JPH0923013A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子及びその製造方法Info
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Element Separation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、閾電圧調節が容易なるようにして
半導体素子の製造工程収率を向上させることができる半
導体素子及びその製造方法を提供することに目的があ
る。 【解決手段】 本発明による半導体素子及びその製造方
法は、第1シリコン基板と第1シリコン基板上に形成さ
れた第1シリコン酸化膜と、第1シリコン酸化膜上に形
成された第2シリコン基板と、第2シリコン基板の両側
面に形成された第2シリコン酸化膜と、第2シリコン基
板上に形成されたゲート酸化膜と、ゲート酸化膜上に形
成されたゲート電極と、ゲート電極両側の第2シリコン
基板に形成されたソース/ドレイン拡散領域を含み構成
される。
半導体素子の製造工程収率を向上させることができる半
導体素子及びその製造方法を提供することに目的があ
る。 【解決手段】 本発明による半導体素子及びその製造方
法は、第1シリコン基板と第1シリコン基板上に形成さ
れた第1シリコン酸化膜と、第1シリコン酸化膜上に形
成された第2シリコン基板と、第2シリコン基板の両側
面に形成された第2シリコン酸化膜と、第2シリコン基
板上に形成されたゲート酸化膜と、ゲート酸化膜上に形
成されたゲート電極と、ゲート電極両側の第2シリコン
基板に形成されたソース/ドレイン拡散領域を含み構成
される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特にSOI(silicon on insulato
r)構造を有する半導体素子及びその製造方法に関す
る。
特にSOI(silicon on insulato
r)構造を有する半導体素子及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体素子装置を製造するにお
いて、SOI素子は先ずシリコン基板上に絶縁役割を果
すシリコン酸化膜を形成し、その上に実用に供されるシ
リコン基板、例えば単結晶シリコン層を形成して製造す
る。
いて、SOI素子は先ずシリコン基板上に絶縁役割を果
すシリコン酸化膜を形成し、その上に実用に供されるシ
リコン基板、例えば単結晶シリコン層を形成して製造す
る。
【0003】このような製造技術は素子の分離技術が容
易であり、素子の電気的な特性が優れているため最近多
く研究されている。
易であり、素子の電気的な特性が優れているため最近多
く研究されている。
【0004】このような観点から、従来のSOI構造を
有するMOSFETを添付の図面を参照して説明すると
次の通りである。
有するMOSFETを添付の図面を参照して説明すると
次の通りである。
【0005】図1は、従来の一般的なMOSFETのレ
イアウト図である。
イアウト図である。
【0006】図1に示すように、図示を省略したシリコ
ン基板上にアクティブ領域2が定義されており、このア
クティブ領域2上にゲート電極6が配列されている。
ン基板上にアクティブ領域2が定義されており、このア
クティブ領域2上にゲート電極6が配列されている。
【0007】また、図2は、図1のII−II線による従来
のSOI構造を有する半導体素子の断面図である。
のSOI構造を有する半導体素子の断面図である。
【0008】図2に示すように、シリコン基板1の上部
にシリコン酸化膜3を堆積し、その上部に断面構造が台
形態様の第2シリコン基板4を形成する。
にシリコン酸化膜3を堆積し、その上部に断面構造が台
形態様の第2シリコン基板4を形成する。
【0009】その次に、第2シリコン基板4を含む全体
構造の上部の表面にゲート酸化膜5を形成し、このゲー
ト酸化膜5上にゲート電極6を形成する。
構造の上部の表面にゲート酸化膜5を形成し、このゲー
ト酸化膜5上にゲート電極6を形成する。
【0010】ところで、前記第2シリコン基板4が傾斜
し、アクティブ領域の縁の厚さがアクティブ領域の中間
部分の厚さより小さくなるためディプリーション(de
pletion)領域の深さが第2シリコン基板4の厚
さに制限される。
し、アクティブ領域の縁の厚さがアクティブ領域の中間
部分の厚さより小さくなるためディプリーション(de
