(57)【要約】【課題】リミッタ回路の利得を大きくとれるようにする。【解決手段】シリコン基板上に高さＨＢで、幅がＷＢの直方体状の突出部２１を形成し、突出部２１の頂面及び側壁面の一部にゲート酸化膜を形成する。ゲート電極２６の両側にソースとドレインを形成してＭＯＳトランジスタを形成する。ＭＯＳトランジスタ６１と６２とからなる差動増幅回路でリミッタ回路を構成する。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路基板上に形成されたリミッタ回路であって、
第１の結晶面を主面とするシリコン基板上に第２の結晶面を側壁面として有する突出部を形成し、不活性ガスのプラズマ雰囲気中でシリコン表面の終端水素を除去した後、プラズマ雰囲気中で約５５０度Ｃ以下の温度で、前記突出部の頂面及び側壁面の少なくとも一部にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上にゲートを形成し、前記突出部の前記ゲート絶縁膜を挟む両側にドレイン及びソースを形成したＭＩＳ電界トランジスタからなる差動増幅回路を有するリミッタ回路。
【請求項２】
前記突出部の頂面の第１の結晶面と側壁面の第２の結晶面にチャネルが形成され、前記ＭＩＳ電界効果トランジスタのチャネル幅が、少なくとも前記頂面上のチャネル幅と前記側壁面のチャネル幅の総和からなる請求項１記載のリミッタ回路。
【請求項３】
前記突出部は、頂面がシリコンの（１００）面からなり、側壁面がシリコンの（１１０）からなり、前記ソース及びドレインが、前記ゲートを挟む前記突出部及びシリコン基板の該突出部の左右の領域に形成された請求項１または２記載のリミッタ回路。
【請求項４】
前記リミッタ回路は、ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとからなり、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの突出部の頂面及び側壁面のゲート幅を、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力がほぼ等しくなるように設定した請求項１，２または３記載のリミッタ回路。
【請求項５】
前記リミッタ回路は、ＦＭ変調された信号がゲートに入力する、差動増幅回路を構成する第１及び第２のＭＩＳ電界効果トランジスタと、前記第１及び第２のＭＩＳ電解効果トランジスタのソースまたはドレインに共通接続された定電流回路を構成する第３のＭＩＳ電界効果トランジスタとからなる請求項１，２，３または４記載のリミッタ回路。
【請求項６】
第１の結晶面を主面とするシリコン基板上に第２の結晶面を側壁面として有する突出部を形成し、不活性ガスのプラズマ雰囲気中でシリコン表面の終端水素を除去した後、プラズマ雰囲気中で約５５０度Ｃ以下の温度で、前記突出部の頂面及び側壁面の少なくとも一部にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上にゲートを形成し、前記突出部の前記ゲート絶縁膜を挟む両側にドレイン及びソースを形成したｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとからなる回路と、
前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタまたはｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタからなる差動増幅回路を有するリミッタ回路とが同一回路基板上に形成された半導体集積回路。
【請求項７】
前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの頂面及び側壁面のゲート幅を、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタと前記ｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力がほぼ等しくなるように設定した請求項６記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記リミッタ回路は、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとからなるＣＭＯＳ回路で構成される請求項５または６記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路基板上に形成されるリミッタ回路及びその半導体集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＭＯＳトランジスタの製造プロセスでは、８００度Ｃ程度の高温雰囲気中でシリコン表面に熱酸化膜を形成し、その熱酸化膜をゲート絶縁膜としてＭＯＳトランジスタを製造していた。
【０００３】
半導体の生産効率を高めるためにより低い温度環境で酸化膜を形成することが望まれている。そのような要望を実現するために、例えば、特許文献１には、低温のプラズマ雰囲気中で絶縁膜を形成する技術が開示されている。
ＦＭ受信機においては、ＦＭ変調された信号の振幅を一定にするためにリミッタ回路が用いられている。
【０００４】
