JPH11243210A - 半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

半導体デバイス及びその製造方法

Info

Publication number
JPH11243210A
JPH11243210A JP10348276A JP34827698A JPH11243210A JP H11243210 A JPH11243210 A JP H11243210A JP 10348276 A JP10348276 A JP 10348276A JP 34827698 A JP34827698 A JP 34827698A JP H11243210 A JPH11243210 A JP H11243210A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
semiconductor
semiconductor substrate
layer
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10348276A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3455452B2 (ja
Inventor
Yon Kan Chan
チャン・ヨン・カン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Hynix Inc
Original Assignee
LG Semicon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Semicon Co Ltd filed Critical LG Semicon Co Ltd
Publication of JPH11243210A publication Critical patent/JPH11243210A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3455452B2 publication Critical patent/JP3455452B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/0123Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H10D84/0165Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs the components including complementary IGFETs, e.g. CMOS devices
    • H10D84/0181Manufacturing their gate insulating layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P30/00Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices
    • H10P30/20Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping
    • H10P30/208Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping of electrically inactive species
    • H10P30/209Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping of electrically inactive species in silicon to make buried insulating layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/031Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/0321Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] comprising silicon, e.g. amorphous silicon or polysilicon
    • H10D30/0323Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] comprising silicon, e.g. amorphous silicon or polysilicon comprising monocrystalline silicon
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/6741Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide
    • H10D30/6743Silicon
    • H10D30/6744Monocrystalline silicon
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6757Thin-film transistors [TFT] characterised by the structure of the channel, e.g. transverse or longitudinal shape or doping profile
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/01Manufacture or treatment
    • H10D64/025Manufacture or treatment forming recessed gates, e.g. by using local oxidation
    • H10D64/027Manufacture or treatment forming recessed gates, e.g. by using local oxidation by etching at gate locations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/512Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
