JPS605070B2 - Mos構造電界効果半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Mos構造電界効果半導体デバイスの製造方法

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JPS605070B2
JPS605070B2 JP7745976A JP7745976A JPS605070B2 JP S605070 B2 JPS605070 B2 JP S605070B2 JP 7745976 A JP7745976 A JP 7745976A JP 7745976 A JP7745976 A JP 7745976A JP S605070 B2 JPS605070 B2 JP S605070B2
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single crystal
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忍 福永
剛 山野
晶彦 安岡
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は絶縁物単結晶基板上に作成されたMOS構造
電界効果トランジスタ(以下MOSFETと略する)の
製造方法の改良に関するものである。
従来、絶縁物単結晶基板上に形成されたシリコンェピタ
キシャル成長層をSOI(Silicononlnsの
ator)と称し、特にこの絶縁物単結晶基板がサフア
イヤである場合には、SOS(SilicononSa
pphire)と呼ばれ、このSOSシリコンェピタキ
シャル成長層を用いて作成されたMOSFET、および
このMOSFETを構成要素とする集積回路などの半導
体デイバスは、高速動作特性を有し、かつ低消費電力の
点から注目され、期待がもたれている。
しかしながら、このSOSシリコンエピタキシヤル成長
層を用いて作成された半導体デバイスには、そのサフア
ィヤ基板が高価である上、熱的ストレスに対しては弱く
、急熱急冷を避けるため例えば高温拡散炉への出し入れ
などの作業には数分間の長時間を必要とし、その作業性
が悪いこと、およびサフアィャ基板の電位が浮動的であ
るがために、MOSFETのドレィン電流が異常に増大
する異常電流増大現象(KinkEf企ct)がおこり
、このMOSFETを構成要素とする半導体デバイスの
消費電力も増大すること、ならびにSOSシリコ Jン
ェピタキシャル成長層の結晶の不完全性に伴う低易動度
に起因するチャンネルコンダクタンスの低下、およびそ
の結晶欠陥が多いことに起因するソースドレィンリーク
電流の増大などの多くの欠点があった。
Zこの明細書では、S
OIまたはSOSのシリコンェピタキシャル成長層を用
いて作成されたMOSFETおよび半導体デバイスを、
それぞれSOIMOS FETおよびSOIデバイス、
またはSOSMOS FETおよびSOSデバイスとよ
ぶことにする。この発明は、上述のSOSデバイスの欠
点に鑑みてなされたもので、安価でしかも動作の安定な
SOIデバイスを得ることを目的とする。以下、この発
明によるSOIMOSFETの製造方法の一実施例を、
図a〜dにそれぞれ示す縦断面図で説明する。
図aは、シリコンSi基板1上に炭化シリコンSIC層
2を気相成長させる第1の工程を示す。
この工程において、SIC層2をSi基板1上の気相成
長法で例えばモノシラン(SiH4)とプロパン(C3
比)とを高温にて熱分解して約1〆の層厚に成長させる
。この気相成長法で成長させたSIC層2は、Siと格
子間隔がロングレンジで合っているので、単結晶で、か
つその比抵抗が数十KQ・弧の高抵抗で、実質的には絶
縁物とみなし得るものである。このSIC層2は、サフ
アイヤに比べて、非常に安価な絶縁物単結晶であるとと
もに、熱的ストレスに対しても強く、急熱急冷を要する
作業にも十分使用し得るものである。図bは、上言己S
IC層2に所要形状パターンのホトレジスト材からなる
マスク3を用いて選択エッチングを施しSi基板1を露
出させた関口部4を形成する第2の工程を示す。
この工程において形成される開口部4は、後述するSO
IMOSFETのチャンネル領域が形成されるSiェピ
タキシャル成長層を、この関口部4内のSi基板1の表