また、特許文献２には、シリコン基板上に立体構造のゲートを形成することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２ー２６１０９１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１１０９６３（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
リミッタ回路においても、増幅回路で発生するＤＣオフセットを低減することが求められていた。
また、増幅回路を複数段縦続接続してリミッタ回路を構成する場合、前段の増幅回路でＤＣオフセットが増幅されることにより後段の増幅回路が飽和してしまという問題があった。そのため、従来は、増幅回路の間にコンデンサを挿入し、直流成分をカットするようにしていた。また、リミッタの利得を制限していた。
【０００８】
本発明の課題は、リミッタ回路の利得を大きくとれるようにすることである。また、他の課題は、リミッタ回路における信号の歪みを少なくすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のリミッタ回路は、半導体集積回路基板上に形成されたリミッタ回路であって、第１の結晶面を主面とするシリコン基板上に第２の結晶面を側壁面として有する突出部を形成し、不活性ガスのプラズマ雰囲気中でシリコン表面の終端水素を除去した後、プラズマ雰囲気中で約５５０度Ｃ以下の温度で、前記突出部の頂面及び側壁面の少なくとも一部にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上にゲートを形成し、前記突出部の前記ゲート絶縁膜を挟む両側にドレイン及びソースを形成したＭＩＳ電界トランジスタからなる。
【００１０】
不活性ガスは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノンなどからなる。
この発明によれば、シリコン表面の平坦度を高め、ＭＩＳ電界効果トランジスタの特性（例えば、しきい値電圧など）のバラツキを少なくできる。これにより、リミッタ回路内部で発生するＤＣオフセットと１／ｆノイズを低減することができるので、リミッタ回路の利得を大きく設計することができる。また、直流成分をカットするためのコンデンサをリミッタ回路に設ける必要がなくなる。
【００１１】
さらに、ゲートを立体構造にし、低温プラズマ雰囲気中でゲート絶縁膜を形成することでチャネル長変調効果の影響を少なくし、リミッタ回路における信号の歪みを少なくできる。
また、立体構造の異なる結晶面にゲート絶縁膜を形成することで、ＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力を向上させることができると共に、シリコン基板の主面におけるＭＩＳ電界効果トランジスタの素子面積を小さくできる。
【００１２】
上記の発明において、前記突出部の頂面の第１の結晶面と側壁面の第２の結晶面にチャネルが形成され、前記ＭＩＳ電界効果トランジスタのチャネル幅が、少なくとも前記頂面のチャネル幅と前記側壁面のチャネル幅の総和からなる。
このように構成することにより、２つの結晶面にチャネルが形成されるのでＭＩＳ電界効果トランジスタの特性と電流駆動能力を向上させることができる。
【００１３】
上記の発明において、前記突出部は、頂面がシリコンの（１００）面からなり、側壁面がシリコンの（１１０）からなり、前記ソース及びドレインが、前記ゲートを挟む前記突出部及びシリコン基板の前記突出部の左右の領域に形成する。
このように構成することで、シリコン基板の（１００）面と（１１０）面にチャネルを形成することができるので、ＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力を向上させることができる。
【００１４】
上記の発明において、前記リミッタ回路は、ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとからなり、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの突出部の頂面及び側壁面のゲート幅を、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力がほぼ等しくなるように設定する。
【００１５】
このように構成することで、ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタと、ｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの寄生容量をほぼ等しくできる。これにより、増幅回路の特性を改善できる。また、スイッチング時のノイズを低減できる。
上記の発明において、前記リミッタ回路は、ＦＭ変調された信号がゲートに入力する、差動増幅回路を構成する第１及び第２のＭＩＳ電界効果トランジスタと、前記第１及び第２のＭＩＳ電解効果トランジスタのソースまたはドレインに共通接続された定電流回路を構成する第３のＭＩＳ電界効果トランジスタとからなる。
【００１６】
このように構成することで、第１及び第２ＭＩＳ電界効果トランジスタからなる差動増幅回路、第３のＭＩＳ電界効果トランジスタからなる定電流回路のＤＣオフセットと１／ｆノイズを減らすことができる。また、それらの回路におけるチャネル長変調効果の影響を低減できる。
【００１７】