    • H10D64/513Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/0123Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H10D84/0165Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs the components including complementary IGFETs, e.g. CMOS devices
    • H10D84/0191Manufacturing their doped wells
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P30/00Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices
    • H10P30/20Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping
    • H10P30/22Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping using masks
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P90/00Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
    • H10P90/19Preparing inhomogeneous wafers
    • H10P90/1904Preparing vertically inhomogeneous wafers
    • H10P90/1906Preparing SOI wafers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/01Manufacture or treatment
    • H10W10/011Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/014Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials using trench refilling with dielectric materials, e.g. shallow trench isolations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/01Manufacture or treatment
    • H10W10/061Manufacture or treatment using SOI processes together with lateral isolation, e.g. combinations of SOI and shallow trench isolations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/10Isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/181Semiconductor-on-insulator [SOI] isolation regions, e.g. buried oxide regions of SOI wafers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/027Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of lateral single-gate IGFETs
    • H10D30/0278Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of lateral single-gate IGFETs forming single crystalline channels on wafers after forming insulating device isolations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P90/00Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
    • H10P90/19Preparing inhomogeneous wafers
    • H10P90/1904Preparing vertically inhomogeneous wafers
    • H10P90/1906Preparing SOI wafers
    • H10P90/1908Preparing SOI wafers using silicon implanted buried insulating layers, e.g. oxide layers [SIMOX]

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 SOI構造の半導体基板がフローティングさ
れる問題及び短チャネル効果を改善することができる半
導体デバイス及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板21の表面部に形成された窪
みを有する第1絶縁膜22のその窪みに第1半導体層2
3を形成させ、その第1半導体層23の上側にはチャネ
ル領域となる第3半導体層26とその第3半導体層に埋
め込まれるようにゲート電極28を形成し、一方、第1
半導体層23の両側の第1絶縁層22の表面に第2絶縁
層、第2半導体層及びチャネル領域の第3半導体層と同
じ第3半導体層26が形成されている。第3半導体層2
6はチャネル領域とその両側のソース/ドレイン領域と
なる部分とでは別の導電型のイオンが注入される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス及
びその製造方法に関し、特にSOI構造の基板がフロー
ティングされている問題と短チャネル効果とを改善する
ことができる半導体デバイス及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】MOS技術は、シリコン半導体の表面を