pletion)領域の深さが第2シリコン基板4の厚
さに制限される。
【0011】従って、ディプリート(deplete)
されたバルクの電荷重(QB )が第2シリコン基板4の
厚さにより制限されるため半導体素子の閾電圧(thr
eshold voltage)は小さくなる。
されたバルクの電荷重(QB )が第2シリコン基板4の
厚さにより制限されるため半導体素子の閾電圧(thr
eshold voltage)は小さくなる。
【0012】 VT =VFB+QB /COX ・・・・・(1) COX=εOX/tOX ・・・・・(2) ここで、VT は閾電圧、VFBはフラットバンド電圧、Q
B はバルク電荷、COXは酸化膜の充電容量、εOXは酸化
膜誘電率、tOXはゲート酸化膜の厚さである。
B はバルク電荷、COXは酸化膜の充電容量、εOXは酸化
膜誘電率、tOXはゲート酸化膜の厚さである。
【0013】このように、アクティブ領域に用いられる
第2シリコン基板4の下部の縁部(A)はドーピングを
高くしても閾電圧を高めることができなくなる。
第2シリコン基板4の下部の縁部(A)はドーピングを
高くしても閾電圧を高めることができなくなる。
【0014】従って、第2シリコン基板4の中間部分と
縁部(A)の閾電圧の差のためゲート電圧(VG )の変
化によるドレイン電流(ID )の特性、即ち、図3のよ
うに、変曲点(B)が生じる特性を有することになる。
縁部(A)の閾電圧の差のためゲート電圧(VG )の変
化によるドレイン電流(ID )の特性、即ち、図3のよ
うに、変曲点(B)が生じる特性を有することになる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
半導体素子においてはこのようなゲート電圧(VG )の
変化によるドレイン電流(ID )の特性が変曲点(B)
が生じる特性を有しているため、SOI素子の閾電圧を
調節することが困難である。
半導体素子においてはこのようなゲート電圧(VG )の
変化によるドレイン電流(ID )の特性が変曲点(B)
が生じる特性を有しているため、SOI素子の閾電圧を
調節することが困難である。
【0016】従って、従来の半導体素子においては第2
シリコン基板の縁の形体により半導体素子の特性が変る
ため半導体素子の製造工程収率が低下する。
シリコン基板の縁の形体により半導体素子の特性が変る
ため半導体素子の製造工程収率が低下する。
【0017】そのため、従来の半導体素子及び製造方法
は半導体素子の高集積化には適合しない。
は半導体素子の高集積化には適合しない。
【0018】ここに、本発明は従来技術の問題点を解決
するため考案したものであり、閾電圧調節が容易となる
ようにして半導体素子の製造工程収率を向上させること
ができる半導体素子及びその製造方法を提供することに
目的がある。
するため考案したものであり、閾電圧調節が容易となる
ようにして半導体素子の製造工程収率を向上させること
ができる半導体素子及びその製造方法を提供することに
目的がある。
【0019】
【課題を解決するための手段】目的を達成するために、
本発明の半導体素子は、シリコン基板と、シリコン基板
上に形成された第1シリコン酸化膜と、第1シリコン酸
化膜上に形成された活性層と、活性層の両側面に形成さ
れた第2シリコン酸化膜と、活性層上に形成されたゲー
ト酸化膜と、ゲート酸化膜上に形成されたゲート電極
と、ゲート電極両側の活性層に形成されたソース/ドレ
イン拡散領域を含み構成されることをその特徴とする。
本発明の半導体素子は、シリコン基板と、シリコン基板
上に形成された第1シリコン酸化膜と、第1シリコン酸
化膜上に形成された活性層と、活性層の両側面に形成さ
れた第2シリコン酸化膜と、活性層上に形成されたゲー
ト酸化膜と、ゲート酸化膜上に形成されたゲート電極
と、ゲート電極両側の活性層に形成されたソース/ドレ
イン拡散領域を含み構成されることをその特徴とする。
【0020】また、本発明による半導体素子の製造方法
は、シリコン基板を提供する工程と、シリコン基板の上
部に第1シリコン酸化膜と活性層を形成する工程と、活
性層上に第2シリコン酸化膜と第2シリコン酸化膜上に
窒化膜を形成する工程と、窒化膜とシリコン酸化膜を選
択的に除去する工程と、選択的に除去されて残る窒化膜
をマスクにして第2シリコン基板に不純物を注入してド
ーピング領域を形成する工程と、窒化膜をマスクにして
活性層を酸化させ第2シリコン酸化膜を形成する工程
と、窒化膜とシリコン酸化膜を除去し活性層にゲート酸