面に直接接触させてェピタキシャル成長させることがで
きるようにするために、設けられるものである。
図cは、上記開ロ部4内のSj基板1の表面を被覆する
とともにSIC層2上にェピタキシャル成長法でシリコ
ンェピタキシャル成長層5を成長させる第3の工程を示
す。
この工程において、Siェピタキシヤル成長層5にSi
基板1上に関口部4のパターンに相当する形状パターン
の凹部6が形成される。
この凹部6内のSi基板1上のSiェピタキシャル成長
層5は言うまでもなく、SIC層2上のSiェピタキシ
ャル成長層5も単結晶である。このように、Siェピタ
キシャル成長層5が単結晶であることは、この発明の重
要な基本である。図dは、上記凹部6内のSiェピタキ
シャル成長層5にチャンネル形成領域8が形成されるよ
うにSIC層2上のSiェピタキシャル成長層5にドレ
ィン領域9およびソース領域10を形成する第4の工程
を示す。
この工程において、Siェピタキシヤル成長層5を、選
択エッチングによってその凹部6とその周辺部とからな
る所要形状パターンのSiェピタキシャル成長層5に作
成し、このSiェピタキシャル成長層5上にその凹部6
内と周辺部の一部とにまたがって所要形状パターンのゲ
ート絶縁膜7を設け、このゲート絶縁膜7直下でSi基
板1に直接接触して形成されたSiェピタキシヤル成長
層5にチャンネル形成領域8の全部または大部が形成さ
れるように、不純物の選択拡散によりドレィン領域9、
およびソース領域10が形成される。
この不純物の選択拡散時に形成される、チャンネル形成
領域8とドレィン領域9との拡散接合11が凹部6内の
SIC層2の端緑とSで示す間隔をおいてSi基板1上
に、およびチャンネル形成領域8とソース領域10との
拡散接合12がSIC層2上に形成されるようにする。
以上述べた工程の後工程は、全く従釆のSOSMOSF
ETの作成工程と同様で、ゲート絶縁膜7上に所要形状
パターンのゲート電極13を設け、つづいてゲート電極
13、ドレィン領域9、およぴソース領域10の面上に
、それぞれ所要形状パターンの閉口部を有するフィール
ド絶縁膜14を施し、これらの閉口部内のゲート電極1
3、ドレィン領域9、およびソース領域10と、それぞ
れ抵抗接触するアルミニウム膜の配線15a,15bお
よび15cを形成して、所要のSOIMOSFETが作
成される。
このように作成されたこの発明によるSOIMOSFE
Tは、従来のSOSMOSFETとを対比して、ドレィ
ン領域9とチャンネル形成領域8とで形成される拡散接
合11、およびチャンネル形成領域8がいずれもSi基
板1に直接接触している点で異っている。
即ち、この発明によるSOIMOSFETでは、拡散接
合1 1、およびチャンネル形成領域8がいずれもSi
基板1上にェピタキシャル成長されたホモェピタキシヤ
ル成長層で形成されているのに対し、従来のSOSMO
SFETでは、サフアィャ基板上にェピタキシャル成長
されたへテロヱピタキシャル成長層で形成されている点
である。この相異点が、半導体デバイスの性能に与える
影響は極めて大きく、ホモェピタキシャル成長層である
場合には、格子欠陥例えば転位密度が、ヘテロェピタキ
シャル成長層の1ぴ〜1ぴ伽‐2であるのに比べ、3桁
以上少なくできるので、キャリャ易動度が改善され、チ
ャンネルコンダクタンスを向上させることができる。ま
た、この場合には、ドレィン空乏層における階電流をも
減少させることができるので、従来のSOSデバイスと
異なり、その用途をC−MOSスタチック動作に限定す
る必要もなく、ダイナミック動作も可能であり、またノ
ベィポーラ素子への適用をも可能とするうえに、チャン
ネル形成領域がSi基板と同一導電形であるので、基板
の電位が浮動的になることがなく、ドレィン電流の異常
電流増大現象をも防止することができる。更に、この発
明によるSOIデバイスには、従来のSOSデバイスの
利点である素子間の分離も、Siェピタキシャル成長層
5の選択エッチング除去で完全に行うことができるばか
りか、ドレィン接合容量もSIC層2により減少させる
ことができる。上記実施例では、拡散接合11が関口部
4内に形成されているため、間隔Sに相当する容量が増
大するので、間隔Sをできるだけ小さく、SIC層2の
端縁に接するようにすることがのぞましい。
また、拡散接合11が関口部4内に形成されることは必
ずしも必要ではない8なお、上記実施例では、シリコン