良質の絶縁特性のシリコン酸化膜にて処理することによ
り、トランジスタの特性及び製造方法に革新的な改良を
もたらした技術である。このようなMOS技術の発明に
より半導体表面のデバイスの実用化に拍車が掛けられ、
1962年にテキサスインスツルメント社から最初の電
界効果トランジスタ(FET)が発表された。この類の
MOSFET素子としては、周知のようにpMOS、n
MOS、CMOSがある。初期には消費電力及び集積回
路製造時のプロセス制御が比較的に容易なpMOSを主
として使用したが、デバイスのスピードを重要視するに
従って正孔の移動度より約2.5倍程度速い電子を用い
るnMOS素子を使用するようになった。CMOS素子
は集積密度及び製造プロセスの複雑性の面でpMOSや
nMOS素子より落ちるが、消費電力が遥かに小さいと
いう特徴がある。現在は、デバイスのメモリ部ではnM
OSを使用し、周辺回路部ではCMOSを使用する方式
に変わっている。
【0003】このCMOSは、半導体デバイスの構成が
半導体基板をも利用するバルクCMOSと、絶縁層上に
シリコンSi単結晶薄膜を形成しその上にデバイスを形
成するSOICMOSとに分けられる。SOI構造は、
各素子が基板から分離されて形成されるので基板に係る
一切の容量や寄生効果を無視でき、素子分離構造から現
れるラッチアップ現象やソフトエラー現象の無いCMO
S回路を構成できるという利点がある。SOIを技術的
に分類すると、サファイア等の単結晶絶縁層上に単結晶
を成長させるエピタキシャル成長法、絶縁膜である酸化
膜上に多結晶又は非晶質シリコン薄膜を堆積し、そのシ
リコン薄膜を横方向に溶融再結晶又は固相成長させる堆
積膜再結晶化法、及び半導体基板の中に酸化膜等の絶縁
層を埋め込む単結晶分離法等がある。そのうち、エピタ
キシャル成長法としてサファイアに成長させるSOSが
代表的である。そして、堆積膜再結晶化法中の溶融再結
晶化法とは酸化膜上にCVD法等により堆積した多結晶
シリコン薄膜の一部を、レーザビームや電子ビーム等の
エネルギービームで加熱し、溶融して、その溶融領域を
ウェハ上で再結晶化して単結晶薄膜を得る方法である。
また、固相成長法とは基板上で絶縁膜の多種の結晶領域
に非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理してエピタキシャ
ル成長させる方法である。最後に、単結晶分離法は、単
結晶シリコン基板の中に酸素イオン又は窒素イオンを注
入して表面層に単結晶シリコン層を残し且つ内部に酸化
膜層又は窒化膜層を埋め込むSOI構造の方法である。
特に、酸素イオンをイオン注入する方式をSIMOX(S
eparation by Implanted Oxygen)という。このように、
完全分離構造を有するSOI構造はいくつかの利点があ
るが、特にSOICMOSはバルクCMOSに比べて低
消費電力、高集積度、耐ソフトエラー、耐ラッチアッ
プ、高速動作の点で優れている。
【0004】以下、従来のSOI構造の半導体デバイス
を添付図面に基づき説明する。図1aは従来のSOI構
造の一例の半導体デバイスのチャネル長方向の断面構造
図であり、図1bはそのチャネルの幅方向の断面構造図
である。従来のSOI構造の半導体デバイスは、図1a
及び図1bに示すように、半導体基板1に酸化膜2を埋
め込んである。半導体基板1の表面部分の活性領域はそ
の埋込酸化膜が除かれている。また、図1bに示すよう
に、ボディ接触領域Aで基板1の内部と活性領域とが連
結されている。この基板の活性領域にゲート酸化膜3を
介してゲート電極4を形成させ、その両側をソース/ド
レイン領域5としている。
【0005】上記SOI構造の半導体デバイスはSIM
OX方式によるMOSFETを形成したものであり、半
導体基板1内に酸素イオン又は窒素イオンを注入して半
導体基板1の表面の単結晶シリコン層はそのまま残し、
基板内に酸化膜又は窒化膜を埋め込むことが特徴があ
る。このSOI構造の半導体デバイスは、マスク(図示
せず)を用いて選択的に基板に酸素イオンを注入する
が、酸素イオンが注入されない基板の内部は熱処理後に
も埋込酸化膜2が形成されなくなり、その部分をボディ
コンタクト領域Aとして用いる。
【0006】このようなボディ接触領域Aを形成する理
由を以下に説明する。ゲート電極4に電圧を印加する
と、ソース/ドレイン領域5間のチャネル領域中のキャ
リヤがドレイン付近の高電界により加速され、そのエネ
ルギーが基板及びゲート酸化膜のバリヤを通過するとホ
ットキャリヤとなってゲート酸化膜内へ注入される。こ
の注入されるキャリヤである電子をチャネルホット電子
という。又、高電界の中で十分に大きなエネルギーを得
たキャリヤは衝突によってイオン化させ、新たな電子・
正孔を生成する。新たに発生した電子はほとんどドレイ
ン電界に沿ってドレインに吸い込まれ、一部はアバラン
シェホット電子となってゲート酸化膜内へ注入される。
そして、正孔は基板内を流れて基板電流となるが、一部
はゲート酸化膜へも注入される。一方、正孔により生成
された基板電流は、基板電位が上昇すると、いわば寄生
バイポーラブレークダウンを起こしてドレイン耐圧を低
下させる。
【0007】このような問題を解決するため、上記SO
I構造の半導体デバイスでは、ドレイン領域近傍での衝
突イオン化により発生した正孔をボディ接触領域を通じ
て除去するようにした。それによりSOI構造の半導体
デバイスがフローティングされる問題を防止した。上記
したように基板がフローティングされることをフローテ
ィングボディ効果というが、上記したようなフローティ
ングボディ効果によってしきい値電圧が変わったり、電
流−電圧曲線が通常とは異なった曲線となったりする等
の問題を引き起こすようになる。この問題はPMOSよ
りはNMOSにおいて一層深刻な問題である。その理由
は、デバイス動作中又はα−粒子等によりボディ(チャ
ネル領域や半導体基板)に発生した正孔がボディに蓄積
されるからである。
【0008】図2は従来の他のSOI構造の半導体デバ
イスの断面構造図である。従来の他のSOI構造の半導
体デバイスは、図2に示すように、p型シリコン基板の
内部に形成された埋込酸化膜12により下部及び上部半
導体基板13、11に分離されるSOI構造の基板と、
上部半導体基板13に互いに異なる間隙をおいて形成さ
れる第1トレンチ14と、上部半導体基板13の第1ト
レンチ14の間の広い間隔の箇所に形成される第2トレ
