JPH04257267A - Soi構造半導体装置の製造方法 - Google Patents

Soi構造半導体装置の製造方法

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JPH04257267A
JPH04257267A JP3037844A JP3784491A JPH04257267A JP H04257267 A JPH04257267 A JP H04257267A JP 3037844 A JP3037844 A JP 3037844A JP 3784491 A JP3784491 A JP 3784491A JP H04257267 A JPH04257267 A JP H04257267A
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semiconductor device
mosfet
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Yoshihiro Arimoto
由弘 有本
Naoshi Higaki
桧垣 直志
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SOI(silico
n  on  insulator)構造基板の薄いシ
リコン(Si)層にMOSFET(metal  ox
ide  semiconductor  field
  effect  transistor)を作り込
むのに好適な半導体装置の製造方法に関する。
【0002】一般に、SOI構造基板を用いた半導体素
子は、動作速度、集積度、耐放射線性に於いて、通常の
バルク基板を用いた半導体素子よりも優れている為、そ
の実用化に向けて多くの努力が注がれているのであるが
、例えば、バック・チャネルの問題など、解決すべき問
題が残されている。
【0003】
【従来の技術】通常、SOI構造基板を用いた場合、半
導体素子の動作速度が向上することができるのは、支持
側Si基板と二酸化シリコン(SiO2 )からなる絶
縁膜を介して貼り合わせられて半導体素子を作り込むべ
きSi層が薄膜化されていることが大きな理由となって
いる。ところが、そのSi層を薄膜化すると、表面側に
現れるフロント・チャネルと呼ばれる正規のチャネルの
他に背面側の絶縁膜との界面にもチャネルが現れ、所謂
、バック・チャネルとして影響を及ぼすようになってし
まう。このバック・チャネルは、MOSFETのしきい
値電圧を変化させることから、そのバック・チャネルの
しきい値を制御して、MOSFETの動作に悪影響を及
ぼさないようにすることが必要である。
【0004】従来のSOI構造基板を用いたMOSFE
Tでは、支持側Si基板にバック・バイアス電圧を印加
し、Si層に作り込んだMOSFETのバック・チャネ
ルを制御するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、支持
側Si基板にバック・バイアス電圧を印加してバック・
チャネルの影響を低減させる場合、nチャネル・トラン
ジスタには負のバック・バイアス電圧を、また、pチャ
ネル・トランジスタには正のバック・バイアス電圧をそ
れぞれ印加することが必要である。従って、例えば、C
MOS(complementary  metal 
 oxide  semiconductor)トラン
ジスタでは、pチャネル・トランジスタ並びにnチャネ
ル・トランジスタにそれぞれ異なる電圧を印加すること
が必要となるのであるが、SOI構造基板を用いたCM
OSトランジスタでは、支持側Si基板が共通であるか
ら、バック・バイアス電圧を印加することでpチャネル
・トランジスタとnチャネル・トランジスタのしきい値
を制御することは困難である。
【0006】本発明は、バック・チャネルのしきい値を
選択的に且つ容易に制御できるようにし、例えば、CM
OSトランジスタに於けるpチャネル・トランジスタ或
いはnチャネル・トランジスタのそれぞれに好適なバッ
ク・チャネル制御を施すことを可能にしようとする。
【0007】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理を説
明する為のSOI構造基板を用いたMOSFETの要部
切断側面図を表している。図に於いて、1は支持側Si
基板、2は薄膜化されたSi層、3は二酸化シリコン(
SiO2 )からなる絶縁膜、4はSiO2 からなる
ゲート絶縁膜、5はチャネル領域、6は不純物導入領域
、7はソース領域、8はドレイン領域、9は多結晶Si
からなるゲート電極、10はSiO2 からなる素子間
分離領域をそれぞれ示している。
【0008】このMOSFETでは、不純物導入領域6
がn型であれば、バック・チャネルもn型化する傾向と
なり、また、不純物導入領域6がp型であれば、バック
・チャネルもp型化する傾向となる。従って、この現象
を利用すれば、フロント・チャネルのしきい値に比較し
てバック・チャネルのそれは大きくすることができ、M
OSFETとしてのしきい値はフロント・チャネルのし
きい値で支配されるようになる。
【0009】このようなことから、本発明に依る半導体
装置の製造方法に於いては、(1)MOSFETを作り
込むべき活性層である薄膜化されたシリコン層(例えば
薄膜化されたSi層2)とその背面に在る絶縁膜(例え
ばSiO2 からなる絶縁膜3)とを貫通して支持側シ
リコン基板(例えば支持側Si基板1)の表面に不純物