本発明の半導体集積回路は、第１の結晶面を主面とするシリコン基板上に第２の結晶面を側壁面として有する突出部を形成し、不活性ガスのプラズマ雰囲気中でシリコン表面の終端水素を除去した後、プラズマ雰囲気中で約５５０度Ｃ以下の温度で、前記突出部の頂面及び側壁面の少なくとも一部にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上にゲートを形成し、前記突出部の前記ゲート絶縁膜を挟む両側にドレイン及びソースを形成したｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとからなる回路と、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタまたはｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタからなる差動増幅回路を有するリミッタ回路とを同一半導体基板上に形成する。
【００１８】
この発明によれば、リミッタ回路のＤＣオフセットと１／ｆノイズを低減することができるので、リミッタ回路の利得を大きく設計することができる。また、直流成分をカットするためのコンデンサをリミッタ回路に設ける必要がなくなる。
【００１９】
さらに、ゲートを立体構造にし、低温プラズマ雰囲気中でゲート絶縁膜を形成することでチャネル長変調効果の影響を少なくし、他の回路やリミッタ回路における信号の歪みを少なくできる。
また、他の回路のｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの特性を揃えることができるので、他の回路のＤＣオフセットと１／ｆノイズを低減できる。
【００２０】
また、立体構造の異なる結晶面にゲート絶縁膜を形成することで、ＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力を向上させると共に、シリコン基板の主面におけるＭＩＳ電界効果トランジスタの素子面積を小さくすることができる。
上記の発明において、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの頂面及び側壁面のゲート幅を、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力が前記ｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの電流駆動能力とほぼ等しくなるように設定する。
【００２１】
上記の発明において、前記リミッタ回路は、前記ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとからなるＣＭＯＳ回路で構成される。
このように構成することで、ｐチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタとｎチャネルＭＩＳ電界効果トランジスタの寄生容量をほぼ等しくできる。これにより、例えば、スイッチング時のノイズを正負対称にしてノイズを減らすことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。最初に、プラズマ状態の不活性ガスを用いて低温でシリコン基板上にゲート絶縁膜（例えば、酸化膜）を形成し、ＭＩＳ（ｍｅｔａｌ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電界効果トランジスタを製造する半導体製造プロセスについて説明する。ゲート絶縁膜の形成方法については、特開２００２−２６１０９１号公報に開示されている。
【００２３】
図１は、半導体製造プロセスで使用されるラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置の断面図である。
真空容器（処理室）１１内を真空にし、次にシャワープレート１２からアルゴン（Ａｒ）ガスを導入した後、Ａｒガスを排出口１１Ａから排出し、クリプトン（Ｋｒ）ガスに切替える。処理室１１内の圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定する。
【００２４】
次に、シリコン基板１４を、加熱機構を持つ試料台１３の上に置き、試料の温度を４００℃程度に設定する。シリコン基板１４の温度が２００−５５０℃の範囲内であれば、以下に述べる結果はほとんど同様のものとなる。
シリコン基板１４は、直前の前処理工程において希フッ酸洗浄が施され、その結果表面のシリコン未結合手が水素で終端されている。
【００２５】
次に、同軸導波管１５からラジアルラインスロットアンテナ１６に周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給し、マイクロ波をラジアルラインスロットアンテナ１６から処理室１１の壁面の一部に設けられた誘電体板１７を通して処理室１１内に導入する。導入されたマイクロ波はシャワープレート１２から処理室１１内に導入されたＫｒガスを励起し、その結果シャワープレート１２の直下に高密度のＫｒプラズマが形成される。供給するマイクロ波の周波数が９００ＭＨｚ程度以上、約１０ＧＨｚ程度以下の範囲にあれば、以下に述べる結果はほとんど同様のものとなる。
【００２６】
図１の構成においてシャワープレート１２とシリコン基板１４の間隔は約６ｃｍに設定している。この間隔は狭いほうがより高速な成膜が可能となる。