ンチ15と、第1トレンチ14内に形成される絶縁膜1
6と、第2トレンチ15内及び第2トレンチ15に隣接
したp型半導体基板13上にゲート酸化膜17を介在し
て形成されるゲート電極18と、上部半導体基板13の
ゲート電極18の両側に形成されるn型ソース/ドレイ
ン領域19と、ソース/ドレイン領域19の一方側の第
1トレンチ14のゲート電極18とは反対側、すなわち
第1トレンチ14の間の狭い箇所に形成されるボディコ
ンタクト領域20とを備える。
【0009】この際、上記したような構造のMOS素子
はいわばCOSMOS(Concave SOI-MOSFET)構造であ
り、p型半導体基板13をエッチングして深さ及び間隙
が互いに異なるよう第1、第2トレンチ14、15を形
成した後、トレンチ14、15が形成されていないp型
上部半導体基板13の厚い領域はソース/ドレイン領域
19及びボディコンタクト領域20として使用し、第1
トレンチの下側の薄い領域をチャネル領域として使用す
る。
【0010】かかる従来の他のSOI構造の半導体デバ
イスは、ゲート電極18にしきい値電圧(VT )以上の
電圧が印加されると、ソース/ドレイン領域19間のチ
ャネルを介して電子が移動してドレインからソースに向
かって電流が流れる。そして、その際に発生した正孔は
埋込酸化膜12によって基板11へ流れずにボディ接触
領域20を介して除去される。これにより、基板がフロ
ーティングされる問題を除去でき、その構造的な特徴の
ために短チャネル効果及び寄生ソース/ドレイン抵抗の
抑制、及びしきい値電圧の信頼度を向上することができ
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のSOI
構造の半導体デバイスでは以下の問題点があった。従来
の一つのSOI構造の半導体デバイスにおいてはボディ
接触領域を形成するために、埋込酸化膜の形成時に選択
的なイオン注入工程を行うが、その際局部的に酸化膜が
形成される。このため、その酸化膜が形成される部分に
おける体積増加によるストレスが、埋込酸化膜形成部分
及びボディ接触領域に集中して漏洩電流発生の原因とな
り、デバイス特性を低下させる。従来の他のSOI構造
の半導体デバイスにおいては、ゲート電極を形成する工
程が基板をエッチングした後であるため、短チャネル効
果を抑制することができる。しかしながら、SOI構造
に形成した上部基板(p型半導体基板)にゲート電極形
成領域と隔離膜形成領域とを分けるときに、エッチング
深さを正確に調節しなければならないという問題点があ
り、さらに、隔離領域を形成するためのトレンチのエッ
チング工程時にトレンチの深さを適切に調節しなければ
ならず、かつ、ボディ接触領域及びソース/ドレイン領
域を形成するためにトレンチ間の距離を広い領域と狭い
領域とに分けて形成するため工程が複雑になる。また、
正孔が移動し得るようにトレンチが埋込酸化膜まで形成
されてないため、完全な隔離効果を得られない。よっ
て、半導体デバイスの信頼度もやはり低下する。
【0012】本発明は上記の従来のSOI構造の半導体
デバイスの問題点を解決するためになされたものであ
り、半導体デバイスの微細化のために発生する短チャネ
ル効果を改善すると共に、基板がフローティングする問
題を防止し得る半導体デバイス及びその製造方法を提供
することに目的がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
は、トレンチが形成された半導体基板と、半導体基板の
全面に形成された第1絶縁膜と、トレンチ内の第1絶縁
膜上に形成された第1半導体層と、第1半導体層の両側
の位置で第1絶縁膜上に形成された第2絶縁膜と、第2
絶縁膜上に形成された第2半導体層と、第1半導体層の
表面、第2半導体層の表面と側面及び第2絶縁膜の側面
に形成された第3半導体層と、トレンチ上側の第3半導
体層上に形成された第3絶縁膜と、第3絶縁膜上に形成
された導電層とを備えることを特徴とする。
【0014】更に、上記の半導体デバイスの製造方法
は、半導体基板の内部に絶縁膜を形成して、その絶縁膜
によって半導体基板を上下部半導体基板に分ける段階
と、チャネル領域を定めてそのチャネル領域の上部半導
体基板と絶縁膜を選択的に除去する段階と、下部半導体
基板のチャネル領域と残された上部半導体基板とに第1
導電型ウェル領域を形成する段階と、下部半導体基板の
チャネル領域の表面、絶縁膜の側面及び上部半導体基板
の表面にエピタキシャル層を形成する段階と、エピタキ
シャル層を形成させた基板の全面に不純物イオンを注入
して下部半導体基板内に新たな絶縁膜を形成する段階
と、チャネル領域の上側のエピタキシャル層上にゲート
絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁膜上に導電層を形
成する段階と、導電層の両側のエピタキシャル層及び上
部半導体基板の第1導電型ウェル領域に第2導電型不純
物領域を形成する段階とを備えることを特徴とする
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明実施形態の半導体デ
バイス及びその製造方法を添付図面に基づき説明する。
図3は本発明実施形態のSOI構造の半導体デバイスの
断面構造図である。本実施形態は、半導体基板21にそ
の表面から内側に窪んだ浅いトレンチを形成させ、その
表面に第1絶縁膜22を形成させる。この第1絶縁膜2
2はトレンチに沿っても形成され、そのトレンチの窪ん
だ箇所は同様に窪むようにしている。その窪んだ箇所に
第1半導体層23が形成されている。その第1半導体層
23の表面は第1絶縁層22の表面と一致する高さとす
る。第1絶縁膜22を形成させた基板のトレンチの箇所
以外の箇所に第2絶縁層24と第2半導体層25とが順
次形成されてある。第1、第2半導体層23、25の表
面及び第2絶縁膜24の側面に第3半導体層26を形成
させる。この第3半導体層26は第2絶縁層と第2半導
体層の形状によってトレンチの上側の部分が凹んだ状態
になる。第3半導体層のその凹んだ部分に第3絶縁膜2
7を介してゲート電極としての導電層28が形成されて
いる。
【0016】第1、第2絶縁膜22、24は窒化膜及び
酸化膜のうち何れか一つで形成され、第1、第2半導体
層23、25は単結晶シリコン層であり、第3半導体層
26はエピタキシャル層である。上記のように、本実施
形態は第1〜第3半導体層が形成されるが、導電層28
