JP2000323716A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JP2000323716A
JP2000323716A JP11131867A JP13186799A JP2000323716A JP 2000323716 A JP2000323716 A JP 2000323716A JP 11131867 A JP11131867 A JP 11131867A JP 13186799 A JP13186799 A JP 13186799A JP 2000323716 A JP2000323716 A JP 2000323716A
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insulating film
layer
substrate
forming
semiconductor
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So Nakayama
創 中山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device, which has a semiconductor layer in SOI structure improving element characteristics while preventing a drop in threshold voltage, a kink phenomenon, etc., and its manufacture. SOLUTION: This semiconductor device has a gate electrode 30 formed on a channel formation region of the semiconductor layer 10a in the SOI structure, source and drain regions (11 and 12) formed in the semiconductor layer at both side of the gate electrode, and a back-gate electrode 31 formed across a back-gate insulating film 26 buried in an insulating film below the channel formation region and the insulating film 23 is thicker below the channel formation region than below the source and drain regions and the semiconductor layer 10a is thinner in the channel formation region than in the source and drain regions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特にSOI(Silicon On InsulatorまたはSe
miconductor On Insulator)構造の半導体層を有する半
導体装置およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an SOI (Silicon On Insulator or
The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor layer having a semiconductor on insulator (miconductor on insulator) structure and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS(Metal Oxide Semiconductor )
電界効果トランジスタ(MOSFET;MOS Field Effe
ct Transistor )を搭載するLSIの高集積化および高
性能化に伴い、SOI構造の半導体層を有する半導体装
置が注目を集めている。SOI構造では、酸化シリコン
などの絶縁膜により完全な素子分離がなされるため、ソ
フトエラーやラッチアップが抑制され、集積度の高いL
SIにおいても高い信頼性が得られる。また、拡散層の
接合容量を減らすことができるので、スイッチングに関
する充放電が少なくなり、高速化および低消費電力化に
対して有利となる。
2. Description of the Related Art MOS (Metal Oxide Semiconductor)
Field Effect Transistor (MOSFET; MOS Field Effe
2. Description of the Related Art Along with the high integration and high performance of an LSI mounted with a ct transistor, a semiconductor device having a semiconductor layer having an SOI structure has attracted attention. In the SOI structure, complete element isolation is performed by an insulating film such as silicon oxide, so that soft errors and latch-up are suppressed, and L
High reliability is also obtained in SI. In addition, since the junction capacitance of the diffusion layer can be reduced, charging / discharging related to switching is reduced, which is advantageous for higher speed and lower power consumption.

【0003】上記のSOI構造を有するMOSFETに
おいては、ゲート電極直下のシリコン活性層の厚さは閾
値電圧などの素子特性に影響するパラメータとして薄
く、また、ソース領域およびドレイン領域の部分のシリ
コン活性層の厚さはそれらの寄生抵抗に影響するパラメ
ータとして厚くすることが望ましい。
In the MOSFET having the SOI structure, the thickness of the silicon active layer immediately below the gate electrode is small as a parameter affecting device characteristics such as a threshold voltage. It is desirable to increase the thickness as a parameter affecting their parasitic resistance.

【0004】上記のように、SOI構造を有するMOS
FETにおいて、局所的にSOI構造のシリコン活性層
(以下、SOI層ともいう)の厚さを変化させた構造と
して溝ゲート(Recessed Channel)と呼ばれる構造があ
り、その形成方法としていわゆるLOCOS(LOCal Ox
idation of Silicon)法を用いた次のようなプロセスが
知られている。上記の方法においては、まず、SOI構
造を有する半導体基板(以下、SOI基板ともいう)上
にゲート電極形成領域を局所的に開口したマスク層を形
成し、このマスク層をマスクとしてSOI層を熱酸化す
ることにより、ゲート電極形成領域に選択的に酸化シリ
コン膜を形成する。次に、この酸化シリコン膜を除去す
る。これによって、ゲート電極形成領域におけるSOI
層の表層部分が除去され、SOI層の表面が溝状に加工
される。以下、上記のように形成された溝の底部にゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極を形成し、所望のMOSF
ETとする。
As described above, a MOS having an SOI structure
In a FET, there is a structure called a trench gate (Recessed Channel) as a structure in which the thickness of a silicon active layer (hereinafter also referred to as an SOI layer) having an SOI structure is locally changed, and a so-called LOCOS (LOCal Ox) is used as a forming method thereof.
The following process using the idation of Silicon) method is known. In the above method, first, a mask layer in which a gate electrode formation region is locally opened is formed on a semiconductor substrate having an SOI structure (hereinafter, also referred to as an SOI substrate), and the SOI layer is heated using the mask layer as a mask. Oxidation selectively forms a silicon oxide film in the gate electrode formation region. Next, the silicon oxide film is removed. Thereby, the SOI in the gate electrode formation region
The surface portion of the layer is removed, and the surface of the SOI layer is processed into a groove shape. Hereinafter, a gate electrode is formed at the bottom of the groove formed as described above via a gate insulating film, and a desired MOSF is formed.
ET.

【0005】図11(a)は上記のようにして形成され
たMOSFETを有する半導体装置の平面図である。素
子分離絶縁膜I(20)により分離されたSOI構造の
半導体層SOI(10a)上にゲート電極G(30)が
形成されており、その両側部の半導体層SOI中がソー
ス・ドレイン領域となって、MOSFETが構成されて
いる。
FIG. 11A is a plan view of a semiconductor device having a MOSFET formed as described above. A gate electrode G (30) is formed on a semiconductor layer SOI (10a) having an SOI structure separated by an element isolation insulating film I (20), and the source / drain regions in the semiconductor layer SOI on both sides thereof. Thus, a MOSFET is configured.

【0006】図11(b)は図11(a)中のX−X’
における断面図、図11(c)は図11(a)における
Y−Y’における断面図である。支持基板100の張り
合わせ面Sの上面に、例えば酸化シリコンからなる層間
絶縁膜23が形成されており、その上層に素子分離絶縁
膜20に囲まれて、SOI構造のシリコン活性層(SO
I層)10aが形成されている。LOCOS法によりS
OI層10aのゲート電極領域を選択的に酸化して形成
された酸化膜を除去することにより、ゲート電極領域に
おけるSOI層10aの表面に溝Rが形成されている。
上記の溝Rに底部に例えば酸化シリコンからなるゲート
絶縁膜24を介して、例えばポリシリコンからなるゲー
ト電極30が形成されている。ゲート電極30の両側部
には例えば酸化シリコンのサイドウォール絶縁膜25が
形成されている。ゲート電極30の両側部のサイドウォ
ール絶縁膜25の下部におけるSOI層10a中には、
導電性不純物を低濃度に含有する低濃度拡散層11が形
成され、その両側部には低濃度拡散層11に接続して導
電性不純物を高濃度に含有する高濃度拡散層12が形成
され、LDD(Lightly Doped Drain )構造のソース・
ドレイン領域が形成されている。また、高濃度拡散層1
2の上層には、例えばチタンシリサイドやコバルトシリ
サイドなどの金属シリサイド層13が形成されている。
FIG. 11B is a view showing XX 'in FIG. 11A.
11 (c) is a cross-sectional view taken along line YY 'in FIG. 11 (a). An interlayer insulating film 23 made of, for example, silicon oxide is formed on the upper surface of the bonding surface S of the support substrate 100, and is surrounded by an element isolation insulating film 20 to form a silicon active layer (SOI structure) having an SOI structure.
I layer) 10a is formed. S by LOCOS method
A groove R is formed in the surface of the SOI layer 10a in the gate electrode region by removing an oxide film formed by selectively oxidizing the gate electrode region of the OI layer 10a.
A gate electrode 30 made of, for example, polysilicon is formed at the bottom of the groove R via a gate insulating film 24 made of, for example, silicon oxide. On both sides of the gate electrode 30, for example, a sidewall insulating film 25 of silicon oxide is formed. In the SOI layer 10a below the sidewall insulating film 25 on both sides of the gate electrode 30,
A low concentration diffusion layer 11 containing a conductive impurity at a low concentration is formed, and a high concentration diffusion layer 12 containing a conductive impurity at a high concentration is formed on both sides of the low concentration diffusion layer 11 by being connected to the low concentration diffusion layer 11. LDD (Lightly Doped Drain) structure source
A drain region is formed. In addition, the high concentration diffusion layer 1
A metal silicide layer 13 such as titanium silicide or cobalt silicide is formed on the upper layer 2.

【0007】上記の半導体装置は、LOCOS法により
ゲート電極形成領域のSOI層10a表層に形成された
酸化膜を除去することにより、SOI層10aの表面に
溝Rが形成されており、これによりゲート電極30の直
下領域のSOI層10aの膜厚が薄く、相対的にソース
・ソレイン領域のSOI層10aの膜厚が形成されてお
り、従ってSOI層に形成されたMOSFETの閾値電
圧や寄生抵抗などの素子特性を向上させることができ
る。
In the above semiconductor device, a groove R is formed on the surface of the SOI layer 10a by removing an oxide film formed on the surface of the SOI layer 10a in the gate electrode formation region by the LOCOS method. The thickness of the SOI layer 10a in the region directly below the electrode 30 is small, and the thickness of the SOI layer 10a in the source / sole region is relatively formed. Therefore, the threshold voltage and the parasitic resistance of the MOSFET formed in the SOI layer are reduced. Element characteristics can be improved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
SOI層に形成されたMOSFETにおいては、LOC
OS法により形成された酸化膜をエッチング除去する際
に、SOI層10aや素子分離絶縁膜20の表面もオー
バーエッチングによりエッチングされる。特に、ゲート
電極30の延伸方向のSOI層10a端部Zaにおいて
は、LOCOS法による酸化膜を形成するときに酸化が
進みやすく、さらにオーバーエッチング時に素子分離絶
縁膜側面からもSOI層10aがエッチングされるた
め、図11(c)に示すように、ゲート電極30の延伸
方向のSOI層10a端部Zaの膜厚が特に薄くなって
しまう。
However, in the MOSFET formed on the SOI layer, the LOC
When the oxide film formed by the OS method is removed by etching, the surfaces of the SOI layer 10a and the element isolation insulating film 20 are also etched by overetching. In particular, at the end Za of the SOI layer 10a in the direction in which the gate electrode 30 extends, oxidation easily proceeds when an oxide film is formed by the LOCOS method, and the SOI layer 10a is also etched from the side surface of the element isolation insulating film during overetching. Therefore, as shown in FIG. 11C, the thickness of the end Za of the SOI layer 10a in the extending direction of the gate electrode 30 becomes particularly small.

