JPH113990A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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- JPH113990A JPH113990A JP9102868A JP10286897A JPH113990A JP H113990 A JPH113990 A JP H113990A JP 9102868 A JP9102868 A JP 9102868A JP 10286897 A JP10286897 A JP 10286897A JP H113990 A JPH113990 A JP H113990A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲート絶縁膜の薄膜化にともない、またゲー
ト絶縁膜に高誘電率材料を用いた場合に、ゲート電界の
増大によって、電流リークが大きくなり、素子特性を劣
化させていた。またゲート電界とドレイン電界とのオー
バラップにより短チャネル効果が生じていた。
【解決手段】 半導体基板11上にゲート絶縁膜12を介し
てゲート電極13が形成され、かつゲート電極13の両側に
おける半導体基板11に拡散層14、15が形成されている半
導体装置1 であって、ゲート絶縁膜12はゲート電極13よ
りもゲート長方向に短く形成され、ゲート長方向におけ
るゲート絶縁膜12の側方かつゲート電極13と半導体基板
11とに挟まれた領域で、かつ少なくともゲート電極13と
拡散層14,15とが平面視的にオーバラップする領域に、
空間21が形成されているものである。また空間21に誘電
体(図示省略)を埋め込んだものである。
(57) [Problem] To reduce the thickness of a gate insulating film and, when a high dielectric constant material is used for the gate insulating film, increase the gate electric field, thereby increasing current leakage and deteriorating device characteristics. I was In addition, a short channel effect has occurred due to the overlap between the gate electric field and the drain electric field. SOLUTION: The semiconductor device 1 in which a gate electrode 13 is formed on a semiconductor substrate 11 via a gate insulating film 12 and diffusion layers 14 and 15 are formed in the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13 is provided. The gate insulating film 12 is formed to be shorter in the gate length direction than the gate electrode 13, and the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction and the gate electrode 13 and the semiconductor substrate.
11 and a region where at least the gate electrode 13 and the diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view,
A space 21 is formed. Further, a dielectric (not shown) is embedded in the space 21.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、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 method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の従来のゲート構造は、半導
体基板上にゲート絶縁膜を形成し、さらにその上にゲー
ト電極が形成されているものであり、上記ゲート電極の
下部側のゲート絶縁膜は単一種類の材料からなりかつゲ
ート電極下部の全面にわたって形成されているものであ
った。また従来のゲートの電界緩和構造としては、いわ
ゆるLDD(Lightly DopedDrain )構造があった。す
なわち、ゲート電極の両側における半導体基板に低濃度
の拡散層、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain )を
介してソース・ドレインが形成されている構造である。
このLDD構造は、ゲート電極をマスクにして不純物を
ドーピング(例えばイオン注入)することにより、半導
体基板に低濃度の拡散層となるLDDを形成した後、ゲ
ート電極の両側にサイドウォールを形成する。このサイ
ドウォールは、例えばゲート長方向の長さが100nm
程度に形成される。その後、サイドウォールとゲート電
極とをマスクにして、不純物をドーピング(例えばイオ
ン注入)することにより、ゲート電極の両側における半
導体基板に上記LDDを介してソース・ドレインを形成
することにより形成される。2. Description of the Related Art In a conventional gate structure of a semiconductor device, a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode is further formed thereon. Was formed of a single kind of material and formed over the entire surface below the gate electrode. As a conventional gate electric field relaxation structure, there is a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure. That is, the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode has a structure in which a source / drain is formed via a low concentration diffusion layer, so-called LDD (Lightly Doped Drain).
In this LDD structure, an impurity is doped (for example, ion-implanted) using a gate electrode as a mask to form an LDD serving as a low-concentration diffusion layer in a semiconductor substrate, and then sidewalls are formed on both sides of the gate electrode. This sidewall has a length of, for example, 100 nm in the gate length direction.
Formed to the extent. Then, the source and the drain are formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode via the LDD by doping (for example, ion implantation) impurities using the sidewall and the gate electrode as a mask.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】半導体装置における素
子寸法の微細化の進展にともない、半導体装置の内部の
電界は高くなる方向にある。高電界が半導体装置の特性
に及ぼす悪い影響の一つとして、ゲート電界が引き起こ
す電流リーク(以下、GIDLという、GIDLはGate
Induced Drain Leakageの略)が、IEDM,(1987)T.Y.Cha
n,J.Chen,P.K.Koand C.Hu,p718-721 に報告されてい
る。With the progress of miniaturization of the element size in the semiconductor device, the electric field inside the semiconductor device tends to increase. One of the bad effects of a high electric field on the characteristics of a semiconductor device is a current leakage caused by a gate electric field (hereinafter referred to as GIDL;
Induced Drain Leakage), IEDM, (1987) TYCha
n, J. Chen, PKKoand C. Hu, p718-721.
【0004】図15に示すように、この電流リークは、
半導体装置101におけるゲート電極111と拡散層1
12との平面視的にみたオーバラップ領域Aおよびゲー
ト電極111と拡散層113との平面視的にみたオーバ
ラップ領域Bにおけるゲート絶縁膜114と半導体基板
115との界面近傍の半導体中において、ゲート電極1
11から発した電界が強くかかるためにキャリアがトン
ネルリークするという機構によって生じる。この電流リ
ークは、ゲート絶縁膜114が薄くなるにしたがって、
また、ゲート絶縁膜114の誘電率が高くなるにしたが
って、悪化する方向に大きくなることがわかっている。[0004] As shown in FIG.
Gate electrode 111 and diffusion layer 1 in semiconductor device 101
In the semiconductor in the vicinity of the interface between the gate insulating film 114 and the semiconductor substrate 115 in the overlap region A when viewed in plan view with respect to the gate electrode 12 and the overlap region B between the gate electrode 111 and the diffusion layer 113 when viewed in plan view, Electrode 1
This is caused by a mechanism in which the carrier leaks due to the strong electric field generated from the carrier 11. This current leak occurs as the gate insulating film 114 becomes thinner.
In addition, it is known that as the dielectric constant of the gate insulating film 114 increases, the gate insulating film 114 increases in the direction of deterioration.
【0005】この電流リークを抑制する方法として、こ
の領域のゲート絶縁膜の厚さを局所的に厚くしてゲート
電界を小さくする構造が提案されている。この構造で
は、該当領域周辺の絶縁膜が例えばバーズビークによっ
て厚くなるという課題があり、微細化の流れに従うと、
いずれはゲート構造の作製が困難になる。As a method of suppressing the current leakage, a structure has been proposed in which the thickness of the gate insulating film in this region is locally increased to reduce the gate electric field. In this structure, there is a problem that the insulating film around the corresponding region is thickened by, for example, a bird's beak.
Eventually, fabrication of the gate structure becomes difficult.
【0006】また、半導体装置が電界効果トランジスタ
であって、ソース・ドレインにLDDを形成した構造で
は、LDDを形成するためにゲート電極の両側にサイド
ウォールを形成する必要がある。そのため、一部のホッ
トキャリアがサイドウォール中に滞留することにより、
素子が劣化するという問題が生じる。また、LDDの形
成領域が必要になるため、素子の微細化が阻害される。In the case where the semiconductor device is a field-effect transistor and the LDD is formed on the source and drain, it is necessary to form sidewalls on both sides of the gate electrode in order to form the LDD. Therefore, some hot carriers stay in the sidewall,
There is a problem that the element is deteriorated. Further, since an LDD formation region is required, miniaturization of the element is hindered.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置およびその製造方法で
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a semiconductor device and a method of manufacturing the same to solve the above-mentioned problems.
【0008】半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁
膜を介してゲート電極が形成され、かつこのゲート電極
の両側における半導体基板に拡散層が形成されている半
導体装置であって、上記ゲート絶縁膜はゲート電極より
もゲート長方向に短く形成され、ゲート長方向における
ゲート絶縁膜の側方にはゲート電極と半導体基板とに挟
まれた空間が少なくともゲート電極と拡散層とが平面視
的にオーバラップする領域に形成されているものであ
る。上記空間はゲート絶縁膜の厚さよりも厚さ方向に広
く形成されていることが好ましい。The semiconductor device is a semiconductor device in which a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a diffusion layer is formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Is formed shorter in the gate length direction than the gate electrode, and the space between the gate electrode and the semiconductor substrate at least overlaps the gate electrode and the diffusion layer in plan view on the side of the gate insulating film in the gate length direction. It is formed in the area to be wrapped. The space is preferably formed wider in the thickness direction than the thickness of the gate insulating film.
【0009】または、ゲート絶縁膜はゲート電極よりも
ゲート長方向に短く形成され、ゲート長方向におけるゲ
ート絶縁膜の側方でかつ上記ゲート電極と半導体基板と
に挟まれた領域で、かつ少なくともゲート電極と拡散層
とが平面視的にオーバラップする領域に、上記ゲート絶
縁膜の誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体が形成さ
れているものである。上記誘電体はゲート絶縁膜の厚さ
よりも厚さ方向に厚く形成されていることが好ましい。Alternatively, the gate insulating film is formed to be shorter in the gate length direction than the gate electrode, and is formed on a side of the gate insulating film in the gate length direction and in a region sandwiched between the gate electrode and the semiconductor substrate, and A dielectric having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film is formed in a region where the electrode and the diffusion layer overlap in a plan view. The dielectric is preferably formed to be thicker in the thickness direction than the thickness of the gate insulating film.
【0010】上記半導体装置では、ゲート電極と半導体
基板とに挟まれ、かつゲート電極と拡散層とが平面視的
にオーバラップする領域に、空間を設けたことから、ま
たはゲート絶縁膜の誘電率よりも低い誘電率を有する誘
電体を設けたことから、上記空間または上記誘電体を設
けた領域では上記ゲート絶縁膜よりも誘電率が低くな
る。したがって、空間または誘電体を設けた領域の電界
強度は低減されるのでトンネルリークの発生は低減され
る。また、空間をゲート絶縁膜よりも厚さ方向に広く形
成した構成、または誘電体をゲート絶縁膜よりも厚さ方
向に厚く形成した構成では、空間または誘電体を設けた
領域の電界強度はさらに低減されるのでトンネルリーク
の発生は大幅に低減される。さらに、LDDを形成する
必要がないため、素子の微細化が図れ、またそれにとも
なってサイドウォールを形成する必要がないため、ホッ
トキャリアの滞留による素子の劣化も無くなる。In the above semiconductor device, a space is provided in a region sandwiched between the gate electrode and the semiconductor substrate and where the gate electrode and the diffusion layer overlap in plan view, or the dielectric constant of the gate insulating film is increased. Since a dielectric having a lower dielectric constant is provided, the dielectric constant is lower in the space or the region where the dielectric is provided than in the gate insulating film. Therefore, the electric field intensity in the space or the region where the dielectric is provided is reduced, so that the occurrence of tunnel leak is reduced. In a configuration in which the space is formed wider in the thickness direction than the gate insulating film, or in a configuration in which the dielectric is formed thicker in the thickness direction than the gate insulating film, the electric field strength of the space or the region where the dielectric is provided further increases. As a result, the occurrence of tunnel leak is greatly reduced. Further, since it is not necessary to form an LDD, the element can be miniaturized. In addition, since it is not necessary to form a sidewall, deterioration of the element due to retention of hot carriers is eliminated.
【0011】また、上記半導体装置において、空間上の
ゲート電極部分はゲート絶縁膜上のゲート電極部分と分
離空間または分離絶縁膜を介して分離されていてもよ
い。また拡散層のゲート電極側は低い濃度で形成されて
いてもよい。または空間下の半導体基板に、拡散層に接
続するのもで拡散層よりも低濃度の拡散層を形成しても
よい。または上記空間を設ける代わりにゲート絶縁膜よ
りも誘電率が低い誘電体を設けてもよい。In the above semiconductor device, the gate electrode portion on the space may be separated from the gate electrode portion on the gate insulating film via an isolation space or an isolation insulating film. The gate electrode side of the diffusion layer may be formed at a low concentration. Alternatively, a diffusion layer having a lower concentration than that of the diffusion layer may be formed on the semiconductor substrate under the space to be connected to the diffusion layer. Alternatively, instead of providing the space, a dielectric having a lower dielectric constant than the gate insulating film may be provided.
【0012】上記ゲート電極が分離された半導体装置で
は、ゲート絶縁膜上のゲート電極の電圧にかかわらず空
間(誘電体)上のゲート電極に任意の電圧を与えること
が可能になる。それによって、大きな電界緩和効果が得
られる。また低濃度の拡散層が形成された半導体装置で
は、空間(誘電体)の形成による電界緩和効果に加えて
低濃度拡散層による電界緩和効果が得られる。すなわ
ち、電界緩和効果がさらに大きくなる。In the semiconductor device in which the gate electrode is separated, it is possible to apply an arbitrary voltage to the gate electrode in the space (dielectric) regardless of the voltage of the gate electrode on the gate insulating film. Thereby, a large electric field relaxation effect is obtained. In a semiconductor device having a low-concentration diffusion layer formed thereon, an electric-field relaxation effect by the low-concentration diffusion layer can be obtained in addition to the electric-field relaxation effect by forming a space (dielectric). That is, the electric field relaxation effect is further increased.
