JP2000315736A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
圧の半導体装置とそのの製造方法を提供する。 【解決手段】SOI基板200上の島状に分離されたn
形半導体層3にpチャネルMOSFET101とnチャ
ネルMOSFET102が形成され、これらを取り囲む
ように、高濃度の不純物拡散領域10を形成する。この
高濃度の不純物拡散領域10の表面濃度を1×1018c
m-3から5×1020cm-3とすることで、ゲッタリング
効果を有効に働かせる。
Description
いた半導体装置の製造方法に関する。
程中に起こる重金属汚染に起因した接合リークやゲート
酸化膜の耐圧劣化が発生する。
化の対策として、いくつかのゲッタリング技術が用いら
れている。通常、CZ引き上げ法により製造されたシリ
コンウエハ内に含まれる酸素の析出を利用した内因性ゲ
ッタリング(イントリンシックゲッタリング)技術が一
般的に用いられている。
微小欠陥や積層欠陥を形成する。これらの欠陥は歪み場
を形成し、重金属不純物原子を固着しやすい特性を有し
ている。素子を形成するウエハ表面の酸素濃度を外方拡
散により低減し、且つ、ウエハ内部には酸素の析出を起
こして、重金属を固着させる手法が、前記の内因性ゲッ
タリングである。
層、多結晶シリコン、ダメージ層などを形成し、この領
域に歪み場を形成して、重金属不純物原子を固着する外
因性ゲッタリング(エクストリンシックゲッタリング)
技術がある。
路と高耐圧の出力回路を1チップ内に形成するパワーI
Cや高速動作LSIにおいて、分離面積や寄生効果の低
減に効果があるSOI基板が利用されている。
して、半導体層を形成した構造となっている。素子を形
成する半導体層はSOI基板の製造工程の熱処理によ
り、酸素濃度が5.0×1017cm-3以下に減少する
と、第2の半導体層中には酸素の析出は起こらない。従
って、半導体層内には、重金属は固着されない。
の間に存在するため、ゲッタリングのための欠陥層や高
濃度の不純物拡散層を形成しても、CZウエハの裏面に
ゲッタリングのための欠陥層や高濃度の不純物拡散層を
形成する程、ゲッタリング効果は得られない。
0−032209号公報に開示されているように、半導
体層内の重金属をゲッターするためのゲッタリング層を
形成する方法がある。この方法は、半導体層と絶縁層の
間に高濃度の不純物拡散層を介在させて、この不純物拡
散層に重金属を固着させる方法であり、この方法を用い
て、半導体装置の耐圧特性などの電気的特性を向上させ
ることができる。
半導体装置では、半導体層と絶縁膜とで電界を分担して
いるが、前記の特開平10−032209号公報で開示
されている方法では、ゲッタリング効果を持たせている
高濃度の不純物拡散層で空乏層の伸びが止められて、絶
縁膜まで、電界が拡がらない。そのために、高耐圧の半
導体装置を実現することが困難である。
半導体層に選択的に欠陥領域をイオン注入で形成して、
ゲッタリング作用を持たせている方法を開示している
が、この方法では、通常、半導体装置の製造で使用して
いないイオン種を半導体層にイオン注入するために、取
扱いが厄介で、また生産性もよくない。また、これらの
イオン種はボロンなどと比べると、ゲッタリング効果が
低い。
示されている方法では、ゲッタリング効果を持つ不純物
拡散領域の不純物の表面濃度についての具体的な情報が
開示されていない。
て、半導体チップを小型化できて、高いゲッタリング領
域を有する高耐圧の半導体装置およびその製造方法を提
供することにある。
めに、半導体基板上に絶縁膜を介して半導体層を形成し
たSOI(Silocon On Insulato
r)基板で、該SOI基板の前記半導体層に半導体素子
が形成される半導体装置の製造方法において、半導体素
子が形成される活性領域の回りに、表面濃度が1×10
18原子/cm3 以上で5×1020原子/cm3 以下の不
純物拡散領域を形成する構成とする。前記不純物拡散領
域を、前記活性領域に隣接する領域もしくは近傍の領域
とするとよい。
該MOS構造の素子のゲート酸化膜を形成する前に、前
記不純物拡散領域に不純物を導入し、前記MOS構造の
素子が形成した後の前記不純物拡散領域の表面濃度が、
1×1018原子/cm3 以上で5×1020原子/cm3
以下となるように製造するとよい。
が、ボロン、リン、ヒ素およびフッ素うち少なくとも1
つであるとよい。前記の不純物が複数種類混在する場合
