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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung
eines SOI (Silicon On Insulator = Silizium auf Isolator)-Substrates und
ein Herstellungsverfahren davon, und im Besonderen auf eine Vorrichtungsstruktur,
bei der dieses Merkmal in dem Siliziumschicht-Abschnitt der Halbleitervorrichtung
eingesetzt wird.
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In
einem SOI-Substrat, ist eine Siliziumschicht auf einer Schicht mit
Isolatoreigenschaften ausgebildet, eine so genannte BOX-Oxidschicht. Diese
Siliziumschicht wird durch ein Trench-Struktur – oder ein LOGOS (Local Oxidation
Of Silicon = lokale Oxidation des Siliziums)-Verfahren isoliert,
um die Vorrichtung zu isolieren. Das Trench-Verfahren, bei dem eine
Nut durch das Ätzen
der Siliziumschicht und das Entfernen der Oxidschicht in der Nut
ausgebildet wird, ist in „IEEE
ELECTRON DEVICE LETTERS; Vol. 6, Juni 1995" und anderen offenbart. Die Kosten der
Isolation unter Verwendung der Trench-Struktur sind hoch, da die
Anzahl der Vorgänge,
die für
die Ausbildung der Trench-Struktur benötigt werden, größer ist
als bei dem LOCOS-Verfahren.
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Die
Isolation der Vorrichtung für
SOI durch das LOCOS-Verfahren ist in „Proceedings IEEE Intr. SOI
conf., 116 (1995)" offenbart.
Eine SOI-MOS-Vorrichtung mit LOCOS-Isolation ist auch aus der
US-A-5,656,537 bekannt. Entsprechend
dem LOCOS-Verfahren, wird eine dünne
Siliziumschicht, deren Querschnitt ein Dreieck ist, zwischen einer
LOCOS-Oxidschicht und einer BOX-Oxidschicht ausgebildet, und diese
Schicht bildet den parasitären
MOSFET. Dieser parasitäre
MOSFET beeinträchtigt
erheblich die gegenwärtige
Eigenschaft des ursprünglichen
(unter der Annahme, dass kein MOSFET besteht) MOSFET. Diese Beeinträchtigung
wird Stromüberhöhung genannt,
da sie wie eine Überhöhung aussieht,
die auf der Stromcharakteristik ausgebildet wird. Die Schwellenwertspannung,
bei der der parasitäre
MOSFET besteht, ist niedriger als die des ursprünglichen MOSFETs.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren
für eine
Halbleitervorrichtung der SOI-Struktur bereitzustellen, die das
Ausbilden eines parasitären
MOSFETs verhindert.
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Um
das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung mit SOI-Struktur nach Anspruch 1 gekennzeichnet,
wobei die Unteransprüche
bevorzugte Ausführungsbeispiele
dieses Verfahrens definieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 ein
Teil einer Querschnittsansicht einer SOI-Vorrichtungsstruktur ist,
die durch das Verfahren des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
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2 eine
Ansicht ist, die Simulationsergebnisse der Strom-Spannungscharakteristiken
einer SOI-Vorrichtungsstruktur
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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3 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtungsstruktur
gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
Querschnittsansicht ist, die Herstellungsverfahren zeigt, die sich
von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
absetzen;
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5 eine
Querschnittsansicht ist, die ein anderes Herstellungsverfahren einer
SOI-Vorrichtungsstruktur
gemäß einem
ersten Beispiel außerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung zeigt;
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6 ein
Teil einer Querschnittsansicht einer SOI-Vorrichtungsstruktur gemäß einem
zweiten Beispiel außerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung ist;
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7 eine
Ansicht ist, die Simulationsergebnisse der Strom-Spannungscharakteristiken
der SOI-Vorrichtungsstruktur
zeigt;
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8 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtungsstruktur
des zweiten Beispiels zeigt;
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9 eine
Teilquerschnittsansicht einer SOI-Vorrichtungsstruktur gemäß einem
dritten Beispiel außerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung ist;
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10 eine
Ansicht ist, die Simulationsergebnisse der Strom-Spannungscharakteristiken
einer SOI-Vorrichtungsstruktur
des dritten Beispiels zeigt;
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11 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates
des dritten Beispiels zeigt;
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12 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtung
gemäß einem
vierten Beispiel außerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung zeigt;
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13 eine
Querschnittsansicht ist, die ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Herstellungsverfahrens einer SOI-Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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14 eine
Querschnittsansicht ist, die ein verändertes Beispiel eines zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Herstellungsverfahrens einer SOI-Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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15 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtung
gemäß einem
fünften
Beispiel außerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung zeigt; und
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16 eine
Querschnittsansicht ist, die ein verändertes fünftes Beispiel eines Herstellungsverfahrens
einer SOI-Vorrichtung zeigt.