【0013】半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
ゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲー
ト電極を形成する工程と、ゲート電極の両側の半導体基
板に拡散層を形成する工程とを備えていて、上記ゲート
電極を形成した後に、ゲート絶縁膜をゲート電極よりも
ゲート長方向に短くなる状態に除去して、ゲート長方向
におけるゲート絶縁膜の側方にゲート電極と半導体基板
とに挟まれた空間を少なくともゲート電極と拡散層とが
平面視的にオーバラップする領域に形成するという方法
である。またゲート電極を形成した後で空間を形成する
前に、ゲート長方向のゲート絶縁膜の端部を加熱して、
ゲート絶縁膜の端部を厚くしてもよい。または、空間を
形成した後、ゲート電極表面を酸化して、その酸化部分
を除去することによりゲート絶縁膜よりの膜厚方向に広
い空間を形成してもよい。A method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a step of forming a diffusion layer on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. After the gate electrode is formed, the gate insulating film is removed in a state in which the gate insulating film is shorter in the gate length direction than the gate electrode, and the gate electrode and the semiconductor substrate are laterally located on the gate insulating film in the gate length direction. Is formed in a region where at least the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view. Also, after forming the gate electrode and before forming the space, the end of the gate insulating film in the gate length direction is heated,
The end of the gate insulating film may be thick. Alternatively, after forming the space, the surface of the gate electrode may be oxidized, and the oxidized portion may be removed to form a space wider than the gate insulating film in the thickness direction.
【0014】または、上記空間を形成した後に、この空
間にゲート絶縁膜の誘電率よりも低い誘電率を有する誘
電体を埋め込むという方法である。Alternatively, after forming the space, a dielectric having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film is buried in the space.
【0015】上記半導体装置の製造方法では、ゲート電
極を形成した後に、ゲート絶縁膜をゲート電極よりもゲ
ート長方向に短くなる状態に除去して、ゲート長方向に
おけるゲート絶縁膜の側方にゲート電極と半導体基板と
に挟まれた空間をゲート電極と拡散層とが平面視的にオ
ーバラップする領域に形成することから、またはその空
間にゲート絶縁膜の誘電率よりも低い誘電率を有する誘
電体を設けたことから、上記空間または上記誘電体を設
けた領域では上記ゲート絶縁膜よりも誘電率が低くな
る。したがって、空間または誘電体を設けた領域の電界
強度は低減されるのでトンネルリークの発生は低減され
る。また、ゲート絶縁膜の膜厚よりも広い空間を形成す
る方法、ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い誘電体を形成す
る方法では、空間または誘電体を設けた領域の電界強度
はさらに低減されるのでトンネルリークの発生は大幅に
低減される。In the method of manufacturing a semiconductor device, after the gate electrode is formed, the gate insulating film is removed so as to be shorter in the gate length direction than the gate electrode, and the gate is formed on the side of the gate insulating film in the gate length direction. Because a space between the electrode and the semiconductor substrate is formed in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in plan view, or a dielectric having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film in the space. Since the body is provided, the dielectric constant is lower in the space or the region where the dielectric is provided than in the gate insulating film. Therefore, the electric field intensity in the space or the region where the dielectric is provided is reduced, so that the occurrence of tunnel leak is reduced. In the method of forming a space wider than the thickness of the gate insulating film and the method of forming a dielectric thicker than the thickness of the gate insulating film, the electric field strength in the space or the region where the dielectric is provided is further reduced. Therefore, the occurrence of tunnel leak is greatly reduced.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】本発明の第1実施形態の一例を、
図1の概略構成図によって説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of the first embodiment of the present invention will be described below.
This will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.
【0017】図1に示すように、半導体基板11上には
ゲート絶縁膜12が形成されている。このゲート絶縁膜
12上にはゲート長方向にこのゲート絶縁膜12よりも
長いゲート電極13が形成されている。言い換えれば、
上記ゲート絶縁膜12は上記ゲート電極13よりもゲー
ト長方向に短く形成されていることになる。そしてゲー
ト長方向におけるゲート絶縁膜12の側方にはゲート電
極13と半導体基板11とに挟まれた空間21が形成さ
れている。また上記ゲート電極13の両側における上記
半導体基板11には拡散層14と拡散層15とが形成さ
れている。そして上記空間21は、少なくとも上記ゲー
ト電極13と上記各拡散層14,15とが平面視的にオ
ーバラップする領域に形成されている。さらに上記空間
21は、真空雰囲気もしくは不活性雰囲気になってい
る。上記の如くに半導体装置1は構成されている。As shown in FIG. 1, a gate insulating film 12 is formed on a semiconductor substrate 11. A gate electrode 13 longer than the gate insulating film 12 is formed on the gate insulating film 12 in the gate length direction. In other words,
The gate insulating film 12 is formed shorter in the gate length direction than the gate electrode 13. A space 21 between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction. Diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13. The space 21 is formed in a region where at least the gate electrode 13 and the respective diffusion layers 14 and 15 overlap in a plan view. Further, the space 21 has a vacuum atmosphere or an inert atmosphere. The semiconductor device 1 is configured as described above.
【0018】上記半導体装置1では、ゲート電極13と
半導体基板11とに挟まれ、かつゲート電極13と各拡
散層14,15とが平面視的にオーバラップする領域
に、空間21を設けたことから、上記空間21を設けた
領域では上記ゲート絶縁膜12よりも誘電率が低くな
る。したがって、その領域の電界強度は低減されるので
トンネルリークの発生は低減される。さらに、従来のよ
うにLDDを形成する必要がないため、素子の微細化が
図れ、またそれにともなってサイドウォールを形成する
必要がないため、ホットキャリアの滞留による素子の劣
化も無くなる。In the semiconductor device 1, the space 21 is provided in a region sandwiched between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 and in which the gate electrode 13 and the respective diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view. Therefore, the dielectric constant of the region where the space 21 is provided is lower than that of the gate insulating film 12. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, so that the occurrence of tunnel leak is reduced. Further, since it is not necessary to form an LDD as in the prior art, the device can be miniaturized. In addition, since it is not necessary to form a sidewall, deterioration of the device due to retention of hot carriers is eliminated.
【0019】ここで図2に示すGIDLの解析モデルの
説明図によって、GIDLの簡単な解析モデルを示す。
なお、下記に説明における各構成部品に付した符号は前
記図1に示した符号に基づく。A simple GIDL analysis model is shown in the explanatory diagram of the GIDL analysis model shown in FIG.
Note that the reference numerals given to each component in the following description are based on the reference numerals shown in FIG.
【0020】GIDLに起因したドレインリーク電流I
d は、半導体基板11とゲート絶縁膜12との界面にお
ける表面電界強度Es を用いて、以下のように表され
る。Drain leakage current I caused by GIDL
d is expressed as follows using the surface electric field strength Es at the interface between the semiconductor substrate 11 and the gate insulating film 12.
【0021】[0021]
【数1】 (Equation 1)
【0022】ただし、A、Bはそれぞれ定数である。上
記(1)式は、表面電界強度Es が小さいほどドレイン
リーク電流Id を小さく抑えられることを示している。
また、表面電界強度Es は、ゲート・ドレイン間電圧V
gd、ゲート絶縁膜12の膜厚toxおよびゲート絶縁膜1
2の比誘電率εox、半導体基板11の比誘電率εs を用
いると以下のように表される。なお、比誘電率は通常
(3)式左辺のように表すが、この明細書中では(3)
式右辺のようにεと表記する。Here, A and B are constants, respectively. The above equation (1) shows that the smaller the surface electric field strength Es, the smaller the drain leak current Id.
The surface electric field strength Es is expressed by the gate-drain voltage V
gd, thickness tox of gate insulating film 12 and gate insulating film 1
When the relative dielectric constant εox of 2 and the relative dielectric constant εs of the semiconductor substrate 11 are used, they are expressed as follows. The relative permittivity is usually expressed as shown on the left side of equation (3), but in this specification, (3)
Expressed as ε as in the right side of the equation.
【0023】[0023]
【数2】 (Equation 2)
【0024】[0024]
【数3】 (Equation 3)
【0025】ただし、Vbendはゲート電界に起因した半
導体バンド曲がりであり、この値が半導体基板11の禁
制帯幅Eg を超えた時点でトンネルリークが発生する。
そこでリーク電流の解析には、通常、Vbend≒Eg ≒
1.2Vを代入して上記(2)式を計算する。上記半導
体装置1では、ゲート電極13に対して各拡散層14,
15がオーバラップしている領域を空間21とすること
によって比誘電率εoxを低くしている。その結果、上記
(2)式におけるεox/εs の項の値が小さくなり、表
面電界強度Es を小さくすることができる。However, Vbend is the semiconductor band bending caused by the gate electric field, and when this value exceeds the forbidden band width Eg of the semiconductor substrate 11, a tunnel leak occurs.
Therefore, in the analysis of the leakage current, Vbend {Eg}
The above equation (2) is calculated by substituting 1.2V. In the semiconductor device 1, each diffusion layer 14,
The relative permittivity εox is reduced by setting the area where 15 overlaps as the space 21. As a result, the value of the term [epsilon] ox / [epsilon] s in the above equation (2) decreases, and the surface electric field strength Es can be reduced.
【0026】上記半導体装置1の構造を適宜設計するこ
とによって、GIDLに起因したリーク電流を、他の要
因(例えば素子分離LOCOS周辺部のPN接合におけ
る生成再結合電流もしくは拡散電流)に起因したリーク
電流以下に抑制する効果のモデルを以下に説明する。By appropriately designing the structure of the semiconductor device 1, the leakage current caused by GIDL can be reduced by the leakage current caused by other factors (for example, the generated recombination current or diffusion current at the PN junction around the element isolation LOCOS). A model of the effect of suppressing the current or less will be described below.
【0027】定量的には、ゲート絶縁膜13が酸化シリ
コン膜(SiO2 膜)で形成されている場合にはその比
誘電率はεox≒4である。それに対して、空間21を例
えば空気に置き換えた場合にはその比誘電率はεox≒1
になる。したがって、上記(2)式に従うと、toxおよ
びVgd−Vbendが一定の条件下で、表面電界強度Esを
およそ1/4にする効果がある。これはゲート絶縁膜1
2の膜厚toxを4倍にしたのと同等の効果になる。Quantitatively, when the gate insulating film 13 is formed of a silicon oxide film (SiO 2 film), its relative dielectric constant is εox ≒ 4. On the other hand, when the space 21 is replaced with, for example, air, the relative dielectric constant is εox ≒ 1.
become. Therefore, according to the above equation (2), there is an effect that the surface electric field strength Es is reduced to about 1/4 under the condition that tox and Vgd-Vbend are constant. This is the gate insulating film 1
The effect is equivalent to quadrupling the film thickness tox of No. 2.
【0028】その結果、図3のドレイン接合リーク電流
Id (自然対数で示す)とドレイン電圧Vd との関係図
の実線で示すように、ドレイン電圧Vd を高くしてもド
レイン接合リーク電流Id はほぼ一定に保たれる。な
お、図において、破線は従来の半導体装置の場合の電流
−電圧の関係を示し、実線は前記図1によって説明した
半導体装置1の構造における電流−電圧の関係を示して
いる。またゲート電圧は0Vとした。As a result, as shown by the solid line in the relationship diagram between the drain junction leak current Id (shown by natural logarithm) and the drain voltage Vd in FIG. 3, even if the drain voltage Vd is increased, the drain junction leak current Id is almost constant. Be kept constant. In the figure, the broken line shows the current-voltage relationship in the case of the conventional semiconductor device, and the solid line shows the current-voltage relationship in the structure of the semiconductor device 1 described with reference to FIG. The gate voltage was set to 0V.
【0029】次に、この構造の短チャネル効果抑制に関
して説明する。短チャネル効果は、ソース(例えば拡散
層14)もしくはドレイン(例えば拡散層15)から延
びる電界がゲート絶縁膜12の下部のゲート電界が強く
かかっている領域まで強く延びている場合に、その電界
が重複した領域においてゲート電極13の制御によって
意図した以上の電界がかかることによる効果であり、し
きい値電圧の低下などが問題になる。Next, suppression of the short channel effect of this structure will be described. The short-channel effect is that when an electric field extending from a source (for example, the diffusion layer 14) or a drain (for example, the diffusion layer 15) extends to a region under the gate insulating film 12 where a gate electric field is strongly applied, the electric field is This is an effect of applying an electric field more than intended by controlling the gate electrode 13 in the overlapped region, which causes a problem such as a decrease in threshold voltage.
【0030】半導体装置1の構造においては、ゲート電
界が強くかかる領域(ゲート絶縁膜12の直下の半導体
基板11の上層の領域)がソース・ドレイン(拡散層1
4,15)から適宜離れているため、先に問題とした電
界重複領域が小さくなっている。そのため、短チャネル
効果が低減されることになる。In the structure of the semiconductor device 1, the region where the gate electric field is strongly applied (the region above the semiconductor substrate 11 immediately below the gate insulating film 12) is the source / drain (diffusion layer 1).
4, 15), the electric field overlap region, which has been a problem, is small. Therefore, the short channel effect is reduced.
【0031】また空間21を設けたことは、その部分で
のゲート絶縁膜12の膜厚が厚くなたのとほぼ同等の効
果を奏する。これがソース・ドレイン(またはLDD)
となる拡散層14,15の近傍での電界が緩和されたの
と同様の効果となり、チャネル長が短くなった構成にお
いて、短チャネル効果によるロール−オフ効果が緩和さ
れるので、スレッシュホールド電圧の低下を抑制するこ
とができる。このことは、チャネル長が短いトランジス
タまでスレッシュホールド電圧が変動無く使えることに
なり、さらなる微細化を行うのに有利となる。さらにゲ
ート絶縁膜12の端部の誘電率が低くなるので、上記説
明したように電界が緩和され、ホットキャリアに対する
信頼性が高まる。The provision of the space 21 has substantially the same effect as the increase in the thickness of the gate insulating film 12 at that portion. This is the source / drain (or LDD)
In the configuration where the channel length is shortened, the roll-off effect due to the short channel effect is alleviated, so that the threshold voltage is reduced. The decrease can be suppressed. This means that the threshold voltage can be used without fluctuation even for a transistor having a short channel length, which is advantageous for further miniaturization. Further, since the dielectric constant at the end of the gate insulating film 12 is reduced, the electric field is reduced as described above, and the reliability for hot carriers is increased.