には、混在した全ての不純物の表面濃度を1×1018原
子/cm3 以上で5×1020原子/cm3 以下とすると
よい。
形成したSOI(SiloconOn Insulat
or)基板で、該SOI基板の前記半導体層に半導体素
子が形成される半導体装置の製造方法において、分離溝
を形成する領域にあらかじめ不純物拡散領域を形成し、
該不純物拡散領域を貫通して前記分離溝を形成するとよ
い。
ング用の不純物拡散領域を設けることで、活性領域内に
導入された重金属不純物などの不純物を効率よくゲッタ
リングできる。また、分離溝を形成する前に、分離溝形
成領域に前記不純物拡散領域を形成することで、不純物
拡散領域が占める無駄な面積を小さくできて、半導体チ
ップの小型化を図ることができる。
半導体装置の構成図で、同図(a)は要部平面図、同図
(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図で
ある。尚、同図(a)は、半導体表面を基準にして描
き、分離領域100については範囲のみを示した。
を介してn形半導体層3を形成したSOI(Siloc
on On Insulator)基板200を用い
て、半導体装置を製作する。さらに、具体的に説明する
と、このSOI基板200は、半導体基板1と、予め表
面に絶縁膜2を形成した厚いn形半導体層を結合し、こ
の厚いn形半導体層を所望の厚さに加工して前記のn形
半導体層3とすることで得られる。図では、n形半導体
層3は島状にした後を示す。
数の島に分離され、この島状に分離されたn形半導体層
3の表面層にnウエル領域22とpウエル領域23を形
成し、nウエル領域22にはpソース領域26aとpド
レイン領域26bとゲート酸化膜25aを介してゲート
電極24aが形成される。pウエル領域23にはnソー
ス領域27aとnドレイン領域27bとゲート酸化膜2
5bを介してゲート電極24bが形成される。pソース
領域26a、pドレイン領域26b、nソース領域27
aおよびnドレイン領域27b上に、ソース電極9a、
9c、ドレイン電極9b、9dが形成されて、pチャネ
ルMOSFET101とnチャネルMOSFET102
が形成される。これらのnウエル領域22とpウエル領
域23から所定の距離を離して、且つ、これらのウエル
領域22、23を取り囲むように、高濃度の不純物拡散
領域10を形成する。これらのMOSFET101、1
02の耐圧構造部に厚い酸化膜7が形成され、その上に
層間絶縁膜8が形成される。前記の島状に分離する絶縁
膜5と充填層6が分離領域100となる。
不純物であるボロンで形成し、その表面濃度を1×10
18cm-3から5×1020cm-3とし、拡散深さは4μm
程度とする。ゲッタリング効果を有効に働かせるには、
この表面濃度は、ゲート酸化膜25a、25bを形成す
る以前に形成される拡散領域(nウエル領域22やpウ
エル領域23)の濃度(通常は3×1018cm-3未満で
ある)より高くする必要があり、そのため、表面濃度の
下限値を1×1018cm-3とした。また、この表面濃度
が5×1020cm-3以上ではゲッタリング効果が飽和す
るために、上限値を5×1020cm-3とした。
は前記のボロンの他に、リン、ヒ素およびフッ素の原子
を単独もしくは複合で用いても構わない。複合して用い
た場合も、複合の不純物拡散領域の表面濃度を1×10
18cm-3から5×1020cm -3とすることで、前記と同
様の効果が期待できる。
から5×1020cm-3の範囲を設定することで、半導体
装置のゲート耐圧を確保し、ソース・ドレイン間の耐圧
を高耐圧化することができる。
物拡散領域の表面濃度と良品率の関係を示す。高濃度の
不純物拡散領域10の不純物原子にボロンを用いた例を
示す。また、この良品率はゲート耐圧とソース・ドレイ
ン間の耐圧とを含んだ、合計の良品率である。表面濃度
が1×1018cm-3以上とすることで、良品率を60%
以上とすることができる。
置における要部断面図である。図1との違いは、図1の
絶縁膜による分離領域100が形成されていない点であ
る。この実施例では素子分離には接合分離を用いてい
る。この場合も図1と同様の効果が得られる。
で、図1の半導体装置における製造方法について、工程
順に示した製造工程断面図である。まず、厚さ、630
μm程度の半導体基板1上に厚さ1〜3μmの絶縁膜2
を介して、厚さ5〜10μmの半導体層3が形成された
SOI基板を形成する(図4)。
チングマスク材21を形成する(図5)。