イオンの注入を行いバック・チャネルを制御する為の不
純物導入領域(例えば不純物導入領域6)を形成する工
程と、次いで、前記活性層である薄膜化されたシリコン
層にMOSFETを形成する工程とが含まれてなるか、
或いは、(2)前記(1)に於いて、バック・チャネル
を制御する為の不純物導入領域を形成する不純物イオン
の注入は活性層である薄膜化されたシリコン層に対する
チャネル・ドーズを兼ねて実施されることを特徴とする
か、(3)前記(1)或いは(2)に於いて、バック・
チャネルを制御する為の不純物導入領域を形成する不純
物イオンの注入は選択的に導電型が異なる不純物イオン
を用いて実施されることを特徴とするか、或いは、(4
)前記(1)或いは(2)に於いて、バック・チャネル
を制御する為の不純物導入領域を形成する不純物イオン
の注入は選択的に濃度を異にする不純物イオンを用いて
実施されることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明では、前記したように、活性層であるS
i層2、及び、その下地である絶縁膜3を貫通して支持
側Si基板1の表面にも不純物イオンを注入し、不純物
導入領域6を形成するようにしている。通常、ゲート電
極9を構成している多結晶Siにはチャネル領域5と異
なる導電型の不純物が導入される為、ゲート絶縁膜4の
膜厚と下地である絶縁膜3の膜厚とが等しく、且つ、チ
ャネル領域5に於ける不純物濃度が均一であれば、バッ
ク・チャネルのしきい値はフロント・チャネルのそれに
比較して大きくなる。この為、MOSFETとしてのし
きい値はフロント・チャネルのしきい値が支配的となっ
て、バック・チャネルの影響を抑制することができるの
であり、そして、このような作用は、不純物導入領域6
の導電型さえ適切に選択すれば、pチャネル・トランジ
スタに於いてもnチャネル・トランジスタに於いても同
等であることから、SOI構造基板にCMOSトランジ
スタを組み込むには、特に、有効であり、また、CMO
Sトランジスタに限らず、半導体素子に応じて印加電圧
を変える必要がある半導体装置を製造する際に適用して
好結果が得られる。
【0011】
【実施例】図2及び図3は本発明一実施例を解説する為
の工程要所に於けるMOSFETの要部切断側面図であ
り、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、図1
に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同
じ意味を持つものとする。
【0012】図2参照 2−(1)通常の技法を適用して作成されたSOI構造
のウエハを用意する。その主要なデータを例示すると次
の通りである。 活性層であるSi層2の厚さ:100〔nm〕下地であ
る絶縁膜3の厚さ:15〔nm〕2−(2)イオン注入
法を適用することに依ってSi層2にチャネル・ドーズ
を行うのであるが、この工程は、本発明に於いて特徴的
なところである。即ち、例えば、nチャネルMOSFE
Tの場合には、硼素(B)イオンを注入するのであるが
、その際、ドーズ量は1012〔cm−2〕程度、加速
電圧は50〔keV〕程度とし、チャネル領域5及び下
地の絶縁膜3を貫通させて支持側Si基板1の表面にも
硼素の注入を行うものである。この工程を経ることに依
って、支持側Si基板1の表面には1016〔cm−3
〕〜1017〔cm−3〕の硼素が注入されて不純物導
入領域6が形成され、バック・チャネルのしきい値はフ
ロント・チャネルのしきい値に比較して大きくすること
ができる。尚、本工程は後に説明する工程3−(1)で
形成する耐酸化性マスクを除去した段階で実施すること
ができ、また、不純物活性化の熱処理は他の不純物領域
の活性化と兼ねて行えば良い。
【0013】図3参照 3−(1)例えば、窒化シリコン(Si3 N4 )か
らなる耐酸化性マスクを用いる選択的熱酸化(例えばl
ocal  oxidationof  silico
n:LOCOS)法を適用することに依り、SiO2 
からなる素子間分離領域10を形成する。 3−(2)前記耐酸化性マスクを除去してから、熱酸化
法を適用することに依り、厚さ例えば15〔nm〕のS
iO2 からなるゲート絶縁膜4を形成する。 3−(3)化学気相堆積(chemical  vap
or  deposition:CVD)法を適用する
ことに依り、厚さ例えば300〔nm〕の多結晶Si膜
を形成する。 3−(4)通常のフォト・リソグラフィ技術を適用する
ことに依り、前記多結晶Si膜のパターニングを行って
ゲート電極9を形成する。 3−(5)イオン注入法を適用することに依り、ゲート
電極9及び素子間分離領域10をマスクとして砒素イオ
ンの打ち込みを行ってソース領域7及びドレイン領域8
を形成する。 3−(6)この後、通常の技法を適用し、絶縁膜の形成
、電極コンタクト窓の形成、ソース電極及びドレイン電
極やその他の配線などを形成して完成する。
【0014】図4は前記工程2−(2)に於いて説明し
たように不純物イオンの注入を行った場合の不純物濃度
プロファイルを表す線図であり、横軸には距離〔μm〕
を、縦軸には不純物濃度〔cm−3〕をそれぞれ採って
ある。尚、縦軸はlog目盛りであり、また、図1に於
いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意
味を持つものとする。図から明らかなように、支持側S
i基板1の表面には、約1×1016〔cm−3〕〜1