【0009】上記のように、ゲート電極30の延伸方向
のSOI層10a端部の膜厚が特に薄くなっており、M
OSFETを動作させた場合に、SOI層10a端部近
傍領域Zbに対して図中の矢印の方向から過大の電界が
集中して、この部分の閾値電圧の低下やキンク現象など
の素子特性にとって悪影響を引き起しやすい構造となっ
ている。
As described above, the thickness of the end of the SOI layer 10a in the extending direction of the gate electrode 30 is particularly small,
When the OSFET is operated, an excessive electric field concentrates on the region Zb near the end of the SOI layer 10a from the direction of the arrow in the drawing, which adversely affects the device characteristics such as a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon in this portion. Is easy to cause.

【0010】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、SOI構造の半導体層に形成
されたMOSFETなどの半導体素子において、閾値電
圧の低下やキンク現象などを防止しながら、素子特性を
向上させることができるSOI構造の半導体層を有する
半導体装置およびその製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent a threshold voltage drop, a kink phenomenon, and the like from occurring in a semiconductor element such as a MOSFET formed in a semiconductor layer having an SOI structure. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device having a semiconductor layer having an SOI structure capable of improving element characteristics and a method for manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、基板と、前記基板上に形成
された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたチャネル形
成領域を有する半導体層と、前記チャネル形成領域の上
層に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上
層に形成されたゲート電極と、前記ゲートの両側部にお
ける前記半導体層中に前記チャネル形成領域に接続して
形成されたソース・ドレイン領域と、前記チャネル形成
領域の下方において前記絶縁膜中に埋め込まれたバック
ゲート電極と、前記バックゲート電極と前記半導体層の
界面に形成されたバックゲート絶縁膜とを有し、前記絶
縁膜が前記半導体層側に部分的に張り出して、前記チャ
ネル形成領域の下方における前記絶縁膜の膜厚が、前記
ソース・ドレイン領域の下方における前記絶縁膜の膜厚
よりも厚く、前記チャネル形成領域における前記半導体
層の膜厚が、前記ソース・ドレイン領域における前記半
導体層の膜厚よりも薄く形成されている。
In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention comprises a substrate, an insulating film formed on the substrate, and a channel forming region formed on the insulating film. A semiconductor layer, a gate insulating film formed above the channel forming region, a gate electrode formed above the gate insulating film, and the semiconductor layer on both sides of the gate in the semiconductor layer. A source / drain region formed by connection, a back gate electrode buried in the insulating film below the channel forming region, and a back gate insulating film formed at an interface between the back gate electrode and the semiconductor layer The insulating film partially protrudes toward the semiconductor layer side, and the thickness of the insulating film below the channel formation region is equal to the source / drain Thicker than the thickness of the insulating film below the range, the film thickness of the semiconductor layer in the channel formation region is formed to be thinner than the thickness of the semiconductor layer in said source and drain regions.

【0012】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
素子分離絶縁膜により互いに分離された複数個の前記半
導体層が前記基板上に形成されており、前記複数個のう
ち、少なくとも1つの前記半導体層の下層の前記絶縁膜
が、前記半導体層側に部分的に張り出して、前記チャネ
ル形成領域における前記半導体層の膜厚が、前記ソース
・ドレイン領域における前記半導体層の膜厚よりも薄く
形成されている。
The semiconductor device of the present invention is preferably
A plurality of the semiconductor layers separated from each other by an element isolation insulating film are formed on the substrate, and among the plurality, the insulating film below at least one of the semiconductor layers is closer to the semiconductor layer. A portion of the semiconductor layer in the channel formation region is formed to be thinner than a portion of the semiconductor layer in the source / drain region.

【0013】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記半導体層にフルディプリーション型トランジスタと
パーシャルディプリーション型トランジスタが形成され
ている。あるいは好適には、前記複数個の半導体層のう
ち、前記絶縁膜が張り出した前記半導体層にフルディプ
リーション型トランジスタが形成され、前記絶縁膜が張
り出していない前記半導体層にパーシャルディプリーシ
ョン型トランジスタが形成されている。
The semiconductor device according to the present invention is preferably
A full depletion type transistor and a partial depletion type transistor are formed in the semiconductor layer. Alternatively, preferably, of the plurality of semiconductor layers, a full depletion type transistor is formed on the semiconductor layer on which the insulating film protrudes, and a partial depletion type transistor is formed on the semiconductor layer on which the insulating film does not protrude. A transistor is formed.

【0014】上記の本発明の半導体装置は、好適には、
前記半導体層がシリコン活性層である。また好適には、
前記ソース・ドレイン領域の上部が金属シリサイド層化
されている。
Preferably, the above-described semiconductor device of the present invention
The semiconductor layer is a silicon active layer. Also preferably,
An upper portion of the source / drain region is formed as a metal silicide layer.

【0015】上記の半導体装置によれば、SOI構造の
半導体層に形成されたバックゲートを有するMOSFE
Tにおいて、SOI構造の半導体層の下層の絶縁膜が半
導体層側に部分的に張り出して、MOSFETのチャネ
ル形成領域の下方における絶縁膜の膜厚が、ソース・ド
レイン領域の下方における絶縁膜の膜厚よりも厚く、こ
れにより、チャネル形成領域におけるSOI構造の半導
体層の膜厚が、ソース・ドレイン領域における半導体層
の膜厚よりも薄く形成されているので、SOI構造の半
導体層の端部近傍領域に過大の電界が集中したりするこ
とがなく、閾値電圧の低下やキンク現象などを防止しな
がら、素子特性を向上させることができる。
According to the above semiconductor device, the MOSFE having the back gate formed in the semiconductor layer having the SOI structure
At T, the insulating film below the semiconductor layer of the SOI structure partially protrudes toward the semiconductor layer, and the thickness of the insulating film below the channel formation region of the MOSFET is reduced below the source / drain region. The thickness of the semiconductor layer having the SOI structure in the channel formation region is smaller than the thickness of the semiconductor layer in the source / drain region. The element characteristics can be improved while preventing an excessive electric field from concentrating in the region and preventing a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon.

【0016】上記の構造は、同一基板上に互いに分離さ
れた上記のSOI構造の半導体層を複数個有し、フルデ
ィプリーション型トランジスタとパーシャルディプリー
ション型トランジスタを両方有するSOI構造のCMO
S半導体装置に適用することができる。さらに、1つの
SOI構造の半導体層においても、部分的にフルディプ
リーション型とパーシャルディプリーション型とを共有
する構造とすることもでき、両タイプのトランジスタの
デメリットを補強しあうように設計することで、特性を
さらに向上させることができる。ここで、フルディプリ
ーション型トランジスタとは、動作時に空乏層がSOI
構造の半導体層の下層の絶縁膜にまで達するトランジス
タであり、短チャネル効果による閾値変動に強いトラン
ジスタである。また、パーシャルディプリーション型ト
ランジスタとは、動作時に空乏層がSOI構造の半導体
層の下層の絶縁膜にまで達しないトランジスタであり、
シリコン活性層の膜厚のばらつき依存性が小さいトラン
ジスタである。
The above structure has a plurality of SOI structure semiconductor layers separated from each other on the same substrate, and has a SOI structure CMO having both a full depletion type transistor and a partial depletion type transistor.
It can be applied to an S semiconductor device. Further, even in a semiconductor layer having one SOI structure, a structure in which a full depletion type and a partial depletion type are partially shared can be employed, and the design is made so as to reinforce the disadvantages of both types of transistors. By doing so, the characteristics can be further improved. Here, a full depletion type transistor means that the depletion layer is SOI during operation.
It is a transistor that reaches the insulating film below the semiconductor layer having the structure, and is resistant to threshold fluctuation due to a short channel effect. In addition, a partial depletion type transistor is a transistor in which a depletion layer does not reach an insulating film below a semiconductor layer having an SOI structure during operation.
The transistor has a small dependency on the variation in the thickness of the silicon active layer.

【0017】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体装置の製造方法は、活性領域を有する半導体か
らなる第1基板に前記活性領域の一部を開口するマスク
層を形成する工程と、前記マスク層をマスクとして前記
マスク層の開口領域における前記第1基板の表層部に酸
化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去して前記第1
基板の表面に溝を形成する工程と、前記マスク層を除去
する工程と、前記溝内および当該溝に連続する前記第1
基板の上層に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上
方から第2基板を張り合わせる工程と、前記第1基板の
前記活性領域部分の所定の膜厚の半導体層を残して前記
第1基板を研磨する工程とを有する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a mask layer for partially opening the active region on a first substrate made of a semiconductor having an active region; Forming an oxide film on a surface layer portion of the first substrate in an opening region of the mask layer by using the mask layer as a mask;
Forming a groove in the surface of the substrate, removing the mask layer, and forming the first
Forming an insulating film on the upper layer of the substrate, bonding a second substrate from above the insulating film, and leaving the semiconductor layer of a predetermined thickness in the active region portion of the first substrate. Polishing the substrate.

【0018】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記マスク層を形成する工程の前に、前記第
1基板の素子分離領域に素子分離絶縁膜を形成する工程
をさらに有し、前記第1基板を研磨する工程において
は、前記素子分離絶縁膜をストッパとして研磨する。さ
らに好適には、前記素子分離絶縁膜を形成する工程が、
前記第1基板の素子分離領域に素子分離用溝を形成する
工程と、前記素子分離用溝内を絶縁体で埋め込む工程と
を含む。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, before the step of forming the mask layer, the method further includes a step of forming an element isolation insulating film in an element isolation region of the first substrate, and the step of polishing the first substrate includes the step of: Polishing is performed using the isolation insulating film as a stopper. More preferably, the step of forming the element isolation insulating film includes:
Forming a device isolation groove in the device isolation region of the first substrate; and filling the device isolation groove with an insulator.