化膜とゲート電極を順次形成する工程と、ゲート電極両
側の活性層に不純物をイオン注入してソース/ドレイン
拡散領域を形成する工程を含み構成されることを特徴と
する。
は、シリコン基板を提供する工程と、シリコン基板の上
部に第1シリコン酸化膜と活性層を形成する工程と、活
性層上に第2シリコン酸化膜と第2シリコン酸化膜上に
窒化膜を形成する工程と、窒化膜とシリコン酸化膜を選
択的に除去する工程と、選択的に除去されて残る窒化膜
をマスクにして第2シリコン基板に不純物を注入してド
ーピング領域を形成する工程と、窒化膜をマスクにして
活性層を酸化させ第2シリコン酸化膜を形成する工程
と、窒化膜とシリコン酸化膜を除去し活性層にゲート酸
化膜とゲート電極を順次形成する工程と、ゲート電極両
側の活性層に不純物をイオン注入してソース/ドレイン
拡散領域を形成する工程を含み構成されることを特徴と
する。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
の図を参照して詳細に説明する。
の図を参照して詳細に説明する。
【0022】図4は、図1のIV−IV線に相当する線にお
ける本発明のMOSFET断面図である。
ける本発明のMOSFET断面図である。
【0023】図4に示すように、本発明によるSOI構
造を有するMOSFETは第1シリコン基板11と、こ
の第1シリコン基板11上に形成される第1シリコン酸
化膜12と、この第1シリコン酸化膜12上に形成され
る第2シリコン基板13bと、このシリコン基板13b
の両側面に形成される第2シリコン酸化膜17と、第2
シリコン基板13b上に形成されるゲート酸化膜18a
と、このゲート酸化膜18a上に形成されるゲート電極
19aと、このゲート電極19a両側の第2シリコン基
板13bに形成されるソース/ドレイン拡散領域20を
含み構成される。
造を有するMOSFETは第1シリコン基板11と、こ
の第1シリコン基板11上に形成される第1シリコン酸
化膜12と、この第1シリコン酸化膜12上に形成され
る第2シリコン基板13bと、このシリコン基板13b
の両側面に形成される第2シリコン酸化膜17と、第2
シリコン基板13b上に形成されるゲート酸化膜18a
と、このゲート酸化膜18a上に形成されるゲート電極
19aと、このゲート電極19a両側の第2シリコン基
板13bに形成されるソース/ドレイン拡散領域20を
含み構成される。
【0024】この際、第2シリコン基板13bの側面と
第2シリコン酸化膜17の界面には、閾電圧を高めるた
め第2シリコン基板13bとは逆タイプのドーピング領
域16aが形成されている。
第2シリコン酸化膜17の界面には、閾電圧を高めるた
め第2シリコン基板13bとは逆タイプのドーピング領
域16aが形成されている。
【0025】また、第2シリコン基板13bは活性層に
用いられる。
用いられる。
【0026】さらに、本実施形態による半導体素子の製
造方法を図6〜図9を参照して説明すると次の通りであ
る。
造方法を図6〜図9を参照して説明すると次の通りであ
る。
【0027】図5〜図9は、本発明によるMOSFET
の工程図である。
の工程図である。
【0028】図5に示すように、第1シリコン基板11
の上部に第1シリコン酸化膜12を形成し、第1シリコ
ン酸化膜12上に第2シリコン基板13を順次形成す
る。
の上部に第1シリコン酸化膜12を形成し、第1シリコ
ン酸化膜12上に第2シリコン基板13を順次形成す
る。
【0029】次いで、第2シリコン基板13上にストレ
ス緩衝用シリコン酸化膜14と窒化膜15を形成する。
ス緩衝用シリコン酸化膜14と窒化膜15を形成する。
【0030】この際、ストレス緩衝用シリコン酸化膜1
4と窒化膜15との間にポリシリコン層を形成し、PB
L(poly buffed LOCOS)工程で第2
酸化膜を形成することもできる。
4と窒化膜15との間にポリシリコン層を形成し、PB
L(poly buffed LOCOS)工程で第2
酸化膜を形成することもできる。
【0031】その次に、図6に示すように、アクティブ
領域となる部分を除いた部分にある窒化膜15とシリコ
ン酸化膜14を選択的に除去し、シリコン酸化膜パター
ン15aと窒化膜パターン14aを形成する。
領域となる部分を除いた部分にある窒化膜15とシリコ
ン酸化膜14を選択的に除去し、シリコン酸化膜パター
ン15aと窒化膜パターン14aを形成する。
【0032】次いで、アクティブ領域の縁部分に閾電圧