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1 ist
ein Teil einer Querschnittsansicht einer SOI-Vorrichtungsstruktur,
die durch das Verfahren des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Eine SOI-Schicht 3 ist eine Siliziumschicht,
deren Dicke 400 bis 500 Angstrom ist (1 Angstrom = 10 Nanometer),
die auf einer BOX-Oxidschicht 2 ausgebildet ist, deren
Dicke ungefähr
400 bis 500 Angstrom ist, welche auf einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet
ist. Ein Teil der SOI-Schicht 3 wird durch ein LOCOS-Verfahren oxidiert
und wird zu einer LOCOS-Oxidschicht 4, deren Schichtdicke
ungefähr
400 Angstrom ist. Eine Gate-Oxidschicht 5, deren Schichtdicke
relativ dünn ist
(in der Nähe
von ungefähr
70 Angstrom), ist auf der SOI-Schicht ausgebildet. Polysilizium 6,
deren Schichtdicke 2500 bis 3000 Angstrom ist, welches als das Gate
dient, wird auf der Gate-Oxidschicht 5 bereitgestellt.
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Der
in 1 offenbarte Grenzbereich 10 zwischen
der SOI-Schicht 3 und der LOCOS-Oxidschicht 4 weist
eine dreieckige Form auf, wobei sie eher senkrecht verläuft als
die herkömmliche
Grenzbereichs-Linie 11.
Um ein tatsächliches
Beispiel zu geben, wird in der SOI-Vorrichtungsstruktur des ersten
Ausführungsbeispiels
das Verhältnis
der Breite zur Höhe
(die senkrechte Linie 13) des dreieckigen Abschnittes,
der durch den Grenzbereich 10 zwischen der LOCOS-Oxidschicht 4 und
der SOI-Schicht 3 ausgebildet ist, als 1:4 festgelegt,
wobei die Höhe
durch die senkrechte Linie 13 der SOI-3 in der
Richtung der Dicke beschrieben wird, und wobei die Breite als der
Abstand zwischen einem Kreuzungspunkt der senkrechten Linie (13)
mit der BOX-Oxidschicht (2) und dem Kreuzungspunkt (12) zwischen
der SOI-Schicht (3), der LOCOS-Oxidschicht (4)
und der BOX-Oxidschicht (2) definiert wird.
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Gemäß dieser
Art der Struktur kann die Unterdrückung der durch einen parasitären Transistor verursachten
Beeinträchtigung
erwartet werden. 2 ist eine Ansicht, welche Simulationsergebnisse
einer Strom-Spannungscharakteristik einer SOI-Vorrichtungsstruktur
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles
zeigt. Der Drainstrom Id ist auf der vertikalen Achse aufgetragen,
und der Gatevorspannungsstrom Vg ist auf der horizontalen Achse
aufgetragen. 1e-05 in 2 bedeutet 1 × 105. Verglichen mit den idealen Stromeigenschaften „A", wo der Parasittransistor
nicht ausgebildet ist, wird der Sperr-Reststrom der Stromeigenschaft „B" des ersten Ausführungsbeispieles
um eine Stelle eingeschränkt.
Verglichen mit den Stromeigenschaften „C", wo das Verhältnis der Basis zu der Höhe des dreieckigen
Abschnittes der SOI-Struktur 1:1 ist, ist eine erhebliche Verbesserung
ersichtlich und es ist möglich,
gemäß 2 zu
beweisen, dass dies die gleiche ist, wie die ideale Stromeigenschaft „A".
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3(A) bis 3(C) sind
Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtungsstruktur
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
zeigen. Bezug nehmend auf diese Figuren wird nachfolgend ein Herstellungsverfahren
einer SOI-Vorrichtungsstruktur des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Zu
allererst wird ein SIMOX (Separation by Implementation of Oxygen
= Trennung durch die Implementierung von Sauerstoff)-Substrat erstellt,
in dem die BOX-Oxidschicht 2, deren Dicke ungefähr 1000
bis 1500 Angstrom ist, und die SOI-Schicht 3, deren Dicke
ungefähr
500 Angstrom ist, aufgetragen und ausgebildet werden. Die Gate-Oxidschicht 5,
deren Dicke 70 Angstrom ist, und eine Nitridschicht 7, deren
Dicke 500 Angstrom ist, werden aufeinander folgend auf der SOI-Schicht 3 des
SIMOX-Substrates (3(A)) ausgebildet.
Die Schichtdicke der SOI-Schicht 3 reduziert sich auf ungefähr 400 Angstrom
in Folge der Gate-Oxidschicht 5, welche ausgebildet, nachfolgend
verarbeitet wird usw..
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Als
nächstes
wird ein Teil der SOI-Schicht 3, der Gate-Oxidschicht 5,
und der Nitridschicht 7 des Abschnittes entfernt, in dem
die LOCOS-Oxidschicht ausgebildet wird (3(B)).
Das Volumen der entfernten SOI-Schicht 3 ist ungefähr 300 Angstrom, was
3/4 der ursprünglichen
Schichtdicke von ungefähr
400 Angstrom ist. Folglich wird die Schichtdicke einer SOI-Schicht 3A nach
der Entfernung zu 100 Angstrom, was 1/4 der Schichtdicke der ursprünglichen
SOI-Schicht 3 ist.
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Danach
wird die SOI-Schicht 3A durch die Implementierung des LOCOS-Oxidverfahrens (3(C)) zu der LOCOS-Oxidschicht 4 umgewandelt.
Der dreieckige Abschnitt der SOI-Schicht 2, der in dem
Grenzbereich zwischen der BOX-Oxidschicht 2 und der umgewandelten
SOI-Schicht 3 ausgebildet ist, verringert sich und das
Verhältnis
der Basis zu der Höhe
und wird 1:4 oder kleiner.