グ(レジストをフォトリソグラフィーでパターニングと
エッチングすること)により分離溝形成領域4aのエッ
チングマスク材21を開口する。エッチングマスク材2
1には熱酸化膜膜を用い、エッチングマスク材21の開
口幅は1〜2μmである(図6)。
半導体層3表面から絶縁膜2に達する分離溝4を形成す
る(図7)。
た後、分離溝4の側壁および半導体層3に、絶縁膜5を
形成する。このとき、絶縁膜5の膜厚は0.5〜1.0
μmである(図8)。
の充填層6には多結晶シリコンを用いた(図9)。
去した後、pチャネルMOSFETの形成領域101
a、nチャネルMOSFETの形成領域102aに、そ
れぞれ、nウエル領域22、pウエル領域23を形成す
る(図10)。
SFETの形成領域101a、nチャネルMOSFET
の形成領域の間の領域に、高濃度の不純物拡散領域10
を形成する。この不純物拡散領域10の拡散不純物とし
てボロンを用い、加速電圧80keV、注入量5.0×
1015cm-2でイオン注入で形成する。この条件で形成
される高濃度の不純物拡散領域10の表面濃度は、2.
5×1019cm-3である。この表面濃度は一例であり、
本発明では、この不純物拡散領域10の表面濃度を1×
1018〜5×1020cm-3となるように、注入量を選定
する(図11)。
域101a、nチャネルMOSFETの形成領域102
a以外に選択的に絶縁膜7を形成する。この絶縁膜7は
熱酸化で形成されたLOCOS酸化膜であり、膜厚は
0.5〜1.0μmである。不純物拡散層10は、この
絶縁膜7の下に埋め込まれる。また、この絶縁膜7を形
成する時の酸化温度により、分離領域100で囲まれた
領域内の半導体層3に分布するFe、Crなどの重金属
は高濃度の不純物拡散領域10に集まり、半導体層3に
混入しているこれらの重金属の濃度は低下する(図1
2)。この状態でゲート酸化膜25a、25bおよびゲ
ート電極24a、24bを形成する(図13)。
るプロセスでpソース領域26aとpドレイン領域26
bを形成し、nソース領域27aとnドレイン領域27
bを形成し(図14)、層間絶縁膜8を形成し(図1
5)、ソース電極26a、27a、ドレイン電極26
b、27bとなる金属電極9を形成する(図16)。こ
の図16は図1と同じである。
領域10をボロンで形成しているが、リン、ヒ素および
フッ素で形成してもよい。また、その場合、これらの原
子を単独で形成しても、複数個混在させて形成してもよ
い。いずれの場合も、この不純物拡散領域10の表面濃
度を1×1018cm-3〜5×1020cm-3の範囲になる
ように、イオン注入量を選定する。
グ効果が得られ、図2に示すように、耐圧の良品率が、
例えば60%以上に向上する。また、イオン種に、MO
SFETを形成する場合に用いられる通常のイオン種の
ため、通常の製造プロセスで、通常使用する製造設備で
この不純物拡散領域10を形成できる。
装置の構成図で、同図(a)は要部平面図、同図(b)
は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。
尚、同図(a)は、半導体表面を基準にして描き、分離
領域100については範囲のみを示した。
拡散領域10を貫通して分離領域100が形成されてい
る点である。この高濃度の不純物拡散領域10は分離領
域100より広い領域である。図17では、分離領域1
00の両側に高濃度の不純物拡散領域10が形成されて
いるが、片側でもよく、また、分離領域100内の領域
に形成して、最終的には、分離領域100を形成すると
き、除去されても構わない。
例で、図17の半導体装置における製造方法について、
工程順に示した製造工程断面図である。
1〜3μmの第1の絶縁層2を介してn形半導体層3が
厚さ5〜10μmで形成されたSOI基板に厚さ20n
m〜40nmのバッファ酸化膜30(スクリーン酸化膜
ともいう)を熱酸化法により形成し、pチャネルMOS
FETを形成する領域101a、nチャネルMOSFE
Tを形成する領域101aにそれぞれnウエル領域2
2、pウエル領域23を、それぞれフォトリソグラフ技
術を用いて選択的にイオン注入した後、熱処理を施し形
成する(図18)。
より広い領域に選択的に高濃度の不純物拡散領域10を
形成する(図19)。この実施例では、拡散不純物とし
てボロンを用い、加速電圧80keV、注入量5.0×
1015cm-2でイオン注入で形成した。また、イオン注
入後、1100℃、2時間の熱処理を行った。この条件
