかにするのは難しくなる。   For example, when a potential is applied from the bulk electrode and the bulk region is kept at 0V, the potential approaches the potential 0V of the semiconductor layer (bulk region) as the distance from the gate electrode increases in the channel portion where current flows. It becomes difficult to smooth the gradient of the voltage change in the channel region with the gate voltage due to.

これに対し、この応用例のような、チャネル領域の左右にゲート電極を設けたダブルゲート構造を有していると、対向するゲート電極が互いのチャネルを引き伸ばすため、双方のチャネル領域の電位はバルク領域に向かうに従って、よりなだらかに0Vへと変化する。   On the other hand, if this example has a double gate structure in which gate electrodes are provided on the left and right sides of the channel region, the opposing gate electrodes extend each other's channels, so the potentials of both channel regions are As it goes to the bulk region, the voltage gradually changes to 0V.

この結果、チャネル領域の電圧のばらつきは小さく抑えることができ、チャネル領域の電圧をゲート電極でより制御しやすくなるのである。   As a result, the variation in the voltage in the channel region can be reduced, and the voltage in the channel region can be more easily controlled by the gate electrode.

チャネル領域の電圧のばらつきが小さくなると、スイッチング特性を向上させることができ、さらにゲート長が短くてもリーク電流を抑えやすくなる。   When variation in voltage in the channel region is reduced, switching characteristics can be improved, and leakage current can be easily suppressed even when the gate length is short.

また、ゲート電極数が増えると、同じ電位で駆動させた場合、駆動する際の電流量が増える(理想的にはゲート数倍に増加)ため、小さなMOSFETでも大きな電流駆動能力を得るようにすることもできるようになる。   In addition, when the number of gate electrodes increases, when driving with the same potential, the amount of current during driving increases (ideally increases the number of gates), so that a large current driving capability is obtained even with a small MOSFET. You can also do that.

[本発明の第2の実施形態の構成説明:図3]
次に、図3を用いて、フィン型電界効果トランジスタの第2実施形態を説明する。図3はフィン型電界効果トランジスタの構造を模式的に示す平面図及び断面図であって、図3(a)に平面図を、図3(b)にその切断線C−C´で切断した断面図を示す。
[Description of Configuration of Second Embodiment of the Present Invention: FIG. 3]
Next, a second embodiment of the fin field effect transistor will be described with reference to FIG. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing the structure of the fin-type field effect transistor. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is cut along the cutting line CC ′. A cross-sectional view is shown.

第2の実施形態の特徴は、ゲート電極6とバルク電極9とを半導体層3を挟み対向して設ける点である。   A feature of the second embodiment is that the gate electrode 6 and the bulk electrode 9 are provided to face each other with the semiconductor layer 3 interposed therebetween.

図3に示すように、半導体層3の第1の垂直端面3Aにチャネル領域5を設け、これを覆うようにゲート絶縁膜4を設けている。ゲート電極6は、すでに説明した例と同様に、このゲート絶縁膜4を覆うように設けており、多くの部分が第1の垂直端面3Aに対向して設けている。
バルク電極9は、半導体層3の第2の垂直端面3Bのバルク領域8に直接接して設けている。
As shown in FIG. 3, a channel region 5 is provided on the first vertical end face 3A of the semiconductor layer 3, and a gate insulating film 4 is provided so as to cover this. Similarly to the example already described, the gate electrode 6 is provided so as to cover the gate insulating film 4, and many portions are provided so as to face the first vertical end face 3A.
The bulk electrode 9 is provided in direct contact with the bulk region 8 of the second vertical end surface 3B of the semiconductor layer 3.

[第3の実施形態の効果の説明]
この第3の実施形態は、すでに説明した実施形態と同様の効果を有することに加え、バルク領域8とバルク電極9とを、より低抵抗で接続できるという効果がある。
すなわち、半導体層3上端面(図1でいうところの上端面3c)の狭い領域で、バルク領域8とバルク電極9とを接続するのではなく、より広い半導体層3の垂直端面3Bでバルク電極とバルク領域とが接続できる。
[Description of Effects of Third Embodiment]
The third embodiment has an effect that the bulk region 8 and the bulk electrode 9 can be connected with a lower resistance in addition to the same effects as those of the embodiments described above.
That is, instead of connecting the bulk region 8 and the bulk electrode 9 in a narrow region of the upper end surface of the semiconductor layer 3 (upper end surface 3c in FIG. 1), the bulk electrode is not connected to the vertical end surface 3B of the wider semiconductor layer 3. Can be connected to the bulk region.

具体的には、半導体層3の半導体基板1側から起立した距離と、半導体層3の第2の垂直端面3Bにおけるバルク電極9の配線幅との分で、双方を接触できるから、より多くの接触面積で、バルク領域8とバルク電極9とを接触させることができる。これにより、より低抵抗で双方を電気的に接続できるという効果を有するのである。   Specifically, since the distance between the semiconductor layer 3 raised from the semiconductor substrate 1 side and the wiring width of the bulk electrode 9 on the second vertical end surface 3B of the semiconductor layer 3 can be in contact with each other, more With the contact area, the bulk region 8 and the bulk electrode 9 can be brought into contact with each other. Thereby, it has the effect that both can be electrically connected with lower resistance.

また、半導体層3上端面にバルク電極9とバルク領域8とを接触させるように加工するよりも、加工が簡単に行える場合もあるので、プロセスコストを下げることができる場合もある。   In addition, since the processing may be performed more easily than processing so that the bulk electrode 9 and the bulk region 8 are brought into contact with the upper end surface of the semiconductor layer 3, the process cost may be reduced.

[本発明の第3の実施形態の構成及び効果の説明:図4、図5]
次に、図4、図5を用いて、フィン型電界効果トランジスタの第3実施形態を説明する。図4はフィン型電界効果トランジスタの構造を模式的に示す平面図である。図5は図4に示す構成の断面図を示すものであって、図5(a)には図4に示す切断線D−D´で切断した様子を、図5(b)に図4に示す切断線E−E´で切断した断面図をそれぞれ示す。
[Description of Configuration and Effect of Third Embodiment of the Present Invention: FIGS. 4 and 5]
Next, a third embodiment of the fin-type field effect transistor will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a plan view schematically showing the structure of the fin-type field effect transistor. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the configuration shown in FIG. 4. FIG. 5A shows a state cut along the cutting line DD ′ shown in FIG. 4, and FIG. Sectional drawing cut | disconnected by the cutting line EE 'shown is each shown.

第2の実施形態の特徴は、ゲート電極6とバルク電極9とを半導体層3を挟み対向して設ける点である。   A feature of the second embodiment is that the gate electrode 6 and the bulk electrode 9 are provided to face each other with the semiconductor layer 3 interposed therebetween.

図4に示すように、バルク領域8はすでに説明した例とは異なり、平面的にソース領域7Aの方向に屈曲している。
半導体層3の第1の垂直端面3Aにチャネル領域5、ゲート絶縁膜4、ゲート電極6を設ける構成はすでに説明した例と同じであるが、屈曲したバルク領域8により、バルク電極9とバルク領域8との接触部分は、ゲート電極6の延長線上にはなく、ソース領域7A方向にシフトしている。この様子は、2つの切断線で切断した様子を表した図5を見れば明らかであろう。
As shown in FIG. 4, unlike the example already described, the bulk region 8 is bent in the direction of the source region 7A in a plane.
The configuration in which the channel region 5, the gate insulating film 4, and the gate electrode 6 are provided on the first vertical end face 3A of the semiconductor layer 3 is the same as the example already described, but the bulk electrode 9 and the bulk region are formed by the bent bulk region 8. The contact portion with 8 is not on the extension line of the gate electrode 6 but shifted in the direction of the source region 7A. This will be apparent from FIG. 5 showing the state of cutting along two cutting lines.

このような構成にすることで、ゲート電極6とバルク電極9との平面的な配置に自由度を向上させることができる。すでに説明したように、ソース領域7Aやドレイン領域7Bには、それぞれ図示はしないがソース電極とドレイン電極とが接続されている。このように配線が多く存在すると、この第3の実施形態のようにバルク電極9をシフトする構成であれば、配線の引き回しの自由度が増えるのである。   With such a configuration, the degree of freedom in the planar arrangement of the gate electrode 6 and the bulk electrode 9 can be improved. As already described, a source electrode and a drain electrode are connected to the source region 7A and the drain region 7B, although not shown. When there are a large number of wirings in this way, the degree of freedom of wiring routing increases if the bulk electrode 9 is shifted as in the third embodiment.

なお、この第3の実施形態でも、第2の実施形態と同様に、バルク領域8とバルク電極9とは、半導体層3の第2の垂直端面3Bにて接触しているから、双方の接触抵抗は低く、バルク領域8を屈曲させた構成でも、まったく影響はない。   In the third embodiment as well, as in the second embodiment, the bulk region 8 and the bulk electrode 9 are in contact with each other at the second vertical end surface 3B of the semiconductor layer 3, so that both the contacts are made. The resistance is low, and even the configuration in which the bulk region 8 is bent has no influence at all.

[応用例の構成説明:図6]
次に、図6を用いて、すでに説明した実施形態の応用例を、第2の実施形態を例にして説明する。
この応用例は、フィン型電界効果トランジスタであるN型MOSFETとPチャネル型MOSFET(以後、P型MOSFETと記載する)とを並列に並べた構造(コンプリメンタリーMOS、所謂CMOS構造)としたものである。すでに説明した実施形態では、例えば、N型MOSFETを構成する例を説明したが、P型MOSFETと合わせたCMOS構造の例を説明する。
[Description of configuration of application example: FIG. 6]
Next, with reference to FIG. 6, an application example of the already described embodiment will be described by taking the second embodiment as an example.
In this application example, a fin-type field effect transistor N-type MOSFET and a P-channel MOSFET (hereinafter referred to as P-type MOSFET) are arranged in parallel (complementary MOS, so-called CMOS structure). is there. In the embodiment described above, for example, an example of configuring an N-type MOSFET has been described, but an example of a CMOS structure combined with a P-type MOSFET will be described.

図6において、13AはN型MOSFET、13BはP型MOSFET、14は素子間絶縁膜である。素子間絶縁膜14は、既知のCVD法により形成するシリコン酸化膜である。4a,4bはゲート絶縁膜、5a,5bはチャネル領域、6a,6bはゲート電極、8a,8bはバルク領域、12a,12bは金属配線、3Aa,3Abは第1の垂直端面、3Ba,3Bbは第2の垂直端面であり、それぞれ、すでに説明したゲート絶縁膜3、チャネル領域5、ゲート電極6、バルク電極8、金属電極12、第1の垂直端面3A、第2の垂直端面3Bに相当する。   In FIG. 6, 13A is an N-type MOSFET, 13B is a P-type MOSFET, and 14 is an inter-element insulating film. The inter-element insulating film 14 is a silicon oxide film formed by a known CVD method. 4a and 4b are gate insulating films, 5a and 5b are channel regions, 6a and 6b are gate electrodes, 8a and 8b are bulk regions, 12a and 12b are metal wirings, 3Aa and 3Ab are first vertical end faces, 3Ba and 3Bb are The second vertical end surfaces correspond to the gate insulating film 3, the channel region 5, the gate electrode 6, the bulk electrode 8, the metal electrode 12, the first vertical end surface 3A, and the second vertical end surface 3B, which have already been described. .

図6に示すように、N型MOSFET13AとP型MOSFET13Bとを、それぞれの第2の垂直端面3Baと第2の垂直端面3Bbとを対向するように隣合わせて配置している。
N型MOSFET13Aのバルク領域8aの第1の垂直端面3Aaにチャネル領域5aを設け、これを覆うようにゲート絶縁膜4aを設けており、さらにゲート電極6aを設けている。
P型MOSFET13Bのバルク領域8bの第1の垂直端面3Abにチャネル領域5bを設け、これを覆うようにゲート絶縁膜4bを設けており、さらにゲート電極6bを設けている。
As shown in FIG. 6, the N-type MOSFET 13A and the P-type MOSFET 13B are arranged next to each other so that the second vertical end face 3Ba and the second vertical end face 3Bb face each other.
A channel region 5a is provided on the first vertical end surface 3Aa of the bulk region 8a of the N-type MOSFET 13A, a gate insulating film 4a is provided so as to cover the channel region 5a, and a gate electrode 6a is further provided.
A channel region 5b is provided on the first vertical end surface 3Ab of the bulk region 8b of the P-type MOSFET 13B, a gate insulating film 4b is provided so as to cover the channel region 5b, and a gate electrode 6b is further provided.

第2の垂直端面3Baと第2の垂直端面3Bbとに直接接続する共通のバルク電極9を
備えている。このバルク電極9と、ゲート電極6a,6bに接続する金属配線12a,12bとは、この実施形態においても他の実施形態と同様に、同じ材料、同じプロセスで形成され、図示しない所定の回路素子や端子に接続している。
A common bulk electrode 9 is provided which is directly connected to the second vertical end face 3Ba and the second vertical end face 3Bb. The bulk electrode 9 and the metal wirings 12a and 12b connected to the gate electrodes 6a and 6b are formed in the same material and in the same process in this embodiment as in the other embodiments, and are not shown in the figure. Or connected to a terminal.

素子間絶縁膜14は、N型MOSFET13AとP型MOSFET13Bとを絶縁する役割と、バルク電極9からの電界が半導体基板1側に余剰に及ばないようにする役割、またバルク電極を形成する際の被覆性を向上させる役割がある。このため、ある程度の膜厚が必要であって、印加するバルク電位でもよるが、例えば、0.5μm程度である。   The inter-element insulating film 14 serves to insulate the N-type MOSFET 13A and the P-type MOSFET 13B, to prevent the electric field from the bulk electrode 9 from excessively reaching the semiconductor substrate 1, and to form the bulk electrode. There is a role to improve the coverage. For this reason, a certain amount of film thickness is required, and depending on the applied bulk potential, it is, for example, about 0.5 μm.

[応用例の効果の説明]
N型MOSFET13AとP型MOSFET13Bとのゲート電極に、それぞれの導電型のMOSFETを駆動するための適正なゲート電圧を印加する。そして、バルク電極9には、所定の電圧を印加する。
例えば、バルク電極9には0.5Vを印加しておき、N型MOSFET13Aを駆動するタイミングでゲート電極6aには+0.8Vを印加する。次に、バルク電極9には−0.5Vを印加しておき、P型MOSFET13Bを駆動するタイミングでゲート電極6bには−0.8Vを印加する。
[Explanation of effects of application example]
Appropriate gate voltages for driving the respective MOSFETs are applied to the gate electrodes of the N-type MOSFET 13A and the P-type MOSFET 13B. A predetermined voltage is applied to the bulk electrode 9.
For example, 0.5V is applied to the bulk electrode 9, and + 0.8V is applied to the gate electrode 6a at the timing of driving the N-type MOSFET 13A. Next, -0.5V is applied to the bulk electrode 9, and -0.8V is applied to the gate electrode 6b at the timing of driving the P-type MOSFET 13B.

そうすると、印加されているバルク電位によって、N型MOSFET13Aがオンするときは、P型MOSFET13Bがオンしにくくなり、逆にP型MOSFET13Bがオンするときは、N型MOSFET13Aがオンしにくくなる。
これは、半導体層に印加される電位の上下が、しきいち電圧を上下させるためである。
Then, due to the applied bulk potential, when the N-type MOSFET 13A is turned on, the P-type MOSFET 13B is hardly turned on. Conversely, when the P-type MOSFET 13B is turned on, the N-type MOSFET 13A is hardly turned on.
This is because the voltage applied to the semiconductor layer increases and decreases the threshold voltage.

以上説明した本発明のフィン型電界効果トランジスタは、ゲート電極とは別にバルク領域に直接電位を印加するバルク電極を設けているため、しきい値電圧を任意の値に定めることができ、動作時には低いしきい値に、非動作時には高いしきい値に保つことができる。
このような特徴を有していれば、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。例えば、半導体層の形状、ゲート電極とバルク電極との位置関係や電極の種類などは任意に定めることができる。
Since the fin-type field effect transistor of the present invention described above is provided with a bulk electrode that directly applies a potential to the bulk region in addition to the gate electrode, the threshold voltage can be set to an arbitrary value during operation. It can be kept at a low threshold and at a high threshold when not in operation.
If it has such a feature, it can be modified without departing from the gist of the present invention. For example, the shape of the semiconductor layer, the positional relationship between the gate electrode and the bulk electrode, the type of electrode, and the like can be arbitrarily determined.

本発明は、低しきい値電圧、しきい値電圧ばらつきとリーク電流の抑制、低面積を実施することができる。このため低電圧駆動するLSIに適用できる。特に低消費電力を必要とするLSIに好適である。   The present invention can implement a low threshold voltage, threshold voltage variation and leakage current suppression, and a low area. For this reason, it can be applied to an LSI driven at a low voltage. It is particularly suitable for LSIs that require low power consumption.

1 半導体基板
2 埋め込み絶縁膜
3 半導体層
3A 第1の垂直端面
3B 第2の垂直端面
3C 上端面
4 ゲート絶縁膜
5 チャネル領域
6 ゲート電極
7A ソース領域
7B ドレイン領域
8 バルク領域
9 バルク電極
10 層間絶縁膜
11 コンタクトホール
12 金属配線
13A N型MOSFET
13B P型MOSFET
14 素子間絶縁膜図1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Embedded insulating film 3 Semiconductor layer 3A 1st vertical end surface 3B 2nd vertical end surface 3C Upper end surface 4 Gate insulating film 5 Channel region 6 Gate electrode 7A Source region 7B Drain region 8 Bulk region 9 Bulk electrode 10 Interlayer insulation Film 11 Contact hole 12 Metal wiring 13A N-type MOSFET
13B P-type MOSFET
14 Inter-element insulating film Figure 1

Claims (5)

半導体基板上に設ける絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設ける半導体層と、を備え、
前記半導体層の所定の部分にバルク領域、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を備え、
前記チャネル領域の前記半導体層表面にゲート絶縁膜を備え、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル領域に電界を印加するためのゲート電極を備えるフィン型電界効果トランジスタにおいて、
前記バルク領域に所定の電位を印加するためのバルク電極を、前記ゲート電極と別に備えることを特徴とするフィン型電界効果トランジスタ。
An insulating film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor layer provided on the insulating film,
A bulk region, a source region, a channel region, and a drain region are provided in a predetermined portion of the semiconductor layer,
A gate insulating film is provided on the surface of the semiconductor layer in the channel region,
In a fin-type field effect transistor comprising a gate electrode for applying an electric field to the channel region through the gate insulating film,
A fin-type field effect transistor comprising a bulk electrode for applying a predetermined potential to the bulk region separately from the gate electrode.
前記半導体層の第1の垂直端面に前記チャネル領域を設け、
前記半導体層の前記第1の垂直端面と対向する第2の垂直端面に前記バルク領域を設けることを特徴とする請求項1に記載のフィン型電界効果トランジスタ。
Providing the channel region on a first vertical end face of the semiconductor layer;
2. The fin field effect transistor according to claim 1, wherein the bulk region is provided on a second vertical end face opposite to the first vertical end face of the semiconductor layer.
前記ゲート絶縁膜は、前記第1の垂直端面に設けることを特徴とする請求項2に記載のフィン型電界効果トランジスタ。   The fin-type field effect transistor according to claim 2, wherein the gate insulating film is provided on the first vertical end face. 前記ゲート電極は、前記第1の垂直端面に対向して設け、
前記バルク電極は、前記第2の垂直端面に対向して設けると共に前記バルク領域に直接接続することを特徴とする請求項2又は3に記載のフィン型電界効果トランジスタ。
The gate electrode is provided to face the first vertical end surface;
4. The fin-type field effect transistor according to claim 2, wherein the bulk electrode is provided to face the second vertical end face and is directly connected to the bulk region. 5.
前記ゲート電極と前記バルク電極とを電気的に接続する接続配線を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のフィン型電界効果トランジスタ。










The fin-type field effect transistor according to claim 1, further comprising a connection wiring that electrically connects the gate electrode and the bulk electrode.










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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017505530A (en) * 2013-11-27 2017-02-16 クアルコム,インコーポレイテッド Dual mode transistor
US12495608B2 (en) 2021-12-14 2025-12-09 United Semiconductor Japan Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

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