なお、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置に限らず、他の方法を用いてマイクロ波を処理室内に導入してプラズマを励起してもよい。
【００２７】
シリコン基板１３をＫｒガスで励起されたプラズマに曝すことにより、シリコン基板１４の表面は低エネルギのＫｒイオン照射を受け、その表面終端水素が除去される。
次に、シャワープレート１２から９７／３の分圧比のＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入する。この際、処理室内の圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持しておく。ＫｒガスとＯ２ガスが混合された高密度励起プラズマ中では、中間励起状態にあるＫｒ＊とＯ２分子が衝突し、原子状酸素Ｏ＊を効率よく大量に発生できる。
【００２８】
この実施の形態では、この原子状酸素Ｏ＊によりシリコン基板１４の表面を酸化する。従来のシリコン表面の熱酸化法では、Ｏ２分子やＨ２Ｏ分子により酸化が行われ、８００°Ｃ以上の極めて高い処理温度が必要であったが、この実施の形態で行った原子状酸素による酸化処理では、４００°Ｃ程度の非常に低い温度で酸化が可能である。Ｋｒ＊とＯ２の衝突機会を大きくするには、処理室圧力は高い方が望ましいが、あまり高くすると、発生したＯ＊同志が衝突し、Ｏ２分子に戻ってしまうので、最適ガス圧力が存在する。
【００２９】
所望の膜厚のシリコン酸化膜（シリコン化合物層）が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を止めプラズマ励起を終了し、さらにＫｒ／Ｏ２混合ガスをＡｒガスに置換して酸化工程を終了する。本工程の前後にＡｒガスを使用するのはＫｒより安価なガスをパージガスに使用するためである。本工程に使用されたＫｒガスは回収再利用する。
【００３０】
上記の酸化膜形成に続いて、電極形成工程、保護膜形成工程、水素シンタ処理工程等を施してトランジスタやキャパシタを含む半導体集積回路を作成する。
上記の手順で形成されたシリコン酸化膜中の水素含有量を昇温放出により測定したところ、３ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜において面密度換算で１０１２／ｃｍ２程度以下であった。特にリーク電流が少ない酸化膜においてはシリコン酸化膜内の水素含有量は、面密度換算で１０１１／ｃｍ２程度以下であった。一方、酸化膜形成前にＫｒプラズマの暴露を行わなかった酸化膜は面密度換算で１０１２／ｃｍ２を超える水素を含んでいた。
【００３１】
上記のようにＫｒプラズマ照射により終端水素除去を施してからＫｒ／Ｏ２ガスを導入して酸化を行った場合には、従来のマイクロ波プラズマ酸化により形成されたシリコン酸化膜よりも同一電圧におけるリーク電流が２〜３桁も減少し、非常に良好な低リーク特性が得られた。リーク電流特性の改善は、さらに薄い１．７ｎｍ程度までの膜厚のシリコン酸化膜でも集積回路を製造できることが確認された。
【００３２】
また、上記の半導体製造プロセスにより得られたシリコン酸化膜について、シリコン／シリコン酸化膜界面準位密度の面方位依存性を測定してみると、どの面方位のシリコン表面においても、約１×１０１０ｃｍ−２ｅＶ−１の非常に低い界面準位密度が得られた。
【００３３】
図２は、シリコン基板の（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の各面に上述した半導体性製造プロセスにより形成したＫｒ／Ｏ２膜と、従来の熱酸化膜の界面準位密度の測定結果を示す図である。
図２に示すように、Ｋｒ／Ｏ２膜を形成した場合には、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の何れの面でもシリコンの界面準位密度が約１０１０ｃｍ−２ｅＶ−１以下となっている。これに対して、従来の８００°Ｃ以上の雰囲気で形成した熱酸化膜の界面準位密度は、（１００）面でも１．１倍以上の値となっており、上記の半導体製造プロセスにより、界面準位密度の低い高品質の絶縁膜を形成できることが分かる。
【００３４】
界面準位密度を低くすることにより、キャリアの再結合の確率を減らすことができ、それにより１／ｆノイズを低減することができる。
耐圧特性、ホットキャリア耐性、ストレス電流を流したときのシリコン酸化膜が破壊に至るまでの電荷量ＱＢＤ（Ｃｈａｒｇｅ−ｔｏ−Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）などの電気的特性、信頼性的特性に関して、第１の実施の形態の半導体製造プロセスで形成した酸化膜は、従来の熱酸化膜と同等ないしはそれ以上の良好な特性を示した。
【００３５】
上述したように、表面終端水素を除去してからＫｒ／Ｏ２高密度プラズマによりシリコン酸化工程を行うことで、４００°Ｃという低温において、あらゆる面方位のシリコンに優れたシリコン酸化膜を形成することができる。このような効果が得られるのは、終端水素除去により酸化膜中の水素含有量が少なくなり、かつ、酸化膜中に不活性ガス（例えば、Ｋｒ）が含有されることに起因していると考えられる。酸化膜中の水素が少ないことでシリコン酸化膜内の元素の弱い結合が少なくなり、またＫｒが含有されることにより、膜中やＳｉ／ＳｉＯ２界面でのストレスが緩和され、膜中電荷や界面準位密度が低減され、その結果、シリコン酸化膜の電気的特性が大幅に改善されているものと考えられる。