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Die 4(A) und 4(B) sind
Querschnittsansichten, die Herstellungsverfahren zeigen, die im
Gegensatz zu dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel stehen. Das
Verfahren von 4(A) entspricht dem
von 3(B), und das Volumen der entfernten SOI-Schicht 3 ist
bei ungefähr
80 Angstrom definiert, was 1/5 der ursprünglichen Schichtdicke von ungefähr 400 Angstrom
ist. Folglich wird die Schichtdicke einer SOI-Schicht 3B nach
der Abtragung ungefähr 320
Angstrom, was 4/5 der Schichtdicke der ursprünglichen SOI-Schicht 3 ist.
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Danach
wird die SOI-Schicht 3B durch die Implementierung des LOCOS-Oxidverfahrens (4(B)) zu einer LOCOS-Oxidschicht 4B umgewandelt.
Der dreieckige Abschnitt der SOI-Schicht 3, der in dem Grenzbereich
zwischen der SOI-Schicht 3 und der umgewandelten LOCOS-Oxidschicht 4B ausgebildet
ist, wächst
weit in die LOCOS-Oxidschicht 4B hinein, und folglich wird
das Verhältnis
der Basis zu der Höhe
ungefähr
1:1.
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Es
ist allgemein anerkannt, dass das Volumenverhältnis des in die Oxidschicht
hinein erodierten und sich nach oben erstreckenden Siliziums 0,44:0,56
ist. Infolgedessen, wenn die Schichtdicke der SOI-Schicht 3A,
die in die LOCOS-Oxidschicht 4 umgewandelt ist, dünn ist,
kann die Länge
(das Volumen des Abschnittes der SOI-Schicht, die sich in die LOCOS-Oxidschicht 4 hinein
erstreckt) der Basis des dreieckigen Abschnittes des Grenzbereiches
kurz gehalten werden.
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Die 5(A) bis 5(C) sind
Querschnittsansichten, die das erste Beispiel eines anderen Herstellungsverfahrens
einer SOI-Vorrichtungsstruktur zeigen. Bezug nehmend auf diese Figuren
wird das Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtungsstruktur des
ersten Beispiels erläutert.
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Zu
allererst wird das SIMOX-Substrat vorbereitet, indem die SOI-Schicht 3,
deren Schichtdicke ungefähr
500 Angstrom ist, und die BOX-Oxidschicht 2, deren Schichtdicke
ungefähr
1000 bis 1500 Angstrom ist, aufgetragen und auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet
werden. Die Gate-Oxidschicht 5, deren Schichtdicke ungefähr 70 Angstrom
ist, und die Nitridschicht 7, deren Schichtdicke ungefähr 500 Angstrom
ist, werden aufeinander folgend auf der SOI-Schicht 3 des
SIMOX-Substrates (5(A)) ausgebildet.
Die Schichtdicke der SOI-Schicht 3 vermindert sich auf
ungefähr
400 Angstrom aufgrund der Ausbildung der Gate-Oxidschicht 5 und
der nachfolgend implementierten Verarbeitung.
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Als
nächstes
wird der Teil der Nitridschicht 7, die die LOCOS-Oxidschicht
bildet, die Gate-Oxidschicht 5 und die SOI-Schicht 3 entfernt.
Die Nitridschicht 7, die Gate-Oxidschicht 5 und
die SOI-Schicht 3 werden durch schräges Ätzen (5(B))
entfernt. Das schräge Ätzen kann
durch ein reaktives Ionen-Ätzverfahren
etc. ausgeführt
werden. Hinsichtlich des Volumens der SOI-Schicht 3, die
durch dieses schräge Ätzen entfernt
wird, ist es notwendig, dass das Ätzen soweit wie ungefähr ¾ der ursprünglichen
Schichtdicke ausgeführt
wird, wie es bereits in dem Herstellungsverfahren der Erfindung,
das in 3 gezeigt ist, erläutert ist. Obwohl das zu entfernende
Volumen der SOI-Schicht 3 von der Ätzbedingung abhängt, ist
es zweckmäßig, dass eine
Schicht entfernt wird, deren Dicke ungefähr 200 Angstrom ist, welches
ungefähr ½ der Schichtdicke ist.
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Danach
wird ein Teil der SOI-Schicht 3C in die LOCOS-Oxidschicht 4C durch
das Ausführen
des LOCOS-Oxidverfahrens umgewandelt. Solange der dreieckige Abschnitt
der SOI-Schicht 3, die in dem Grenzbereich zwischen der
SOI-Schicht 3 und der LOCOS-Oxidschicht 4C ausgebildet
ist, durch schräges Ätzen überäzt wird,
vermindert er sich, und das Verhältnis
der Basis zu der Höhe
wird 1:4 oder das Verhältnis
der Basis wird kleiner als dieses Verhältnis.
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Die 6(A) und 6(B) sind
teilweise Querschnittsansichten, die eine SOI-Vorrichtungsstruktur des
zweiten Beispieles zeigen. Wie es in 6(A) für ein SOI-Substrat 60,
das in dem zweiten Beispiel verwendet wird, gezeigt ist, wird eine
Nitridschicht 63, deren Schichtdicke ungefähr 1150
Angstrom ist, auf einer BOX-Oxidschicht 62 ausgebildet,
deren Schichtdicke ungefähr
1000 bis 1500 Angstrom ist, welche auf einem Siliziumsubstrat 61 ausgebildet
ist.