【0032】このような場合には、図4に示すように、
拡散層14,15を形成するイオン注入を、ゲート電極
13を陰にしたいわゆる斜めイオン注入を行うことによ
って、拡散層14(ソース拡散層)からゲート電界が強
くかかる領域16(2点鎖線で示す部分)までの距離を
小さくすることが可能である。ただし、この場合は、同
時に形成される各トランジスタのソースがゲートに対し
て同一方向に設計されている必要がある。In such a case, as shown in FIG.
The ion implantation for forming the diffusion layers 14 and 15 is performed by so-called oblique ion implantation in which the gate electrode 13 is shaded, so that a region 16 (shown by a two-dot chain line) where a gate electric field is strongly applied from the diffusion layer 14 (source diffusion layer). Part) can be reduced. However, in this case, it is necessary that the source of each transistor formed simultaneously is designed in the same direction with respect to the gate.
【0033】次に上記半導体装置1の構成を不揮発性半
導体記憶装置に応用した構成例を図5によって説明す
る。この図5では、前記図1によって説明した構成部品
と同様のものには同一符号を付して示す。Next, a configuration example in which the configuration of the semiconductor device 1 is applied to a nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【0034】図5に示すように、半導体装置2は、前記
図1によって説明したのと同様に、半導体基板11上に
はゲート絶縁膜12が形成され、さらにフローティング
ゲート31(図1のゲート電極13に相当)が形成され
ている。そして上記ゲート絶縁膜12は上記フローティ
ングゲート31よりもゲート長方向に短く形成されてい
て、ゲート長方向におけるゲート絶縁膜12の側方には
フローティングゲート31と半導体基板11とに挟まれ
た空間21が形成されている。また上記フローティング
ゲート31の両側における上記半導体基板11には拡散
層14と拡散層15とが形成されている。そして上記空
間21は、少なくとも上記フローティングゲート31と
上記各拡散層14,15とが平面視的にオーバラップす
る領域に形成されている。さらに上記空間21は、真空
雰囲気もしくは不活性雰囲気になっている。さらに本半
導体装置2には、上記フローティングゲート31上に絶
縁体膜32が形成され、さらにコントロールゲート33
が形成されている。上記の如くに半導体装置2は構成さ
れている。As shown in FIG. 5, in the semiconductor device 2, the gate insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 11 and the floating gate 31 (the gate electrode of FIG. 13). The gate insulating film 12 is formed to be shorter in the gate length direction than the floating gate 31, and a space 21 between the floating gate 31 and the semiconductor substrate 11 is provided on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction. Are formed. Diffusion layers 14 and 15 are formed in the semiconductor substrate 11 on both sides of the floating gate 31. The space 21 is formed at least in a region where the floating gate 31 and each of the diffusion layers 14 and 15 overlap in a plan view. Further, the space 21 has a vacuum atmosphere or an inert atmosphere. Further, in the present semiconductor device 2, an insulator film 32 is formed on the floating gate 31 and a control gate 33
Are formed. The semiconductor device 2 is configured as described above.
【0035】上記半導体装置2でも、空間21を設けた
ことによって、前記説明した半導体装置1と同様に、電
流リークの低減、短チャネル効果の低減という作用が得
られる。In the semiconductor device 2 as well, the provision of the space 21 has the effect of reducing the current leakage and the short channel effect, similarly to the semiconductor device 1 described above.
【0036】次に本発明の半導体装置に係わる第2実施
形態の一例を、図6の概略構成図によって説明する。こ
の図6では、前記図1によって説明した構成部品と同様
のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the second embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. In FIG. 6, the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【0037】図6に示すように、半導体基板11上には
ゲート絶縁膜12が形成されている。このゲート絶縁膜
12上にはゲート長方向にこのゲート絶縁膜12よりも
長いゲート電極13が形成されている。言い換えれば、
上記ゲート絶縁膜12は上記ゲート電極13よりもゲー
ト長方向に短く形成されていることになる。そしてゲー
ト長方向におけるゲート絶縁膜12の側方にはゲート電
極13と半導体基板11とに挟まれた空間21が形成さ
れている。この上記空間21は、例えばゲート長方向に
50nm程度の長さで形成され、真空雰囲気もしくは不
活性雰囲気になっている。また上記ゲート電極13の両
側における上記半導体基板11には拡散層14と拡散層
15とが形成されている。各拡散層14,15は上記ゲ
ート電極13と平面視的にオーバラップしない状態に形
成されている。上記の如くに半導体装置3は構成されて
いる。なお、上記空間21のゲート長方向の長さは上記
値に限定されることなく、適宜選択される。As shown in FIG. 6, a gate insulating film 12 is formed on a semiconductor substrate 11. A gate electrode 13 longer than the gate insulating film 12 is formed on the gate insulating film 12 in the gate length direction. In other words,
The gate insulating film 12 is formed shorter in the gate length direction than the gate electrode 13. A space 21 between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction. The space 21 is formed, for example, with a length of about 50 nm in the gate length direction, and has a vacuum atmosphere or an inert atmosphere. Diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13. Each of the diffusion layers 14 and 15 is formed so as not to overlap the gate electrode 13 in a plan view. The semiconductor device 3 is configured as described above. Note that the length of the space 21 in the gate length direction is not limited to the above value, and is appropriately selected.
【0038】上記半導体装置3では、前記半導体装置1
と同様に、ゲート電極13と半導体基板11とに挟まれ
た領域に空間21を設けたことから、上記空間21を設
けた領域では上記ゲート絶縁膜12よりも誘電率が低く
なる。したがって、その領域の電界強度は低減されるの
でトンネルリークの発生は低減される。しかも各拡散層
14,15は上記ゲート電極13と平面視的にオーバラ
ップしない状態に形成されていることから、さらに前記
半導体装置1よりも大きな電界緩和効果が得られる。ま
た、従来のようにLDDを形成する必要がないため、素
子の微細化が図れ、またそれにともなってサイドウォー
ルを形成する必要がないため、ホットキャリアの滞留に
よる素子の劣化も無くなる。In the semiconductor device 3, the semiconductor device 1
Similarly to the above, since the space 21 is provided in the region between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11, the dielectric constant is lower in the region where the space 21 is provided than in the gate insulating film 12. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, so that the occurrence of tunnel leak is reduced. Moreover, since each of the diffusion layers 14 and 15 is formed so as not to overlap the gate electrode 13 in a plan view, an electric field relaxation effect larger than that of the semiconductor device 1 can be obtained. In addition, since it is not necessary to form an LDD as in the related art, the device can be miniaturized. In addition, since it is not necessary to form a sidewall, deterioration of the device due to retention of hot carriers is eliminated.
【0039】次に本発明の半導体装置に係わる第3実施
形態の一例を、図7の概略構成図によって説明する。こ
の図7では、前記図1および図6によって説明した構成
部品と同様のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the third embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. In FIG. 7, the same components as those described with reference to FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals.
【0040】図7に示すように、半導体装置4は、前記
図6によって説明した半導体装置3において、空間21
上のゲート電極部分13(13s)はゲート絶縁膜12
上のゲート電極部分13(13c)と分離空間25を介
して分離されている。その結果、上記ゲート電極部分1
3(13s)はアクティブ領域上では浮いた状態になっ
ているが、アクティブ領域の側周を囲むフィールド領域
(図示省略)で支持することにより、上記構成が可能に
なる。上記分離空間25は、例えばゲート長方向の長さ
が20nm〜30nm程度に形成され、真空雰囲気また
は不活性なガス雰囲気になっている。または分離空間2
5の代わりに分離絶縁膜(図示省略)が形成されていて
もよい。この分離絶縁膜は、ゲート絶縁膜よりも誘電率
が低い材料で形成されることが好ましい。また、上記説
明した以外の他の構成部品である、半導体基板11、ゲ
ート絶縁膜12、拡散層14、拡散層15等は前記半導
体装置3と同様の構成である。上記の如くに半導体装置
4は構成されている。なお、上記空間21のゲート長方
向の長さは上記値に限定されることなく、適宜選択され
る。As shown in FIG. 7, the semiconductor device 4 is the same as the semiconductor device 3 described with reference to FIG.
The upper gate electrode portion 13 (13s) is the gate insulating film 12
It is separated from the upper gate electrode portion 13 (13c) via a separation space 25. As a result, the gate electrode portion 1
3 (13s) is in a floating state on the active area, but the above configuration is possible by supporting it in a field area (not shown) surrounding the side circumference of the active area. The separation space 25 is formed, for example, to have a length in the gate length direction of about 20 nm to 30 nm, and has a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. Or separation space 2
Instead of 5, an isolation insulating film (not shown) may be formed. This isolation insulating film is preferably formed of a material having a lower dielectric constant than the gate insulating film. The semiconductor substrate 11, the gate insulating film 12, the diffusion layer 14, the diffusion layer 15, and the like, which are other components other than those described above, have the same configuration as the semiconductor device 3. The semiconductor device 4 is configured as described above. Note that the length of the space 21 in the gate length direction is not limited to the above value, and is appropriately selected.
【0041】一方、図1によって説明したのと同様に、
上記半導体装置4が、拡散層14,15と上記ゲート電
極13とが平面視的にオーバラップする状態に形成され
ている構成では、上記空間21は、少なくとも上記ゲー
ト電極13と上記各拡散層14,15とが平面視的にオ
ーバラップする領域に形成されていることが好ましい。On the other hand, as described with reference to FIG.
In the configuration in which the semiconductor device 4 is formed such that the diffusion layers 14 and 15 and the gate electrode 13 overlap in a plan view, the space 21 includes at least the gate electrode 13 and each of the diffusion layers 14. , 15 are preferably formed in a region overlapping in plan view.
【0042】上記半導体装置4では、前記半導体装置3
と同様の作用が得られるとともに、上記ゲート電極13
がゲート絶縁膜12上のゲート電極部分13cと空間2
1上のゲート電極部分13sとに分離されていることか
ら、ゲート絶縁膜12上のゲート電極部分13cの電圧
にかかわらず空間21上のゲート電極部分13sに任意
の電圧を与えることが可能になる。そのため、前記半導
体装置3よりも電界緩和効果が大きくなる。In the semiconductor device 4, the semiconductor device 3
The same operation as described above is obtained, and the gate electrode 13
Is formed between the gate electrode portion 13c on the gate insulating film 12 and the space 2
1 and the gate electrode portion 13s on the space 21, it is possible to apply an arbitrary voltage to the gate electrode portion 13s on the space 21 regardless of the voltage on the gate electrode portion 13c on the gate insulating film 12. . Therefore, the electric field relaxation effect is larger than that of the semiconductor device 3.
【0043】次に本発明の半導体装置に係わる第3実施
形態の一例を、図8の概略構成図によって説明する。こ
の図8では、前記図1および図6によって説明した構成
部品と同様のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the third embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. In FIG. 8, the same components as those described with reference to FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals.
【0044】図8に示すように、半導体装置5は、前記
図6によって説明した半導体装置3において、拡散層1
4のゲート電極13側が低い濃度の拡散層、すなわちL
DD(Lightly Doped Drain )16で形成されていて、
また拡散層15のゲート電極13側が同様に低い濃度の
拡散層であるLDD17で形成されているものである。
したがって、上記拡散層14はLDD16とそれよりも
高い濃度のソース・ドレイン18とからなり、上記拡散
層15はLDD17とそれよりも高い濃度のソース・ド
レイン19とからなる。また、上記説明した以外の他の
構成部品である、他の構成部品の半導体基板11、ゲー
ト絶縁膜12、ゲート電極13、空間21等は前記半導
体装置3と同様の構成である。この空間21は、例えば
ゲート長方向に50nm程度の長さで形成され、真空雰
囲気または不活性なガス雰囲気になっている。上記の如
くに半導体装置5は構成されている。なお、上記空間2
1のゲート長方向の長さは上記値に限定されることな
く、適宜選択される。As shown in FIG. 8, the semiconductor device 5 is the same as the semiconductor device 3 described with reference to FIG.
4 is a low concentration diffusion layer, ie, L
DD (Lightly Doped Drain) 16
The gate electrode 13 side of the diffusion layer 15 is similarly formed of the LDD 17 which is a low concentration diffusion layer.
Therefore, the diffusion layer 14 is composed of the LDD 16 and the source / drain 18 having a higher concentration, and the diffusion layer 15 is composed of the LDD 17 and the source / drain 19 having the higher concentration. The semiconductor substrate 11, the gate insulating film 12, the gate electrode 13, the space 21, and the like of other components other than those described above have the same configuration as the semiconductor device 3. This space 21 is formed, for example, with a length of about 50 nm in the gate length direction, and has a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. The semiconductor device 5 is configured as described above. The above space 2
The length in the gate length direction of 1 is not limited to the above value and is appropriately selected.
【0045】上記半導体装置5では、前記半導体装置3
と同様の作用が得られるとともに、低濃度の拡散層とな
るLDD16,17が形成されていることから、空間2
1の形成による電界緩和効果に加えてLDD16,17
による電界緩和効果が得られる。すなわち、前記半導体
装置3よりも電界緩和効果がさらに大きくなる。In the semiconductor device 5, the semiconductor device 3
Since the same operation as described above is obtained and the LDDs 16 and 17 serving as low concentration diffusion layers are formed, the space 2
In addition to the electric field relaxation effect of the formation of
The electric field relaxation effect is obtained. That is, the effect of alleviating the electric field is larger than that of the semiconductor device 3.
【0046】次に本発明の半導体装置に係わる第4実施
形態の一例を、図9の概略構成図によって説明する。こ
の図9では、前記図1および図8によって説明した構成
部品と同様のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the fourth embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. In FIG. 9, the same components as those described with reference to FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals.
【0047】図9に示すように、半導体装置6は、前記
図1によって説明した半導体装置1において、空間21
下の半導体基板11に拡散層14に接続するのもでこの
拡散層14よりも低濃度の拡散層であるLDD16が形
成されていて、かつ一方の空間21下の半導体基板11
に拡散層15に接続するのもでこの拡散層15よりも低
濃度の拡散層であるLDD17が形成されているもので
ある。したがって、上記拡散層14はLDD16とそれ
よりも高い濃度のソース・ドレイン18とからなり、上
記拡散層15はLDD17とそれよりも高い濃度のソー
ス・ドレイン19とからなる。また、上記説明した以外
の他の構成部品である、半導体基板11、ゲート絶縁膜
12、ゲート電極13、空間21等は前記半導体装置1
と同様の構成である。この空間21は、例えばゲート長
方向に50nm程度の長さで形成され、真空雰囲気また
は不活性なガス雰囲気になっている。上記の如くに半導
体装置6は構成されている。なお、上記空間21のゲー
ト長方向の長さは上記値に限定されることなく、適宜選
択される。As shown in FIG. 9, the semiconductor device 6 is the same as the semiconductor device 1 described with reference to FIG.
The lower semiconductor substrate 11 is connected to the diffusion layer 14 so that the LDD 16 which is a diffusion layer having a lower concentration than the diffusion layer 14 is formed, and the semiconductor substrate 11 under one space 21 is formed.
The LDD 17 which is a diffusion layer having a lower concentration than that of the diffusion layer 15 is also connected to the diffusion layer 15. Therefore, the diffusion layer 14 is composed of the LDD 16 and the source / drain 18 having a higher concentration, and the diffusion layer 15 is composed of the LDD 17 and the source / drain 19 having the higher concentration. In addition, the semiconductor device 11, the gate insulating film 12, the gate electrode 13, the space 21 and the like other components other than those described above are the same as those of the semiconductor device 1.
This is the same configuration as. This space 21 is formed, for example, with a length of about 50 nm in the gate length direction, and has a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. The semiconductor device 6 is configured as described above. Note that the length of the space 21 in the gate length direction is not limited to the above value, and is appropriately selected.
【0048】上記半導体装置6では、前記半導体装置1
と同様の作用が得られるとともに、低濃度の拡散層とな
るLDD16,17が形成されていることから、空間2
1の形成による電界緩和効果に加えてLDD16,17
による電界緩和効果が得られる。すなわち、前記半導体
装置1よりも電界緩和効果がさらに大きくなる。In the semiconductor device 6, the semiconductor device 1
Since the same operation as described above is obtained and the LDDs 16 and 17 serving as low concentration diffusion layers are formed, the space 2
In addition to the electric field relaxation effect of the formation of
The electric field relaxation effect is obtained. That is, the effect of alleviating the electric field is larger than that of the semiconductor device 1.
【0049】次に本発明の半導体装置に係わる第6実施
形態の一例を、図10の概略構成図によって説明する。
この図10では、前記図1によって説明した構成部品と
同様のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the sixth embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.
In FIG. 10, the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【0050】図10に示すように、半導体装置7は、前
記図1によって説明した半導体装置1の空間21が膜厚
方向に広く形成されているものである。すなわち、半導
体基板11上にはゲート絶縁膜12が形成され、このゲ
ート絶縁膜12上にはゲート長方向にこのゲート絶縁膜
12よりも長いゲート電極13が形成されている。そし
てゲート長方向におけるゲート絶縁膜12の側方にはゲ
ート電極13と半導体基板11とに挟まれた空間23が
形成されている。この空間23は、ゲート絶縁膜12の
厚さ方向にこのゲート絶縁膜12の厚さよりも広く形成
されている。また上記ゲート電極13の両側における上
記半導体基板11には拡散層14と拡散層15とが形成
されている。そして上記空間23は、少なくとも上記ゲ
ート電極13と上記各拡散層14,15とが平面視的に
オーバラップする領域に形成されている。さらに上記空
間23は、真空雰囲気もしくは不活性雰囲気になってい
る。上記の如くに半導体装置7は構成されている。As shown in FIG. 10, the semiconductor device 7 is such that the space 21 of the semiconductor device 1 described with reference to FIG. 1 is formed wide in the film thickness direction. That is, a gate insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 11, and a gate electrode 13 longer than the gate insulating film 12 in the gate length direction is formed on the gate insulating film 12. A space 23 between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction. The space 23 is formed to be wider than the thickness of the gate insulating film 12 in the thickness direction of the gate insulating film 12. Diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13. The space 23 is formed in a region where at least the gate electrode 13 and the respective diffusion layers 14 and 15 overlap in a plan view. Further, the space 23 has a vacuum atmosphere or an inert atmosphere. The semiconductor device 7 is configured as described above.
【0051】上記半導体装置7では、前記図1によって
説明した半導体装置1の空間21よりもゲート絶縁膜の
膜厚方向に広い空間23が形成されていることにより、
前記半導体装置1よりもさらに上記空間23を設けた領
域の電界が緩和される。特にドレイン近傍の電界が緩和
される。また前記図5によって説明した半導体装置2に
おいても、空間21の代わりに、前記図10によって説
明したように、ゲート絶縁膜12の厚さ方向に広く形成
した空間23を形成することが望ましい。このような空
間23を形成することにより、半導体装置2において
は、さらに電流リークの低減、短チャネル効果の低減と
いう作用が得られる。In the semiconductor device 7, the space 23 is formed in the thickness direction of the gate insulating film larger than the space 21 of the semiconductor device 1 described with reference to FIG.
The electric field in the region where the space 23 is provided is further reduced than in the semiconductor device 1. In particular, the electric field near the drain is reduced. Also in the semiconductor device 2 described with reference to FIG. 5, it is desirable to form a space 23 that is formed wider in the thickness direction of the gate insulating film 12 as described with reference to FIG. By forming such a space 23, in the semiconductor device 2, the effects of further reducing the current leakage and reducing the short channel effect can be obtained.
【0052】図示はしないが、前記図6〜9で説明した
半導体装置3〜6において、空間21の代わりに上記半
導体装置7のような空間23を形成することも可能であ
る。このような各構成であっても上記半導体装置7と同
様に、空間21を設けたものよりもさらに大きな電界緩
和効果が得られる。Although not shown, in the semiconductor devices 3 to 6 described with reference to FIGS. 6 to 9, a space 23 like the semiconductor device 7 can be formed instead of the space 21. Even with such a configuration, an electric field relaxation effect that is even greater than that provided with the space 21 can be obtained as in the case of the semiconductor device 7.
【0053】次に本発明の半導体装置に係わる第7実施
形態の一例を、図11の概略構成図によって説明する。
この図11では、前記図1によって説明した構成部品と
同様のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the seventh embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.
In FIG. 11, the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【0054】図11に示すように、半導体装置8は、前
記図1によって説明した半導体装置1の空間21にゲー
ト絶縁膜12の誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体
22が設けられているものである。すなわち、半導体基
板11上にはゲート絶縁膜12が形成され、このゲート
絶縁膜12上にはゲート長方向にこのゲート絶縁膜12
よりも長いゲート電極13が形成されている。そしてゲ
ート長方向におけるゲート絶縁膜12の側方にはゲート
電極13と半導体基板11とに挟まれた空間21が形成
され、この空間21に上記誘電体22が設けられてい
る。また上記ゲート電極13の両側における上記半導体
基板11には拡散層14と拡散層15とが形成されてい
る。そして上記誘電体22は、少なくとも上記ゲート電
極13と上記各拡散層14,15とが平面視的にオーバ
ラップする領域に形成されている。As shown in FIG. 11, in the semiconductor device 8, a dielectric 22 having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film 12 is provided in the space 21 of the semiconductor device 1 described with reference to FIG. Things. That is, a gate insulating film 12 is formed on a semiconductor substrate 11, and the gate insulating film 12 is formed on the gate insulating film 12 in a gate length direction.
A longer gate electrode 13 is formed. Further, a space 21 sandwiched between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction, and the dielectric 22 is provided in this space 21. Diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13. The dielectric 22 is formed in a region where at least the gate electrode 13 and the respective diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view.
【0055】例えば、前記ゲート絶縁膜12を窒化シリ
コン(Si3 N4 )〔比誘電率εSi 3 N4≒6〜8〕、酸
化タンタル(Ta2 O5 )〔比誘電率εTa2O5 ≒20〜
25〕のような誘電率が高い材料で形成した場合には、
上記誘電体22には例えば酸化シリコン(SiO2 )
〔比誘電率εox≒4〕のような誘電率が低い材料を用い
る。また、上記誘電体22には、フッ化炭素(CF)膜
〔比誘電率εCF≒2.2〜2.7〕、フッ素を含む酸化
シリコン(SiOF)膜〔比誘電率εSiOF≒3.2〜
3.7〕,ポリパラキシリレン〔比誘電率ε≒2.4〕
等のいわゆる低誘電率膜を用いることも可能である。For example, the gate insulating film 12 is formed of silicon nitride.
Con (SiThreeNFour) [Relative permittivity εSi ThreeNFour{6-8], acid
Tantalum fluoride (TaTwoOFive) [Relative permittivity εTaTwoOFive$ 20 ~
25], a material having a high dielectric constant such as
For example, silicon oxide (SiO 2)Two)
Use a material with a low dielectric constant such as [relative dielectric constant εox ≒ 4]
You. The dielectric 22 is made of a fluorocarbon (CF) film.
[Relative permittivity εCF ≒ 2.2-2.7], oxidation containing fluorine
Silicon (SiOF) film [relative permittivity εSiOF ≒ 3.2-
3.7], polyparaxylylene [relative permittivity ε ≒ 2.4]
It is also possible to use a so-called low dielectric constant film.
【0056】上記半導体装置8では、ゲート電極13と
半導体基板11とに挟まれ、かつゲート電極13と各拡
散層14,15とが平面視的にオーバラップする領域
に、ゲート絶縁膜12の誘電率よりも低い誘電率を有す
る誘電体22を設けたことから、上記誘電体22を設け
た領域では上記ゲート絶縁膜12よりも誘電率が低くな
る。したがって、その領域の電界強度は低減されるので
トンネルリークの発生は低減される。In the semiconductor device 8, the dielectric of the gate insulating film 12 is interposed between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 and in a region where the gate electrode 13 and each of the diffusion layers 14 and 15 overlap in a plan view. Since the dielectric 22 having a dielectric constant lower than the dielectric constant is provided, the dielectric constant is lower in the region where the dielectric 22 is provided than in the gate insulating film 12. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, so that the occurrence of tunnel leak is reduced.
【0057】また誘電体22を設けたことは、その部分
でのゲート絶縁膜12の膜厚が厚くなったのとほぼ同等
の効果を奏する。これがソース・ドレイン(またはLD
D)となる拡散層14,15の近傍での電界が緩和され
たのと同様の効果となり、チャネル長が短くなった構成
において、短チャネル効果によるロール−オフ効果が緩
和されるので、スレッシュホールド電圧の低下を抑制す
ることができる。このことは、チャネル長が短いトラン
ジスタまでスレッシュホールド電圧が変動無く使えるこ
とになり、さらなる微細化を行うのに有利となる。さら
にゲート絶縁膜12の端部の誘電率が低くなるので、上
記説明したように電界が緩和され、ホットキャリアに対
する信頼性が高まる。The provision of the dielectric 22 has substantially the same effect as the increase in the thickness of the gate insulating film 12 at that portion. This is the source / drain (or LD
D) has the same effect as the electric field in the vicinity of the diffusion layers 14 and 15 is reduced, and in a configuration in which the channel length is shortened, the roll-off effect due to the short channel effect is reduced. Voltage drop can be suppressed. This means that the threshold voltage can be used without fluctuation even for a transistor having a short channel length, which is advantageous for further miniaturization. Further, since the dielectric constant at the end of the gate insulating film 12 is reduced, the electric field is reduced as described above, and the reliability for hot carriers is increased.
【0058】次に上記半導体装置8の構成を不揮発性半
導体記憶装置に応用した構成例を図12によって説明す
る。この図12では、前記図10によって説明した構成
部品と同様のものには同一符号を付して示す。Next, a configuration example in which the configuration of the semiconductor device 8 is applied to a nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to FIG. 12, the same components as those described with reference to FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
【0059】図12に示すように、半導体装置9は、前
記図11によって説明したのと同様に、半導体基板11
上にはゲート絶縁膜12が形成され、さらにフローティ
ングゲート31(図10のゲート電極13に相当)が形
成されている。そして上記ゲート絶縁膜12は上記フロ
ーティングゲート31よりもゲート長方向に短く形成さ
れていて、ゲート長方向におけるゲート絶縁膜12の側
方にはフローティングゲート31と半導体基板11とに
挟まれた領域に、ゲート絶縁膜12の誘電率よりも低い
誘電率を有する誘電体22が形成されている。また上記
フローティングゲート31の両側における上記半導体基
板11には拡散層14と拡散層15とが形成されてい
る。そして上記誘電体22は、少なくとも上記フローテ
ィングゲート13と上記各拡散層14,15とが平面視
的にオーバラップする領域に形成されている。さらに本
半導体装置9では、上記フローティングゲート31上に
絶縁体膜32が形成され、さらにコントロールゲート3
3が形成されている。上記の如くに半導体装置9は構成
されている。As shown in FIG. 12, the semiconductor device 9 has a semiconductor substrate 11 similar to that described with reference to FIG.
A gate insulating film 12 is formed thereon, and a floating gate 31 (corresponding to the gate electrode 13 in FIG. 10) is further formed. The gate insulating film 12 is formed to be shorter in the gate length direction than the floating gate 31, and is formed in a region between the floating gate 31 and the semiconductor substrate 11 on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction. A dielectric 22 having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film 12 is formed. Diffusion layers 14 and 15 are formed in the semiconductor substrate 11 on both sides of the floating gate 31. The dielectric 22 is formed in a region where at least the floating gate 13 and the respective diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view. Further, in the present semiconductor device 9, the insulator film 32 is formed on the floating gate 31, and the control gate 3
3 are formed. The semiconductor device 9 is configured as described above.