×1017〔cm−3〕程度の硼素が導入されているこ
とが看取される。
【0015】前記実施例は、nチャネルMOSFETを
製造する場合について説明したが、pチャネルMOSF
ETを製造するのであれば、前記工程2−(2)に於い
て、硼素イオンの注入に替えて砒素イオン或いは燐イオ
ンの注入を行い、且つ、前記工程3−(5)に於いて、
砒素イオンの注入に替えて硼素イオンの注入を行えば良
く、また、CMOSトランジスタを製造するのであれば
、nチャネル・トランジスタ及びpチャネル・トランジ
スタの形成予定部分にそれぞれ必要とされる導電型の不
純物導入領域6を形成し、且つ、反対導電型のソース領
域及びドレイン領域を形成することで得られる。
【0016】また、この他の改変としては、不純物導入
領域6として導電型は全て同じで不純物濃度が選択的に
異なるものにすることも可能である。
【0017】
【発明の効果】本発明に依るSOI構造半導体装置の製
造方法に於いては、薄膜化されたシリコン層とその背面
に在る絶縁膜とを貫通して支持側シリコン基板の表面に
バック・チャネルを制御する為の不純物導入領域を形成
する工程と、前記薄膜化されたシリコン層にMOSFE
Tを形成する工程とが含まれている。
【0018】前記構成を採ることに依って、ゲート絶縁
膜の膜厚と貼り合わせ界面に於ける絶縁膜の膜厚とが等
しく、且つ、チャネル領域に於ける不純物濃度が均一で
あれば、バック・チャネルのしきい値はフロント・チャ
ネルのそれに比較して大きくなり、この為、MOSFE
Tとしてのしきい値はフロント・チャネルのしきい値が
支配的となって、バック・チャネルの影響を抑制するこ
とができる。
【0019】また、このような作用は、不純物導入領域
の導電型さえ適切に選択すれば、pチャネル・トランジ
スタに於いてもnチャネル・トランジスタに於いても同
等であることから、SOI構造基板にCMOSトランジ
スタを組み込む場合は特に有効である。
【0020】更にまた、CMOSトランジスタに限らず
、半導体素子に応じて印加電圧を変える必要がある半導
体装置を製造する際に適用して好結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する為のSOI構造基板を
用いたMOSFETの要部切断側面図である。
【図2】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
るMOSFETの要部切断側面図である。
【図3】本発明一実施例を解説する為の工程要所に於け
るMOSFETの要部切断側面図である。
【図4】工程2−(2)に於いて説明したように不純物
イオンの注入を行った場合の不純物濃度プロファイルを
表す線図である。
【符号の説明】
1  支持側Si基板、2  薄膜化されたSi層3 
 二酸化シリコン(SiO2 )からなる絶縁膜4  
SiO2 からなるゲート絶縁膜5  チャネル領域 6  不純物導入領域 7  ソース領域 8  ドレイン領域 9  多結晶Siからなるゲート電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MOSFETを作り込むべき活性層である
    薄膜化されたシリコン層とその背面に在る絶縁膜とを貫
    通して支持側シリコン基板の表面に不純物イオンの注入
    を行いバック・チャネルを制御する為の不純物導入領域
    を形成する工程と、次いで、前記活性層である薄膜化さ
    れたシリコン層にMOSFETを形成する工程とが含ま
    れてなることを特徴とするSOI構造半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】バック・チャネルを制御する為の不純物導
    入領域を形成する不純物イオンの注入は活性層である薄
    膜化されたシリコン層に対するチャネル・ドーズを兼ね
    て実施されることを特徴とする請求項1記載のSOI構
    造半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】バック・チャネルを制御する為の不純物導
    入領域を形成する不純物イオンの注入は選択的に導電型
    が異なる不純物イオンを用いて実施されることを特徴と
    する請求項1或いは請求項2記載のSOI構造半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】バック・チャネルを制御する為の不純物導
    入領域を形成する不純物イオンの注入は選択的に濃度を
    異にする不純物イオンを用いて実施されることを特徴と
    する請求項1或いは請求項2記載のSOI構造半導体装
    置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6140161A (en) * 1997-06-06 2000-10-31 Nec Corporation Semiconductor integrated circuit device and method for making the same
US6150202A (en) * 1997-06-05 2000-11-21 Nec Corporation Method for fabricating semiconductor device
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