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Eine
SOI-Schicht 64, deren Schichtdicke ungefähr 500 Angstrom
ist, ist auf der Nitridschicht 63 ausgebildet. Ein Teil
des SOI-Substrates 60 wird durch das LOCOS-Verfahren oxidiert
und dann wird ein Teil der SOI-Schicht 64 zu einer LOCOS-Oxidschicht 65,
deren Schichtdicke ungefähr
400 Angstrom ist. Eine Gate-Oxidschicht 66, deren Schichtdicke
vergleichsweise dünn
ist, wird auf der SOI-Schicht 64 ausgebildet,
und Polysilizium 67, das als ein Gate dient, wird auf einer
Gate-Oxidschicht 66 (6(B))
ausgebildet.
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Wenn
die SOI-Schicht 3 entsprechend den herkömmlichen Verfahren in 1 oxidiert
und zu der LOCOS-Oxidschicht 4 umgewandelt wird, wird die
LOCOS-Oxidschicht gebildet und berührt die BOX-Oxidschicht 2. Die SOI-Schicht 3 als
Vorrichtungsbereich (Kanalbereich) wird dann in der Richtung nach
oben von der BOX-Oxidschicht 2 oxidiert.
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Als
ein Ergebnis dieses Phänomens
erhält die
SOI-Schicht 3 einen so genannten flotierenden Zustand,
wie es die Simultanergebnisse anzeigen. Wie es in 7(A) und 7(B), welche eine Querschnittsansicht
des Hauptteiles von 7(A) ist, gezeigt
ist, wird eine dünne
SOI-Schicht in dem Grenzbereich zwischen der SOI-Schicht 3 und
der LOCOS-Oxidschicht 4 ausgebildet.
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Für das SOI-Substrat,
das in dem zweiten Beispiel eingesetzt wird, wird jedoch die Nitridschicht 63 auf
der BOX-Oxidschicht 62 ausgebildet. Da die Nitridschicht
die Oxidation der Siliziumschicht zu der Oxidschicht nicht beschleunigt,
kann es nicht nachgewiesen werden, dass das Phänomen, in dem die SOI-Schicht 64 des
Vorrichtungsabschnittes (Kanalabschnittes) in der Aufwärts-Richtung
von der Nitridschicht 63 oxidiert wird, nicht auftritt.
Folglich, wie es die Simulationsergebnisse anzeigen, wie es in 7(C) und 7(D) dargestellt
ist, welche eine Querschnittsansicht der Hauptteile von 7(C) ist, solange die Oxidierung des untersten
Abschnittes selbst in dem Grenzbereich zwischen der SOI- Schicht 65 und
der SOI-Schicht 64 nicht ausgeführt wird, wird die SOI-Schicht 64 vergleichsweise dick
ausgebildet.
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Wie
es oben erläutert
ist, solange die Nitridschicht 63 zwischen der BOX-Oxidschicht 62 und
der SOI-Schicht 64 ausgebildet
ist, kann die Oxidation in der Richtung von dem untersten Abschnitt
der SOI-Schicht 64 eingeschränkt werden.
Die Schichtdicke der SOI-Schicht 64 des Grenzabschnittes
zwischen der SOI-Schicht 64 und der LOCOS-Oxidschicht 65 kann
daher aufrecht erhalten werden. Ferner, da die BOX-Oxidschicht 62 unterhalb
der Nitridschicht 63 ist, wird es erwartet, dass Leckprobleme basierend
auf den starren Eigenschaften der Nitridschicht durch eine Spannungsentlastung
infolge der Oxidschicht vermindert werden können.
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Die 8(A) bis 8(D) sind
Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtungsstruktur
des zweiten Beispiels zeigen. Bezug nehmend auf diese Figuren wird
ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtungsstruktur des zweiten Beispiels
erläutert.
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Zu
allererst werden Sauerstoff-Ionen in das Siliziumsubstrat 61 (8(A)) injiziert, welches bereits vorbereitet
worden ist. Eine Sauerstoff enthaltende Schicht 62A wird
in einem vorgegebenen Tiefenabschnitt des Siliziumsubstrates 61 durch
diese Ioneninjektion ausgebildet, und eine Siliziumschicht 64A verbleibt
auf der Oberfläche
(8(B)). Die Sauerstoffioneninjizierung
wird gesteuert, um die Sauerstoff enthaltende Schicht 62A in
einem Abschnitt auszubilden, dessen Tiefe ungefähr 1650 bis 3150 Angstrom ist.
Als nächstes
werden Nitrid-Ionen in das Siliziumsubstrat 61 injiziert,
in dem die Sauerstoff enthaltende Schicht 62A ausgebildet
worden ist. Eine Nitrid enthaltende Schicht 63A wird auf
der Sauerstoff enthaltenden Schicht 62A durch diese Ioneninjizierung
(8(C)) ausgebildet. Da es für die Nitridschicht 63 typisch
ist, durch Hitzebehandlung verzerrt zu werden, wird die Nitridioneninjizierung
gesteuert, um die Schichtdicke der Nitrid enthaltenden Schicht 63A auf
ungefähr
1150 Angstrom zu regeln, welche 500 bis 1650 Angstrom von der Oberfläche ist.
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Dann
wird die Sauerstoff enthaltende Schicht 62A in die BOX-Oxidschicht 62 umgewandelt,
die Nitrid enthaltende Schicht 63A wird in die Nitridschicht 63 umgewandelt,
und das SOI-Substrat, welches eine Voraussetzung für 6(A) ist, wird durch das Anwenden der
Hitzebehandlung (8(D)) ausgebildet.