【0060】上記半導体装置9でも、誘電体22を設け
たことによって、前記説明した半導体装置4と同様に、
電流リークが低減され短チャネル効果の低減される。In the semiconductor device 9 as well, since the dielectric 22 is provided, similar to the semiconductor device 4 described above,
The current leakage is reduced and the short channel effect is reduced.
【0061】次に本発明の半導体装置に係わる第8実施
形態の一例を、図13の概略構成図によって説明する。
この図13では、前記図10によって説明した構成部品
と同様のものには同一符号を付して示す。Next, an example of the eighth embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.
In FIG. 13, the same components as those described with reference to FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
【0062】図13に示すように、半導体装置10は、
前記図10によって説明した半導体装置7の空間23に
ゲート絶縁膜12の誘電率よりも低い誘電率を有する誘
電体24が設けられているものである。すなわち、半導
体基板11上にはゲート絶縁膜12が形成され、このゲ
ート絶縁膜12上にはゲート長方向にこのゲート絶縁膜
12よりも長いゲート電極13が形成されている。そし
てゲート長方向におけるゲート絶縁膜12の側方にはゲ
ート電極13と半導体基板11とに挟まれた空間23が
形成されている。この空間23は、ゲート絶縁膜12の
厚さ方向にこのゲート絶縁膜12の厚さよりも広く形成
されている。さらにこの空間23には上記誘電体24が
設けられている。また上記ゲート電極13の両側におけ
る上記半導体基板11には拡散層14と拡散層15とが
形成されている。そして上記誘電体24は、少なくとも
上記ゲート電極13と上記各拡散層14,15とが平面
視的にオーバラップする領域に形成されている。上記の
如くに半導体装置10は構成されている。As shown in FIG. 13, the semiconductor device 10
A dielectric 24 having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film 12 is provided in the space 23 of the semiconductor device 7 described with reference to FIG. That is, a gate insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 11, and a gate electrode 13 longer than the gate insulating film 12 in the gate length direction is formed on the gate insulating film 12. A space 23 between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction. The space 23 is formed to be wider than the thickness of the gate insulating film 12 in the thickness direction of the gate insulating film 12. Further, in the space 23, the dielectric 24 is provided. Diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13. The dielectric 24 is formed in a region where at least the gate electrode 13 and the respective diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view. The semiconductor device 10 is configured as described above.
【0063】例えば、前記ゲート絶縁膜12を窒化シリ
コン(Si3 N4 )〔比誘電率εSi 3 N4≒6〜8〕、酸
化タンタル(Ta2 O5 )〔比誘電率εTa2O5 ≒20〜
25〕のような誘電率が高い材料で形成した場合には、
上記誘電体24には例えば酸化シリコン(SiO2 )
〔比誘電率εox≒4〕のような誘電率が低い材料を用い
る。For example, the gate insulating film 12 is
Con (SiThreeNFour) [Relative permittivity εSi ThreeNFour{6-8], acid
Tantalum fluoride (TaTwoOFive) [Relative permittivity εTaTwoOFive$ 20 ~
25], a material having a high dielectric constant such as
For example, silicon oxide (SiO 2)Two)
Use a material with a low dielectric constant such as [relative dielectric constant εox ≒ 4]
You.
【0064】上記半導体装置10では、ゲート電極13
と半導体基板11とに挟まれ、かつゲート電極13と各
拡散層14,15とが平面視的にオーバラップする領域
に、ゲート絶縁膜12の誘電率よりも低い誘電率を有す
る誘電体24を設けたことから、上記誘電体24を設け
た領域では上記ゲート絶縁膜12よりも誘電率が低くな
る。しかも、上記誘電体24は、ゲート絶縁膜12の膜
厚方向の厚さよりも厚く形成されていることから、上記
誘電体24を設けた領域の電界は、前記図11によって
説明した半導体装置8よりも低減されるのでトンネルリ
ークの発生は大幅に低減される。In the semiconductor device 10, the gate electrode 13
A dielectric 24 having a dielectric constant lower than the dielectric constant of the gate insulating film 12 is formed in a region between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 and where the gate electrode 13 and each of the diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view. Because of the provision, the dielectric constant of the region where the dielectric 24 is provided is lower than that of the gate insulating film 12. Moreover, since the dielectric 24 is formed to be thicker than the gate insulating film 12 in the thickness direction, the electric field in the region where the dielectric 24 is provided is larger than that of the semiconductor device 8 described with reference to FIG. Therefore, the occurrence of tunnel leak is greatly reduced.
【0065】また前記図12によって説明した半導体装
置9においても、前記図13によって説明したように、
ゲート絶縁膜12の厚さ方向に広く形成した空間23を
形成し、その空間23に誘電体24を設けることが望ま
しい。このような空間23を形成するとともに誘電体2
4を設けることにより、半導体装置5においては、さら
に電流リークの低減、短チャネル効果の低減という作用
が得られる。In the semiconductor device 9 described with reference to FIG. 12, as described with reference to FIG.
It is desirable to form a space 23 formed widely in the thickness direction of the gate insulating film 12 and to provide a dielectric 24 in the space 23. Such a space 23 is formed and the dielectric 2
By providing the semiconductor device 4, in the semiconductor device 5, the effects of further reducing the current leakage and reducing the short channel effect can be obtained.
【0066】図示はしないが、前記図6〜図9によって
説明した各半導体装置3〜6において、空間21にゲー
ト絶縁膜12よりも誘電率が低い誘電体を形成すること
も可能である。このように誘電体を形成した場合も、前
記半導体装置3〜6と同様の作用が得られる。また、前
記図6〜図9によって説明した各半導体装置3〜6にお
いて、空間21の代わりに上記半導体装置7のような空
間23を形成し、その空間23にゲート絶縁膜12より
も誘電率が低い誘電体を形成することも可能である。こ
のように誘電体を形成した場合も、前記半導体装置3〜
6と同様の作用が得られる。Although not shown, in each of the semiconductor devices 3 to 6 described with reference to FIGS. 6 to 9, a dielectric having a lower dielectric constant than the gate insulating film 12 can be formed in the space 21. When the dielectric is formed in this manner, the same operation as that of the semiconductor devices 3 to 6 can be obtained. In each of the semiconductor devices 3 to 6 described with reference to FIGS. 6 to 9, a space 23 like the semiconductor device 7 is formed instead of the space 21, and the space 23 has a dielectric constant higher than that of the gate insulating film 12. It is also possible to form low dielectrics. Even when the dielectric is formed in this manner, the semiconductor devices 3 to
The same operation as that of No. 6 is obtained.
【0067】次に本発明の製造方法に係わる第1実施形
態の一例を、図14の製造工程図によって説明する。Next, an example of the first embodiment according to the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG.
【0068】図14の(1)に示すように、半導体基板
11上にゲート絶縁膜12を形成する。このゲート絶縁
膜12を酸化シリコンで形成する場合には、例えば熱酸
化法によって半導体基板11の表面を酸化させて形成す
る。また上記ゲート絶縁膜12を例えば窒化シリコン
(Si3 N4 )で形成する場合には、例えば化学的気相
成長(以下CVDという、CVDはChemical Vapour De
positionの略)法によって、半導体基板11上に窒化シ
リコンを堆積させて形成する。As shown in FIG. 14A, a gate insulating film 12 is formed on a semiconductor substrate 11. When the gate insulating film 12 is formed of silicon oxide, it is formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate 11 by, for example, a thermal oxidation method. In the case where the gate insulating film 12 is formed of, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), for example, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) is a chemical vapor deposition (CVD) process.
Silicon nitride is deposited and formed on the semiconductor substrate 11 by a method (abbreviation of position).
【0069】その後、上記ゲート絶縁膜12上にゲート
電極を形成するための導電膜51を形成する。この導電
膜51は、例えば不純物がドーピングされた多結晶シリ
コンからなり、例えばCVD法によって形成される。不
純物は、CVD時に導入してもよく、または多結晶シリ
コン膜を形成した後、イオン注入によって導入してもよ
い。Thereafter, a conductive film 51 for forming a gate electrode is formed on the gate insulating film 12. The conductive film 51 is made of, for example, polycrystalline silicon doped with impurities, and is formed by, for example, a CVD method. The impurity may be introduced at the time of CVD, or may be introduced by ion implantation after forming the polycrystalline silicon film.
【0070】その後、図14の(2)に示すように、上
記導電膜51と上記ゲート絶縁膜12をパターニングし
て、上記導電膜51でゲート電極13を形成し、その下
部にゲート絶縁膜12を残す。このとき、ゲート絶縁膜
12の露出している上層部もエッチングされる。そして
ゲート絶縁膜12の露出している部分を除去してもよ
い。上記パターニングの方法としては、上記導電膜51
上にレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、リソ
グラフィック技術によって上記レジスト膜をパターニン
グしてレジストマスク52を形成する。そのレジストマ
スク52をエッチングマスクに用いたエッチングによっ
て、上記導電膜51でゲート電極13を形成し、その下
部にゲート絶縁膜12を残す。その後、上記レジストマ
スク52を、例えばアッシングおよび洗浄によって除去
する。Thereafter, as shown in FIG. 14B, the conductive film 51 and the gate insulating film 12 are patterned to form the gate electrode 13 with the conductive film 51, and the gate insulating film 12 Leave. At this time, the exposed upper layer portion of the gate insulating film 12 is also etched. Then, the exposed portion of the gate insulating film 12 may be removed. As the patterning method, the conductive film 51 is used.
After applying a resist thereon to form a resist film, the resist film is patterned by a lithographic technique to form a resist mask 52. The gate electrode 13 is formed of the conductive film 51 by etching using the resist mask 52 as an etching mask, and the gate insulating film 12 is left under the gate electrode 13. Thereafter, the resist mask 52 is removed by, for example, ashing and cleaning.
【0071】次いで図14の(3)に示すように、ウエ
ットエッチングによって、上記ゲート絶縁膜12を選択
的にエッチング(いわゆるサイドエッチング)する。こ
のエッチングでは、ゲート絶縁膜12をゲート電極13
よりもゲート長方向に短くなる状態に除去して、ゲート
長方向におけるゲート絶縁膜12の両側方にゲート電極
13と半導体基板11とに挟まれた空間21を、ゲート
電極13と後に形成される拡散層とが平面視的にオーバ
ラップする領域に形成する。Next, as shown in FIG. 14C, the gate insulating film 12 is selectively etched (so-called side etching) by wet etching. In this etching, the gate insulating film 12 is
The space 21 sandwiched between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on both sides of the gate insulating film 12 in the gate length direction after the gate electrode 13. It is formed in a region where the diffusion layer overlaps in plan view.
【0072】その後図14の(4)に示すように、上記
ゲート電極13をマスクにしたイオン注入法によって、
半導体基板11中に不純物をドーピングして、ゲート電
極13の両側の半導体基板11に拡散層14と拡散層1
5とを形成する。その後、上記拡散層14,15の活性
化アニーリングを行う。なお、上記拡散層14,15を
LDD(Lightly Doped Drain )とする場合には、上記
ゲート電極13の側壁にサイドウォール絶縁膜(図示省
略)を形成した後、上記ゲート電極13の両側における
半導体基板11に上記拡散層14,15を介して高濃度
の拡散層(図示省略)を形成すればよい。Thereafter, as shown in FIG. 14 (4), by the ion implantation method using the gate electrode 13 as a mask,
The semiconductor substrate 11 is doped with an impurity, and the diffusion layers 14 and 1 are formed in the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13.
5 is formed. After that, activation annealing of the diffusion layers 14 and 15 is performed. When the diffusion layers 14 and 15 are made of LDD (Lightly Doped Drain), a sidewall insulating film (not shown) is formed on the side wall of the gate electrode 13 and then the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode 13 is formed. A high-concentration diffusion layer (not shown) may be formed on the substrate 11 via the diffusion layers 14 and 15.
【0073】上記製造方法の第1実施形態では、ゲート
電極13を形成した後に、ゲート絶縁膜12をゲート電
極13よりもゲート長方向に短くなる状態に除去して、
ゲート長方向におけるゲート絶縁膜12の側方にゲート
電極13と半導体基板11とに挟まれた空間21を、少
なくともゲート電極13と拡散層14,15とが平面視
的にオーバラップする領域に形成することから、上記空
間21を設けた領域では上記ゲート絶縁膜12よりも誘
電率が低くなる。したがって、その領域の電界強度は低
減されるのでトンネルリークの発生が低減された半導体
装置を形成することが可能になる。In the first embodiment of the manufacturing method, after the gate electrode 13 is formed, the gate insulating film 12 is removed so as to be shorter than the gate electrode 13 in the gate length direction.
A space 21 sandwiched between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 is formed on the side of the gate insulating film 12 in the gate length direction at least in a region where the gate electrode 13 and the diffusion layers 14 and 15 overlap in plan view. Therefore, the dielectric constant of the region where the space 21 is provided is lower than that of the gate insulating film 12. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, so that it is possible to form a semiconductor device in which the occurrence of tunnel leak is reduced.
【0074】上記製造方法の第1実施形態において、前
記空間21をゲート絶縁膜12の厚さ方向に広く形成す
る製造方法を、図15の製造工程図によって説明する。
図15では、前記図14によって説明した構成部品と同
様のものには同一符号を付して示す。In the first embodiment of the manufacturing method, a manufacturing method for forming the space 21 wide in the thickness direction of the gate insulating film 12 will be described with reference to a manufacturing process diagram of FIG.
In FIG. 15, the same components as those described with reference to FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
【0075】前記図14の(1)〜(2)によって説明
したのと同様にして、図15の(1)に示すように、半
導体基板11上にゲート絶縁膜12を形成し、さらにゲ
ート電極を形成するための導電膜51を形成する。次い
でリソグラフィック技術とエッチング技術とを用いて上
記導電膜51と上記ゲート絶縁膜12をパターニングし
て、上記導電膜51でゲート電極13を形成し、その下
部にゲート絶縁膜12を残す。このとき、ゲート絶縁膜
12の露出している上層部もエッチングされる。そして
ゲート絶縁膜12の露出している部分を除去してもよ
い。As shown in FIG. 14A, a gate insulating film 12 is formed on a semiconductor substrate 11 in the same manner as described with reference to FIGS. Is formed. Next, the conductive film 51 and the gate insulating film 12 are patterned using a lithographic technique and an etching technique to form a gate electrode 13 with the conductive film 51, and the gate insulating film 12 is left under the conductive film 51. At this time, the exposed upper layer portion of the gate insulating film 12 is also etched. Then, the exposed portion of the gate insulating film 12 may be removed.
【0076】その後、上記レジストマスク52を、例え
ばアッシングおよび洗浄によって除去する。次いで図1
5の(2)に示すように、ゲート長方向におけるゲート
絶縁膜12の端部上のゲート電極13に例えば酸素雰囲
気中、または、酸素が混在する雰囲気中で熱線Lを照射
して加熱し、この加熱した部分にゲート絶縁膜12を厚
く形成する。上記熱線Lには、例えば酸化シリコン膜に
吸収されやすい波長のレーザ光、例えばエキシマレーザ
光を用いる。Thereafter, the resist mask 52 is removed by, for example, ashing and cleaning. Then Figure 1
As shown in (2) of FIG. 5, the gate electrode 13 on the end of the gate insulating film 12 in the gate length direction is heated by irradiating a hot wire L in, for example, an oxygen atmosphere or an atmosphere containing oxygen. The gate insulating film 12 is formed thick in the heated portion. As the heat ray L, for example, a laser beam having a wavelength easily absorbed by the silicon oxide film, for example, an excimer laser beam is used.
【0077】その後、前記図14の(3)〜(4)によ
って説明したのと同様にして、図15の(3)に示すよ
うに、ウエットエッチングによって、上記ゲート絶縁膜
12を選択的にエッチング(いわゆるサイドエッチン
グ)する。このエッチングでは、ゲート絶縁膜12をゲ
ート電極13よりもゲート長方向に短くなる状態に除去
して、ゲート長方向におけるゲート絶縁膜12の両側方
にゲート電極13と半導体基板11とに挟まれた空間2
3を、ゲート電極13と後に形成される拡散層とが平面
視的にオーバラップする領域に形成する。Thereafter, in the same manner as described with reference to FIGS. 14 (3) to 14 (4), as shown in FIG. 15 (3), the gate insulating film 12 is selectively etched by wet etching. (So-called side etching). In this etching, the gate insulating film 12 was removed so as to be shorter than the gate electrode 13 in the gate length direction, and was sandwiched between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate insulating film 12 in the gate length direction. Space 2
3 is formed in a region where the gate electrode 13 and a diffusion layer to be formed later overlap in a plan view.
【0078】その後上記ゲート電極13をマスクにした
イオン注入法によって、半導体基板11中に不純物をド
ーピングして、ゲート電極13の両側の半導体基板11
に拡散層14と拡散層15とを形成する。続いて、上記
拡散層14,15の活性化アニーリングを行う。なお、
上記拡散層14,15をLDD(Lightly Doped Drain
)とする場合には、上記ゲート電極13の側壁にサイ
ドウォール絶縁膜(図示省略)を形成した後、上記ゲー
ト電極13の両側における半導体基板11に上記拡散層
14,15を介して高濃度の拡散層(図示省略)を形成
すればよい。After that, the semiconductor substrate 11 is doped with impurities by ion implantation using the gate electrode 13 as a mask, and the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13 is doped.
Then, a diffusion layer 14 and a diffusion layer 15 are formed. Subsequently, activation annealing of the diffusion layers 14 and 15 is performed. In addition,
The diffusion layers 14 and 15 are formed by LDD (Lightly Doped Drain).
), After forming a sidewall insulating film (not shown) on the side wall of the gate electrode 13, the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13 is formed with a high concentration through the diffusion layers 14 and 15. A diffusion layer (not shown) may be formed.
【0079】または、図示はしないが、上記熱線を照射
する前に、窒素(N2 )雰囲気中で上記ゲート電極13
の表面に窒化膜を形成して不活性化する。そして、ゲー
ト長方向のゲート絶縁膜12の端部上のゲート電極13
に熱線を照射して加熱し、その部分にゲート絶縁膜12
を厚く形成してもよい。Alternatively, although not shown, before irradiating the heat rays, the gate electrode 13 is placed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere.
A nitride film is formed on the surface of the substrate to deactivate it. Then, the gate electrode 13 on the end of the gate insulating film 12 in the gate length direction
Is irradiated with heat rays and heated, and the gate insulating film 12
May be formed thick.
【0080】次に前記図15によって説明したのと同様
の空間を形成する別の製造方法を、図16の製造工程図
によって説明する。図16では、前記図14によって説
明した構成部品と同様のものには同一符号を付して示
す。Next, another manufacturing method for forming a space similar to that described with reference to FIG. 15 will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. In FIG. 16, the same components as those described with reference to FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
【0081】前記図14の(1)〜(3)によって説明
したのと同様にして、図15の(1)に示すように、半
導体基板11上にゲート絶縁膜12を介してゲート電極
13形成する。さらに、ゲート長方向におけるゲート絶
縁膜12の両側方にゲート電極13と半導体基板11と
に挟まれた空間21を、ゲート電極13と後に形成され
る拡散層とが平面視的にオーバラップする領域に形成す
る。In the same manner as described with reference to FIGS. 14A to 14C, as shown in FIG. 15A, a gate electrode 13 is formed on a semiconductor substrate 11 with a gate insulating film 12 interposed therebetween. I do. Further, a space 21 sandwiched between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate insulating film 12 in the gate length direction is a region where the gate electrode 13 and a diffusion layer to be formed later overlap in plan view. Formed.
【0082】その後図16の(2)に示すように、酸化
法によって、上記ゲート電極13の表面を薄く酸化して
酸化膜71を形成する。このとき、半導体基板11の表
面も酸化(図示省略)される。通常、ポリシリコンは半
導体基板11を構成する単結晶シリコンよりも酸化され
やすいので、半導体基板11上の酸化膜よりもポリシリ
コンからなるゲート電極12の表面に形成される酸化膜
71の方が厚く形成される。次いでエッチングによっ
て、選択的に上記酸化膜71を除去する。その結果、ゲ
ート絶縁膜12のゲート長方向側端部で上記半導体基板
11とゲート電極13との間に、上記ゲート絶縁膜12
の膜厚さよりも厚さ方向に広い空間23が形成される。Thereafter, as shown in FIG. 16B, the surface of the gate electrode 13 is thinly oxidized to form an oxide film 71 by an oxidation method. At this time, the surface of the semiconductor substrate 11 is also oxidized (not shown). Normally, polysilicon is more easily oxidized than single-crystal silicon constituting semiconductor substrate 11, so oxide film 71 formed on the surface of gate electrode 12 made of polysilicon is thicker than an oxide film on semiconductor substrate 11. It is formed. Next, the oxide film 71 is selectively removed by etching. As a result, the gate insulating film 12 is located between the semiconductor substrate 11 and the gate electrode 13 at the end of the gate insulating film 12 in the gate length direction.
A space 23 that is wider in the thickness direction than the film thickness is formed.
【0083】その後前記図14の(4)によって説明し
たのと同様にして、ゲート電極13の両側の半導体基板
11に拡散層14と拡散層15とを形成する。続いて、
上記拡散層14,15の活性化アニーリングを行う。な
お、上記拡散層14,15をLDD(Lightly Doped Dr
ain )とする場合には、上記ゲート電極13の側壁にサ
イドウォール絶縁膜(図示省略)を形成した後、上記ゲ
ート電極13の両側における半導体基板11に上記拡散
層14,15を介して高濃度の拡散層(図示省略)を形
成すればよい。Thereafter, the diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13 in the same manner as described with reference to FIG. continue,
Activation annealing of the diffusion layers 14 and 15 is performed. The diffusion layers 14 and 15 are formed by using an LDD (Lightly Doped Dr.).
ain), after forming a sidewall insulating film (not shown) on the side wall of the gate electrode 13, the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13 is doped with a high concentration through the diffusion layers 14 and 15. (Not shown) may be formed.
【0084】上記図15および図16によって説明した
第1実施形態の別の各製造方法では、空間23をゲート
絶縁膜12よりも厚さ方向に広く形成することから、空
間23を設けた領域の電界強度はさらに低減されるの
で、トンネルリークの発生は大幅に低減される。In each of the other manufacturing methods of the first embodiment described with reference to FIGS. 15 and 16, the space 23 is formed wider than the gate insulating film 12 in the thickness direction. Since the electric field strength is further reduced, the occurrence of tunnel leak is greatly reduced.
【0085】次に本発明の製造方法に係わる第2実施形
態の一例を、図17の製造工程図によって説明する。Next, an example of the second embodiment according to the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG.
【0086】前記図14の(1)〜(3)によって説明
した製造方法によって、図17の(1)に示すように、
半導体基板11上にゲート絶縁膜12を介してゲート電
極13を形成し、かつゲート長方向のゲート絶縁膜12
の側方にゲート電極13と半導体基板11とに挟まれた
空間21を形成する。さらにゲート電極13の両側にお
ける半導体基板11に拡散層14,15を形成する。According to the manufacturing method described with reference to FIGS. 14A to 14C, as shown in FIG.
A gate electrode 13 is formed on a semiconductor substrate 11 with a gate insulating film 12 interposed therebetween, and a gate insulating film 12 in a gate length direction is formed.
Is formed between the gate electrode 13 and the semiconductor substrate 11. Further, diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13.
【0087】その後、図17の(2)に示すように、上
記空間21に誘電体22を埋め込む。上記誘電体22
は、例えば酸化シリコンからなり、例えばCVD法によ
って形成される。そのため、半導体基板11上およびゲ
ート電極13の表面にも誘電体22は形成されることに
なる。そこで空間21にのみ上記誘電体22を形成する
のであれば、図17の(3)に示すように、異方性エッ
チングによって、ゲート電極13の陰になる部分を除く
半導体基板11上およびゲート電極13の上面と側面と
に形成されている上記誘電体22(2点鎖線で示す部
分)をエッチングして空間21に誘電体22を残せばよ
い。その後、前記図14の(4)によって説明したのと
同様にして、半導体基板11に拡散層14,15を形成
する。Thereafter, as shown in FIG. 17B, a dielectric 22 is buried in the space 21. The dielectric 22
Is made of, for example, silicon oxide, and is formed by, for example, a CVD method. Therefore, the dielectric 22 is also formed on the semiconductor substrate 11 and the surface of the gate electrode 13. Therefore, if the dielectric 22 is formed only in the space 21, as shown in FIG. 17C, the semiconductor substrate 11 and the gate electrode 13 are removed by anisotropic etching except for a portion shadowed by the gate electrode 13. The dielectric 22 (the portion indicated by the two-dot chain line) formed on the upper surface and the side surface of 13 may be etched to leave the dielectric 22 in the space 21. Thereafter, diffusion layers 14 and 15 are formed on the semiconductor substrate 11 in the same manner as described with reference to FIG.
【0088】上記製造方法の第2実施形態では、空間2
1にゲート絶縁膜12の誘電率よりも低い誘電率を有す
る誘電体22を設けたことから、この誘電体22を設け
た領域では上記ゲート絶縁膜12よりも誘電率が低くな
る。したがって、上記第1実施形態で説明した製造方法
と同様に、その領域の電界強度は低減されるのでトンネ
ルリークの発生は低減される。In the second embodiment of the manufacturing method, the space 2
1 is provided with a dielectric 22 having a dielectric constant lower than the dielectric constant of the gate insulating film 12, the dielectric constant of the region where the dielectric 22 is provided is lower than that of the gate insulating film 12. Therefore, similarly to the manufacturing method described in the first embodiment, the electric field intensity in the region is reduced, so that the occurrence of tunnel leak is reduced.
【0089】また、上記第1,第2実施形態で説明した
製造方法によれば、従来のゲート絶縁膜端を厚く形成す
る製造方法よりも簡単な製造方法によって電流リークの
低減と短チャネル効果の低減が可能になる。さらに電流
リークの低減と短チャネル効果の抑制との両方を、ゲー
ト絶縁膜のサイドエッチングによって同時に達成できる
ので、それぞれに対策を行う製造方法、例えば電流リー
クの低減のためにゲート長方向のゲート絶縁膜端部を厚
膜化し、短チャネル効果を抑制するためにオフセットド
レインを形成するような製造方法よりも工程数の削減が
可能になる。Further, according to the manufacturing method described in the first and second embodiments, the current leakage can be reduced and the short channel effect can be reduced by a simpler manufacturing method than the conventional manufacturing method in which the gate insulating film edge is formed thick. Reduction becomes possible. Furthermore, both the reduction of the current leakage and the suppression of the short-channel effect can be achieved simultaneously by the side etching of the gate insulating film. The number of steps can be reduced as compared with a manufacturing method in which an offset drain is formed in order to suppress the short channel effect by increasing the thickness of the film end.
【0090】また、上記図15,図16によって説明し
た製造方法によって、空間23を形成した後、前記図1
7の(2)〜(3)によって説明した方法によって空間
23の誘電体を埋め込むことも可能である。After the space 23 is formed by the manufacturing method described with reference to FIGS.
It is also possible to embed the dielectric in the space 23 by the method described in (2) to (3) of FIG.
【0091】このように、ゲート絶縁膜12の膜厚より
もその膜厚方向に広い空間23を形成した後、その空間
23に誘電体を設ける製造方法では、誘電体を設けた領
域の電界強度はさらに低減されるのでトンネルリークの
発生は大幅に低減される。As described above, in the manufacturing method of forming the space 23 wider in the film thickness direction than the thickness of the gate insulating film 12 and then providing a dielectric in the space 23, the electric field strength of the region where the dielectric is provided is Is further reduced, so that the occurrence of tunnel leak is greatly reduced.
【0092】次に上記製造方法の第1実施形態および第
2実施形態において、不揮発性半導体記憶装置の製造方
法に応用する場合の一例を、図18によって説明する。
図18では、前記図14と同様の構成部品には同一の符
号を付す。Next, an example in which the first and second embodiments of the manufacturing method are applied to a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to FIG.
18, the same components as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
【0093】図18の(1)に示すように、上記導電膜
51をフローティングゲートを形成するための導電膜と
して、半導体基板11上に形成されたゲート絶縁膜12
上に形成する。次いで、上記導電膜51上に絶縁体膜6
1を形成し、さらにコントロールゲートを形成するため
の導電膜62を形成する。As shown in FIG. 18A, a gate insulating film 12 formed on a semiconductor substrate 11 is used as the conductive film 51 as a conductive film for forming a floating gate.
Form on top. Next, the insulator film 6 is formed on the conductive film 51.
1 and then a conductive film 62 for forming a control gate is formed.
【0094】次いで図18の(2)に示すように、通常
のパターニング方法(例えばレジスト塗布、ベーキン
グ、マスク露光、現像等の処理)によって、コントロー
ルゲートを形成するための導電膜62、上記絶縁体膜6
1、上記フローティングゲートを形成するための導電膜
51をパターニングして、コントロールゲート33、絶
縁体膜32、フローティングゲート31を形成する。Next, as shown in FIG. 18B, the conductive film 62 for forming the control gate and the insulator are formed by a normal patterning method (for example, processing such as resist coating, baking, mask exposure, and development). Membrane 6
1. The conductive gate 51 for forming the floating gate is patterned to form the control gate 33, the insulator 32, and the floating gate 31.
【0095】そして前記図14の(3)で説明したのと
同様にして、図18の(3)に示すように、ゲート長方
向における上記ゲート絶縁膜12の側部をエッチングし
て除去し、導電膜51からなるフローティングゲート3
1と半導体基板11との間に空間21を形成する。さら
に上記空間21に誘電体を埋め込む場合には、上記図1
7の(3)によって説明したのと同様にして、誘電体
(図示省略)を形成すればよい。Then, in the same manner as explained in FIG. 14 (3), as shown in FIG. 18 (3), the side portion of the gate insulating film 12 in the gate length direction is removed by etching. Floating gate 3 made of conductive film 51
A space 21 is formed between the semiconductor device 11 and the semiconductor substrate 11. In the case where a dielectric is buried in the space 21, the above-described FIG.
A dielectric (not shown) may be formed in the same manner as described in 7 (3).
【0096】上記説明したように、ゲート絶縁膜12の
膜厚よりも広い空間23を形成する製造方法、またはそ
の空間23に誘電体を形成する製造方法を、図18によ
って説明した不揮発性半導体記憶装置の製造方法に適用
することも可能である。As described above, the method of forming a space 23 wider than the thickness of the gate insulating film 12 or the method of forming a dielectric in the space 23 is described in the nonvolatile semiconductor memory described with reference to FIG. It is also possible to apply to the method of manufacturing the device.
【0097】上記説明では、いわゆるバルクの半導体基
板11にトランジスタを形成した構成において、空間を
設けたもの、および誘電体を設けたものを説明したが、
本発明の構成、すなわち空間を設ける構成または誘電体
を設ける構成は、例えばSOI(Silicon on Insulato
r)基板のシリコン層に形成したトランジスタに適用す
ることも、TFT(Thin Film Transistor)に適用す
ることも可能である。また、いわゆるダブルゲート構造
のトランジスタや、ダブルフローティングゲート構造を
有するトランジスタにも適用することが可能である。そ
の場合には、上部ゲートのゲート絶縁膜に対して、およ
び下部ゲートのゲート絶縁膜に対してのいずれに対して
も適用することが可能である。なお、本発明の説明は、
シリコン半導体の場合を例にとって構造およびその製造
方法を示してあるが、シリコン半導体の場合に限定され
るものではない。すなわち、ガリウムヒ素(GaAs)
等の化合物半導体系等に対しても同様に適用される。In the above description, the structure in which a transistor is formed on a so-called bulk semiconductor substrate 11 and a structure in which a space is provided and a structure in which a dielectric is provided have been described.
The configuration of the present invention, that is, the configuration in which a space is provided or the configuration in which a dielectric is provided, is, for example, SOI (Silicon on Insulato).
r) It can be applied to a transistor formed in a silicon layer of a substrate or to a TFT (Thin Film Transistor). Further, the present invention can be applied to a transistor having a so-called double gate structure or a transistor having a double floating gate structure. In that case, the present invention can be applied to both the gate insulating film of the upper gate and the gate insulating film of the lower gate. Incidentally, the description of the present invention,
Although the structure and the manufacturing method thereof are shown taking the case of a silicon semiconductor as an example, the present invention is not limited to the case of a silicon semiconductor. That is, gallium arsenide (GaAs)
The same applies to compound semiconductors and the like.
【0098】[0098]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、ゲート電極下部におけるゲート長方向のゲ
ート絶縁膜の側部に空間を形成したので、その空間が形
成された領域ではゲート絶縁膜よりも誘電率が低くな
る。したがって、その領域の電界強度は低減されるので
トンネルリークの発生を低減することができる。また、
空間をゲート絶縁膜よりも厚さ方向に広く形成した構成
によれば、空間を設けた領域の電界強度はさらに低減さ
れるのでトンネルリークの発生は大幅に低減できる。ま
た空間がゲート電極と拡散層とが平面視的にオーバラッ
プする領域に形成されているので、ゲート絶縁膜と拡散
層とが離されて作られている場合には電界重複領域が小
さくなる。そのため、短チャネル効果を低減することが
できる。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, since a space is formed on the side of the gate insulating film in the gate length direction below the gate electrode, the gate is formed in the region where the space is formed. The dielectric constant is lower than that of the insulating film. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, so that the occurrence of tunnel leak can be reduced. Also,
According to the configuration in which the space is formed wider in the thickness direction than the gate insulating film, the electric field intensity in the region where the space is provided is further reduced, so that the occurrence of tunnel leak can be significantly reduced. Further, since the space is formed in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view, the electric field overlap region is reduced when the gate insulating film and the diffusion layer are formed apart from each other. Therefore, the short channel effect can be reduced.
【0099】またゲート電極下部におけるゲート長方向
のゲート絶縁膜の側部にゲート絶縁膜の誘電率よりも低
い誘電率を有する誘電体を設けた本発明の半導体装置に
よれば、誘電体が形成された領域ではゲート絶縁膜より
も誘電率が低くなる。したがって、その領域の電界強度
は低減されるのでトンネルリークの発生を低減すること
ができる。また誘電体をゲート絶縁膜よりも厚さ方向に
厚く形成した構成によれば、誘電体を設けた領域の電界
強度はさらに低減されるのでトンネルリークの発生は大
幅に低減できる。また比誘電体材料がゲート電極と拡散
層とが平面視的にオーバラップする領域に形成されてい
るので、ゲート絶縁膜と拡散層とが離されて作られてい
る場合には電界重複領域が小さくなる。そのため、短チ
ャネル効果を低減することができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention in which a dielectric having a dielectric constant lower than the dielectric constant of the gate insulating film is provided on the side of the gate insulating film below the gate electrode in the gate length direction, the dielectric is formed. In the region thus set, the dielectric constant is lower than that of the gate insulating film. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, so that the occurrence of tunnel leak can be reduced. According to the configuration in which the dielectric is formed thicker in the thickness direction than the gate insulating film, the electric field intensity in the region where the dielectric is provided is further reduced, so that the occurrence of tunnel leak can be greatly reduced. In addition, since the dielectric material is formed in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view, an electric field overlap region is formed when the gate insulating film and the diffusion layer are formed apart from each other. Become smaller. Therefore, the short channel effect can be reduced.
【0100】また、ゲート電極と半導体基板との間に設
けた空間上のゲート電極部分をゲート絶縁膜上のゲート
電極部分と分離空間または分離絶縁膜を介して分離した
構成の半導体装置によれば、ゲート電極と半導体基板と
の間に設けた空間(誘電体)によって、その領域の電界
強度を低減することができる。それによってトンネルリ
ークの発生の低減が図れる。それとともに短チャネル効
果を低減することができる。さらにゲート絶縁膜上のゲ
ート電極の電圧にかかわらず、空間(誘電体)上のゲー
ト電極に任意の電圧を与えることが可能になる。そのた
め、電界緩和効果をさらに大きくできるので、素子性能
の向上が図れる。According to a semiconductor device having a structure in which a gate electrode portion on a space provided between a gate electrode and a semiconductor substrate is separated from a gate electrode portion on a gate insulating film via an isolation space or an isolation insulating film. The space (dielectric) provided between the gate electrode and the semiconductor substrate can reduce the electric field intensity in that region. Thereby, the occurrence of tunnel leak can be reduced. At the same time, the short channel effect can be reduced. Further, irrespective of the voltage of the gate electrode on the gate insulating film, an arbitrary voltage can be applied to the gate electrode on the space (dielectric). As a result, the effect of alleviating the electric field can be further increased, and the element performance can be improved.
【0101】また拡散層のゲート電極側が低い濃度の拡
散層で形成されている半導体装置によれば、ゲート電極
と半導体基板との間に設けた空間(誘電体)による電界
緩和効果に加えて低濃度拡散層による電界緩和効果が得
られる。すなわち、電界緩和効果がさらに大きくなる。
また、ゲート電極と半導体基板との間に設けた空間(誘
電体)下の半導体基板に、拡散層に接続するのもで拡散
層よりも低濃度の拡散層を形成した半導体装置であって
も、上記同様なる効果が得られる。According to the semiconductor device in which the diffusion layer has a low concentration of the diffusion layer on the gate electrode side, the space (dielectric) provided between the gate electrode and the semiconductor substrate has a low electric field relaxation effect. An electric field relaxation effect is obtained by the concentration diffusion layer. That is, the electric field relaxation effect is further increased.
Further, even in a semiconductor device in which a diffusion layer having a lower concentration than the diffusion layer is formed on the semiconductor substrate below the space (dielectric) provided between the gate electrode and the semiconductor substrate, the semiconductor layer is connected to the diffusion layer. The same effect as described above can be obtained.
【0102】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
ゲート絶縁膜をゲート電極よりもゲート長方向に短くな
る状態に除去して、ゲート長方向におけるゲート絶縁膜
の側方にゲート電極と半導体基板とに挟まれた空間を形
成するので、その空間が形成された領域ではゲート絶縁
膜よりも誘電率が低くなる。したがって、その領域の電
界強度は低減されるので、この製造方法によって製造さ
れた半導体装置はトンネルリークが低減されたものにな
る。またゲート絶縁膜の膜厚よりも広い空間を形成する
方法によれば、空間を設けた領域の電界強度はさらに低
減されるのでトンネルリークの発生は大幅に低減でき
る。さらに空間はゲート電極と拡散層とが平面視的にオ
ーバラップする領域に形成されることになるので、ゲー
ト絶縁膜と拡散層とが離されて作られる場合には電界重
複領域を小さくすることが可能になる。そのため、この
製造方法によって製造される半導体装置は短チャネル効
果が低減されたものになる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
The gate insulating film is removed so as to be shorter in the gate length direction than the gate electrode, and a space formed between the gate electrode and the semiconductor substrate is formed on the side of the gate insulating film in the gate length direction. The formed region has a lower dielectric constant than the gate insulating film. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, and the semiconductor device manufactured by this manufacturing method has reduced tunnel leakage. According to the method of forming a space wider than the thickness of the gate insulating film, the electric field intensity in the region where the space is provided is further reduced, so that the occurrence of tunnel leak can be greatly reduced. Further, since the space is formed in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view, when the gate insulating film and the diffusion layer are formed apart from each other, the electric field overlap region should be reduced. Becomes possible. Therefore, the semiconductor device manufactured by this manufacturing method has a reduced short channel effect.
【0103】上記空間にゲート絶縁膜の誘電率よりも低
い誘電率を有する誘電体を埋め込むという本発明の製造
方法によれば、誘電体を設けた領域では上記ゲート絶縁
膜よりも誘電率が低くなる。したがって、その領域の電
界強度は低減されるので、この製造方法によって製造さ
れた半導体装置はトンネルリークが低減されたものにな
る。またゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い誘電体を形成す
る方法によれば、誘電体を設けた領域の電界強度はさら
に低減されるのでトンネルリークの発生は大幅に低減で
きる。さらに誘電体材料はゲート電極と拡散層とが平面
視的にオーバラップする領域に形成されることになるの
で、ゲート絶縁膜と拡散層とが離されて作られる場合に
は電界重複領域を小さくすることが可能になる。そのた
め、この製造方法によって製造される半導体装置は短チ
ャネル効果が低減されたものになる。According to the manufacturing method of the present invention in which a dielectric having a dielectric constant lower than that of the gate insulating film is buried in the space, the dielectric constant is lower in the region where the dielectric is provided than in the gate insulating film. Become. Therefore, the electric field intensity in that region is reduced, and the semiconductor device manufactured by this manufacturing method has reduced tunnel leakage. According to the method of forming a dielectric thicker than the thickness of the gate insulating film, the electric field intensity in the region where the dielectric is provided is further reduced, so that the occurrence of tunnel leak can be greatly reduced. Further, since the dielectric material is formed in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view, when the gate insulating film and the diffusion layer are formed apart from each other, the electric field overlap region is reduced. It becomes possible to do. Therefore, the semiconductor device manufactured by this manufacturing method has a reduced short channel effect.