で形成される高濃度の不純物拡散領域10の表面濃度
は、その後の製造プロセスを経た最終段階で、2.5×
1019cm-2である。
後、選択酸化法により、絶縁膜7を形成した後、pチャ
ネルMOSFETを形成する領域101a、nチャネル
MOSFETを形成する領域102aにゲート酸化膜2
5a、25bとゲート電極24a24bを形成する。さ
らに、nウエル領域22の表面層にpソース領域26a
とnドレイン領域26bを形成し、pウエル領域23の
表面層にnソース領域27aとnドレイン領域27bを
形成する(図20)。
ップ膜31およびエッチングマスク膜32を形成する
(図21)。層間絶縁膜8aは化学気相成長法により形
成された酸化シリコン膜で、膜厚は0.1〜0.5μm
である。エッチングストップ膜31は化学気相成長法に
より形成された窒化シリコン膜または多結晶シリコン膜
であり、膜厚は0.1〜0.5μmである。エッチング
マスク膜32は化学気相成長法により形成した酸化シリ
コン膜で、膜厚は1〜2μmである。
間絶縁膜8a、エッチングストップ膜31およびエッチ
ングマスク膜32をフォトリソグラフ技術を用いて選択
的に開口し開口部4aを形成した後(図22)、エッチ
ングマスク膜32をマスクとして絶縁膜2に到達する分
離溝4を異方性エッチングにより形成する(図23)。
分離溝17の開口幅は1〜3μmである。
した弗化水素酸溶液またはドライエッチングプロセスに
より、完全に除去する。除去の終点はエッチングストッ
プ膜31で規定される(図24)。
形成した後、充填層6によりこの分離溝4内を充填する
(図25)。絶縁膜5は化学気相成長法により形成した
酸化シリコン膜であり、膜厚は0.4〜1.0μmであ
る。充填層6は化学気相成長法により形成した多結晶シ
リコンをであり、膜厚は0.5〜1.0μmである。こ
のとき、分離溝4の幅と絶縁膜5の膜厚を最適化すれ
ば、絶縁膜5のみでこの分離溝4の内部を完全に充填す
ることができる。
エッチングプロセスを用いて除去した後、絶縁膜5をエ
ッチングストップ膜31が露出するまで、希釈した弗化
水素酸溶液またはドライエッチングプロセスにより除去
する(図26)。
イエッチング法により除去し、層間絶縁膜8aを露出さ
せ、充填層6の表面高さを層間絶縁膜8a表面高さと同
一になるように、充填層6の凸部を除去して平坦化し
(図27)、続いて、この層間絶縁膜8a上、絶縁膜5
上および充填層6上に、層間絶縁膜8を形成する(図2
8)。
スと同様に、pチャネルMOSFET、nチャネルMO
SFETのpソース領域26a、pドレイン領域26b
およびnソース領域27a、nドレイン領域27bに到
達するコンタクト孔33を形成し(図29)、金属膜で
ソース電極9a、9cおよびドレイン電極9b、9dを
形成する(図30)。
101、nチャネルMOSFET102の例を用いて説
明したが、その他の構成素子としてバイポーラトランジ
スタ,ダイオードおよび高耐圧MOSFETであって
も、高濃度の不純物拡散領域10や分離領域100の構
成およびそれらの製造方法は同様である。
は、n形半導体層3の表面層に、分離領域100の分離
溝4を形成する前に、事前に高濃度の不純物拡散領域1
0を形成することにより、ゲート酸化膜25a、bおよ
びソース領域、ドレイン領域を形成する拡散接合の電気
的特性を改善し、良品率・信頼性を向上できる。またそ
の他に以下の効果が得られる。 (1)重金属を固着するゲッタリング層である前記高濃
度の不純物拡散領域10と、素子間を分離する分離領域
である分離溝4を重複させることにより、半導体装置の
小型化が可能である。 (2)重金属汚染により劣化するゲート酸化膜25a、
bおよび拡散接合の形成工程前に高濃度の不純物拡散領
域10を形成し、この高濃度の純物拡散領域10を形成
した後、分離溝4を形成するため、重金属の十分なゲッ
タリングが可能である。
次元で考える。分離溝で規定されるn形半導体層3に対
し十分なゲッタリングが得られる高濃度の不純物拡散領
域10の実効的な幅を5μm,分離溝幅を2μmとする
と、高濃度の不純物拡散領域10と分離溝4で必要とな
る領域の幅は分離溝4で規定された領域の片側で7μ
m,両側で14μmである。本発明の場合5μmの幅で
高濃度の不純物拡散領域10と分離溝4が形成できるの
で、分離溝4で規定されて領域の片側で2μm低減でき
る。例えば、半導体装置が、50個の分離領域で構成さ
れる場合、2μm×2(両側)×50(分離領域)=2
00μmの小型化が可能である。