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Die 9(A) und 9(B) sind
Teilschnittansichten einer SOI-Vorrichtungsstruktur des dritten
Beispiels. Wie es in 9(A) gezeigt
ist, wird eine Nitridschicht 93, deren Dicke ungefähr 1150
Angstrom ist, als ein SOI-Substrat 90 ausgebildet, das
in dem dritten Beispiel verwendet wird. Eine SOI-Schicht 94, deren
Schichtdicke ungefähr
500 Angstrom ist, wird auf der Nitridschicht 93 ausgebildet.
Ein Teil des SOI-Substrates 90, das in dem dritten Beispiel
eingesetzt wird, wird durch das LOCOS-Verfahren oxidiert und ein
Teil der SOI-Schicht 94 wird zu einer LOCOS-Oxidschicht 95,
deren Schichtdicke 400 Angstrom ist. Eine vergleichsweise dünne Gate-Oxidschicht 96,
deren Schichtdicke ungefähr
70 Angstrom ist, wird auf der SOI-Schicht 94 ausgebildet.
Eine Polysiliziumschicht 97, die als das Gate dient, deren Schichtdicke
2500 bis 3000 Angstrom ist, ist auf der Gate-Oxidschicht 96 (9(B)) vorgesehen.
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Wie
bereits in den 7(A) und 7(B) erläutert, wird die dünne SOI-Schicht 3 in
dem Grenzbereich zwischen der SOI-Schicht 3 und der LOCOS-Oxidschicht 4 ausgebildet.
Die Nitridschicht 93 wird auf dem SOI-Substrat ausgebildet,
das in dem dritten Ausführungsbeispiel
anstelle der BOX-Oxidschicht 2 angesetzt wird. Da die Nitridschicht
nicht die Oxidation der Siliziumschicht zu der Oxidschicht beschleunigt,
tritt ein Phänomen,
in dem die SOI-Schicht 94 als der Vorrichtungsabschnitt
(Kanalabschnitt) in der Richtung nach oben von der Nitridschicht 93 oxidiert
wird, nicht auf. Folglich, wie es in den Simulationsergebnissen
dargestellt ist, wie in 10(A) und 10(B) gezeigt sind, welches der vergrößerte Bereich
von 10(A) ist, während der Grenzbereich zwischen
der SOI-Schicht 94 und der LOCOS-Oxidschicht 95 nicht
in der Richtung von dem untersten Abschnitt oxidiert wird, wird
die SOI-Schicht 94 vergleichsweise dick ausgebildet.
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Wie
es in der obigen Erläuterung
gezeigt ist, während
die Nitridschicht 93 in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
anstelle der BOX-Oxidschicht ausgebildet wird, kann die Oxidation
in der Richtung von dem untersten Abschnitt der SOI-Schicht 94 eingeschränkt werden.
Das Ergebnis davon ist, dass die Schichtdicke der SOI-Schicht 94 in
dem Grenzbereich zwischen der SOI-Schicht 94 und der LOCOS-Oxidschicht 95 aufrechterhalten werden
kann. Darüber
hinaus, während
die herkömmliche
BOX-Oxidschicht einfach in die Nitridschicht umgewandelt wird, steigern
sich nicht die Herstellungsverfahren und die Implementierung kann einfach
durchgeführt
werden.
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Die 11(A) bis 11(C) sind
Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates
des dritten Beispiels zeigen. Bezug nehmend auf diese Figuren wird
das Herstellungsverfahren des SOI-Substrates erläutert, das in dem dritten Beispiel
angesetzt wird.
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Zu
allererst werden Nitrid-Ionen in ein vorbereitetes Siliziumsubstrat 9 (11(A)) injiziert. Infolge dieser Ioneninjizierung
wird eine Nitrid enthaltende Schicht 93A in einem vorgegebenen
Tiefenbereich des Siliziumsubstrates 61 ausgebildet, und
eine Siliziumschicht 94A verbleibt auf der Oberfläche 11(B)). Die Nitridioneninjizierung wird
derart gesteuert, dass die Nitrid enthaltende Schicht 93A in
einem Abschnitt ausgebildet wird, dessen Tiefe ungefähr 500 Angstrom
bis 1650 Angstrom von der Oberfläche
ist. Während
es für
die Nitridschicht 93 typisch ist, durch Wärmebehandlung
verzerrt zu werden, wird die Nitridinjizierung derart gesteuert,
dass die Schichtdicke der Nitrid enthaltenden Schicht 93A ungefähr 1150
Angstrom ist. Die Nitrid enthaltende Schicht 93A wird in
die Nitridschicht 93 durch Wärmebehandlung umgewandelt,
und das SOI-Substrat 90, welches eine Voraussetzung für 9(A) ist, wird ausgebildet (11(C)). Das Herstellungsverfahren des
SOI-Substrates, das in dem dritten Beispiel eingesetzt wird, hat
einen Vorteil, dass unerwartete chemische Reaktionen des Sauerstoffs,
des Stickstoffs und anderer Bestandteile vermieden werden können verglichen
mit dem Herstellungsverfahren des SOI-Substrates, das in dem zweiten
Beispiel angesetzt wird. Darüber
hinaus, während
die Ioneninjizierung nur einmal ausgeführt wird, bestehen Vorteile darin,
dass die Verfahren vereinfacht und die Herstellungskosten daher
reduziert werden.