【００３６】
上述した半導体製造プロセスでは、表面密度換算において水素濃度を１０１２／ｃｍ２以下、望ましくは１０１１／ｃｍ２程度以下にすることと、５×１０１１／ｃｍ２以下程度のＫｒを含むこととが、シリコン酸化膜の電気的特性、信頼性的特性の改善に寄与しているものと考えられる。
【００３７】
なお、上記の半導体プロセスにおいて、不活性ガスとＮＨ３ガスとの混合ガス、不活性ガスとＯ２とＮＨ３との混合ガスを用い、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜を形成しても良い。
窒化膜を形成することにより得られる効果は、表面終端水素を除去した後においても、プラズマ中に水素が存在することがひとつの重要な要件である。プラズマ中に水素が存在することにより、シリコン窒化膜中及び界面のダングリングボンドがＳｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ結合を形成して終端され、その結果シリコン窒化膜及び界面の電子トラップが無くなると考えられる。
【００３８】
また、酸窒化膜を形成することにより得られる効果は、終端水素除去により酸窒化膜中の水素含有量が減少していることだけではなく、酸窒化膜中に数割以下の窒素が含有していることにも起因しているとも考えられる。酸窒化膜のＫｒの含有量は酸化膜に比較すると１／１０以下であり、Ｋｒの代わりに窒素が多く含有されている。すなわち、酸窒化膜中の水素が少ないために、シリコン窒化膜中において弱い結合の割合が減少し、また膣素が含有されることにより、膜中やＳｉ／ＳｉＯ２また界面でのストレスが緩和され、その結果膜中電荷や界面準位密度が減少し、酸窒化膜の電気的特性が大幅に改善されたものと考えられる。
【００３９】
プラズマ雰囲気中において酸化膜、あるいは酸窒化膜を形成することにより得られた好ましい結果は、終端水素が除去されたことによることだけが原因ではなく、窒化膜、酸窒化膜中にＡｒまたはＫｒが含有されることにも関係すると考えられる。すなわち、上記の半導体製造プロセスにより得られる窒化膜では窒化膜中やシリコン／窒化膜界面でのストレスが、窒化膜中に含有されるＡｒあるいはＫｒにより緩和され、その結果シリコン窒化膜中の固定電荷や界面準位密度が低減され、電気的特性特には１／ｆノイズの低減、信頼性が大幅に改善されたものと考えられる。
【００４０】
上記の半導体製造プロセスにおいて使用する不活性ガスは、Ａｒガス、Ｋｒガスに限らず、キセノンＸｅガスも使用できる。
さらに、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜を形成した後、真空容器１内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に保ったままシャワープレート１２から分圧比９８／２のＫｒ／ＮＨ３混合ガスを導入し、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜の表面に約０．７ｎｍのシリコン窒化膜を形成しても良い。
【００４１】
これにより、表面にシリコン窒化膜が形成されたシリコン酸化膜、あるいはシリコン酸窒化膜が得られるのでより高い比誘電率を有する絶縁膜を形成することができる。
上述した半導体製造プロセスを実現するためには、図１の装置の他に、プラズマを用いた低温の酸化膜形成を可能とする別のプラズマプロセス用装置を使用してもかまわない。例えば、マイクロ波によりプラズマを励起するためのＡｒまたはＫｒガスを放出する第１のガス放出構造と、Ｏ２、ＮＨ３、またはＮ２／Ｈ２）ガスを放出する、前記第１のガス放出構造とは異なる第２のガス放出構造とをもつ２段シャワープレート型プラズマプロセス装置を使用することも可能である。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態の半導体製造プロセスについて説明する。この半導体プロセスは、シリコン基板の（１００）面と（１１０）面にＭＩＳ電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を形成するものである。
シリコンの（１１１）面にｐチャネルトランジスタを形成すると、（１００）面に比べて約１．３倍の電流駆動能力が得られ、（１１０）面に形成すると、（１００）の面の約１．８倍の電流駆動能力が得られる。
【００４３】
図３は、実施の形態の半導体製造プロセスにより、シリコン基板２２に（１００）と（１１０）面を有する突出部２３及び２４を形成した状態を示している。また、図４は、実施の形態の半導体製造プロセスにより製造したｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０と、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の構造を示す図である。なお、図４には、ゲート酸化膜の下部に形成されるチャネルを斜線で示してある。
【００４４】
図３に示すように、（１００）面を主面とするシリコン基板２２は、素子分離領域２２ｃによりｐ型領域Ａとｎ型領域Ｂとに分離されている。領域Ａには、（１００）面を基準にして高さがＨＡで幅がＷ１Ａの直方体形状の突出部２３が形成され、領域Ｂには、同様に高さがＨＢで幅がＷ１Ｂの突出部２４が形成されている。