を高くするために、NMOSFETの場合には、P型不
純物(又はPMOSFETの場合N型不純物)を露出し
た第2シリコン基板13にイオン注入してドーピング領
域16を形成する。
を高くするために、NMOSFETの場合には、P型不
純物(又はPMOSFETの場合N型不純物)を露出し
た第2シリコン基板13にイオン注入してドーピング領
域16を形成する。
【0033】この際、閾電圧を高くするために形成する
ドーピング領域16は、場合により形成しないこともあ
り得る。
ドーピング領域16は、場合により形成しないこともあ
り得る。
【0034】その次に、図7に示すように、窒化膜パタ
ーン15aをマスクに用いて露出した第2シリコン基板
13aを約800〜1200℃の温度下で酸化させ第2
シリコン酸化膜17を形成する。
ーン15aをマスクに用いて露出した第2シリコン基板
13aを約800〜1200℃の温度下で酸化させ第2
シリコン酸化膜17を形成する。
【0035】この際、第2シリコン酸化膜17の形成工
程は一般的なLOCOS工程により素子分離酸化膜を形
成する場合と同様である。
程は一般的なLOCOS工程により素子分離酸化膜を形
成する場合と同様である。
【0036】また、この酸化工程の際に、第2シリコン
酸化膜17の上部側が多く酸化し、下部側が少なく酸化
することにより第2シリコン酸化膜17の側面が傾斜し
た形体を有することになる。
酸化膜17の上部側が多く酸化し、下部側が少なく酸化
することにより第2シリコン酸化膜17の側面が傾斜し
た形体を有することになる。
【0037】この際、ドーピング領域16は酸化工程の
際に、拡散されて傾斜した形態を有することになる。
際に、拡散されて傾斜した形態を有することになる。
【0038】さらに、第2シリコン酸化膜17は第2シ
リコン基板13bの高さよりさらに厚く形成する。
リコン基板13bの高さよりさらに厚く形成する。
【0039】この酸化工程の際に第2シリコン基板13
aは側面が台形態様の第2シリコン基板13bに変化す
る。
aは側面が台形態様の第2シリコン基板13bに変化す
る。
【0040】次いで、図8に示すように、シリコン基板
13bと第2シリコン酸化膜17上にシリコン酸化膜1
8を形成し、このシリコン酸化膜18上に導電層19を
形成する。
13bと第2シリコン酸化膜17上にシリコン酸化膜1
8を形成し、このシリコン酸化膜18上に導電層19を
形成する。
【0041】その次に、ゲート電極マスクを用いてシリ
コン酸化膜18と導電層19を選択的に除去し、ゲート
酸化膜18aとゲート電極19aを形成する。
コン酸化膜18と導電層19を選択的に除去し、ゲート
酸化膜18aとゲート電極19aを形成する。
【0042】次いで、図9に示すように、ゲート電極1
9a両側の第2シリコン基板13bに高濃度不純物をイ
オン注入してソース/ドレイン拡散領域20を形成す
る。
9a両側の第2シリコン基板13bに高濃度不純物をイ
オン注入してソース/ドレイン拡散領域20を形成す
る。
【0043】
【発明の効果】本発明による半導体素子及びその製造方
法においてはアクティブ領域に用いる第2シリコン基板
の両側面に厚いシリコン酸化膜を形成して閾電圧を高め
ることができるので、素子の電気的特性が劣化するのを
防止することができる。
法においてはアクティブ領域に用いる第2シリコン基板
の両側面に厚いシリコン酸化膜を形成して閾電圧を高め
ることができるので、素子の電気的特性が劣化するのを
防止することができる。
【0044】従って、本発明による半導体素子及びその
製造方法においては閾電圧調節が容易なので半導体素子
の製造工程収率を向上させることができる。
製造方法においては閾電圧調節が容易なので半導体素子
の製造工程収率を向上させることができる。
【図1】従来の一般的なMOSFETのレイアウト図。
【図2】図1のII−II線による従来のSOI(Sili
con on insulator)構造のMOSFE
T断面図。
con on insulator)構造のMOSFE
T断面図。
【図3】従来SOI構造のMOSFET動作特性図。
【図4】図1のIV−IV線に相当する線における本発明の
一実施形態のMOSFET断面図。
一実施形態のMOSFET断面図。
【図5】本発明の一実施形態によるMOSFETの工程
断面図。
断面図。
【図6】本発明の一実施形態によるMOSFETの工程
断面図。
断面図。
【図7】本発明の一実施形態によるMOSFETの工程
断面図。
断面図。