の下側の第3、第1半導体層には同じ導電型の不純物イ
オンがドープされ、導電層28の両側の部分はそれとは
反対の導電側の不純物が注入されている。このとき、導
電層28の下の第3半導体層26は、不純物イオンがド
ープされてないアンドープシリコン層としてもよい。そ
して、特に図示しないが、第1半導体層23を半導体基
板22に電気的に接続するボディ接触領域が形成されて
いる。
【0017】図4〜図8は、上記SOI構造の半導体デ
バイスの製造工程を示す断面図である。まず、図4aに
示すように、半導体基板31の内部に通常のSIMOX
(Separation by Implanted Oxygen)工程で酸素イオンを
注入した後、熱処理して埋込酸化膜である第1酸化膜と
なる絶縁膜32を形成する。これにより、半導体基板3
1は上部及び下部半導体基板31a、31bに分離され
る。絶縁膜32を形成するとき、SIMOX法を用いる
だけでなく、窒素イオンを注入した後熱処理して埋込窒
化膜を形成してもよい。この基板の上部部分31aが前
記第2半導体層となる部分である。
【0018】図4bに示すように、上部半導体基板31
a上に感光膜PR31を塗布した後、露光及び現像工程
でチャネル領域を定め、そのチャネル領域の感光膜PR
31が除去されるよう選択的にパターニングする。次い
で、パターニングされた感光膜PR31をマスクに用い
てエッチング工程でチャネル領域の部分の上部半導体基
板31a及び第1絶縁膜32を選択的に除去する。
【0019】感光膜PR31を除去した後、図5cに示
すように、上部半導体基板31a及び露出された下部半
導体基板31bに不純物イオンを注入してウェル領域3
3を形成する。すなわち、上部半導体基板31aの伝導
度を向上するため、n型及びp型のうち何れか一つの不
純物イオンを注入してウェル領域33を形成する。
【0020】図5dに示すように、ウェル領域33、下
部半導体基板31bの表面及び絶縁膜32の側面にエピ
タキシャル層34を形成する。このエピタキシャル層3
4はSEG(Selective Epitaxial Growth)を用いて均一
の厚さに形成する。これによりウェル領域33と絶縁膜
32間では、中央部分に窪みを有する凹状に形成され
る。このエピタキシャル層34を成長させるに際して、
しきい値電圧を調節するための不純物イオンをドープす
る工程を施す。すなわち、絶縁膜32間のエピタキシャ
ル層34はチャネル領域であり、その上側にはゲート電
極が形成される。このエピタキシャル層34に対する不
純物イオンドープ工程は、in−situドープ、固相
拡散(SPD)、及びイオン注入工程のうち何れか一つ
を施す。
【0021】図6eに示すように、下部半導体基板31
bにイオン注入法で酸素イオンを注入する。この際、イ
オンが全面にわたって同エネルギーで注入されるが、絶
縁膜32が開けられている箇所の下部半導体基板31b
ではウェル領域33に隣接した下部半導体基板31bに
注入され、絶縁膜32の下側面でも絶縁膜32に隣接し
た下部半導体基板31bに注入されるようにする。この
酸素イオンの代わりに窒素イオンを注入してもよい。そ
して、酸素又は窒素イオンのドーズ量は1015〜1017
/cm2 程度である。
【0022】図6fに示すように、下部半導体基板31
bに注入された酸素イオンを熱処理して第2埋込酸化膜
である絶縁膜35を新たに形成する。このとき、半導体
基板31の全面に対する酸素イオン注入工程時のイオン
注入エネルギーが同一なので、絶縁膜35の形状は、絶
縁膜32が切れている箇所の下部半導体基板31bに浅
い溝又はトレンチができたものと同じ形状に形成され
る。一方絶縁膜32の下に形成される絶縁膜35は絶縁
膜32に接して形成される。結局、下部半導体基板31
bが絶縁膜35によりウェル領域33と完全に隔離され
る。そして、窒素イオンを注入した場合には、絶縁膜3
5はいうまでもなく埋込酸化膜でなく埋込窒化膜であ
る。
【0023】図7gに示すように、エピタキシャル層3
4の全面にゲート絶縁膜となる薄い絶縁膜36、導電層
37を順次に形成し、導電層37上に感光膜PR32を
塗布する。次いで、露光及び現像工程で感光膜PRを選
択的にパターニングして絶縁膜32が切れている箇所、
すなわちトレンチが形成された箇所にのみ残す。図7h
に示すように、感光膜PR32をマスクに用いたエッチ
ング工程で導電層37を選択的にエッチングしてゲート
電極37aを形成する。次いで、感光膜PR32を除去
する。
【0024】図8に示すように、ゲート電極37aをマ
スクに用いてゲート電極37aの両側のエピタキシャル
層34及びウェル領域33に下部半導体基板31bに形
成されたウェル領域33と反対導電型の不純物イオンを
注入した後、熱処理してソース/ドレイン領域38を形
成する。その際、低濃度不純物イオン、高濃度不純物イ
オンを順次に注入してLDD構造のソース/ドレイン領
域38に形成してもよい。すなわち、低濃度不純物イオ
ンをエピタキシャル層34及びウェル領域33に所定の
深さに注入した後、低濃度不純物イオンよりも高濃度の
不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域をLDD
構造に形成してもよい。そして、ゲート電極37aの下
部のウェル領域33が基板と接触されるボディ接触領域
(図示せず)を形成する工程を追加する。このボディ接
触領域はウェル領域33に垂直な方向に形成される。
【0025】ゲート電極37aの下部のウェル領域33
は、ゲート電極37aにしきい値電圧以上の電圧を印加
してソース/ドレイン領域38間のチャネル領域を介し
てソースからドレインに向かって電子が移動するにとき
に発生する正孔を除去するための領域である。つまり、
ウェル領域33は電子移動時に発生する正孔を集めるた
めの領域である。すなわち、電子が移動しながら発生し
た正孔がウェル領域33の下の絶縁膜35のために下部
半導体基板31bへ流れることなくウェル領域33に集
まり、ウェル領域33に集まった正孔はウェル領域33
の図示しないある箇所に形成されたボディ接触領域を通
じて除去される。したがって、基板のフローティングを
防止することができる。かかる本発明のSOI構造の半
導体デバイスの製造方法においては、上記のような方法
を用いてnMOSやpMOSはもちろん、CMOS素子
を形成する際、基板がフローティングすることなく形成
することができる。
【0026】
【発明の効果】請求項1、2の発明、及び請求項5によ