物拡散領域の表面濃度を1×1018cm-3〜5×1020
cm-3の範囲で、ゲート酸化膜を形成する前に形成し、
この不純物拡散領域を形成する不純物をボロン、リン、
ヒ素およびフッ素の少なくとも一つとすることで、半導
体装置のゲート耐圧およびソース・ドレイン間の耐圧を
向上させることができて、その結果、これらの良品率を
向上させることができる。
前に高濃度の不純物拡散領域を形成しすることにより、
さらに、半導体装置のゲート耐圧およびソース・ドレイ
ン間の耐圧を向上させることができて、その結果、これ
らの良品率を向上させることができる。
分離溝を重複させることにより、半導体装置の小型化が
可能となり、また、ゲッタリング効果をさらに高めるこ
とができる。
で、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX−X線で
切断した要部断面図
表面濃度と良品率の関係を示す図
部断面図
程断面図
装置の製造工程断面図
装置の製造工程断面図
装置の製造工程断面図
装置の製造工程断面図
装置の製造工程断面図
体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
で、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX−X線で
切断した要部断面図
工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
導体装置の製造工程断面図
Claims (7)
- 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を介して半導体層を
形成したSOI(Silocon On Insula
tor)基板で、該SOI基板の前記半導体層に半導体
素子が形成される半導体装置において、半導体素子が形
成される活性領域の回りに、表面濃度が1×1018原子
/cm3 以上で5×1020原子/cm 3 以下の不純物拡
散領域を形成することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記不純物拡散領域が、前記活性領域に隣
接する領域もしくは近傍の領域であることを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】半導体基板上に絶縁膜を介して半導体層を
形成したSOI(Silocon On Insula
tor)基板で、該SOI基板の前記半導体層に半導体
素子が形成される半導体装置の製造方法において、半導
体素子が形成される活性領域の回りに、不純物拡散領域
を形成し、前記の半導体素子がMOS構造の素子で、該
MOS構造の素子のゲート酸化膜を形成する前に、前記
不純物拡散領域に不純物を導入し、前記MOS構造の素
子が形成した後の前記不純物拡散領域の表面濃度が、1
×1018原子/cm3 以上で5×1020原子/cm3 以
下となることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記不純物拡散領域が、前記活性領域に隣
接する領域もしくは近傍の領域であることを特徴とする
請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】前記の不純物拡散領域を形成する不純物
が、ボロン、リン、ヒ素およびフッ素うち少なくとも1
つであることを特徴とする請求項3の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項6】前記の不純物が複数種類混在する場合に
は、混在した全ての不純物の表面濃度を1×1018原子
/cm3 以上で5×1020原子/cm3 以下とすること
を特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】半導体基板上に絶縁膜を介して半導体層を
形成したSOI(Silocon On Insula
tor)基板で、該SOI基板の前記半導体層に半導体
素子が形成される半導体装置の製造方法において、分離
溝を形成する領域に、あらかじめ不純物拡散領域を形成
し、該不純物拡散領域を貫通して、前記分離溝を形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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