【００４５】
図４に示すように、シリコン基板２２の表面及び突出部２３及び２４の頂面及び側壁面には、上述した半導体製造プロセスによりシリコン酸化膜が形成されている。
そして、そのシリコン酸化膜の上にポリシリコンゲート電極２５及び２６が形成され、ゲート電極２５及び２６を形成する際に、シリコン酸化膜もパターンニングされ、ゲート電極２５及び２６の下部にゲート絶縁膜２７及び２８が選択的に形成される。
【００４６】
さらに、ｐ型領域Ａのゲート電極２５の両側の領域にｎ型不純物イオンを注入して、突出部２３を含むｎ型拡散領域２９及び３０を形成している。このｎ型拡散領域２９及び３０は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０のソースとドレインを構成する。ｎ型領域Ｂにおいても、同様にゲート電極２６の両側の領域にｐ型不純物イオンを注入して、突出部２４を含むｐ型拡散領域３１及び３２を形成している。このｐ型拡散領域３１及び３２は、ｐ型ＭＯＳトランジスタ２１のソースとドレインを構成する。
【００４７】
ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１及びｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０のゲート電極２６及び２５に所定の電圧が印加されると、ゲート酸化膜２８及び２７の下部に図４に斜線で示すチャネルが形成される。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０の（１００）面のゲート幅は、突出部２３の頂面（突出部２３の上面）でＷ１Ａ、突出部２３の下部の左右のシリコン基板２２の平坦部でそれぞれＷ２Ａ／２であるので合計でＷ１Ａ＋Ｗ２Ａとなる。また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０の（１１０）面のゲート幅、すなわち突出部２３の左右の側壁面のゲート幅は、それぞれＨＡであるので合計で２ＨＡとなる。このゲート幅がチャネル幅に相当する。ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０のゲート長はＬｇＡである。
【００４８】
従って、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０の電流駆動能力は、μｎ１（Ｗ１Ａ＋Ｗ２Ａ）＋μｎ２・２ＨＡで表すことができる。なお、μｎ１は（１００）面における電子移動度、μｎ２は（１１０）面における電子移動度である。
同様に、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の（１００）面のゲート幅は突出部２４の頂面でＷ１Ｂ、突出部２４の下部の左右のシリコン基板２２の平坦部でそれぞれＷ２Ｂ／２であるので、合計でＷ１Ｂ＋Ｗ２Ｂとなる。また、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の（１１０）面のゲート幅、すなわち、突出部２４の左右の側壁面におけるゲート幅は、それぞれＨＢであるので、合計のゲート幅は２ＨＢとなる。このゲート幅がチャネル幅に相当する。ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１のゲート長はＬｇＢである。
【００４９】
従って、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の電流駆動能力は、μｐ１（Ｗ１Ｂ＋Ｗ２Ｂ）＋μｐ２・２ＨＢで表すことができる。μｐ１は、（１００）面におけるホール移動度、μｐ２は、（１１０）面におけるホール移動度を表す。
以上のことから、突出部２３及び２４の高さＨＡを及びＨＢを適宜な値に設定することで、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の電流駆動能力と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０の電流駆動能力を平衡させることができる。この条件を式で表すと、以下のようになる。
【００５０】
μｎ１（Ｗ１Ａ＋Ｗ２Ａ）＋μｎ２・２ＨＡ＝μｐ１（Ｗ１Ｂ＋Ｗ２Ｂ）＋μｐ２・２ＨＢ
上記の式を満足するような値にＨＡを及びＨＢを設定することにより、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の電流駆動能力とｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０の電流駆動能力を平衡させることができる。この場合、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１の主面（例えば、（１００）面）におけるチャネル幅を、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０の（１００）におけるチャネル幅に比べて大幅に広くする必要がないので、両者のゲート絶縁膜による寄生容量の差を小さくできる。これにより、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１とｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０とによりＣＭＯＳ構造の回路を構成した場合に、両者のゲート酸化膜による寄生容量を充放電するときの電流値のアンバランスを減らし、ＣＭＯＳ構造のトランジスタのスイッチング時に発生するノイズレベルを小さくできる。
【００５１】
なお、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０のゲートの高さＨＡを「０」にし、そのｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０と電流駆動能力がほぼ等しくなるようにｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１のゲートの高さＨＢを設定しても良い。
また、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ２１またはｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０を単独で形成する場合でも、ｐチャネルまたはｎチャネルＭＯＳトランジスタのシリコン基板の主面（例えば、（１００）面）におけるゲート絶縁膜の面積を従来の半導体製造プロセスで製造する場合より狭くできるので、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ及びｎチャネルＭＯＳトランジスタのシリコン基板の主面に占める面積を小さくできる。これにより、半導体回路の集積度を高めることができる。さらに、ｐチャネルまたはｎチャネルＭＯＳトランジスタの寄生容量を小さくできるので、動作速度が速くなり、スイッチング時の消費電力も少なくできる。
【００５２】
さらに、シリコン表面に形成する絶縁膜は酸化膜に限らず、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等を形成しても良い。
次に、上述した半導体製造プロセスによりリミッタ回路を半導体回路基板上に形成する場合について説明する。
【００５３】
図５は、リミッタ回路の一例を示す図である。ｎチャネルＭＯＳトランジスタ６１のゲートには、電源電圧ＶＤＣを抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ３とで分圧した電圧（図５のＡ点の電圧）が抵抗Ｒ４を介して与えられている。
【００５４】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタ６２のゲートにも、同様に電源電圧ＶＤＣを抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ３とで分圧した電圧が抵抗Ｒ５を介して与えられている。また、ＭＯＳトランジスタ６２のゲートにはコンデンサＣ１の一端が接続され、コンデンサＣ１の他端は接地されている。
【００５５】
ＭＯＳトランジスタ６１のゲートには入力電圧Ｖｉｎが入力し、その入力電圧Ｖｉｎは直列に接続された抵抗Ｒ４とＲ５を介してＭＯＳトランジスタ６２のゲートに入力している。これらのＭＯＳトランジスタ６１と６２は差動増幅回路を構成している。
【００５６】
ＭＯＳトランジスタ６１のドレインには、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ６４のドレイン及びゲートが接続され、ＭＯＳトランジスタ６４のソースは電源ＶＤＣに接続されている。
ＭＯＳトランジスタ６２のドレインには、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ６５のドレインが接続され、ＭＯＳトランジスタ６５のゲートはＭＯＳトランジスタ６４のゲートに接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ６５のソースは電源電圧ＶＤＣに接続されている。このＭＯＳトランジスタ６４と６５は、ＭＯＳトランジスタ６１と６２の負荷となる定電流回路を構成している。
【００５７】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタ６３のゲートには、電源電圧ＶＤＣを抵抗Ｒ１及びＲ２とダイオードＤ１及び抵抗Ｒ３とで分圧した電圧（図５のＢ点の電圧）が与えられている。ＭＯＳトランジスタ６３のソースは接地されている。このＭＯＳトランジスタ６３は定電流源として機能する。
【００５８】
上記の回路の動作を説明すると、ＭＯＳトランジスタ６１のゲートには入力電圧Ｖｉｎが入力し、ＭＯＳトランジスタ６２のゲートには、入力電圧Ｖｉｎに対して抵抗Ｒ４とＲ５とコンデンサＣ１とにより決まる位相差を持った電圧が入力される。ＭＯＳトランジスタ６２のドレイン電圧は、ＭＯＳトランジスタ６２のゲートに入力する入力電圧Ｖｉｎの振幅が正の一定値以上のとき、ドレイン電圧の正の振幅が一定値に制限され、ゲートに入力する入力電圧Ｖｉｎの振幅が負の一定以下のとき、ドレイン電圧の振幅が負の一定値に制限される。これにより、入力電圧Ｖｉｎの振幅を制限した電圧が、ＭＯＳトランジスタ６２のドレインから出力される。
【００５９】