って製造された半導体デバイスは、デバイスが形成され
る半導体層と基板とが第2絶縁膜により完全に分離され
るためラッチアップを防止することができる。そして、
第2半導体層の側面にチャネル領域となる第3半導体層
を形成させ、そのチャネル領域の上側にゲート電極とな
る導電層を構成したので、チャネル領域に垂直な部分が
形成され、チャネル領域が短くなっても短チャネル効果
を防止することができる。導電層の下側の第1半導体層
が基板と接触するボディ接触領域を形成したので、基板
がフローティングされる問題を防止できる。請求項3の
発明によれば、導電層の両側の第2、第3半導体層は同
導電型の不純物イオンがドープされた層なので、MOS
素子のソース/ドレイン領域を構成することができる。
【0027】請求項4の発明によれば、第1半導体層及
び第3半導体層のゲート電極の下側の部分はそれ以外の
ソース/ドレイン領域として使用する第3半導体層及び
第2半導体層とは互いに反対の導電型の不純物イオンが
注入されているので、第2半導体層及びゲート電極の両
側の部分の第3半導体層をソース/ドレイン領域のチャ
ネルとして用いることができる。請求項5の発明によれ
ば、ソース/ドレイン領域を二つの半導体層で形成させ
ているのでその厚さの調節が可能となり、ソース/ドレ
イン領域が薄くなるに従う抵抗問題が減少し、ウェル領
域を介して正孔を除去して基板のフローティング問題を
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の一つのSOI構造の半導体デバイスの
チャネル長方向と幅方向の断面構造図、
【図2】 従来の他のSOI構造の半導体デバイスの断
面構造図。
【図3】 本発明実施形態のSOI構造の半導体デバイ
スの断面構造図。
【図4】〜
【図8】 本発明実施形態のSOI構造の半導体デバイ
スの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
21、31 半導体基板 22、32 第1
絶縁膜 23 第1半導体層 24、35 第2
絶縁膜 25 第2半導体層 26 第3半導体
層 27、36 第3絶縁膜 28 導電層 33 ウェル領域 34 エピタキシ
ャル層 37a ゲート電極 38 ソース/ド
レイン領域

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トレンチが形成された半導体基板と、 前記半導体基板の全面に形成された第1絶縁膜と、 前記トレンチ内の前記第1絶縁膜上に形成された第1半
    導体層と、 前記第1半導体層の両側に対応する位置で前記第1絶縁
    膜上に形成された第2絶縁膜と、 前記第2絶縁膜上に形成された第2半導体層と、 前記第1半導体層の表面、第2半導体層の表面と側面及
    び第2絶縁膜の側面に形成された第3半導体層と、 前記トレンチの上側であって前記第3半導体層上に形成
    された第3絶縁膜と、 前記第3絶縁膜上に形成された導電層と、を備えること
    を特徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項2】 前記第1半導体層に接触されるボディ接
    触領域が更に形成されることを特徴とする請求項1記載
    の半導体デバイス。
  3. 【請求項3】 前記導電層の両側に位置する第2、第3
    半導体層には同じ導電型の不純物イオンがドープされる
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体デバイス。
  4. 【請求項4】 前記導電層の下に位置する第1、第3半
    導体層には導電層の両側の第2、第3半導体層にドープ
    された不純物イオンと反対導電型の不純物イオンがドー
    プされることを特徴とする請求項1記載の半導体デバイ
    ス。
  5. 【請求項5】 半導体基板の内部に絶縁膜を形成して、
    その絶縁膜によって半導体基板を上下部半導体基板に分
    ける段階と、 チャネル領域を定めてそのチャネル領域の上部半導体基
    板と絶縁膜を選択的に除去する段階と、 下部半導体基板のチャネル領域と残された上部半導体基
    板とに第1導電型ウェル領域を形成する段階と、 下部半導体基板のチャネル領域の表面、絶縁膜の側面及
    び上部半導体基板の表面にエピタキシャル層を形成する
    段階と、 前記エピタキシャル層を形成させた基板の全面に不純物
    イオンを注入して下部半導体基板内に新たな絶縁膜を形
    成する段階と、 前記チャネル領域の上側の前記エピタキシャル層上にゲ
    ート絶縁膜を形成する段階と、 前記ゲート絶縁膜上に導電層を形成する段階と、 前記導電層の両側のエピタキシャル層及び上部半導体基
    板の第1導電型ウェル領域に第2導電型不純物領域を形
    成する段階と、を備えることを特徴とする半導体デバイ
    スの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記エピタキシャル層は均一の厚さに形
    成することを特徴とする請求項5記載の半導体デバイス
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記新たに形成させた絶縁膜のうち下部
    半導体基板の第1導電型ウェルの箇所に形成されたもの
    はその下側に、先に形成されていた絶縁膜間の下部に形
    成されるのはそれらの絶縁膜が接触するように形成する
    ことを特徴とする請求項5記載の半導体デバイスの製造
    方法。
JP34827698A 1997-12-15 1998-12-08 半導体デバイス及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3455452B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR68703/1997 1997-12-15
KR1019970068703A KR100281110B1 (ko) 1997-12-15 1997-12-15 반도체소자및그제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11243210A true JPH11243210A (ja) 1999-09-07
JP3455452B2 JP3455452B2 (ja) 2003-10-14

Family