【0019】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第1基板を研磨する工程の後、前記半導
体層の上層にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁膜の上層において前記溝の延伸方向にゲート電極
を形成する工程と、前記ゲート電極の両側部の前記半導
体層中にソース・ドレイン領域を形成する工程をさらに
有する。さらに好適には、前記マスク層を除去する工程
の後、前記溝内および当該溝に連続する前記第1基板の
上層に絶縁膜を形成する工程の前に、前記溝の底部にバ
ックゲート絶縁膜を形成する工程と、前記バックゲート
絶縁膜の上層において前記溝の延伸方向にバックゲート
電極を形成する工程をさらに有し、前記溝内および当該
溝に連続する前記第1基板の上層に絶縁膜を形成する工
程においては、前記バックゲート電極を被覆して形成す
る。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, after the step of polishing the first substrate, a step of forming a gate insulating film in an upper layer of the semiconductor layer, and a step of forming a gate electrode in an extending direction of the groove in the upper layer of the gate insulating film; Forming a source / drain region in the semiconductor layer on both sides of the gate electrode. More preferably, after the step of removing the mask layer and before the step of forming an insulating film in the groove and on the first substrate overlying the groove, a back gate insulating film is formed on the bottom of the groove. Further comprising forming a back gate electrode in the direction in which the groove extends in the upper layer of the back gate insulating film, and forming an insulating film in the upper layer of the first substrate in the groove and continuous with the groove. Is formed by covering the back gate electrode.

【0020】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記絶縁膜を形成する工程の後、前記第2基
板を張り合わせる工程の前に、前記絶縁膜を平坦化する
工程をさらに有する。さらに好適には、前記絶縁膜を平
坦化する工程が化学的機械研磨処理工程である。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above comprises:
Preferably, the method further includes a step of flattening the insulating film after the step of forming the insulating film and before the step of bonding the second substrate. More preferably, the step of flattening the insulating film is a chemical mechanical polishing step.

【0021】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記第2基板を張り合わせる工程の前に、前
記第2基板の上層に張り合わせ層を形成する工程をさら
に有する。さらに好適には、前記張り合わせ層として酸
化シリコン層を形成する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
Preferably, before the step of bonding the second substrate, the method further includes a step of forming a bonding layer on an upper layer of the second substrate. More preferably, a silicon oxide layer is formed as the bonding layer.

【0022】上記の本発明の半導体装置の製造方法は、
好適には、前記絶縁膜を形成する工程の後、前記第2基
板を張り合わせる工程の前に、前記絶縁膜の上層に張り
合わせ層を形成する工程をさらに有する。さらに好適に
は、前記張り合わせ層としてポリシリコン層を形成す
る。また、さらに好適には、前記張り合わせ層を形成す
る工程の後、前記第2基板を張り合わせる工程の前に、
前記張り合わせ層を平坦化する工程をさらに有し、さら
に好適には、前記張り合わせ層を平坦化する工程が化学
的機械研磨処理工程である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
Preferably, after the step of forming the insulating film, before the step of bonding the second substrate, the method further includes a step of forming a bonding layer on the insulating film. More preferably, a polysilicon layer is formed as the bonding layer. More preferably, after the step of forming the bonding layer and before the step of bonding the second substrate,
The method further includes a step of flattening the bonding layer, and more preferably, the step of flattening the bonding layer is a chemical mechanical polishing process.

【0023】上記の半導体装置の製造方法は、活性領域
を有する半導体からなる第1基板の素子分離領域に素子
分離用溝を形成し、素子分離用溝内を絶縁体で埋め込む
方法などにより素子分離絶縁膜を形成した後、第1基板
の活性領域の一部を開口するマスク層を形成し、マスク
層をマスクとしてマスク層の開口領域における第1基板
の表層部に酸化膜を形成し、酸化膜を除去して第1基板
の表面に溝を形成する。次に、マスク層を除去し、溝内
および当該溝に連続する第1基板の上層に絶縁膜を形成
し、絶縁膜表面を化学的機械研磨処理などにより平坦化
した後に、あるいは、絶縁膜上にポリシリコンなどの張
り合わせ層を形成して、張り合わせ層表面を化学的機械
研磨処理などにより平坦化した後にその上方から第2基
板を張り合わせる。あるいは、第2基板を張り合わせる
前に、予め第2基板上に酸化シリコンなどの張り合わせ
層を形成しておいてから、第2基板を張り合わせる。次
に、素子分離絶縁膜をストッパとするなどして、第1基
板の活性領域部分の所定の膜厚の半導体層を残して第1
基板を研磨する。上記のSOI構造の半導体層の溝の延
伸方向に半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を形成し、さらにゲート電極の両側部の半導体層中にソ
ース・ドレイン領域を形成して、SOI構造の半導体層
に形成されたMOSFETを形成する。さらに、溝内お
よび当該溝に連続する前記第1基板の上層に絶縁膜を形
成する前に、予め溝の底部にバックゲート絶縁膜を介し
て溝の延伸方向にバックゲート電極を形成して、SOI
構造の半導体層に形成されたバックゲートを有するMO
SFETを形成する。
In the above-described method of manufacturing a semiconductor device, an element isolation groove is formed in an element isolation region of a first substrate made of a semiconductor having an active region, and the element isolation groove is filled with an insulator. After forming the insulating film, a mask layer that opens a part of the active region of the first substrate is formed, and an oxide film is formed on a surface layer of the first substrate in the opening region of the mask layer using the mask layer as a mask. The film is removed to form a groove on the surface of the first substrate. Next, the mask layer is removed, an insulating film is formed in the groove and on the first substrate continuous with the groove, and the surface of the insulating film is planarized by a chemical mechanical polishing treatment or the like, or Then, a bonding layer of polysilicon or the like is formed, and the surface of the bonding layer is flattened by a chemical mechanical polishing process or the like, and then the second substrate is bonded from above. Alternatively, before bonding the second substrate, a bonding layer such as silicon oxide is formed on the second substrate in advance, and then the second substrate is bonded. Next, the semiconductor layer having a predetermined thickness in the active region portion of the first substrate is left by using the element isolation insulating film as a stopper or the like.
Polish the substrate. Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film in a direction in which the trench of the semiconductor layer having the SOI structure extends, and further forming source / drain regions in the semiconductor layer on both sides of the gate electrode; A MOSFET is formed on the semiconductor layer having the structure. Further, before forming an insulating film in the groove and on the first substrate continuous with the groove, a back gate electrode is formed in advance in the direction in which the groove extends through the back gate insulating film at the bottom of the groove, SOI
MO having back gate formed in semiconductor layer having structure
Form an SFET.

【0024】上記の半導体装置の製造方法によれば、S
OI構造の半導体層にMOSFETなどの半導体素子を
形成する方法において、SOI構造の半導体層の下層の
絶縁膜が半導体層側に部分的に張り出して、MOSFE
Tのチャネル形成領域の下方における絶縁膜の膜厚が、
ソース・ドレイン領域の下方における絶縁膜の膜厚より
も厚く、これにより、チャネル形成領域におけるSOI
構造の半導体層の膜厚が、ソース・ドレイン領域におけ
る半導体層の膜厚よりも薄く形成することができる。従
って、SOI構造の半導体層の端部近傍領域に過大の電
界が集中したりすることがなく、閾値電圧の低下やキン
ク現象などを防止しながら、素子特性を向上させること
ができるSOI構造の半導体層を有する半導体装置を製
造することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device described above, S
In a method of forming a semiconductor element such as a MOSFET on a semiconductor layer having an OI structure, an insulating film below a semiconductor layer having an SOI structure partially projects to the semiconductor layer side to form a MOSFE.
The thickness of the insulating film below the channel formation region of T is
The thickness of the insulating film below the source / drain region is larger than that of the source / drain region.
The semiconductor layer having the structure can be formed to be thinner than the semiconductor layer in the source / drain regions. Therefore, an excessively large electric field does not concentrate in a region near the end of the semiconductor layer having an SOI structure, and a semiconductor having an SOI structure capable of improving device characteristics while preventing a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon. A semiconductor device having a layer can be manufactured.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】第1実施形態 図1(a)は本実施形態に係る半導体装置の平面図であ
る。素子分離絶縁膜I(20)により分離されたSOI
構造の半導体層SOI(10a)上にゲート電極G(3
0)が形成されており、その両側部の半導体層SOI中
がソース・ドレイン領域となって、MOSFETが構成
されている。
First Embodiment FIG. 1A is a plan view of a semiconductor device according to this embodiment. SOI separated by element isolation insulating film I (20)
The gate electrode G (3) is formed on the semiconductor layer SOI (10a) having the structure.
0) is formed, and the semiconductor layer SOI on both sides thereof is a source / drain region to constitute a MOSFET.

【0027】図1(b)は図1(a)中のX−X’にお
ける断面図、図1(c)は図1(a)におけるY−Y’
における断面図である。支持基板100の張り合わせ面
Sの上面に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜2
3が形成されており、その上層に素子分離絶縁膜20に
囲まれて、SOI構造のシリコン活性層(SOI層)1
0aが形成されている。SOI層10aの上層に、例え
ば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜24を介して、例
えばポリシリコンからなるゲート電極30が形成されて
いる。ゲート電極30の両側部には例えば酸化シリコン
のサイドウォール絶縁膜25が形成されている。ゲート
電極30の両側部のサイドウォール絶縁膜25の下部に
おけるSOI層10a中には、導電性不純物を低濃度に
含有する低濃度拡散層11が形成され、その両側部には
低濃度拡散層11に接続して導電性不純物を高濃度に含
有する高濃度拡散層12が形成され、LDD(Lightly
Doped Drain )構造のソース・ドレイン領域が形成され
ている。また、高濃度拡散層12の上層には、例えばチ
タンシリサイドやコバルトシリサイドなどの金属シリサ
イド層13が形成されている。
FIG. 1B is a sectional view taken along line XX 'in FIG. 1A, and FIG. 1C is a sectional view taken along line YY' in FIG.
FIG. An interlayer insulating film 2 made of, for example, silicon oxide is formed on the upper surface of the bonding surface S of the support substrate 100.
3 is formed, and a silicon active layer (SOI layer) 1 having an SOI structure is surrounded by an element isolation insulating film 20 thereon.
0a is formed. Over the SOI layer 10a, a gate electrode 30 made of, for example, polysilicon is formed via a gate insulating film 24 made of, for example, silicon oxide. On both sides of the gate electrode 30, for example, a sidewall insulating film 25 of silicon oxide is formed. A low-concentration diffusion layer 11 containing a conductive impurity at a low concentration is formed in the SOI layer 10a below the sidewall insulating film 25 on both sides of the gate electrode 30, and a low-concentration diffusion layer 11 is formed on both sides thereof. To form a high-concentration diffusion layer 12 containing conductive impurities at a high concentration.
A source / drain region having a Doped Drain structure is formed. A metal silicide layer 13 such as titanium silicide or cobalt silicide is formed on the high concentration diffusion layer 12.

【0028】ここで、上記のSOI層10aは、表面が
平坦な島状の形状を有している。ゲート電極30の下部
領域であるチャネル形成領域の下層の層間絶縁膜23が
SOI層10a側に張り出し部23aを有しており、こ
れに対応してSOI層10aにゲート電極の延伸方向に
溝Rが形成されている。従って、SOI層10aは、チ
ャネル形成領域における膜厚がソース・ドレイン領域に
おける膜厚よりも薄く形成されている。このため、ゲー
ト電極直下のシリコン活性層の厚さを十分に薄くして、
閾値電圧などのトランジスタ特性を向上させることがで
きる。また、ソース領域およびドレイン領域の部分のシ
リコン活性層の厚さを十分に厚くして、ソース・ドレイ
ン領域とシリコン活性層との界面の抵抗を小さくし、電
流駆動能力などのトランジスタ特性を向上させることが
できる。
Here, the SOI layer 10a has an island shape with a flat surface. The interlayer insulating film 23 below the channel formation region, which is the lower region of the gate electrode 30, has an overhanging portion 23a on the SOI layer 10a side. Correspondingly, a groove R is formed in the SOI layer 10a in the direction in which the gate electrode extends. Are formed. Accordingly, the SOI layer 10a is formed to have a smaller thickness in the channel formation region than in the source / drain regions. For this reason, the thickness of the silicon active layer immediately below the gate electrode is made sufficiently thin,
Transistor characteristics such as a threshold voltage can be improved. In addition, the thickness of the silicon active layer in the source region and the drain region is made sufficiently thick to reduce the resistance at the interface between the source / drain region and the silicon active layer, thereby improving transistor characteristics such as current driving capability. be able to.

【0029】また、上記の構造の半導体装置は、従来例
のようにゲート電極の延伸方向のSOI層端部の膜厚が
特に薄くなってしまうことがなく、従って、MOSFE
Tを動作させた場合に、SOI層端部近傍領域に対して
過大の電界が集中するのを防止し、この部分の閾値電圧
の低下やキンク現象などを防止しながら、素子特性を向
上させることができる。
Further, in the semiconductor device having the above structure, the thickness of the end of the SOI layer in the direction in which the gate electrode extends does not become particularly thin unlike the conventional example.
To prevent the excessive electric field from concentrating in the region near the edge of the SOI layer when T is operated, and to improve the device characteristics while preventing the threshold voltage from dropping and the kink phenomenon in this region. Can be.

【0030】上記の半導体装置の製造方法について、図
1(a)中のX−X’における断面図に相当する図面を
参照して説明する。まず、図2(a)に示すように、第
1シリコン半導体基板10の素子分離領域に素子分離用
溝を形成し、例えばCVD(Chemical Vapor Depositio
n )法などにより素子分離用溝内を酸化シリコンで埋め
込み、素子分離絶縁膜20を形成する。あるいは、例え
ばLOCOS法により形成することもできる。
The method of manufacturing the above-described semiconductor device will be described with reference to a drawing corresponding to a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. First, as shown in FIG. 2A, an element isolation groove is formed in an element isolation region of the first silicon semiconductor substrate 10 and, for example, CVD (Chemical Vapor Depositio).
The element isolation trench is filled with silicon oxide by the method n) to form an element isolation insulating film 20. Alternatively, it can be formed, for example, by the LOCOS method.

【0031】次に、図2(b)に示すように、例えばC
VD法により全面に窒化シリコンを堆積させ、フォトリ
ソグラフィー工程によりゲート電極形成領域を開口する
パターンPR の不図示のレジスト膜を形成し、RIE
(反応性イオンエッチング)などのエッチングを施して
溝形成領域を開口するパターンPR のマスク層21を形
成する。
Next, as shown in FIG.
Is deposited on the entire surface of silicon nitride by a VD process, a resist film is formed (not shown) of the pattern P R for opening the gate electrode forming region by a photolithography process, RIE
Forming a mask layer 21 of the pattern P R for opening the trench formation region is subjected to etching such as reactive ion etching ().

【0032】次に、図2(c)に示すように、例えばマ
スク層21をマスクとして熱酸化を行い、マスク層21
の開口領域における第1シリコン半導体基板10の表層
部に酸化膜22を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, thermal oxidation is performed using, for example, the mask layer 21 as a mask to form the mask layer 21.
An oxide film 22 is formed on the surface layer of the first silicon semiconductor substrate 10 in the opening region of FIG.

【0033】次に、図3(d)に示すように、例えばR
IEなどのエッチングにより酸化膜22を除去し、さら
に条件を変更したエッチングによりマスク層21を除去
する。この結果、第1シリコン半導体基板10のゲート
電極形成領域の表面に溝Rが形成される。
Next, as shown in FIG.
The oxide film 22 is removed by etching such as IE, and the mask layer 21 is further removed by etching with changed conditions. As a result, a groove R is formed on the surface of the first silicon semiconductor substrate 10 in the gate electrode formation region.

【0034】次に、図3(e)に示すように、例えばC
VD法により、BPSG(ホウ素およびリンを含有する
酸化シリコン)などの酸化シリコンを、上記の溝R内お
よび当該溝Rに連続する層間絶縁膜23の上層に全面に
堆積させ、層間絶縁膜23を形成する。このとき、溝R
内には層間絶縁膜23の張り出し部23aが形成され
る。次に、例えばCMP(Chemical Mechanical Polish
ing )法により層間絶縁膜23の表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG.
Silicon oxide such as BPSG (silicon oxide containing boron and phosphorus) is deposited on the entire surface of the trench R and over the interlayer insulating film 23 continuous with the trench R by the VD method. Form. At this time, the groove R
An overhang portion 23a of the interlayer insulating film 23 is formed therein. Next, for example, CMP (Chemical Mechanical Polish)
The surface of the interlayer insulating film 23 is planarized by the ing) method.

【0035】次に、図3(f)に示すように、層間絶縁
膜23の上面に、予め張り合わせ面を酸化して酸化シリ
コンの張り合わせ層(不図示)を形成した第2シリコン
半導体基板(支持基板)100を、張り合わせ面Sにお
いて張り合わせる。あるいは、層間絶縁膜23の上層
に、例えばCVD法によりポリシリコンなどの張り合わ
せ層(不図示)を積層させてもよく、この場合はCMP
法により張り合わせ層の表面を平坦化しておき、予め張
り合わせ面を研磨処理した第2シリコン半導体基板(支
持基板)100と張り合わせることもできる。張り合わ
せ処理の後、例えば850〜1100℃の温度の熱処理
により張り合わせ面Sを固着させる。
Next, as shown in FIG. 3 (f), a second silicon semiconductor substrate (support) in which a bonding surface (not shown) of silicon oxide is previously formed on the upper surface of the interlayer insulating film 23 by oxidizing the bonding surface. The substrate 100 is bonded on the bonding surface S. Alternatively, a bonding layer (not shown) made of polysilicon or the like may be laminated on the interlayer insulating film 23 by, for example, a CVD method.
The surface of the bonding layer may be flattened by a method and bonded to the second silicon semiconductor substrate (supporting substrate) 100 whose bonding surface has been polished in advance. After the bonding process, the bonding surface S is fixed by, for example, a heat treatment at a temperature of 850 to 1100 ° C.

【0036】次に、図4(g)に示すように、例えばC
MP法により第1シリコン半導体基板10の側から、素
子分離絶縁膜20をストッパとして研磨し、素子分離絶
縁膜20と層間絶縁膜23により島状に分離されたSO
I構造の半導体層(SOI層)10aを形成する。ここ
で、図面は図3(f)から上下関係を反対にして描いて
いる。
Next, as shown in FIG.
The MP is polished from the first silicon semiconductor substrate 10 side using the element isolation insulating film 20 as a stopper, and the SO separated into islands by the element isolation insulating film 20 and the interlayer insulating film 23.
A semiconductor layer (SOI layer) 10a having an I structure is formed. Here, the drawing is drawn upside down from FIG. 3 (f).

【0037】次に、図4(h)に示すように、例えば熱
酸化法によりSOI層10a表面にゲート絶縁膜24を
形成し、さらに例えばCVD法によりポリシリコンを全
面に堆積させ、必要に応じてポリシリコン層中にイオン
注入などにより導電性不純物を導入し、次に、フォトリ
ソグラフィー工程によりゲート電極のパターンのレジス
ト膜RG を形成する。このとき、レジスト膜RG は、上
記のSOI層10aに形成した溝Rの位置に沿ってパタ
ーニングする。次に、レジスト膜RG をマスクとしてR
IEなどのエッチングを施し、ゲート電極30をパター
ン形成する。
Next, as shown in FIG. 4H, a gate insulating film 24 is formed on the surface of the SOI layer 10a by, for example, a thermal oxidation method, and polysilicon is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method. Then, conductive impurities are introduced into the polysilicon layer by ion implantation or the like, and then a resist film RG having a gate electrode pattern is formed by a photolithography process. At this time, the resist film RG is patterned along the position of the groove R formed in the SOI layer 10a. Next, using the resist film RG as a mask, R
The gate electrode 30 is patterned by performing etching such as IE.

【0038】次に、図4(i)に示すように、ゲート電
極30をマスクとしてリンやホウ素などの導電性不純物
D1をイオン注入し、ゲート電極30の両側部における
SOI層10a中に導電性不純物を低濃度に含有する低
濃度拡散層11をゲート電極30に対して自己整合的に
形成する。
Next, as shown in FIG. 4I, a conductive impurity D1 such as phosphorus or boron is ion-implanted using the gate electrode 30 as a mask, and a conductive impurity D1 is formed in the SOI layer 10a on both sides of the gate electrode 30. A low concentration diffusion layer containing an impurity at a low concentration is formed in a self-aligned manner with respect to a gate electrode.

【0039】次に、図5(j)に示すように、例えばC
VD法により全面に酸化シリコンを堆積させ、次にRI
Eなどのエッチングによりエッチバックして、ゲート電
極30の両側部における部分を残して上記の酸化シリコ
ンを除去し、酸化シリコンのサイドウォール絶縁膜25
を形成する。
Next, as shown in FIG.
Silicon oxide is deposited on the entire surface by the VD method, and then RI
The silicon oxide is removed by etching back by etching such as E, leaving portions on both sides of the gate electrode 30, and the sidewall insulating film 25 of silicon oxide is removed.
To form

【0040】次に、図5(k)に示すように、サイドウ
ォール絶縁膜25をマスクとしてリンやホウ素などの導
電性不純物D2をイオン注入し、ゲート電極30の両側
部におけるSOI層10a中に導電性不純物を高濃度に
含有する高濃度拡散層12をゲート電極30に対して自
己整合的に低濃度拡散層11に接続するようにして形成
する。以上で、低濃度拡散層11と高濃度拡散層12か
らなるLDD構造のソース・ドレイン領域が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 5 (k), conductive impurities D2 such as phosphorus and boron are ion-implanted using the sidewall insulating film 25 as a mask, and the SOI layers 10a on both sides of the gate electrode 30 are implanted. The high-concentration diffusion layer 12 containing conductive impurities at a high concentration is formed so as to be connected to the low-concentration diffusion layer 11 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 30. As described above, the source / drain region having the LDD structure including the low concentration diffusion layer 11 and the high concentration diffusion layer 12 is formed.

【0041】次に、高濃度拡散層12の上層にチタンシ
リサイドあるいはコバルトシリサイドなどの金属シリサ
イド層を形成し、図1に示す半導体装置に至る。
Next, a metal silicide layer such as titanium silicide or cobalt silicide is formed on the high concentration diffusion layer 12 to arrive at the semiconductor device shown in FIG.

【0042】上記の本実施形態の半導体装置の製造方法
によれば、SOI構造の半導体層にMOSFETなどの
半導体素子を形成する方法において、SOI構造の半導
体層の下層の絶縁膜が半導体層側に部分的に張り出し
て、MOSFETのチャネル形成領域の下方における絶
縁膜の膜厚が、ソース・ドレイン領域の下方における絶
縁膜の膜厚よりも厚く、これにより、チャネル形成領域
におけるSOI構造の半導体層の膜厚が、ソース・ドレ
イン領域における半導体層の膜厚よりも薄く形成するこ
とができる。従って、SOI構造の半導体層の端部近傍
領域に過大の電界が集中したりすることがなく、閾値電
圧の低下やキンク現象などを防止しながら、素子特性を
向上させることができるSOI構造の半導体層を有する
半導体装置を製造することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment described above, in a method of forming a semiconductor element such as a MOSFET on a semiconductor layer having an SOI structure, an insulating film below a semiconductor layer having an SOI structure is formed on the semiconductor layer side. Partially overhanging, the thickness of the insulating film below the channel forming region of the MOSFET is larger than the thickness of the insulating film below the source / drain region, and thereby the thickness of the SOI structure semiconductor layer in the channel forming region is reduced. The thickness can be smaller than the thickness of the semiconductor layer in the source / drain regions. Therefore, an excessively large electric field does not concentrate in a region near the end of the semiconductor layer having an SOI structure, and a semiconductor having an SOI structure capable of improving device characteristics while preventing a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon. A semiconductor device having a layer can be manufactured.

【0043】本実施形態に係る半導体装置としては、上
記の構造のSOI型MOSFETによる閾値制御機能に
優れたフルディプリーション型トランジスタを基本素子
とし、一部のHeavy Load駆動部分にDTMOS(Dynami
c Threshold MOSFET)を使用することで、高速かつ低消
費電力化を計ることができる。ここで、DTMOSと
は、パーシャルディプリーション型トランジスタのボデ
ィとゲート電極と接続した構造のトランジスタである。
また、同一のSOI構造の半導体層(SOI層)のゲー
ト幅方向に、SOI層の膜厚の異なる領域を設けて、同
一素子内にフルディプリーション型とパーシャルディプ
リーション型のトランジスタを作り込むことも可能であ
る。
The semiconductor device according to the present embodiment is based on a full-depletion type transistor excellent in the threshold control function by the SOI type MOSFET having the above-described structure as a basic element, and a DTMOS (Dynami
By using c Threshold MOSFET), high speed and low power consumption can be achieved. Here, the DTMOS is a transistor having a structure in which a body and a gate electrode of a partial depletion type transistor are connected.
Further, regions having different thicknesses of the SOI layer are provided in the gate width direction of the semiconductor layer (SOI layer) having the same SOI structure to form a full depletion type transistor and a partial depletion type transistor in the same element. It is also possible to insert.

【0044】第2実施形態 図6(a)は本実施形態に係る半導体装置の平面図であ
る。また、図6(b)は図6(a)中のX−X’におけ
る断面図、図6(c)は図6(a)におけるY−Y’に
おける断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、
実質的に第1実施形態に係る半導体装置と同様である
が、ゲート電極30の下層であるSOI層10aのチャ
ネル形成領域の下層における層間絶縁膜23中に、SO
I層10aからバックゲート絶縁膜26を介してバック
ゲート電極31が形成されていることが異なる。
Second Embodiment FIG. 6A is a plan view of a semiconductor device according to the second embodiment . 6B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line YY ′ in FIG. 6A. The semiconductor device according to the present embodiment includes:
Although substantially the same as the semiconductor device according to the first embodiment, the SOI layer 10a which is the lower layer of the gate electrode 30 has a SO
The difference is that the back gate electrode 31 is formed from the I layer 10a via the back gate insulating film 26.

【0045】本実施形態の半導体装置は、SOI構造の
半導体層に形成されたバックゲートを有するMOSFE
Tにおいて、第1実施形態と同様にゲート電極30の下
部領域であるチャネル形成領域の下層の層間絶縁膜23
がSOI層10a側に張り出し部23aを有しており、
これに対応してSOI層10aにゲート電極の延伸方向
に溝Rが形成されており、さらに溝Rに沿って、バック
ゲート電極31が形成されている。上記のSOI層10
aは、チャネル形成領域における膜厚がソース・ドレイ
ン領域における膜厚よりも薄く形成されている。このた
め、ゲート電極直下のシリコン活性層の厚さを十分に薄
くして、閾値電圧などのトランジスタ特性を向上させる
ことができる。また、ソース領域およびドレイン領域の
部分のシリコン活性層の厚さを十分に厚くして、ソース
・ドレイン領域とシリコン活性層との界面の抵抗を小さ
くし、電流駆動能力などのトランジスタ特性を向上させ
ることができる。
The semiconductor device of this embodiment has a MOSFE having a back gate formed on a semiconductor layer having an SOI structure.
At T, as in the first embodiment, the interlayer insulating film 23 below the channel formation region, which is the region below the gate electrode 30.
Have an overhang 23a on the SOI layer 10a side,
Correspondingly, a groove R is formed in the SOI layer 10a in the direction in which the gate electrode extends, and a back gate electrode 31 is formed along the groove R. The above SOI layer 10
In a, the film thickness in the channel formation region is formed smaller than the film thickness in the source / drain regions. For this reason, the thickness of the silicon active layer immediately below the gate electrode can be made sufficiently thin, and the transistor characteristics such as the threshold voltage can be improved. In addition, the thickness of the silicon active layer in the source region and the drain region is made sufficiently thick to reduce the resistance at the interface between the source / drain region and the silicon active layer, thereby improving transistor characteristics such as current driving capability. be able to.

【0046】また、上記の構造の半導体装置は、従来例
のようにゲート電極の延伸方向のSOI層端部の膜厚が
薄くなった部分に電極が回りこんでおらず、従って、M
OSFETを動作させた場合に、SOI層端部近傍領域
に対して過大の電界が集中するのを防止し、この部分の
閾値電圧の低下やキンク現象などを防止しながら、素子
特性を向上させることができる。
Further, in the semiconductor device having the above-described structure, unlike the conventional example, the electrode does not go around the portion where the thickness of the end of the SOI layer in the direction of extension of the gate electrode is thin, so that the M
To prevent an excessive electric field from concentrating in a region near an end of an SOI layer when an OSFET is operated, and to improve device characteristics while preventing a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon in this portion. Can be.

【0047】上記の半導体装置の製造方法について、図
6(a)中のX−X’における断面図に相当する図面を
参照して説明する。まず、図7(a)に示すように、第
1シリコン半導体基板10の素子分離領域に素子分離用
溝を形成し、例えばCVD(Chemical Vapor Depositio
n )法などにより素子分離用溝内を酸化シリコンで埋め
込み、素子分離絶縁膜20を形成する。あるいは、例え
ばLOCOS法により形成することもできる。
A method of manufacturing the above-described semiconductor device will be described with reference to a drawing corresponding to a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. First, as shown in FIG. 7A, an element isolation groove is formed in an element isolation region of the first silicon semiconductor substrate 10 and, for example, CVD (Chemical Vapor Depositio).
The element isolation trench is filled with silicon oxide by the method n) to form an element isolation insulating film 20. Alternatively, it can be formed, for example, by the LOCOS method.

【0048】次に、図7(b)に示すように、例えばC
VD法により全面に窒化シリコンを堆積させ、フォトリ
ソグラフィー工程によりゲート電極形成領域を開口する
パターンPR の不図示のレジスト膜を形成し、RIE
(反応性イオンエッチング)などのエッチングを施して
溝形成領域を開口するパターンPR のマスク層21を形
成する。
Next, as shown in FIG.
Is deposited on the entire surface of silicon nitride by a VD process, a resist film is formed (not shown) of the pattern P R for opening the gate electrode forming region by a photolithography process, RIE
Forming a mask layer 21 of the pattern P R for opening the trench formation region is subjected to etching such as reactive ion etching ().

【0049】次に、図7(c)に示すように、例えばマ
スク層21をマスクとして熱酸化を行い、マスク層21
の開口領域における第1シリコン半導体基板10の表層
部に酸化膜22を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, thermal oxidation is performed by using, for example, the mask layer 21 as a mask.
An oxide film 22 is formed on the surface layer of the first silicon semiconductor substrate 10 in the opening region of FIG.

【0050】次に、図8(d)に示すように、例えばR
IEなどのエッチングにより酸化膜22を除去し、さら
に条件を変更したエッチングによりマスク層21を除去
する。この結果、第1シリコン半導体基板10のゲート
電極形成領域の表面に溝Rが形成される。
Next, as shown in FIG.
The oxide film 22 is removed by etching such as IE, and the mask layer 21 is further removed by etching with changed conditions. As a result, a groove R is formed on the surface of the first silicon semiconductor substrate 10 in the gate electrode formation region.

【0051】次に、図8(e)に示すように、例えば熱
酸化法によりSOI層10a表面にバックゲート絶縁膜
26を形成し、さらに例えばCVD法によりポリシリコ
ンを全面に堆積させ、必要に応じてポリシリコン層中に
イオン注入などにより導電性不純物を導入し、次に、フ
ォトリソグラフィー工程によりバックゲート電極のパタ
ーンのレジスト膜RBGを形成する。このとき、レジスト
膜RBGは、上記のSOI層10aに形成した溝Rの位置
に沿ってパターニングする。次に、レジスト膜RBGをマ
スクとしてRIEなどのエッチングを施し、バックゲー
ト電極31をパターン形成する。
Next, as shown in FIG. 8E, a back gate insulating film 26 is formed on the surface of the SOI layer 10a by, for example, a thermal oxidation method, and polysilicon is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method. Accordingly, conductive impurities are introduced into the polysilicon layer by ion implantation or the like, and then a resist film RBG having a pattern of a back gate electrode is formed by a photolithography process. At this time, the resist film RBG is patterned along the position of the groove R formed in the SOI layer 10a. Next, etching such as RIE is performed using the resist film RBG as a mask to pattern the back gate electrode 31.

【0052】次に、図8(f)に示すように、例えばC
VD法により、BPSG(ホウ素およびリンを含有する
酸化シリコン)などの酸化シリコンを、バックゲート電
極31を被覆し、上記の溝R内および当該溝Rに連続す
る層間絶縁膜23の上層に全面に堆積させ、層間絶縁膜
23を形成する。このとき、溝R内には層間絶縁膜23
の張り出し部23aが形成される。次に、例えばCMP
(Chemical Mechanical Polishing )法により層間絶縁
膜23の表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG.
The back gate electrode 31 is coated with silicon oxide such as BPSG (silicon oxide containing boron and phosphorus) by the VD method, and is entirely coated on the interlayer insulating film 23 in the above-described trench R and over the trench R. Then, an interlayer insulating film 23 is formed. At this time, the interlayer insulating film 23 is formed in the groove R.
Overhang 23a is formed. Next, for example, CMP
The surface of the interlayer insulating film 23 is flattened by a (Chemical Mechanical Polishing) method.

【0053】次に、図9(g)に示すように、層間絶縁
膜23の上面に、予め張り合わせ面を酸化して酸化シリ
コンの張り合わせ層(不図示)を形成した第2シリコン
半導体基板(支持基板)100を、張り合わせ面Sにお
いて張り合わせる。あるいは、層間絶縁膜23の上層
に、例えばCVD法によりポリシリコンなどの張り合わ
せ層(不図示)を積層させてもよく、この場合はCMP
法により張り合わせ層の表面を平坦化しておき、予め張
り合わせ面を研磨処理した第2シリコン半導体基板(支
持基板)100と張り合わせることもできる。張り合わ
せ処理の後、例えば850〜1100℃の温度の熱処理
により張り合わせ面Sを固着させる。
Next, as shown in FIG. 9 (g), a second silicon semiconductor substrate (support) in which a bonding surface (not shown) of silicon oxide is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 23 by previously oxidizing the bonding surface. The substrate 100 is bonded on the bonding surface S. Alternatively, a bonding layer (not shown) made of polysilicon or the like may be laminated on the interlayer insulating film 23 by, for example, a CVD method.
The surface of the bonding layer may be flattened by a method and bonded to the second silicon semiconductor substrate (supporting substrate) 100 whose bonding surface has been polished in advance. After the bonding process, the bonding surface S is fixed by, for example, a heat treatment at a temperature of 850 to 1100 ° C.

【0054】次に、図9(h)に示すように、例えばC
MP法により第1シリコン半導体基板10の側から、素
子分離絶縁膜20をストッパとして研磨し、素子分離絶
縁膜20と層間絶縁膜23により島状に分離されたSO
I構造の半導体層(SOI層)10aを形成する。ここ
で、図面は図9(g)から上下関係を反対にして描いて
いる。
Next, as shown in FIG.
The MP is polished from the first silicon semiconductor substrate 10 side using the element isolation insulating film 20 as a stopper, and the SO separated into islands by the element isolation insulating film 20 and the interlayer insulating film 23.
A semiconductor layer (SOI layer) 10a having an I structure is formed. Here, the drawing is drawn upside down from FIG. 9 (g).

【0055】次に、図9(i)に示すように、例えば熱
酸化法によりSOI層10a表面にゲート絶縁膜24を
形成し、さらに例えばCVD法によりポリシリコンを全
面に堆積させ、必要に応じてポリシリコン層中にイオン
注入などにより導電性不純物を導入し、次に、フォトリ
ソグラフィー工程によりゲート電極のパターンのレジス
ト膜RG を形成する。このとき、レジスト膜RG は、上
記のSOI層10aに形成した溝Rの位置に沿ってパタ
ーニングする。次に、レジスト膜RG をマスクとしてR
IEなどのエッチングを施し、ゲート電極30をパター
ン形成する。
Next, as shown in FIG. 9I, a gate insulating film 24 is formed on the surface of the SOI layer 10a by, for example, a thermal oxidation method, and polysilicon is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method. Then, conductive impurities are introduced into the polysilicon layer by ion implantation or the like, and then a resist film RG having a gate electrode pattern is formed by a photolithography process. At this time, the resist film RG is patterned along the position of the groove R formed in the SOI layer 10a. Next, using the resist film RG as a mask, R
The gate electrode 30 is patterned by performing etching such as IE.

【0056】次に、図10(j)に示すように、ゲート
電極30をマスクとしてリンやホウ素などの導電性不純
物D1をイオン注入し、ゲート電極30の両側部におけ
るSOI層10a中に導電性不純物を低濃度に含有する
低濃度拡散層11をゲート電極30に対して自己整合的
に形成する。
Next, as shown in FIG. 10 (j), a conductive impurity D1 such as phosphorus or boron is ion-implanted using the gate electrode 30 as a mask, and a conductive impurity is implanted in the SOI layer 10a on both sides of the gate electrode 30. A low concentration diffusion layer containing an impurity at a low concentration is formed in a self-aligned manner with respect to a gate electrode.

【0057】次に、図10(k)に示すように、例えば
CVD法により全面に酸化シリコンを堆積させ、次にR
IEなどのエッチングによりエッチバックして、ゲート
電極30の両側部における部分を残して上記の酸化シリ
コンを除去し、酸化シリコンのサイドウォール絶縁膜2
5を形成する。
Next, as shown in FIG. 10 (k), silicon oxide is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method.
The silicon oxide is removed by etching back by etching such as IE, leaving portions on both sides of the gate electrode 30, and the sidewall insulating film 2 of silicon oxide is removed.
5 is formed.

【0058】次に、図10(l)に示すように、サイド
ウォール絶縁膜25をマスクとしてリンやホウ素などの
導電性不純物D2をイオン注入し、ゲート電極30の両
側部におけるSOI層10a中に導電性不純物を高濃度
に含有する高濃度拡散層12をゲート電極30に対して
自己整合的に低濃度拡散層11に接続するようにして形
成する。以上で、低濃度拡散層11と高濃度拡散層12
からなるLDD構造のソース・ドレイン領域が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 10 (l), a conductive impurity D2 such as phosphorus or boron is ion-implanted using the side wall insulating film 25 as a mask, and is implanted into the SOI layer 10a on both sides of the gate electrode 30. The high-concentration diffusion layer 12 containing conductive impurities at a high concentration is formed so as to be connected to the low-concentration diffusion layer 11 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 30. As described above, the low concentration diffusion layer 11 and the high concentration diffusion layer 12
The source / drain region having the LDD structure composed of

【0059】次に、高濃度拡散層12の上層にチタンシ
リサイドあるいはコバルトシリサイドなどの金属シリサ
イド層を形成し、図6に示す半導体装置に至る。
Next, a metal silicide layer such as titanium silicide or cobalt silicide is formed on the high concentration diffusion layer 12 to arrive at the semiconductor device shown in FIG.

【0060】上記の本実施形態の半導体装置の製造方法
によれば、SOI構造の半導体層にバックゲートを有す
るMOSFETなどの半導体素子を形成する方法におい
て、SOI構造の半導体層の下層の絶縁膜が半導体層側
に部分的に張り出して、MOSFETのチャネル形成領
域の下方における絶縁膜の膜厚が、ソース・ドレイン領
域の下方における絶縁膜の膜厚よりも厚く、これによ
り、チャネル形成領域におけるSOI構造の半導体層の
膜厚が、ソース・ドレイン領域における半導体層の膜厚
よりも薄く形成することができる。従って、SOI構造
の半導体層の端部近傍領域に過大の電界が集中したりす
ることがなく、閾値電圧の低下やキンク現象などを防止
しながら、素子特性を向上させることができるSOI構
造の半導体層を有する半導体装置を製造することができ
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment described above, in the method of forming a semiconductor element such as a MOSFET having a back gate in a semiconductor layer of an SOI structure, the insulating film under the semiconductor layer of the SOI structure is The thickness of the insulating film extending partly over the semiconductor layer and below the channel forming region of the MOSFET is larger than the thickness of the insulating film below the source / drain regions, thereby increasing the SOI structure in the channel forming region. Can be formed thinner than the thickness of the semiconductor layer in the source / drain regions. Therefore, an excessively large electric field does not concentrate in a region near the end of the semiconductor layer having an SOI structure, and a semiconductor having an SOI structure capable of improving device characteristics while preventing a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon. A semiconductor device having a layer can be manufactured.

【0061】上記のバックゲートを有するMOSFET
において、バックゲート電極は、従来例と同様にSOI
層に形成された溝に沿って形成されており、SOI層の
膜厚が薄くなってしまう部分に形成されるが、バックゲ
ート電極においては通常バックゲート絶縁膜を厚く形成
し、また、ソース接地して使用されることが多いため、
SOI層の膜厚が薄くなっている部分に対する電界集中
の効果が小さく、問題はない。
MOSFET having the above back gate
, The back gate electrode is made of SOI as in the conventional example.
The SOI layer is formed along a groove formed in the SOI layer, and is formed in a portion where the thickness of the SOI layer becomes thin. Because it is often used as
The effect of the electric field concentration on the portion where the thickness of the SOI layer is small is small, and there is no problem.

【0062】本発明の半導体装置としては、SOI型半
導体層にMOSFETを有する半導体装置であれば何に
でも適用でき、MOSFETの他に種々の半導体素子を
有することが可能である。
The semiconductor device of the present invention can be applied to any semiconductor device having a MOSFET in the SOI type semiconductor layer, and can have various semiconductor elements in addition to the MOSFET.

【0063】本発明は、上記の実施の形態に限定されな
い。例えば、ゲート電極およびバックゲート電極は、そ
れぞれ単層構成でも多層構成でもよい。ソース・ドレイ
ン領域に形成される金属シリサイド層をゲート電極の上
層にも形成することができる。また、層間絶縁膜は、単
層構成でも多層構成でもよい。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, each of the gate electrode and the back gate electrode may have a single-layer structure or a multilayer structure. The metal silicide layer formed in the source / drain region can be formed also on the gate electrode. The interlayer insulating film may have a single-layer structure or a multilayer structure. In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、SOI構造の半導体層に形成されたバック
ゲートを有するMOSFETにおいて、SOI構造の半
導体層の下層の絶縁膜が半導体層側に部分的に張り出し
て、MOSFETのチャネル形成領域の下方における絶
縁膜の膜厚が、ソース・ドレイン領域の下方における絶
縁膜の膜厚よりも厚く、これにより、チャネル形成領域
におけるSOI構造の半導体層の膜厚が、ソース・ドレ
イン領域における半導体層の膜厚よりも薄く形成されて
いるので、SOI構造の半導体層の端部近傍領域に過大
の電界が集中したりすることがなく、閾値電圧の低下や
キンク現象などを防止しながら、素子特性を向上させる
ことができる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, in a MOSFET having a back gate formed on a semiconductor layer having an SOI structure, an insulating film below a semiconductor layer having an SOI structure has a lower insulating film. The thickness of the insulating film below the channel formation region of the MOSFET is thicker than the thickness of the insulating film below the source / drain regions, thereby forming the semiconductor layer having the SOI structure in the channel formation region. Is formed thinner than the thickness of the semiconductor layer in the source / drain regions, so that an excessive electric field does not concentrate in the region near the end of the semiconductor layer having the SOI structure, and the threshold voltage of the The device characteristics can be improved while preventing a decrease and a kink phenomenon.

【0065】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、SOI構造の半導体層にMOSFETなどの半導
体素子を形成する方法において、SOI構造の半導体層
の下層の絶縁膜が半導体層側に部分的に張り出して、M
OSFETのチャネル形成領域の下方における絶縁膜の
膜厚が、ソース・ドレイン領域の下方における絶縁膜の
膜厚よりも厚く、これにより、チャネル形成領域におけ
るSOI構造の半導体層の膜厚が、ソース・ドレイン領
域における半導体層の膜厚よりも薄く形成することがで
きる。従って、SOI構造の半導体層の端部近傍領域に
過大の電界が集中したりすることがなく、閾値電圧の低
下やキンク現象などを防止しながら、素子特性を向上さ
せることができるSOI構造の半導体層を有する半導体
装置を製造することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the method of forming a semiconductor element such as a MOSFET on a semiconductor layer having an SOI structure, an insulating film below a semiconductor layer having an SOI structure is partially formed on the semiconductor layer side. Overhang, M
The thickness of the insulating film below the channel forming region of the OSFET is larger than the thickness of the insulating film below the source / drain regions, whereby the thickness of the semiconductor layer having the SOI structure in the channel forming region is reduced. It can be formed thinner than the thickness of the semiconductor layer in the drain region. Therefore, an excessively large electric field does not concentrate in a region near the end of the semiconductor layer having an SOI structure, and a semiconductor having an SOI structure capable of improving device characteristics while preventing a decrease in threshold voltage and a kink phenomenon. A semiconductor device having a layer can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)は本発明の第1実施形態に係る半導
体装置の平面図であり、図1(b)は図1(a)中のX
−X’における断面図、図1(c)は図1(a)中のY
−Y’における断面図である。
FIG. 1A is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of X in FIG. 1A.
FIG. 1C is a cross-sectional view taken along a line X-X ′, and FIG.
It is sectional drawing in -Y '.

【図2】図2は第1実施形態に係る半導体装置の製造方
法の製造工程を示す断面図であり、(a)は素子分離絶
縁膜の形成工程まで、(b)はマスク層の形成工程ま
で、(c)は酸化膜の形成工程までを示す。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2A illustrates a process up to forming an element isolation insulating film, and FIG. (C) shows the steps up to the step of forming the oxide film.

【図3】図3は図2の続きの工程を示し、(d)は酸化
膜およびマスク層の除去工程まで、(e)は層間絶縁膜
の形成工程まで、(f)は支持基板の張り合わせ工程ま
でを示す。
FIG. 3 shows a step subsequent to that of FIG. 2; (d) shows up to a step of removing an oxide film and a mask layer; (e) shows up to a step of forming an interlayer insulating film; The process is shown.

【図4】図4は図3の続きの工程を示し、(g)は研磨
によるSOI構造の半導体層の形成工程まで、(h)は
ゲート電極の形成工程まで、(i)は低濃度拡散層の形
成工程までを示す。
FIG. 4 shows a step subsequent to that of FIG. 3; (g) shows a step of forming a semiconductor layer having an SOI structure by polishing; (h) shows a step of forming a gate electrode; and (i) shows a low concentration diffusion. The steps up to the step of forming a layer are shown.

【図5】図5は図4の続きの工程を示し、(j)はサイ
ドウォール絶縁膜の形成工程まで、(k)は高濃度拡散
層の形成工程までを示す。
FIG. 5 shows a step subsequent to that of FIG. 4; (j) shows up to a step of forming a sidewall insulating film; and (k) shows a step up to a step of forming a high-concentration diffusion layer.

【図6】図6(a)は本発明の第2実施形態に係る半導
体装置の平面図であり、図6(b)は図6(a)中のX
−X’における断面図、図6(c)は図6(a)中のY
−Y’における断面図である。
FIG. 6A is a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a plan view of X in FIG. 6A.
FIG. 6C is a cross-sectional view at −X ′, and FIG.
It is sectional drawing in -Y '.

【図7】図7は第2実施形態に係る半導体装置の製造方
法の製造工程を示す断面図であり、(a)は素子分離絶
縁膜の形成工程まで、(b)はマスク層の形成工程ま
で、(c)は酸化膜の形成工程までを示す。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment, in which FIG. 7A illustrates up to a step of forming an element isolation insulating film, and FIG. (C) shows the steps up to the step of forming the oxide film.

【図8】図8は図7の続きの工程を示し、(d)は酸化
膜およびマスク層の除去工程まで、(e)はバックゲー
ト電極の形成工程まで、(f)は層間絶縁膜の形成工程
までを示す。
8 shows a step subsequent to that of FIG. 7; (d) shows up to a step of removing an oxide film and a mask layer; (e) shows up to a step of forming a back gate electrode; and (f) shows a step of forming an interlayer insulating film. The steps up to the formation step are shown.

【図9】図9は図8の続きの工程を示し、(g)は支持
基板の張り合わせ工程まで、(h)は研磨によるSOI
構造の半導体層の形成工程まで、(i)はゲート電極の
形成工程までを示す。
9 shows a step subsequent to that of FIG. 8, (g) shows a step until the supporting substrate is bonded, and (h) shows an SOI by polishing.
(I) shows the steps up to the step of forming the semiconductor layer having the structure and the steps up to the step of forming the gate electrode.

【図10】図10は図9の続きの工程を示し、(j)は
低濃度拡散層の形成工程まで、(k)はサイドウォール
絶縁膜の形成工程まで、(l)は高濃度拡散層の形成工
程までを示す。
10 shows a step subsequent to that of FIG. 9; (j) shows a step of forming a low-concentration diffusion layer, (k) shows a step of forming a sidewall insulating film, and (l) shows a step of forming a high-concentration diffusion layer. Up to the formation step.

【図11】図11(a)は従来例に係る半導体装置の平
面図であり、図11(b)は図11(a)中のX−X’
における断面図、図11(c)は図11(a)中のY−
Y’における断面図である。
11 (a) is a plan view of a semiconductor device according to a conventional example, and FIG. 11 (b) is XX ′ in FIG. 11 (a).
11 (c) is a sectional view taken along line Y- in FIG. 11 (a).
It is sectional drawing in Y '.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…第1シリコン半導体基板、10a(SOI)…半
導体層(SOI層)、11…低濃度拡散層、12…高濃
度拡散層、13…金属シリサイド層、20(I)…素子
分離絶縁膜、21…マスク層、22…酸化膜、23…層
間絶縁膜、23a…張り出し部、24…ゲート絶縁膜、
25…サイドウォール絶縁膜、26…バックゲート絶縁
膜、30(G)…ゲート電極、31…バックゲート電
極、100…第2シリコン半導体基板(支持基板)、R
…溝、S…張り合わせ面、RG ,RBG…レジスト膜、D
1,D2…導電性不純物、PR …溝形成領域を開口する
パターン。
Reference Signs List 10: first silicon semiconductor substrate, 10a (SOI): semiconductor layer (SOI layer), 11: low concentration diffusion layer, 12: high concentration diffusion layer, 13: metal silicide layer, 20 (I): element isolation insulating film, 21: mask layer, 22: oxide film, 23: interlayer insulating film, 23a: overhanging portion, 24: gate insulating film,
25 ... sidewall insulating film, 26 ... back gate insulating film, 30 (G) ... gate electrode, 31 ... back gate electrode, 100 ... second silicon semiconductor substrate (support substrate), R
… Groove, S… Laminated surface, R G , R BG … Resist film, D
1, D2 ... conductive impurities, a pattern for exposing the P R ... groove forming region.