【図8】本発明の一実施形態によるMOSFETの工程
断面図。
断面図。
【図9】本発明の一実施形態によるMOSFETの工程
断面図。
断面図。
11… 第1シリコン基板 12… 第1シリコン酸化膜 13… 第2シリコン基板 14… シリコン酸化膜 15… 窒化膜 16… ドーピング領域 17… 第2シリコン酸化膜 18a… ゲート酸化膜 19a… ゲート電極 20… ソース/ドレイン拡散領域
Claims (15)
- 【請求項1】 シリコン基板;前記シリコン基板上に形
成された第1シリコン酸化膜;前記第1シリコン酸化膜
上に形成された活性層;前記活性層の両側面に形成され
た第2シリコン酸化膜;前記活性層上に形成されたゲー
ト酸化膜と、前記ゲート酸化膜上に形成されたゲート電
極;前記ゲート電極両側の前記活性層に形成されたソー
ス/ドレイン拡散領域;を含み構成されることを特徴と
する半導体素子。 - 【請求項2】 前記活性層は、シリコン基板層で成るこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項3】 前記活性層と前記第2シリコン酸化膜の
界面に、ドーピング領域が形成されていることを特徴と
する請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項4】 前記ドーピング領域は、前記活性層とは
逆タイプを有する不純物でなることを特徴とする請求項
3記載の半導体素子。 - 【請求項5】 前記活性層の両側面は、斜めに形成され
ていることを特徴とする請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項6】 シリコン基板を提供する工程;前記シリ
コン基板の上部に第1シリコン酸化膜と活性層を順次形
成する工程;前記活性層上にシリコン酸化膜を形成し、
前記シリコン酸化膜上に窒化膜を形成する工程;前記窒
化膜と前記シリコン酸化膜を選択的に除去する工程;前
記選択的に除去された窒化膜をマスクとして前記活性層
両側を酸化させ第2シリコン酸化膜を形成する工程;前
記窒化膜と前記シリコン酸化膜を除去し、前記活性層に
ゲート酸化膜とゲート電極を順次形成する工程;前記ゲ
ート電極両側の前記活性層に、不純物をイオン注入して
ソース/ドレイン拡散領域を形成する工程;を含み構成
されることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記活性層は、シリコン基板層で形成す
ることを特徴とする請求項6記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項8】 前記活性層の両側面は、前記第2シリコ
ン酸化膜形成の際に傾めに形成されることを特徴とする
請求項6記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記第2シリコン酸化膜は、前記露出し
た活性層を約800〜1200℃の温度下で酸化させ形
成することを特徴とする請求項6記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項10】 前記第2シリコン酸化膜は、前記活性
層の高さより厚く形成することを特徴とする請求項6記
載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記第2シリコン酸化膜は、前記シリ
コン酸化膜と前記窒化膜との間にポリシリコン層を堆積
し、LOCOS工程により形成することを特徴とする請
求項6記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記選択的に除去されて残る前記窒化
膜をマスクにし、前記活性層に不純物を注入してドーピ
ング領域を形成する工程をさらに含んでなることを特徴
とする請求項6記載の半導体素子製造方法。 - 【請求項13】 前記ドーピング領域は、前記活性層と
前記第2シリコン酸化膜との界面に形成することを特徴
とする請求項12記載の半導体素子。 - 【請求項14】 前記ドーピング領域は、前記活性層と
は逆のタイプを有する不純物でなることを特徴とする請
求項12記載の半導体素子。 - 【請求項15】 前記ドーピング領域は、前記第2シリ
コン酸化膜形成の際に前記活性層の側面にのみ残ってい
ることを特徴とする請求項12記載の半導体素子。
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