ID=19527304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34827698A Expired - Fee Related JP3455452B2 (ja) 1997-12-15 1998-12-08 半導体デバイス及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6031261A (ja)
JP (1) JP3455452B2 (ja)
KR (1) KR100281110B1 (ja)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188247B1 (en) 1999-01-29 2001-02-13 International Business Machines Corporation Method and apparatus for elimination of parasitic bipolar action in logic circuits for history removal under stack contention including complementary oxide semiconductor (CMOS) silicon on insulator (SOI) elements
US6278157B1 (en) * 1999-01-29 2001-08-21 International Business Machines Corporation Method and apparatus for elimination of parasitic bipolar action in logic circuits including complementary oxide semiconductor (CMOS) silicon on insulator (SOI) elements
US6365934B1 (en) 1999-01-29 2002-04-02 International Business Machines Corporation Method and apparatus for elimination of parasitic bipolar action in complementary oxide semiconductor (CMOS) silicon on insulator (SOI) circuits
US6261878B1 (en) * 1999-06-21 2001-07-17 Intel Corporation Integrated circuit with dynamic threshold voltage
US6686629B1 (en) * 1999-08-18 2004-02-03 International Business Machines Corporation SOI MOSFETS exhibiting reduced floating-body effects
TW469596B (en) * 2000-04-19 2001-12-21 Winbond Electronics Corp Structure of SOI having substrate contact
US6417078B1 (en) * 2000-05-03 2002-07-09 Ibis Technology Corporation Implantation process using sub-stoichiometric, oxygen doses at different energies
KR100510997B1 (ko) * 2000-06-29 2005-08-31 주식회사 하이닉스반도체 복합 반도체소자의 접합전극 형성방법
US7163864B1 (en) * 2000-10-18 2007-01-16 International Business Machines Corporation Method of fabricating semiconductor side wall fin
US6566848B2 (en) 2000-12-26 2003-05-20 Intel Corporation Auto-calibrating voltage regulator with dynamic set-point capability
US7009247B2 (en) * 2001-07-03 2006-03-07 Siliconix Incorporated Trench MIS device with thick oxide layer in bottom of gate contact trench
US7033876B2 (en) 2001-07-03 2006-04-25 Siliconix Incorporated Trench MIS device having implanted drain-drift region and thick bottom oxide and process for manufacturing the same
US7291884B2 (en) * 2001-07-03 2007-11-06 Siliconix Incorporated Trench MIS device having implanted drain-drift region and thick bottom oxide
US20060038223A1 (en) * 2001-07-03 2006-02-23 Siliconix Incorporated Trench MOSFET having drain-drift region comprising stack of implanted regions
KR100956711B1 (ko) * 2003-12-16 2010-05-06 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 실리콘-온-절연체 웨이퍼의 컨투어화 된 절연체 층 및 이의제조 프로세스
KR100593734B1 (ko) 2004-03-05 2006-06-28 삼성전자주식회사 채널부 홀 내 채널 영역을 갖는 반도체 장치의트랜지스터들 및 그 제조 방법들
KR100549007B1 (ko) * 2004-03-10 2006-02-02 삼성전자주식회사 펀치쓰루 방지막을 갖는 반도체 장치의 트랜지스터들 및그 제조 방법들