フロントページの続き Fターム(参考) 5F110 AA01 AA08 AA09 AA15 AA18 BB20 CC02 DD05 DD12 DD13 DD17 DD21 DD24 EE09 EE22 EE30 EE32 EE45 FF02 GG02 GG12 GG22 HJ01 HJ13 HK05 HL05 HM02 HM15 NN62 NN65 NN66 QQ04 QQ11 QQ17 QQ19 QQ30 Continued on the front page F term (reference) 5F110 AA01 AA08 AA09 AA15 AA18 BB20 CC02 DD05 DD12 DD13 DD17 DD21 DD24 EE09 EE22 EE30 EE32 EE45 FF02 GG02 GG12 GG22 HJ01 HJ13 HK05 HL05 HM02 HM15 Q19 Q19 Q19 Q19 Q19 Q19

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板と、 前記基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に形成されたチャネル形成領域を有する半
導体層と、 前記チャネル形成領域の上層に形成されたゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜の上層に形成されたゲート電極と、 前記ゲートの両側部における前記半導体層中に前記チャ
ネル形成領域に接続して形成されたソース・ドレイン領
域と、 前記チャネル形成領域の下方において前記絶縁膜中に埋
め込まれたバックゲート電極と、 前記バックゲート電極と前記半導体層の界面に形成され
たバックゲート絶縁膜とを有し、 前記絶縁膜が前記半導体層側に部分的に張り出して、前
記チャネル形成領域の下方における前記絶縁膜の膜厚
が、前記ソース・ドレイン領域の下方における前記絶縁
膜の膜厚よりも厚く、 前記チャネル形成領域における前記半導体層の膜厚が、
前記ソース・ドレイン領域における前記半導体層の膜厚
よりも薄く形成されている半導体装置。
A substrate, an insulating film formed on the substrate, a semiconductor layer having a channel forming region formed on the insulating film, and a gate insulating film formed on the channel forming region. A gate electrode formed in an upper layer of the gate insulating film; source / drain regions formed in the semiconductor layer on both sides of the gate so as to be connected to the channel formation region; A back gate electrode embedded in the insulating film; and a back gate insulating film formed at an interface between the back gate electrode and the semiconductor layer, wherein the insulating film partially extends to the semiconductor layer side. A thickness of the insulating film below the channel formation region is larger than a thickness of the insulating film below the source / drain regions; Thickness of the semiconductor layer in the formation region,
A semiconductor device formed to be thinner than the thickness of the semiconductor layer in the source / drain regions.
【請求項2】素子分離絶縁膜により互いに分離された複
数個の前記半導体層が前記基板上に形成されており、 前記複数個のうち、少なくとも1つの前記半導体層の下
層の前記絶縁膜が、前記半導体層側に部分的に張り出し
て、前記チャネル形成領域における前記半導体層の膜厚
が、前記ソース・ドレイン領域における前記半導体層の
膜厚よりも薄く形成されている請求項1記載の半導体装
置。
2. The semiconductor device according to claim 2, wherein a plurality of the semiconductor layers separated from each other by an element isolation insulating film are formed on the substrate; 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer partially extends to the semiconductor layer side, and a thickness of the semiconductor layer in the channel formation region is formed smaller than a thickness of the semiconductor layer in the source / drain regions. .
【請求項3】前記半導体層にフルディプリーション型ト
ランジスタとパーシャルディプリーション型トランジス
タが形成されている請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a full depletion type transistor and a partial depletion type transistor are formed in said semiconductor layer.
【請求項4】前記複数個の半導体層のうち、前記絶縁膜
が張り出した前記半導体層にフルディプリーション型ト
ランジスタが形成され、前記絶縁膜が張り出していない
前記半導体層にパーシャルディプリーション型トランジ
スタが形成されている請求項2記載の半導体装置。
4. A full depletion type transistor is formed on the semiconductor layer of the plurality of semiconductor layers on which the insulating film protrudes, and a partial depletion type transistor is formed on the semiconductor layer on which the insulating film does not protrude. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a transistor is formed.
【請求項5】前記半導体層がシリコン活性層である請求
項1記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor layer is a silicon active layer.
【請求項6】前記ソース・ドレイン領域の上部が金属シ
リサイド層化されている請求項1記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper portion of said source / drain region is formed as a metal silicide layer.
【請求項7】活性領域を有する半導体からなる第1基板
に前記活性領域の一部を開口するマスク層を形成する工
程と、 前記マスク層をマスクとして前記マスク層の開口領域に
おける前記第1基板の表層部に酸化膜を形成する工程
と、 前記酸化膜を除去して前記第1基板の表面に溝を形成す
る工程と、 前記マスク層を除去する工程と、 前記溝内および当該溝に連続する前記第1基板の上層に
絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜の上方から第2基板を張り合わせる工程と、 前記第1基板の前記活性領域部分の所定の膜厚の半導体
層を残して前記第1基板を研磨する工程とを有する半導
体装置の製造方法。
7. A step of forming a mask layer for opening a part of the active region on a first substrate made of a semiconductor having an active region, and using the mask layer as a mask in the opening region of the mask layer. Forming an oxide film on the surface of the first substrate; removing the oxide film to form a groove on the surface of the first substrate; removing the mask layer; Forming an insulating film on an upper layer of the first substrate, bonding a second substrate from above the insulating film, and leaving a semiconductor layer having a predetermined thickness in the active region portion of the first substrate. Polishing the first substrate by using the above method.
【請求項8】前記マスク層を形成する工程の前に、前記
第1基板の素子分離領域に素子分離絶縁膜を形成する工
程をさらに有し、 前記第1基板を研磨する工程においては、前記素子分離
絶縁膜をストッパとして研磨する請求項7記載の半導体
装置の製造方法。
8. The method according to claim 8, further comprising: before forming the mask layer, forming an element isolation insulating film in an element isolation region of the first substrate. 8. The method according to claim 7, wherein the polishing is performed using the element isolation insulating film as a stopper.
【請求項9】前記素子分離絶縁膜を形成する工程が、前
記第1基板の素子分離領域に素子分離用溝を形成する工
程と、前記素子分離用溝内を絶縁体で埋め込む工程とを
含む請求項8記載の半導体装置の製造方法。
9. The step of forming an element isolation insulating film includes a step of forming an element isolation groove in an element isolation region of the first substrate, and a step of filling the element isolation groove with an insulator. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
【請求項10】前記第1基板を研磨する工程の後、前記
半導体層の上層にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
ゲート絶縁膜の上層において前記溝の延伸方向にゲート
電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側部の前記
半導体層中にソース・ドレイン領域を形成する工程をさ
らに有する請求項7記載の半導体装置の製造方法。
10. A step of forming a gate insulating film on the semiconductor layer after the step of polishing the first substrate, and a step of forming a gate electrode in the extending direction of the groove in the upper layer of the gate insulating film. 8. The method according to claim 7, further comprising: forming source / drain regions in the semiconductor layer on both sides of the gate electrode.
【請求項11】前記マスク層を除去する工程の後、前記
溝内および当該溝に連続する前記第1基板の上層に絶縁
膜を形成する工程の前に、前記溝の底部にバックゲート
絶縁膜を形成する工程と、前記バックゲート絶縁膜の上
層において前記溝の延伸方向にバックゲート電極を形成
する工程をさらに有し、 前記溝内および当該溝に連続する前記第1基板の上層に
絶縁膜を形成する工程においては、前記バックゲート電
極を被覆して形成する請求項10記載の半導体装置の製
造方法。
11. A back gate insulating film is formed on the bottom of the groove after the step of removing the mask layer and before the step of forming an insulating film in the groove and on an upper layer of the first substrate continuous with the groove. And a step of forming a back gate electrode in a direction in which the groove extends in an upper layer of the back gate insulating film, wherein an insulating film is formed in an upper layer of the first substrate in the groove and continuous with the groove. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the step of forming, the back gate electrode is formed to cover the back gate electrode.
【請求項12】前記絶縁膜を形成する工程の後、前記第
2基板を張り合わせる工程の前に、前記絶縁膜を平坦化
する工程をさらに有する請求項7記載の半導体装置の製
造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of flattening the insulating film after the step of forming the insulating film and before the step of bonding the second substrate.
【請求項13】前記絶縁膜を平坦化する工程が化学的機
械研磨処理工程である請求項12記載の半導体装置の製
造方法。
13. The method according to claim 12, wherein the step of flattening the insulating film is a chemical mechanical polishing step.
【請求項14】前記第2基板を張り合わせる工程の前
に、前記第2基板の上層に張り合わせ層を形成する工程
をさらに有する請求項7記載の半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of forming a bonding layer on the second substrate before the step of bonding the second substrate.
【請求項15】前記張り合わせ層として酸化シリコン層
を形成する請求項14記載の半導体装置の製造方法。
15. The method according to claim 14, wherein a silicon oxide layer is formed as the bonding layer.
【請求項16】前記絶縁膜を形成する工程の後、前記第
2基板を張り合わせる工程の前に、前記絶縁膜の上層に
張り合わせ層を形成する工程をさらに有する請求項7記
載の半導体装置の製造方法。
16. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of forming a bonding layer on the insulating film after the step of forming the insulating film and before the step of bonding the second substrate. Production method.
【請求項17】前記張り合わせ層としてポリシリコン層
を形成する請求項16記載の半導体装置の製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein a polysilicon layer is formed as the bonding layer.
【請求項18】前記張り合わせ層を形成する工程の後、
前記第2基板を張り合わせる工程の前に、前記張り合わ
せ層を平坦化する工程をさらに有する請求項17記載の
半導体装置の製造方法。
18. After the step of forming the bonding layer,
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, further comprising a step of flattening the bonding layer before the step of bonding the second substrate.
【請求項19】前記張り合わせ層を平坦化する工程が化
学的機械研磨処理工程である請求項18記載の半導体装
置の製造方法。
19. The method according to claim 18, wherein the step of flattening the bonding layer is a chemical mechanical polishing step.
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