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Die 12(A) bis 12(D) sind
Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtung
des vierten Beispieles zeigen. Bezug nehmend auf diese Figuren wird
das Herstellungsverfahren der SOI-Vorrichtung des vierten Beispieles
erläutert.
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Eine
Maskenschicht 123 wird auf einem unwesentlich größeren Bereich
als ein Feldoxidschicht ausgebildet, die einen ebenen Bereich 122 des
vorbereiteten Siliziumsubstrates 121 (12(A))
bidet. Die Maskenschicht 123 unterliegt keiner Einschränkung vorausgesetzt,
dass sie nicht den Durchtritt von Sauerstoffionen ermöglicht.
Die Sauerstoffionen werden in das Siliziumsubstrat 121 injiziert,
in welchem diese Maskenschicht 123 ausgebildet ist. Infolge
dieser Ioneninjizierung wird die Sauerstoff enthaltende Schicht 124A in
einen vorgegebenen Tiefenbereich des Siliziumsubstrates 121 mit
Ausnahme des Bereiches, in dem Maskenschicht 123 ausgebildet
ist, ausgebildet und eine Siliziumschicht 125A verbleibt
auf der Oberfläche
(12(B)). Die Sauerstoffioneninjizierung
wird derart gesteuert, dass die Sauerstoff enthaltende Schicht 124A in
einen Bereich ausgebildet wird, dessen Tiefe ungefähr 1650
bis 3150 Angstrom von der Oberfläche
des Siliziumsubstrates 121 ist.
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Die
Sauerstoff enthaltende Schicht 124A wird dann durch Anwenden
der Wärmebehandlung
in eine BOX-Oxidschicht 124 (12(C))
umgewandelt. Infolge dieser Wärmebehandlung,
wenn die Sauerstoff enthaltende Schicht 124A in die BOX-Oxidschicht 124 umgewandelt
wird, wächst
die BOX-Oxidschicht 124 in seitlicher Richtung. Folglich wird
die BOX-Oxidschicht 124 nicht in dem untersten Bereich
der Feldoxidschicht ausgebildet, die den ebenen Bereich 122 bildet.
Anschließend
wächst durch
Implementierung des LOCOS-Oxidverfahrens eine Feldoxidschicht 126 in
der Richtung nach unten in Bezug auf das Siliziumsubstrat 121.
Die Feldoxidschicht 126 wird eine Struktur aufweisen, in
der die BOX-Oxidschichten 124, die in dem Siliziumsubstrat vorgesehen
sind, verbunden sind (12(D)). Dadurch
wird die letztendliche Form der SOI-Vorrichtung des vierten Beispiels
nahezu die gleiche Form aufweisen, wie in dem Fall, in dem die SOI-Vorrichtung
mit dem SIMOX-Substrat mit der herkömmlichen BOX-Oxidschicht ausgebildet
ist. Betrachtet man einen Bereich im Detail, wie es in 12(D) gezeigt ist, bilden die Endbereiche
der Feldoxidschicht 126, nämlich die Grenzbereiche der
BOX-Oxidschicht 124,
die in dem Siliziumsubstrat 121 ausgebildet sind, einen
Spalt ähnlichen
Bereich 129. Dies zeigt die Feldoxidschicht 126,
die in der Richtung nach unten wächst.
Während
die Feldoxidschicht in der Richtung nach unten wächst, verringert sich das Wachstum
in der seitlichen Richtung verglichen mit dem, wenn das herkömmliche
SIMOX-Substrat angesetzt wird. Dadurch wird die Oxidation in der
Richtung von dem untersten Abschnitt abgeschwächt, und eine Ausbildung in
einer relativ dünnen
Schicht wird in dem Grenzzustand zwischen der Feldoxidschicht 126 und
einer SOI-Schicht 127 erhalten.
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Die 13(A) und 13(B) sind
Schnittansichten, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtung
des fünften
bevorzugten Ausführungsbeispieles zeigen.
Bezug nehmend auf diese Figuren wird das Herstellungsverfahren der
SOI-Vorrichtung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert.