半導体基板上にSIC層を形成し、このSIC層上に形
成されたシリコンェピタキシャル成長層を用いるSOI
MOSFETの製造方法について述べてきたが、この発
明はこれに限定されることなく、Si以外の半導体単結
晶基板上に絶縁物単結晶層を形成し、この絶縁物単結晶
層上に上記半導体単結晶基板と同一半導体のェピタキシ
ャル成長層を形成し、この半導体ェピタキシャル成長層
を用いるMOS構造電界効果半導体デバイスの製造方法
に適用することができる。
以上、詳述したように、この発明によるMOS構造電界
効果半導体デバイスの製造方法は、半導体単結晶基板上
に絶縁物単結晶層を形成し、この絶縁物単結晶層を選択
エッチング除去して上記半導体単結晶基板を露出させる
関口部を設け、この閉口部を被覆するとともに上言己絶
縁物単結晶層上に上記半導体結晶のェピタキシャル成長
層を形成することによって、上記半導体結晶基板の露出
関口部内に上記半導体結晶のホモェピタキシヤル成長層
が形成され、このホモェピタキシヤル成長層に上記半導
体デバイスのチャンネル形成領域の少なくとも一部が形
成されるように作成するので、この発明による上記半導
体デバイスには、そのチャンネル形成領域半導体結晶層
に格子欠陥が少なく、よってキャリャ易動度が改善され
、チャンネルコンダクタンスの向上のほか、ドレィン空
乏層における階電流の減少を図ることなどの効果がある
【図面の簡単な説明】
函a〜dはそれぞれこの発明によるSOIMOSFET
の製造方法の一実施例を示す縦断面図である。 図において、1はシリコン基板、2は炭化シリコン層、
3はマスク、4は開□部、5はシリコンェピタキシヤル
成長層、6は凹部、7はゲート絶縁膜、8はチャンネル
形成領域、9はドレイン領域、10はソース領域、11
、および12は拡散接合、13はゲート電極、14はフ
ィールド絶縁膜、15a,15b,および15cはそれ
ぞれアルミニウム膜配線を示す。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。 (Q) (b) (C) (〆)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体単結晶基板上に絶縁物単結晶層を形成する第
    1の工程、この絶縁物単結晶層を選択エツチングし、所
    要形状パターンの上記半導体単結晶基板を露出させた開
    口部を形成する第2の工程、この開口部内の半導体単結
    晶基板上および上記絶縁物単結晶層上にわたり連って上
    記半導体単結晶基板と同一半導体のエピタキシヤル成長
    層を成長させる第3の工程、ならびにチヤンネル形成領
    域の全部または大部分が上記エピタキシヤル成長層の上
    記半導体単結晶基板と接する部分に構成されるようにソ
    ース領域およびドレイン領域を形成する第4の工程を備
    えたMOS構造電界効果半導体デバイスの製造方法。 2 チヤンネル形成領域とドレイン領域との接合面が開
    口部内にあるようにする特許請求の範囲第1項記載のM
    OS構造電界効果半導体デバイスの製造方法。 3 チヤンネル形成領域とドレイン領域との接合面が開
    口部端にあるようにする特許請求の範囲第1項記載のM
    OS構造電界効果半導体デバイスの製造方法。 4 半導体単結晶基板にシリコン単結晶基板を用いたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のい
    ずれかに記載のMOS構造電界効果半導体デバイスの製
    造方法。 5 絶縁物単結晶層に炭化シリコン単結晶層を用いたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のMOS構造
    電界効果半導体デバイスの製造方法。
JP7745976A 1976-06-29 1976-06-29 Mos構造電界効果半導体デバイスの製造方法 Expired JPS605070B2 (ja)

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JPS6350454U (ja) * 1986-09-22 1988-04-05

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