【図1】本発明の半導体装置に係わる第1実施形態の概
略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment according to a semiconductor device of the present invention.
【図2】GIDLの解析モデルの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a GIDL analysis model.
【図3】ドレイン電流とドレイン電圧との関係図であ
る。FIG. 3 is a relationship diagram between a drain current and a drain voltage.
【図4】第1実施形態に係わる半導体装置の変形例の説
明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a modified example of the semiconductor device according to the first embodiment.
【図5】第1実施形態に係わる半導体装置の一応用例の
概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an application example of the semiconductor device according to the first embodiment.
【図6】本発明の半導体装置に係わる第2実施形態の概
略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a second embodiment according to the semiconductor device of the present invention.
【図7】本発明の半導体装置に係わる第3実施形態の概
略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a third embodiment relating to a semiconductor device of the present invention.
【図8】本発明の半導体装置に係わる第4実施形態の概
略構成図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fourth embodiment relating to a semiconductor device of the present invention.
【図9】本発明の半導体装置に係わる第5実施形態の概
略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fifth embodiment relating to a semiconductor device of the present invention.
【図10】本発明の半導体装置に係わる第6実施形態の
概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a sixth embodiment relating to a semiconductor device of the present invention.
【図11】本発明の半導体装置に係わる第7実施形態の
概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a seventh embodiment relating to a semiconductor device of the present invention.
【図12】第7実施形態に係わる半導体装置の一応用例
の概略構成図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an application example of a semiconductor device according to a seventh embodiment.
【図13】本発明の半導体装置に係わる第8実施形態の
概略構成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an eighth embodiment relating to a semiconductor device of the present invention.
【図14】本発明の製造方法に係わる第1実施形態の製
造工程図である。FIG. 14 is a manufacturing process diagram of the first embodiment according to the manufacturing method of the present invention.
【図15】製造方法に係わる第1実施形態の別の製造工
程図である。FIG. 15 is another manufacturing step diagram of the first embodiment related to the manufacturing method.
【図16】製造方法に係わる第1実施形態の別の製造工
程図である。FIG. 16 is another manufacturing process diagram of the first embodiment relating to the manufacturing method.
【図17】本発明の製造方法に係わる第2実施形態の製
造工程図である。FIG. 17 is a manufacturing process diagram of a second embodiment according to the manufacturing method of the present invention.
【図18】不揮発性半導体記憶装置の製造方法への一応
用例の説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of one application example to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
【図19】課題の説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of a problem.
1 半導体装置 11 半導体基板 12 ゲート
絶縁膜 13 ゲート電極 14,15 拡散層 21 空
間Reference Signs List 1 semiconductor device 11 semiconductor substrate 12 gate insulating film 13 gate electrode 14, 15 diffusion layer 21 space
Claims (30)
ート電極が形成され、かつ前記ゲート電極の両側におけ
る該半導体基板に拡散層が形成されている半導体装置に
おいて、 前記ゲート絶縁膜は前記ゲート電極よりもゲート長方向
に短く形成され、 ゲート長方向における前記ゲート絶縁膜の側方かつ前記
ゲート電極と前記半導体基板とに挟まれた領域に空間が
形成されていることを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device, a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a diffusion layer is formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. A semiconductor device formed to be shorter in a gate length direction than an electrode, wherein a space is formed in a region lateral to the gate insulating film in the gate length direction and between the gate electrode and the semiconductor substrate. .
く形成されていることを特徴とする半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the space is formed to be wider in a thickness direction than a thickness of the gate insulating film.
平面視的にオーバラップする領域に形成されていること
を特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the space is formed at least in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view.
平面視的にオーバラップする領域に形成されていること
を特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the space is formed at least in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view.
体膜を介してコントロールゲートが形成されていること
を特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the gate electrode is a floating gate, and a control gate is formed on the floating gate electrode via an insulator film. Semiconductor device.
体膜を介してコントロールゲートが形成されていること
を特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate electrode is a floating gate, and a control gate is formed on the floating gate electrode via an insulator film. Semiconductor device.
ート電極部分と分離空間または分離絶縁膜を介して分離
されていることを特徴とする半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode portion on the space is separated from the gate electrode portion on the gate insulating film via an isolation space or an isolation insulating film. Semiconductor device.
ート電極部分と分離空間または分離絶縁膜を介して分離
されていることを特徴とする半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 2, wherein the gate electrode portion on the space is separated from the gate electrode portion on the gate insulating film via an isolation space or an isolation insulating film. Semiconductor device.
いることを特徴とする半導体装置。9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said diffusion layer is formed at a low concentration on said gate electrode side.
いることを特徴とする半導体装置。10. The semiconductor device according to claim 2, wherein the diffusion layer has a low concentration on the gate electrode side.
前記拡散層よりも低濃度の拡散層が形成されていること
を特徴とする半導体装置。11. The semiconductor device according to claim 1, wherein a diffusion layer having a lower concentration than the diffusion layer is formed on the semiconductor substrate below the space so as to be connected to the diffusion layer. Semiconductor device.
前記拡散層よりも低濃度の拡散層が形成されていること
を特徴とする半導体装置。12. The semiconductor device according to claim 2, wherein a diffusion layer having a lower concentration than the diffusion layer is formed on the semiconductor substrate below the space so as to be connected to the diffusion layer. Semiconductor device.
ゲート電極が形成され、かつ前記ゲート電極の両側にお
ける該半導体基板に拡散層が形成されている半導体装置
において、 前記ゲート絶縁膜は前記ゲート電極よりもゲート長方向
に短く形成され、 ゲート長方向における前記ゲート絶縁膜の側方かつ前記
ゲート電極と前記半導体基板とに挟まれた領域に、前記
ゲート絶縁膜の誘電率よりも低い誘電率を有する誘電体
が形成されていることを特徴とする半導体装置。13. A semiconductor device in which a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a diffusion layer is formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, wherein the gate insulating film is formed by the gate A dielectric constant lower than a dielectric constant of the gate insulating film in a region formed between the gate electrode and the semiconductor substrate in a side of the gate insulating film in the gate length direction and shorter than an electrode; A semiconductor device, wherein a dielectric having: is formed.
て、 前記誘電体は厚さ方向に前記ゲート絶縁膜の厚さよりも
厚く形成されていることを特徴とする半導体装置。14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the dielectric is formed to be thicker in the thickness direction than the thickness of the gate insulating film.
て、 前記誘電体は、少なくとも前記ゲート電極と前記拡散層
とが平面視的にオーバラップする領域に形成されている
ことを特徴とする半導体装置。15. The semiconductor device according to claim 13, wherein the dielectric is formed in a region where at least the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view.
て、 前記誘電体は、少なくとも前記ゲート電極と前記拡散層
とが平面視的にオーバラップする領域に形成されている
ことを特徴とする半導体装置。16. The semiconductor device according to claim 14, wherein the dielectric is formed in a region where at least the gate electrode and the diffusion layer overlap in a plan view.
て、 前記ゲート電極はフローティングゲートであり、 前記フローティングゲートであるゲート電極上には絶縁
体膜を介してコントロールゲートが形成されていること
を特徴とする半導体装置。17. The semiconductor device according to claim 15, wherein said gate electrode is a floating gate, and a control gate is formed on said floating gate electrode via an insulator film. Semiconductor device.
て、 前記ゲート電極はフローティングゲートであり、 前記フローティングゲートであるゲート電極上には絶縁
体膜を介してコントロールゲートが形成されていること
を特徴とする半導体装置。18. The semiconductor device according to claim 16, wherein the gate electrode is a floating gate, and a control gate is formed on the gate electrode serving as the floating gate via an insulator film. Semiconductor device.
て、 前記誘電体上のゲート電極部分は前記ゲート絶縁膜上の
ゲート電極部分と分離空間または分離絶縁膜を介して分
離されていることを特徴とする半導体装置。19. The semiconductor device according to claim 13, wherein a gate electrode portion on said dielectric is separated from a gate electrode portion on said gate insulating film via an isolation space or an isolation insulating film. Semiconductor device.
て、 前記誘電体上のゲート電極部分は前記ゲート絶縁膜上の
ゲート電極部分と分離空間または分離絶縁膜を介して分
離されていることを特徴とする半導体装置。20. The semiconductor device according to claim 14, wherein the gate electrode portion on the dielectric is separated from the gate electrode portion on the gate insulating film via an isolation space or an isolation insulating film. Semiconductor device.
て、 前記拡散層の前記ゲート電極側は低い濃度で形成されて
いることを特徴とする半導体装置。21. The semiconductor device according to claim 13, wherein the gate electrode side of the diffusion layer is formed at a low concentration.
て、 前記拡散層の前記ゲート電極側は低い濃度で形成されて
いることを特徴とする半導体装置。22. The semiconductor device according to claim 14, wherein the side of the gate electrode of the diffusion layer is formed at a low concentration.
て、 前記誘電体下の半導体基板に前記拡散層に接続するのも
で前記拡散層よりも低濃度の拡散層が形成されているこ
とを特徴とする半導体装置。23. The semiconductor device according to claim 13, wherein a diffusion layer having a lower concentration than the diffusion layer is formed on the semiconductor substrate below the dielectric so as to be connected to the diffusion layer. Semiconductor device.
て、 前記誘電体下の半導体基板に前記拡散層に接続するのも
で前記拡散層よりも低濃度の拡散層が形成されているこ
とを特徴とする半導体装置。24. The semiconductor device according to claim 14, wherein a diffusion layer having a lower concentration than the diffusion layer is formed on the semiconductor substrate under the dielectric so as to be connected to the diffusion layer. Semiconductor device.
る工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に拡散層を形成
する工程とを備えた半導体装置の製造方法において、 前記ゲート電極を形成した後に、前記ゲート絶縁膜を該
ゲート電極よりもゲート長方向に短くなる状態に除去し
て、ゲート長方向における該ゲート絶縁膜の側方に該ゲ
ート電極と前記半導体基板とに挟まれた領域で、かつ少
なくとも該ゲート電極と前記拡散層とが平面視的にオー
バラップする領域に、空間を形成することを特徴とする
半導体装置の製造方法。25. A step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a step of forming a diffusion layer on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. In the method for manufacturing a semiconductor device provided, after forming the gate electrode, the gate insulating film is removed so as to be shorter in the gate length direction than the gate electrode, and the side of the gate insulating film in the gate length direction is removed. Forming a space in a region between the gate electrode and the semiconductor substrate, and at least in a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in plan view. Method.
法において、 前記ゲート電極を形成した後で前記空間を形成する前
に、ゲート長方向における前記ゲート絶縁膜の端部を加
熱して、該加熱した部分のゲート絶縁膜を厚くすること
を特徴とする半導体装置の製造方法。26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein after forming the gate electrode and before forming the space, an end of the gate insulating film in a gate length direction is heated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising thickening a gate insulating film in a heated portion.
法において、 前記空間を形成した後、前記ゲート電極の表面を酸化し
た後、該酸化した部分を除去して、厚さ方向に前記ゲー
ト絶縁膜の厚さよりも広い空間を形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法。27. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein after forming the space, oxidizing a surface of the gate electrode, removing the oxidized portion, and forming the gate insulating layer in a thickness direction. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a space wider than a thickness of a film is formed.
る工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に拡散層を形成
する工程とを備えた半導体装置の製造方法において、 前記ゲート電極を形成した後に、前記ゲート絶縁膜を該
ゲート電極よりもゲート長方向に短くなる状態に除去し
て、ゲート長方向における該ゲート絶縁膜の側方に該ゲ
ート電極と前記半導体基板とに挟まれた領域で、かつ少
なくとも該ゲート電極と前記拡散層とが平面視的にオー
バラップする領域に、空間を形成した後、 前記空間に前記ゲート絶縁膜の誘電率よりも低い誘電率
を有する誘電体を埋め込むことを特徴とする半導体装置
の製造方法。28. A step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a step of forming a diffusion layer on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. In the method for manufacturing a semiconductor device provided, after forming the gate electrode, the gate insulating film is removed so as to be shorter in the gate length direction than the gate electrode, and the side of the gate insulating film in the gate length direction is removed. After forming a space in a region sandwiched between the gate electrode and the semiconductor substrate and at least a region where the gate electrode and the diffusion layer overlap in plan view, the gate insulating film is formed in the space. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: burying a dielectric having a dielectric constant lower than that of the semiconductor device.
法において、 前記ゲート電極を形成した後で前記空間を形成する前
に、ゲート長方向における前記ゲート絶縁膜の端部をほ
ぼ選択的に加熱して、該加熱した部分におけるゲート絶
縁膜を厚くすることを特徴とする半導体装置の製造方
法。29. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein after forming the gate electrode and before forming the space, an end of the gate insulating film in a gate length direction is substantially selectively heated. And increasing the thickness of the gate insulating film in the heated portion.
法において、 前記空間を形成した後で前記誘電体を埋め込む前に、前
記ゲート電極の表面を酸化した後、該酸化した部分を除
去して、厚さ方向に前記ゲート絶縁膜の厚さよりも広い
空間を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。30. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein after the space is formed and before the dielectric is buried, the surface of the gate electrode is oxidized and the oxidized portion is removed. Forming a space wider than a thickness of the gate insulating film in a thickness direction.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9102868A JPH113990A (en) | 1996-04-22 | 1997-04-21 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9970296 | 1996-04-22 | ||
| JP9856197 | 1997-04-16 | ||
| JP8-99702 | 1997-04-16 | ||
| JP9-98561 | 1997-04-16 | ||
| JP9102868A JPH113990A (en) | 1996-04-22 | 1997-04-21 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH113990A true JPH113990A (en) | 1999-01-06 |
Family
ID=27308706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9102868A Pending JPH113990A (en) | 1996-04-22 | 1997-04-21 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH113990A (en) |
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