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Ein
SIMOX-Substrat wird vorbereitetet, indem eine SOI-Schicht 133,
deren Schichtdicke ungefähr
500 Angstrom ist, und eine BOX-Oxidschicht 132, deren Schichtdicke
ungefähr
1000 bis 1500 Angstrom ist, aufgetragen und auf einem Siliziumsubstrat 131 ausgebildet
werden. Eine Gate-Oxidschicht 135, deren Schichtdicke ungefähr 70 Angstrom
ist, und eine Nitridschicht 136, deren Schichtdicke ungefähr 500 Angstrom
ist, werden aufeinander folgend auf der SOI-Schicht 133 dieses
SIMOX-Substrates ausgebildet. Die Schichtdicke der SOI-Schicht 133 verringert
sich auf ungefähr
400 Angstrom aufgrund des Ausbildens und nachfolgenden Verarbeitens
der Gate-Oxidschicht 135 etc. Als nächstes wird ein Teil des Bereiches
der SOI-Schicht 133, der Gate-Oxidschicht 135 und
der Nitridschicht 135, die eine LOCOS-Oxidschicht 137 ausbildet,
entfernt. Das Volumen der entfernten SOI-Schicht 133 ist
ungefähr
300 Angstrom, was ¾ der
ursprünglichen Schichtdicke
von ungefähr
400 Angstrom ist, in gleicher Weise wie das Herstellungsverfahren
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Folglich wird die Schichtdicke der SOI-Schicht nach dem Entfernen ungefähr 100 Angstrom,
was ¼ der
Schichtdicke der ursprünglichen
SOI-Schicht 133 ist.
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Anschließend werden
Verunreinigungen in das gesamte Substrat unter Verwendung der Nitridschicht 136 als
Maske (13(A)) implantiert. Infolge
dieses Implantats werden Fremdkörper
in die SOI-Schicht 134 als
den Feldoxidschicht eingeführt, der
den ebenen Bereich bildet, welcher dann ein Bereich hoher Dichte
wird. Die SOI-Schicht 134 wird zu der LOCOS-Oxidschicht 137 durch
die Implementierung des LOCOS-Oxidverfahrens umgewandelt. Ferner
wird ein Gate-Polysilizium 138 ausgebildet, nachdem die
Nitridschicht 136 entfernt ist, und die endgültige SOI-Vorrichtungsstruktur
wird erhalten (13(B)). Ein Bereich
mit hoher Dichte 139 wird in dem untersten Bereich des
dreieckigen Abschnittes der SOI-Schicht 133 ausgebildet,
der in dem Grenzbereich zwischen der SOI-Schicht 133 und der umgewandelten
LOCOS-Oxidschicht 137 ausgebildet ist. Dies ist ein Abschnitt
des Bereiches mit hoher Dichte der verbleibenden SOI-Schicht 134.
Ein Teil des Bereiches mit hoher Dichte dient nicht als eine MOS-Struktur,
da ein Kanalabschnitt ein Gereicht mit hoher Dichte wird, selbst
wenn die Parasit-MOS-Struktur ausgebildet wird.
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Während ein
Bereich mit hoher Dichte in einem Abschnitt mit einer dünnen SOI-Schicht 133 Dicke
besteht, wird die elektrische Auswirkung durch den parasitären MOS
ausgestaltet, und die Stromüberhöhung kann
eliminiert werden. Obwohl die SOI-Schicht als die Feldoxidschicht,
die den ebenen Bereich bildet, auf ¼ der ursprünglichen
SOI-Schicht in der gleichen Art und Weise wie das Herstellungsverfahren
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles
verringert wird, kann in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
dieses Abtragungsvolumen weniger als ¾ sein, da der Bereich mit
hoher Dichte ausgebildet wird.
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Die 14(A) und 14(B) sind
Schnittansichten, die ein verändertes
Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer SOI-Vorrichtung des
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
dieser Erfindung zeigen. Bezug nehmend auf diese Figuren wird das
veränderte
Beispiel des Herstellungsverfahrens der SOI-Vorrichtung des zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Nachdem
eine Gate-Oxidschicht 145 und eine Nitridschicht 147 aufeinander
folgend auf dem SIMOX-Substrat
ausgebildet werden, wird ein Teils der Nitridschicht 147 als
LOCOS-Oxidschicht, die den ebenen Bereich bildet, eine Gate-Oxidschicht 145,
und eine SOI-Schicht 143 in der gleichen Art und Weise
wie in 13(A) entfernt. Verunreinigungen
werden indirekt in das gesamte Substrat unter Verwendung der Nitridschicht 147 als
die Maske (14(A)) implantiert. Durch
diese indirekte Implantierung werden Fremdkörper in die Endabschnitte der
SOI-Schicht 134 als der Feldoxidschicht-Formebenenbereich und die SOI-Schicht 133 als
der Kanalabschnitt eingeführt,
um ein Bereich mit hoher Dichte 146 zu bilden.
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Anschließend wird
der Bereich mit hoher Dichte 146 durch die Implementierung
des LOCOS-Oxidvorganges
zu einer LOCOS-Oxidschicht 144 umgewandelt. Ferner wird
ein Gate-Polysilizium 148 ausgebildet und eine endgültige SOI-Vorrichtungsstruktur
wird erhalten, nachdem die Nitridschicht 147 entfernt ist
(14(B)). Ein Bereich mit hoher Dichte 149,
der größer als
der Bereich mit hoher Dichte 139 ist, der in 13(B) gezeigt ist, wird in dem untersten
Abschnitt des dreieckigen Abschnittes der SOI-Schicht 143 ausgebildet,
die in dem Grenzabschnitt zwischen der SOI-Schicht 143 und der
umgewandelten LOCOS-Oxidschicht 144 ausgebildet ist. Dies
entsteht dadurch, dass der Bereich mit hoher Dichte in dem Endabschnitt
der SOI-Schicht 143 des Kanalabschnittes durch die indirekte
Implantierung ausgebildet wird. Der Bereich mit hoher Dichte dient
nicht als MOS in der gleichen Art und Weise, wie es in 13(B) gezeigt ist, da der Kanalabschnitt zum
Bereich mit hoher Dichte wird, selbst wenn die parasitäre MOS-Struktur
ausgebildet ist.
