[发明专利]半导体元件以及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有多个细线状(wire-form)半导体层的MOS型半导体元件、以及使用该MOS半导体元件的半导体装置。

背景技术

以往的MOS型半导体元件在源/漏区域之间设置的平面状的沟道区域上隔着栅绝缘膜形成有栅电极。利用隔着栅绝缘膜的栅电极与沟道区域的电容耦合，对沟道区域的电位进行控制，从而控制流过沟道区域的电流。进而，为了提高元件的性能，进行元件的微细化。

但是，如果进行元件的微细化，则沟道区域的电位不仅对栅电极造成影响，而且还对源/漏区域的电位造成大的影响。因此，栅电极针对沟道区域的电位的控制性降低，其结果难以使用栅电极控制流过沟道区域的电流的、所谓短沟道效应(short channel effect)显著化。

作为上述问题的对策，提出细线状地形成沟道区域并在沟道区域之上以及左右隔着栅绝缘膜形成栅电极的所谓细线结构元件(例如参照J.P.Colinge，et al.，“A silicon-on-insulator quantum wire，”inSolid-State Electronics vol.39 no.1(1996)pp.49-51)。在这样的结构中，提高了栅电极针对沟道区域的电位的控制性，其结果提高了栅电极针对流过沟道区域的电流的控制性。

另外，如果进行元件的微细化，则栅绝缘膜被薄膜化，所以如果使用与以往同样的氧化硅来形成栅绝缘膜，则无法忽视贯穿流过栅绝缘膜的电流。其结果，本来应作为绝缘膜的栅绝缘膜不能作为绝缘膜而发挥作用。作为其对策，通过使用介电常数高于氧化硅的材料来形成栅绝缘膜，将栅绝缘膜的几何学意义上的厚度、即物理厚度形成得较厚，其结果构筑出抑制了贯穿流过栅绝缘膜的电流的元件(例如参照G.D.Wilk，et al.，“High-k gate dielectrics：Current status andmaterials properties considerations，”in Journal of Applied Physicsvol.89 no.10(2001)pp.5243-5275)。

在上述细线结构元件中，提高了栅电极针对沟道区域的电位的控制性，但同时细线状地形成了沟道区域，所以为了得到高电流驱动力，需要对策。因此通过并联地形成多个构成沟道区域的细线，提高电流驱动力。因此，为了进一步提高与半导体基板表面平行地测量的每单位宽度的电流驱动力，需要减小细线状的沟道区域的间隔，而致密地形成沟道区域。

但是，如果沟道区域(细线)的间隔小于栅绝缘膜的物理膜厚的二倍，则产生新的问题。即，在沟道区域的间隔比栅绝缘膜的物理膜厚的二倍宽的情况下，栅电极形成于沟道区域之上以及左右，所以栅电极针对沟道区域的电位的控制性提高。其为细线结构元件的优点之一。此处，沟道区域的间隔是指，与流过沟道区域(细线)的电流的主方向垂直且与半导体基板表面平行地测量的邻接的沟道区域间的距离。

但是，在沟道区域的间隔小于等于栅绝缘膜的二倍的情况下，无法在相邻的沟道区域之间形成栅电极，栅电极仅形成于沟道区域之上。在这样的情况下，丧失通过在沟道区域之上以及左右形成栅电极来提高栅电极针对沟道区域的电位的控制性这样的细线结构元件的优点。

因此，无法将沟道区域的间隔减小成比栅绝缘膜的物理膜厚的二倍窄，而妨碍提高电流驱动力。这样在以往的技术中，存在无法同时实现通过提高栅电极针对沟道区域的电位的控制性来抑制短沟道效应、和得到高电流驱动力这样的问题。

因此，在细线结构元件中，期望即使仅在沟道区域之上形成栅电极的情况下，也可以提高栅电极针对沟道区域的电位的控制性。如果通过提高栅电极的控制性而抑制了短沟道效应，则其结果可以构筑沟道区域的间隔比栅绝缘膜的物理膜厚的二倍窄的元件。进而其结果，可以实现抑制了短沟道效应并且具有高电流驱动力的元件。

发明内容

本发明的第一方面的半导体元件具有：

半导体基板；

绝缘区域，设置在上述半导体基板上；

第一导电类型的多个线状半导体层，大致平行地排列设置在上述绝缘区域上，并具有上表面和侧面；

第二导电类型的源/漏区域，隔开设置在上述多个线状半导体层的各自中；

沟道区域，设置在上述多个线状半导体层各自的上述源/漏区域之间；

第一绝缘膜，设置在上述多个线状半导体层各自的上述沟道区域的上述上表面和侧面之上；以及

栅电极，设置在上述第一绝缘膜上，并连续设置成与上述多个线状半导体层交叉，