上記のリミッタ回路のＭＯＳトランジスタのゲートを立体構造にし、かつ低温プラズマ雰囲気でゲート酸化膜を形成することで、ＭＯＳトランジスタ６１と６２とからなる差動増幅回路のチャネル長変調効果の影響を少なくできるので、リミッタ回路における信号の歪みを減らすことができる。また、上記の差動増幅回路の負荷として機能するドレイン側のカレントミラー回路（ＭＯＳトランジスタ６４と６５からなる回路）と、ソース側の定電流回路（ＭＯＳトランジスタ６４からなる回路）のチャネル長変調効果の影響も少なくできるので、ドレイン電圧の変化に対するドレイン電流の変動を少なくできる。
【００６０】
リミッタ回路は、通常、増幅回路が複数段縦続接続されて構成されている。それぞれの増幅回路は、差動増幅回路と、負荷として機能する定電流回路と、差動増幅回路の接地側に共通接続される定電流回路などからなる。
上記のリミッタ回路によれば、シリコン表面のダメージを減らし表面を平坦化することで、ＭＯＳトランジスタの特性（例えば、しきい値電圧など）のばらつきを少なくできる。これにより、リミッタ回路内部で発生するＤＣオフセットと１／ｆノイズを低減することができ、リミッタ回路の利得を大きく設計することができる。
【００６１】
さらに、ゲートを立体構造に、低温のプラズマ雰囲気中でゲート酸化膜を形成することで、ＭＯＳトランジスタで構成した増幅回路、定電流回路のチャネル長変調効果の影響を少なくでき、リミッタ回路における信号の歪みを減らすことができる。
【００６２】
また、リミッタ回路のＭＯＳトランジスタの電流駆動能力を向上できると共に、シリコン基板の主面におけるトランジスタの素子面積を小さくできる。
リミッタ回路は、例えば、ｎチャネルＭＯＳとｐチャネルＭＯＳトランジスタからなるＣＭＯＳ回路で構成することも可能である。その場合、ｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタの寄生容量をほぼ同じ値にできるので、トランジスタのオン、オフ時の電流の不平衡によるノイズを低減できる。
【００６３】
また、リミッタ回路以外の回路、例えば、ＤＣアンプ、Ａ／Ｄ変換回路、デジタル回路等のｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタを上述した半導体プロセスにより製造しても良い。
このように構成することで、他の回路のｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタの特性を揃えることができるので、回路全体のＤＣオフセットや１／ｆノイズを低減できる。また、それらの回路におけるチャネル長変調効果の影響を少なくでき、信号の歪みを低減できる。
【００６４】
さらに、リミッタ回路、あるいは他の回路のｐチャネルＭＯＳとｎチャネルＭＯＳトランジスタのチャネルを、シリコンの異なる結晶面（例えば、（１００）面と（１１０））に形成するようにし、それらのチャネル幅をｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタの電流駆動能力がほぼ等しくなるように設計しても良い。
【００６５】
このように構成することで、ｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタの寄生容量等をほぼ同じにできるので、スイッチング特性を向上できると共に、ＭＯＳトランジスタのオン、オフ時に流れる電流により発生するノイズを低減できる。
【００６６】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、以下のように構成しても良い。
リミッタ回路は、実施の形態に示した回路に限らず、公知の他の回路を使用しても良い。
シリコンの結晶面は、（１００）面と（１１０）面の組み合わせに限らず、（１００）面と（１１１）面等の他の結晶面と組み合わせても良い。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、リミッタ回路の内部で発生するＤＣオフセットと１／ｆノイズを低減することができるので、直流成分をカットするためのコンデンサ等が不要となる。さらに、チャネル長変調効果の影響を少なくし、リミッタ回路における信号の歪みを少なくできる。また、リミッタ回路に接続される他の回路のＤＣオフセットと１／ｆノイズを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置の断面図である。
【図２】界面準位密度の比較図である。
【図３】実施の形態の半導体製造プロセスにより製造したシリコン基板の構造を示す図である。
【図４】実施の形態の半導体製造プロセスにより製造したＭＯＳトランジスタの構造を示す図である。
【図５】リミッタ回路を示す図である。
【符号の説明】
１１      真空容器
１２      シャワープレート
１４      シリコン基板
１５      同軸導波管
１６      ラジアルスロットライン
１７      誘電体板
２２      シリコン基板
２０      ｎチャネルＭＯＳトランジスタ
２１      ｐチャネルＭＯＳトランジスタ
２３，２４  突出部
２５、２６  ゲート電極
２７、２８  ゲート酸化膜
６１〜６３  ｎチャネルＭＯＳトランジスタ
６４，６５  ｐチャネルＭＯＳトランジスタ
【図１】
2005005622.tif 000003
【図２】
2005005622.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005005622.tif 000006
【図５】
2005005622.tif 000007