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Da
der Bereich mit hoher Dichte, dessen Größe verglichen mit jener von 13(B) vergrößert ist, in einem Abschnitt
mit einer dünnen
Schicht SOI-Schicht 143 besteht, wird die elektrische Einflussnahme
durch den parasitären
MOS vermindert, und die Stromüberhöhungs-Charakteristik
kann verbessert werden. Gemäß diesem
veränderten
Beispiel ist es kein Problem, dass die Volumenabtragung der SOI-Schicht 143 verglichen
mit jener des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels vermindert
werden kann, wie es in den 13(A) und 13(B) gezeigt ist.
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15 ist
eine Schnittansicht, die ein Herstellungsverfahren einer SOI-Vorrichtung
des fünften Beispiels
zeigt. Bezug nehmend auf diese Figur wird das Herstellungsverfahren
der SOI-Vorrichtung des fünften
Beispiels erläutert.
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Eine
SOI-Vorrichtung wird auf dem SOI-Substrat, das in dem zweiten Beispiel
eingesetzt wird, in der gleichen Art und Weise wie das zweite bevorzugte
Ausführungsbeispiel
ausgebildet. Folglich ist die SOI-Vorrichtungsstruktur von 15 die
gleiche wie die 6(B) mit Ausnahme
der Ausbildung des Polysiliziums 67. Das Herstellungsverfahren
des fünften Beispiels
wendet eine durch Schwellenwert gesteuerte Implantation bei der
SOI-Vorrichtung an, deren Struktur wie in 6(B) ist.
Die Energie der durch Schwellenwert gesteuerte Implantation wird
derart gesteuert, dass der Spitzenwert der Fremdkörper geringer
ist als die SOI-Schicht 64, wie es in der Grafik auf der
rechten Seite von 15 gezeigt ist. Um ein tatsächliches
Beispiel zu geben, kann eine voreingestellte Schwellenwertspannung
in dem Abschnitt erhalten werden, der als Kanal der SOI-Schicht 64 verwendet
wird. Weitere Implantation ist möglich
unter Verwendung einer Kombination von Implantationsenergie und
der Dosierung des Fremdkörpervolumens derart,
dass die Fremdkörperdichte
in der SOI-Schicht 64 und insbesondere in dem untersten Abschnitt
des Grenzbereiches einer Feldoxidschicht höher wird.
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In
dem fünften
Beispiel besteht ein Vorteil, wenn die Schwellenspannungssteuerung
und die Verbesserung der Stromüberhöhungs-Charakteristik zur
gleichen Zeit implementiert werden infolge der Tatsache, dass das
oben beschriebene Implantierungsverfahren ausgeführt wird. Es ist annehmbar, dass
der gesamte unterste Abschnitt der SOI-Schicht 64 die Fremdkörperschicht
mit hoher Dichte wird, da die Schichtdicke der SOI-Schicht 64 erhalten
wird, die notwendig ist, um den Schwellenwert zu steuern. Obwohl
das SOI-Substrat des fünften
Beispiels das gleiche wie das SOI-Substrat des zweiten Beispiels ist,
ist es möglich,
dass das SOI-Substrat, das in dem dritten Beispiel verwendet wird,
oder ein herkömmliches
SIMOX-Substrat verwendet werden kann.
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16 ist
eine Schnittansicht, die ein verändertes
Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer SOI-Vorrichtung des fünften Beispiels zeigt. Bezug nehmend
auf 16, wird das veränderte Beispiel des Herstellungsverfahrens
der SOI-Vorrichtung des fünften
Beispiels erläutert.
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In
dem veränderten
Beispiel wird die SOI-Vorrichtung in der gleichen Art und Weise
wie das fünfte
Beispiel ausgebildet, bei dem die durch Schwellenwert gesteuerte
Implantation verwendet wird. Danach wird die durch Schwellenwert
gesteuerte Implantation implementiert, wie es durch das Bezugszeichen 160 der
Grafik von 16 dargestellt ist. Eine so
genannte Ausgleichsdotierung, bei der Ionen, deren Polarität elektrisch
entgegengesetzt zu den Ionen, die in der durch Schwellenwert gesteuerten
Implantation verwendet werden, dotiert werden, wird mit einem Fremdkörper-Dichteprofil,
wie es in dem Bezugszeichen 160 der Grafik von 16 gezeigt
ist, angewendet. Durch das zweimalige Implementieren der Fremdkörperimplantation,
zeigt die SOI-Schicht 64 letztendlich das Fremdkörperdichteprofil,
wie es durch das Bezugszeichen 162 der Grafik von 16 gezeigt
ist.
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Wie
es in der oben detaillierten Beschreibung gezeigt ist, kann entsprechend
der vorliegenden Erfindung der Stromeinfluss, die so genannte „Stromüberhöhung", durch den parasitären MOS-Transistor, der in
dem Grenzabschnitt zwischen dem LOCOS-Oxidabschnitt und der SOI-Schicht
ausgebildet ist, eingeschränkt
werden.