JP2001274236A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2001274236A
JP2001274236A JP2000083557A JP2000083557A JP2001274236A JP 2001274236 A JP2001274236 A JP 2001274236A JP 2000083557 A JP2000083557 A JP 2000083557A JP 2000083557 A JP2000083557 A JP 2000083557A JP 2001274236 A JP2001274236 A JP 2001274236A
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dram
logic
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semiconductor device
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JP2000083557A
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Kazuya Honma
運也 本間
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 この発明は、高速で低消費電力のDRAMと
ロジック回路を1チップで混載できる半導体装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 P型シリコン基板1上に埋め込み酸化膜
2及びSOI膜3を形成し、その上にDRAM部を設け
た第2の領域と、SOI膜3及び埋め込み膜化膜2を越
えた位置まで除去し、P型ウェル7aをエピタキシャル
形成した上にロジック部を設けた第1の領域を素子分離
領域8で区分して1チップに混載形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、2種類の回路を
含んだ集積回路を1チップに混載した半導体装置に関す
る。
【0002】2種類の回路、例えば、ロジック回路とD
RAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)を1チ
ップに混載した場合、従来ボトルネックになっていたロ
ジックとDRAM間のバス幅を広くすることができ、高
速化が可能となる。また、ロジックとDRAMを繋ぐ基
板の配線が不要となるために低消費電力化が可能となる
という特徴がある。
【0003】しかし、ロジックとDRAMを単純に1チ
ップ化しようとする場合、次の問題がある。ロジックの
n型トランジスタの基板バイアスは0Vであるが、DR
AMのn型トランジスタの基板バイアスは−1〜−2V
である。また、ロジック部で発生するノイズがアナログ
動作をしているDRAMに悪影響を与える。すなわ
ち、”H”又は”L”に書き込みしていたデータが”
L”又は”H”に変わる誤動作である。
【0004】従来、このロジックとDRAMのn型トラ
ンジスタの基板バイアスが異なる問題点をp型ウェルを
独立に作る方法で解決している。図4にかかる構成の半
導体装置の構造を示す。図4に示すように、p型シリコ
ン半導体基板40に2つのp型ウェル41、42が設け
られ、DRAMのp型ウェル42はn型ウェル43で覆
われ、各々のp型ウェル41、42が電気的に分離され
ている。そして、素子分離領域44によりそれぞれの素
子は互いに分離されている。
【0005】基板40表面にはゲート酸化膜45が設け
られ、ゲート用ポリシリコン膜を堆積後、所定の形状に
パターニングして、ゲート電極46…がそれぞれ設けら
れている。そして、p型ウェル41、42にはそれぞれ
ソース/ドレインとなるn型拡散領域47…が設けられ
ている。ゲート電極46…上に層間絶縁膜48が設けら
れ、DRAMのストレージノード用コンタクトホールを
形成して、ストレージノード用ポリシリコンを堆積し、
エッチングにより所望の形状のストレージノード49が
設けられる。DRAMキャパシタ用の絶縁膜を堆積後、
セルプレート用ポリシリコンを堆積し、エッチングによ
り所望の形状のセルプレートが形成される。そして、層
間絶縁膜50を堆積後、コンタクトホールを形成後、メ
タル電極51が設けられる。
【0006】上記した半導体装置においては、各々のp
型ウェルを電気的に分離でき、基板バイアスが異なるも
のにおいても問題なく動作が行える。また、ロジック部
で発生するノイズをブロックすることもできる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したロジック用の
p型ウェルとDRAM用のp型ウェルを分離するn型ウ
ェルの形成方法は次の2種類の方法がある。1つは高エ
ネルギーイオン注入装置を用いて、燐(P)をシリコン
基板の深さ3μmまで注入する方法である。もう1つ
は、Pをシリコン表面にイオン注入した後に熱処理によ
って表面から深いところに拡散させる方法である。
【0008】しかしながら、前者の方法では、高エネル
ギーイオン注入装置は非常に高価であるという問題があ
る。また、後者の方法では、Pが深さ方向だけでなく、
横方向にも拡散拡散するために、チップ面積が拡大する
という問題がある。
【0009】この発明は、上述した従来の問題点を解決
するためになされたものにして、高速で低消費電力のD
RAMとロジック回路を1チップで混載できる半導体装
置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、基板がSO
I層及び埋め込み膜が除去された第1の領域と前記SO
I層を有する第2の領域とに区分され、前記第1の領域
に第1の集積回路が設けられ、前記第2の領域に第2の
集積回路が設けられていることを特徴とする。
【0011】前記第1の領域は、SOI層及び埋め込み
膜が除去された基板上に選択エピタキシャルにより形成
されたエピタキシャル層であることを特徴とする。
【0012】また、前記第1の集積回路はロジック回
路、第2の集積回路はDRAMに構成すればよい。
【0013】上記した構成によれば、第1の集積回路が
基板のSOI層及び埋め込み膜が除去された領域上に、
第2の集積回路がSOI層上にSOI基板上にそれぞれ
形成されるため、基板バイアスを印加する必要がない。
従って、ウェルを作り分ける必要がない。このため、非
常に高価な高エネルギーイオン注入装置、チップサイズ
の増大を招く熱処理工程を回避することができる。
【0014】また、ロジック回路、DRAMを混載し、
DRAMをSOI層上に形成することにより、DRAM
にある埋め込み酸化膜によって、ロジック回路で発生し
たノイズを完全にブロックすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図面を参照して説明する。図1は、DRAMとロジッ
クを1チップに混載したこの発明の実施形態にかかる半
導体装置の断面図である。
【0016】図1に示すように、この発明の半導体装置
は、SOI(Silicon OnInsulato
r)基板を用いる。このSOI基板は、p型シリコン基
板1上に埋め込み酸化膜2とSOI層3が設けられてい
る。このSOI層3の領域にDRAMが形成される。ま
た、ロジック部は、SOI基板を埋め込み酸化膜2を越
える位置まで除去した後、選択エピタキシャル法により
形成されたエピタキシャル層7に設けられたp型ウェル
7aに形成されている。
【0017】エピタキシャル層7のp型ウェル7aとS
OI層3とは素子分離領域8で分離されている。
【0018】エピタキシャル層7のp型ウェル7a及び
SOI層3表面にはゲート酸化膜9が設けられ、ゲート
用ポリシリコン膜を堆積後所定の形状にパターニングし
て、ゲート電極10a、10bがそれぞれ設けられてい
る。そして、p型ウェル7a、SOI層3にはそれぞれ
ソース/ドレインとなるn型拡散領域11…が設けられ
る。ゲート電極10a、10b上に層間絶縁膜14が設
けられ、DRAMのストレージノード用コンタクトホー
ルを形成して、ストレージノード用ポリシリコンを堆積
し、エッチングにより所望の形状のストレージノード1
2が設けられる。DRAMキャパシタ用の絶縁膜を堆積
後、セルプレート用ポリシリコンを堆積し、エッチング
により所望の形状のセルプレートが形成される。そし
て、層間絶縁膜15を堆積後、コンタクトホールを形成
後、メタル電極13が設けられる。
【0019】このようにして、エピタキシャル層7にロ
ジック部がSOI層3にDRAM部が設けられ、ロジッ
クとDRAMを混載したこの発明にかかる半導体装置が
構成される。
【0020】上記した構成によれば、DRAM部にある
埋め込み酸化膜によって、ロジック部で発生したノイズ
を完全にブロックすることができる。また、DRAMは
SOI基板上に形成されるため、基板バイアスを印加す
る必要がない。従って、ウェルを作り分ける必要がな
い。このため、非常に高価な高エネルギーイオン注入装
置、チップサイズの増大を招く熱処理工程を回避するこ
とができる。
【0021】また、ロジック部のトランジスタはSOI
基板上に形成されていないので、寄生バイポーラ効果は
発生しない。従って、ロジック部では電源電圧を1.5
V以上にすることが可能である。DRAMはSOI基板
上に形成されているために、保持電荷のリーク経路の主
な箇所であるpn接合がほとんどなくなる。従って、D
RAMのデータ保持時間は長くなり、さらなる低消費電
力化が可能となる。
【0022】次に、この発明の実施形態を図2及び図3
に従い、工程順に説明する。
【0023】まず、図2(a)に示すように、p型シリ
コン基板1に埋め込み酸化膜2とその上に設けられたp
型SOI層3とかなるSOI基板を用意する。
【0024】続いて、図2(b)に示すように、SOI
基板上に熱酸化によりシリコン酸化膜4を形成した後、
通常のリソグラフィ技術により、レジストを塗布し、露
光、現像し、DRAM領域をレジスト膜5で被覆する。
【0025】そして、図2(c)に示すように、レジス
ト膜5をマスクとして、ロジック部のシリコン酸化膜
4、SOI層3、埋め込み酸化膜2を反応性イオンエッ
チング(RIE)により除去する。このエッチングは、
例えば、CF4、CHF3、O2、Arガスを用いて、1
0Pa下でRIEエッチングにより行う。レジスト膜5
を除去する。
【0026】次に、図2(d)に示すように、シリコン
酸化膜4をマスクとして、ロジック部に選択エピタキシ
ャル法によりシリコンエピタキシャル層7を成長させ
る。この選択エピタキシャルは、SiH2Cl2−H2
HClガス系、減圧、低温での成長を行って、表面が平
坦なエピタキシャル層7を形成する。
【0027】続いて、図2(e)に示すように、ロジッ
ク部にp型ウェル7aを形成する。このp型ウェルの形
成は、例えば、エピタキシャル層7表面にボロン(B)
をイオン注入した後、熱処理によって拡散させて形成す
る。
【0028】次に、図3(d)に示すように、ロジック
部とDRAM部との間に周知の選択酸化法(LOCO
S)により素子分領域8を形成する。そして、熱酸化に
より基板表面にゲート酸化膜9を形成する。なお、素子
分離は、LOCOS以外に、STI(Shallow
Trench Isolation)法により行っても
良い。
【0029】その後、図3(g)に示すように、LPC
VD法でポリシリコン膜を堆積させ、このポリシリコン
膜表面にフォトレジストを堆積後、所望の寸法に形成す
る。その後、フォトレジストをマスクにして、ポリシリ
コン膜をエッチングして、ロジック部用ゲート電極10
aとDRAM用のゲート電極10bを形成する。そし
て、トランジスタのソース・ドレインとなる拡散層11
を形成するために不純物をイオン注入する。注入条件と
して、例えば、30keV、2E15cm-2の条件で砒
素(As)を注入する。RTA(Rapid Ther
mal Annealer)により熱処置を施し、ソー
ス/ドレイン領域11…を活性化させる
【0030】次に、図3(h)に示すように、層間絶縁
膜14を堆積後、DRAMのストレージノード用コンタ
クトホールを形成して、ストレージノード用ポリシリコ
ンを堆積し、エッチングにより所望の形状のストレージ
ノード12を形成する。
【0031】その後、図示はしないが、DRAMキャパ
シタ用の絶縁膜を堆積後、セルプレート用ポリシリコン
を堆積し、エッチングにより所望の形状のセルプレート
を形成する。そして、図3(i)に示すように、層間絶
縁膜15を堆積後、コンタクトホールを形成後、メタル
を堆積させ、このメタルをエッチングにより所望の寸法
にし、メタル電極13を形成する。
【0032】上記のようにして形成することで、DRA
Mとロジックとが、1チップ上に混載できる。
【0033】なお、上記した実施の形態においては、ロ
ジック回路とDRAMとを1チップに混載しているが、
ロジック回路とRF回路を1チップに混載することもで
きる。RF回路をSOI層上に形成すれば、上記した実
施形態と同様に、ロジック部からノイズをカットするこ
とができる。
【0034】また、上記した実施の形態においては、エ
ピタキシャル層にロジック部を設けているが、SOI層
と埋め込み膜をエッチング除去した基板上に直接ロジッ
ク部を形成しても良い。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高速で低消費電力のDRAMとロジック回路とを1
チップに混載した集積回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態にかかるDRAMとロジッ
ク回路を混載した半導体装置の断面図である。
【図2】この発明の半導体装置の製造方法を工程別に示
す断面図である。
【図3】この発明の半導体装置の製造方法を工程別に示
す断面図である。
【図4】従来のDRAMとロジック回路を混載した半導
体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 2 埋め込み酸化膜2 3 SOI層3 7 エピタキシャル層 7a p型ウェル 8 分離領域 9 ゲート酸化膜 10a、10b ゲート電極 11 n型拡散領域 12 ストレージノード 13 メタル電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/108 H01L 27/10 671C 21/8242 681F 27/12 29/78 613Z 29/786 Fターム(参考) 5F032 AA13 AA34 CA01 CA03 CA07 CA09 CA17 CA21 DA03 DA12 DA23 DA43 DA53 DA74 5F038 CA03 CA05 DF01 DF04 DF05 DF12 EZ06 EZ14 5F048 AA01 AC01 BA01 BA16 BG12 5F083 AD22 GA06 HA02 HA07 NA01 NA02 PR03 PR21 PR34 PR36 5F110 AA01 AA04 AA09 AA30 BB04 BB06 CC02 DD05 EE09 FF02 FF23 GG02 GG12 HJ01 HJ12 HJ23 HL02 NN02 NN62 NN65 NN66 NN72

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板がSOI層及び埋め込み膜が除去さ
    れた第1の領域と前記SOI層を有する第2の領域とに
    区分され、前記第1の領域に第1の集積回路が設けら
    れ、前記第2の領域に第2の集積回路が設けられている
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の領域は、SOI層及び埋め込
    み膜が除去された基板上に選択エピタキシャルにより形
    成されたエピタキシャル層であることを特徴とする請求
    項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の集積回路はロジック回路であ
    り、第2の集積回路はDRAMであることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の半導体装置。
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