KR100655444B1 (ko) * 2005-09-26 2006-12-08 삼성전자주식회사 반도체 장치의 트랜지스터 구조체 및 그 제조 방법
US7566630B2 (en) * 2006-01-18 2009-07-28 Intel Corporation Buried silicon dioxide / silicon nitride bi-layer insulators and methods of fabricating the same
US7419858B2 (en) * 2006-08-31 2008-09-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Recessed-gate thin-film transistor with self-aligned lightly doped drain
US7998815B2 (en) * 2008-08-15 2011-08-16 Qualcomm Incorporated Shallow trench isolation
KR20160001817A (ko) * 2014-06-26 2016-01-07 삼성디스플레이 주식회사 금속 패턴의 형성 방법 및 표시 기판의 제조 방법
CN108807177B (zh) * 2017-05-05 2021-07-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件及其形成方法
US12598792B2 (en) * 2022-07-22 2026-04-07 Changxin Memory Technologies, Inc. Semiconductor structure and method for manufacturing the same which increases the channel length

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5869847A (en) * 1995-07-19 1999-02-09 The Hong Kong University Of Science & Technology Thin film transistor

Also Published As

Publication number Publication date
KR100281110B1 (ko) 2001-03-02
JP3455452B2 (ja) 2003-10-14
US6031261A (en) 2000-02-29
KR19990049708A (ko) 1999-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3455452B2 (ja) 半導体デバイス及びその製造方法
US6121077A (en) Silicon-on-insulator transistors having improved current characteristics and reduced electrostatic discharge susceptibility
JP3462301B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US6372559B1 (en) Method for self-aligned vertical double-gate MOSFET
US5349228A (en) Dual-gated semiconductor-on-insulator field effect transistor
TWI234283B (en) Novel field effect transistor and method of fabrication
JP3437132B2 (ja) 半導体装置
US7888743B2 (en) Substrate backgate for trigate FET
JP2716303B2 (ja) Mos形電界効果トランジスタの製造方法
EP0497216A2 (en) SOI transistor with pocket implant
JP3319215B2 (ja) 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
KR101355282B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
JPH1012887A (ja) トランジスタ素子及びその製造方法
US5399508A (en) Method for self-aligned punchthrough implant using an etch-back gate
CN100373594C (zh) 制造soi有源结构的方法和包括该结构的电路
JP3463593B2 (ja) 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JPH05343686A (ja) 半導体装置およびその製造方法
EP0700096A2 (en) SOI-field effect transistor und method for making the same
KR100259593B1 (ko) 반도체장치의 제조 방법
KR100263475B1 (ko) 반도체 소자의 구조 및 제조 방법
US6236089B1 (en) CMOSFET and method for fabricating the same
JPS63227059A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH04115538A (ja) 半導体装置
JP4265890B2 (ja) 絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法
JPH03793B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070725

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120725

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130725

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees