JP2002118259A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2002118259A
JP2002118259A JP2000306134A JP2000306134A JP2002118259A JP 2002118259 A JP2002118259 A JP 2002118259A JP 2000306134 A JP2000306134 A JP 2000306134A JP 2000306134 A JP2000306134 A JP 2000306134A JP 2002118259 A JP2002118259 A JP 2002118259A
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JP
Japan
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layer
crystal
gate electrode
forming
manufacturing
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JP2000306134A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Takizawa
順 瀧澤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device, which can fully suppress the floating effect of a substrate that accompanies an impact ionization in a SOI device. SOLUTION: The manufacturing method of a semiconductor device is provided with a process for preparing a SOI substrate 1, a process for forming a gate oxide film 6 on the surface of a single crystal Si layer, a process for forming a dummy gate electrode on this film 6, a process for implanting impurity ions in the Si layer using the dummy gate electrode as a mask, a process for forming diffusion layers 16 and 17 in source and drain regions in the Si layer by annealing the Si layer, a process that a silicon oxide film 21 is deposited on the entrire surface including the dummy gate electrode and a CMP is performed to expose the upper surface of the dummy gate electrode, a process for removing the dummy gate electrode and a process that Ar ions are implanted in the Si layer using the film 21 as a mask to form a damaged layer 11 in the Si layer.

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、SOI構造を有す
る半導体装置の製造方法に関する。特には、基板浮遊効
果を十分に抑制できる半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an SOI structure. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device capable of sufficiently suppressing a substrate floating effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁膜上の単結晶半導体層にトランジス
タを構成する手法はSOI(Silicon On Insulator)構造
として公知である。以下、SOI基板に形成されたMO
Sトランジスタの製造方法について説明する。
2. Description of the Related Art A method of forming a transistor in a single crystal semiconductor layer on an insulating film is known as an SOI (Silicon On Insulator) structure. Hereinafter, the MO formed on the SOI substrate will be described.
A method for manufacturing the S transistor will be described.

【0003】図11(a),(b)は、従来の半導体装
置の製造方法を示す断面図である。まず、SOI基板1
01を準備する。このSOI基板101は、単結晶シリ
コンからなる支持基板102と、この支持基板102上
に形成された絶縁膜103と、この絶縁膜103上に形
成された単結晶Si層104と、から構成されている。
なお、SOI基板101は、種々の製造方法により製造
することが可能であり、例えば、張り合わせ法、SIM
OX(separation by Implanted oxygen)などにより製造
することも可能である。張り合わせ法とは、表面に絶縁
膜を有するシリコン基板を2つ準備し、これらのシリコ
ン基板の絶縁膜を互いに張り合わせることによりSOI
基板を製造する方法である。SIMOXとは、単結晶シ
リコン基板中に酸素を高濃度にイオン注入してシリコン
基板内部に酸化膜を形成することによりSOI基板を製
造する方法である。
FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device. First, the SOI substrate 1
Prepare 01. The SOI substrate 101 includes a support substrate 102 made of single crystal silicon, an insulating film 103 formed on the support substrate 102, and a single crystal Si layer 104 formed on the insulating film 103. I have.
The SOI substrate 101 can be manufactured by various manufacturing methods.
It can also be manufactured by OX (separation by Implanted oxygen) or the like. The bonding method is a method in which two silicon substrates having an insulating film on the surface are prepared, and the insulating films of the silicon substrates are bonded to each other to form an SOI.
This is a method for manufacturing a substrate. SIMOX is a method for manufacturing an SOI substrate by implanting oxygen at a high concentration into a single crystal silicon substrate to form an oxide film inside the silicon substrate.

【0004】次に、図11(a)に示すように、単結晶
Si層104にトレンチを形成し、このトレンチ内にシ
リコン酸化膜を埋め込む。これにより、絶縁膜103上
の素子分離領域にはシリコン酸化膜からなる素子分離膜
105が形成される。次に、単結晶Si層104にP型
不純物をイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 11A, a trench is formed in the single crystal Si layer 104, and a silicon oxide film is buried in the trench. Thus, an element isolation film 105 made of a silicon oxide film is formed in an element isolation region on the insulating film 103. Next, a P-type impurity is ion-implanted into the single-crystal Si layer 104.

【0005】この後、単結晶Si層104の表面に熱酸
化法によりゲート酸化膜106を形成する。次に、この
ゲート酸化膜106を含む全面上にポリシリコン膜を堆
積し、このポリシリコン膜をパターニングすることによ
り、ゲート酸化膜上にゲート電極107が形成される。
Thereafter, a gate oxide film 106 is formed on the surface of the single crystal Si layer 104 by a thermal oxidation method. Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface including the gate oxide film 106, and the polysilicon film is patterned to form a gate electrode 107 on the gate oxide film.

【0006】次に、SOI基板101を回転させなが
ら、単結晶Si層104の底部で濃度が最大となるよう
な条件で高エネルギーのArイオン109を斜めにイオ
ン注入する。これにより、ゲート電極の下方に位置する
単結晶Si層104の底部に結晶欠陥からなるダメージ
層111が形成される。このダメージ層111は、SO
Iデバイスにおけるインパクトイオン化に伴う基板浮遊
効果を抑制するためのものである。つまり、ダメージ層
が無い場合は、単結晶Si層104が支持基板102か
ら絶縁されているので、ドレイン強電界等により発生し
た少数キャリア(正孔)が単結晶Si層内に過渡的に蓄
積され、これにより閾値電圧が変動するが、ダメージ層
111がある場合は、単結晶Si層内に発生した正孔の
再結合を促し、正孔のライフタイムを短くすることによ
り、単結晶Si層内に正孔が蓄積されるのを抑制するこ
とができ、基板浮遊効果を抑制することができる。
Next, while rotating the SOI substrate 101, high-energy Ar ions 109 are obliquely implanted under the condition that the concentration becomes maximum at the bottom of the single-crystal Si layer 104. As a result, a damage layer 111 including a crystal defect is formed at the bottom of the single crystal Si layer 104 located below the gate electrode. This damage layer 111 is made of SO
This is for suppressing the substrate floating effect due to impact ionization in the I device. In other words, when there is no damage layer, the single-crystal Si layer 104 is insulated from the support substrate 102, so that minority carriers (holes) generated by a strong drain electric field or the like are transiently accumulated in the single-crystal Si layer. Although the threshold voltage fluctuates as a result, when the damage layer 111 is present, the recombination of holes generated in the single crystal Si layer is promoted, and the lifetime of the holes is shortened. The accumulation of holes in the substrate can be suppressed, and the floating effect of the substrate can be suppressed.

【0007】この後、図11(b)に示すように、ゲー
ト電極107をマスクとして低濃度のN型不純物イオン
をイオン注入する。次に、ゲート電極107を含む全面
上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシ
リコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜を全面エッ
チングすることにより、ゲート電極107の側壁にはシ
リコン酸化膜からなるサイドウォール113が形成され
る。
After that, as shown in FIG. 11B, low concentration N-type impurity ions are implanted using the gate electrode 107 as a mask. Next, a silicon oxide film is deposited on the entire surface including the gate electrode 107 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and the silicon oxide film is etched on the entire surface. A wall 113 is formed.

【0008】次に、サイドウォール113及びゲート電
極107をマスクとしてN型不純物イオンをイオン注入
する。この後、SOI基板101にアニールを施すこと
により、単結晶Si層104には低濃度のN型拡散層1
15及びソース/ドレイン領域のN型拡散層116,1
17が形成される。
Next, N-type impurity ions are implanted using the side wall 113 and the gate electrode 107 as a mask. Thereafter, the SOI substrate 101 is annealed, so that the single-crystal Si layer 104 has a low-concentration N-type diffusion layer 1.
15 and N-type diffusion layers 116, 1 of source / drain regions
17 are formed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体装置の製造方法では、単結晶Si層104の底部
に高エネルギーのArイオン109をイオン注入した後
に、低濃度のN型拡散層115及びソース/ドレイン領
域のN型拡散層116,117を形成するためのアニー
ルをSOI基板に施している。このため、Arイオンの
イオン注入によって単結晶Si層の底部に形成された結
晶欠陥が回復してしまい、十分なダメージ層111を形
成することができない。従って、従来の製造方法により
製造された半導体装置では、SOIデバイスにおけるイ
ンパクトイオン化に伴う基板浮遊効果を十分に抑制する
ことができない。
In the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device, high energy Ar ions 109 are implanted into the bottom of the single-crystal Si layer 104, and then the low-concentration N-type diffusion layers 115 and Annealing is performed on the SOI substrate to form the N-type diffusion layers 116 and 117 in the source / drain regions. For this reason, crystal defects formed at the bottom of the single crystal Si layer by the ion implantation of Ar ions are recovered, and a sufficient damage layer 111 cannot be formed. Therefore, in a semiconductor device manufactured by a conventional manufacturing method, a substrate floating effect due to impact ionization in an SOI device cannot be sufficiently suppressed.

【0010】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、SOIデバイスにおける
インパクトイオン化に伴う基板浮遊効果を十分に抑制で
きる半導体装置の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of sufficiently suppressing a substrate floating effect associated with impact ionization in an SOI device. is there.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、支持基板、
その上に形成された第1絶縁膜及びその上に形成された
単結晶Si層を有するSOI基板を準備する工程と、単
結晶Si層の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、こ
のゲート絶縁膜上にダミーゲート電極を形成する工程
と、ダミーゲート電極をマスクとして単結晶Si層に不
純物イオンを注入する工程と、単結晶Si層にアニール
を施すことにより、単結晶Si層にソース/ドレイン領
域の拡散層を形成する工程と、ダミーゲート電極を含む
全面上に第2絶縁膜を堆積し、第2絶縁膜をCMP研磨
又はエッチバックすることにより、ダミーゲート電極の
上面を露出させる工程と、ダミーゲート電極を除去する
工程と、第2絶縁膜をマスクとして単結晶Si層に欠陥
形成用イオンを注入することにより、単結晶Si層に結
晶欠陥からなるダメージ層を形成する工程と、ゲート絶
縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を具備すること
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a supporting substrate,
A step of preparing an SOI substrate having a first insulating film formed thereon and a single crystal Si layer formed thereon, a step of forming a gate insulating film on the surface of the single crystal Si layer, Forming a dummy gate electrode on the film, implanting impurity ions into the single-crystal Si layer using the dummy gate electrode as a mask, and annealing the single-crystal Si layer so that the source / drain is added to the single-crystal Si layer. Forming a diffusion layer in the region, and exposing the upper surface of the dummy gate electrode by depositing a second insulating film on the entire surface including the dummy gate electrode and subjecting the second insulating film to CMP polishing or etch back. Removing the dummy gate electrode, and implanting defect forming ions into the single crystal Si layer using the second insulating film as a mask, so that the single crystal Si layer is damaged by crystal defects. Forming a di-layer, characterized by comprising a step of forming a gate electrode on the gate insulating film.

【0012】上記半導体装置の製造方法によれば、ソー
ス/ドレイン領域の拡散層を形成するためのアニールを
単結晶Si層に施した後に、単結晶Si層に欠陥形成用
イオンを注入している。このため、従来の半導体装置の
製造方法のように欠陥形成用イオンの注入によって形成
された結晶欠陥が回復してしまうことがなく、十分なダ
メージ層を形成することができる。従って、SOIデバ
イスにおけるインパクトイオン化に伴う基板浮遊効果を
十分に抑制することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device described above, after the annealing for forming the diffusion layer of the source / drain region is performed on the single-crystal Si layer, the ions for defect formation are implanted into the single-crystal Si layer. . Therefore, unlike the conventional method for manufacturing a semiconductor device, a crystal defect formed by implantation of defect forming ions is not recovered, and a sufficient damage layer can be formed. Therefore, the substrate floating effect accompanying the impact ionization in the SOI device can be sufficiently suppressed.

【0013】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
において、上記ダメージ層を形成する工程では、単結晶
Si層に欠陥形成用イオンを注入する際に、該欠陥形成
用イオンを斜めに注入することも可能である。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the damaged layer, when the ions for defect formation are implanted into the single crystal Si layer, the ions for defect formation are obliquely implanted. It is also possible.

【0014】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
において、上記ダメージ層を形成する工程では、単結晶
Si層に欠陥形成用イオンを注入する際に、SOI基板
を回転させながら該欠陥形成用イオンを斜めに注入する
ことも可能である。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the damaged layer, when implanting ions for forming defects into the single-crystal Si layer, the defects are formed while rotating the SOI substrate. It is also possible to implant ions obliquely.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1〜図6は、本発明の第
1の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面
図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 are sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【0016】まず、SOI基板1を準備する。このSO
I基板1は、単結晶シリコンからなる支持基板2と、こ
の支持基板2上に形成された絶縁膜3と、この絶縁膜3
上に形成された単結晶Si層4と、から構成されてい
る。なお、SOI基板1は、種々の製造方法により製造
することが可能であり、例えば、張り合わせ法、SIM
OXなどにより製造することも可能である。
First, an SOI substrate 1 is prepared. This SO
The I substrate 1 includes a support substrate 2 made of single crystal silicon, an insulating film 3 formed on the support substrate 2,
And a single-crystal Si layer 4 formed thereon. The SOI substrate 1 can be manufactured by various manufacturing methods.
It can also be manufactured by OX or the like.

【0017】次に、図1に示すように、単結晶Si層4
にトレンチを形成し、このトレンチ内を含む全面上にC
VD法によりシリコン酸化膜を堆積する。この後、単結
晶Si層4の上に存在するシリコン酸化膜をエッチバッ
ク又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨
により除去する。これにより、トレンチ内にシリコン酸
化膜が埋め込まれ、絶縁膜3上の素子分離領域にはシリ
コン酸化膜からなる素子分離膜5が形成される。次に、
単結晶Si層4にP型不純物をイオン注入する。
Next, as shown in FIG.
A trench is formed on the entire surface including the inside of the trench.
A silicon oxide film is deposited by the VD method. Thereafter, the silicon oxide film existing on the single crystal Si layer 4 is removed by etch back or CMP (Chemical Mechanical Polishing) polishing. As a result, a silicon oxide film is buried in the trench, and an element isolation film 5 made of a silicon oxide film is formed in an element isolation region on the insulating film 3. next,
P-type impurities are ion-implanted into the single crystal Si layer 4.

【0018】この後、単結晶Si層4の表面に熱酸化法
によりゲート酸化膜6を形成する。次に、このゲート酸
化膜6を含む全面上にCVD法によりポリシリコン膜を
堆積し、このポリシリコン膜をパターニングすることに
より、ゲート酸化膜上にダミーゲート電極7aが形成さ
れる。
Thereafter, a gate oxide film 6 is formed on the surface of the single crystal Si layer 4 by a thermal oxidation method. Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface including the gate oxide film 6 by a CVD method, and the polysilicon film is patterned to form a dummy gate electrode 7a on the gate oxide film.

【0019】次に、ダミーゲート電極7aをマスクとし
て低濃度のN型不純物イオンをイオン注入する。次に、
ダミーゲート電極7aを含む全面上にCVD法によりシ
リコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜を全面エッ
チングすることにより、ダミーゲート電極7aの側壁に
はシリコン酸化膜からなるサイドウォール13が形成さ
れる。
Next, low concentration N-type impurity ions are implanted using the dummy gate electrode 7a as a mask. next,
A silicon oxide film is deposited on the entire surface including the dummy gate electrode 7a by the CVD method, and the entire surface of the silicon oxide film is etched to form a sidewall 13 made of the silicon oxide film on the side wall of the dummy gate electrode 7a. .

【0020】この後、サイドウォール13及びダミーゲ
ート電極7aをマスクとしてN型不純物イオンをイオン
注入し、SOI基板1にアニールを施す。これにより、
単結晶Si層4には低濃度のN型拡散層15及びソース
/ドレイン領域のN型拡散層16,17が形成される。
Thereafter, N-type impurity ions are implanted using the sidewall 13 and the dummy gate electrode 7a as a mask, and the SOI substrate 1 is annealed. This allows
In the single-crystal Si layer 4, a low-concentration N-type diffusion layer 15 and N-type diffusion layers 16 and 17 in source / drain regions are formed.

【0021】次に、図2に示すように、ダミーゲート電
極7aを含む全面上にCVD法によりシリコン酸化膜2
1を厚く堆積し、このシリコン酸化膜21をCMP研磨
又はエッチバックすることにより、ダミーゲート電極7
aの上面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2, a silicon oxide film 2 is formed on the entire surface including the dummy gate electrode 7a by CVD.
1 is thickly deposited, and the silicon oxide film 21 is polished by CMP or etched back to form a dummy gate electrode 7.
The upper surface of a is exposed.

【0022】この後、図3に示すように、ダミーゲート
電極7aをエッチングにより除去する。次に、シリコン
酸化膜21及びサイドウォール13をマスクとして単結
晶Si層4の底部で濃度が最大となるような条件で高エ
ネルギーのArイオン9をほぼ垂直にイオン注入する。
これにより、後記ゲート電極7b下のチャネル領域の下
方に位置する単結晶Si層4の底部に結晶欠陥からなる
ダメージ層11が形成される。このダメージ層11は、
SOIデバイスにおけるインパクトイオン化に伴う基板
浮遊効果を抑制するためのものである。つまり、ダメー
ジ層が無い場合は、単結晶Si層4が支持基板2から絶
縁されているので、ドレイン強電界等により発生した少
数キャリア(正孔)が単結晶Si層内に過渡的に蓄積さ
れ、これにより閾値電圧が変動するが、ダメージ層11
がある場合は、単結晶Si層内に発生した正孔の再結合
を促し、正孔のライフタイムを短くすることにより、単
結晶Si層内に正孔が蓄積されるのを抑制することがで
き、基板浮遊効果を抑制することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the dummy gate electrode 7a is removed by etching. Next, using the silicon oxide film 21 and the sidewalls 13 as masks, high-energy Ar ions 9 are implanted almost vertically under the condition that the concentration becomes maximum at the bottom of the single-crystal Si layer 4.
As a result, a damage layer 11 composed of crystal defects is formed at the bottom of the single crystal Si layer 4 located below the channel region below the gate electrode 7b. This damage layer 11
This is for suppressing the substrate floating effect due to impact ionization in the SOI device. In other words, when there is no damage layer, the single-crystal Si layer 4 is insulated from the support substrate 2, so that minority carriers (holes) generated by a strong drain electric field or the like are transiently accumulated in the single-crystal Si layer. As a result, the threshold voltage fluctuates.
If there is, the recombination of holes generated in the single-crystal Si layer is promoted, and the lifetime of the holes is shortened, so that the accumulation of holes in the single-crystal Si layer can be suppressed. Thus, the substrate floating effect can be suppressed.

【0023】次に、図4に示すように、単結晶Si層の
表面上にゲート酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜2
1を含む全面上にCVD法によりポリシリコン膜22を
堆積する。
Next, as shown in FIG. 4, after forming a gate oxide film on the surface of the single crystal Si layer, the silicon oxide film 2 is formed.
Then, a polysilicon film 22 is deposited on the entire surface including 1 by a CVD method.

【0024】この後、図5に示すように、ポリシリコン
膜22をCMP研磨又はエッチバックすることにより、
サイドウォール13の相互間にポリシリコン膜からなる
ゲート電極7bが形成される。次に、ゲート電極7bを
含む全面上にシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜23
を堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 5, the polysilicon film 22 is polished by CMP or etched back,
A gate electrode 7b made of a polysilicon film is formed between the side walls 13. Next, an interlayer insulating film 23 made of a silicon oxide film or the like is formed on the entire surface including the gate electrode 7b.
Is deposited.

【0025】次に、図6に示すように、層間絶縁膜23
及びシリコン酸化膜21をエッチングすることにより、
ソース/ドレイン領域のN型拡散層16,17それぞれ
の上に位置するコンタクトホール23a,23bが形成
される。この後、コンタクトホール内及び層間絶縁膜上
に配線層25を形成する。
Next, as shown in FIG.
And by etching the silicon oxide film 21,
Contact holes 23a and 23b are formed on the N-type diffusion layers 16 and 17 in the source / drain regions, respectively. Thereafter, a wiring layer 25 is formed in the contact hole and on the interlayer insulating film.

【0026】上記第1の実施の形態によれば、低濃度の
N型拡散層15及びソース/ドレイン領域のN型拡散層
16,17を形成するためのアニールを単結晶Si層4
に施した後に、単結晶Si層4の底部に高エネルギーの
Arイオン9をイオン注入している。このため、従来の
半導体装置の製造方法のようにArイオンのイオン注入
によって単結晶Si層に形成された結晶欠陥が回復して
しまうことがなく、十分なダメージ層11を形成するこ
とができる。従って、SOIデバイスにおけるインパク
トイオン化に伴う基板浮遊効果を十分に抑制することが
できる。
According to the first embodiment, annealing for forming the low-concentration N-type diffusion layer 15 and the N-type diffusion layers 16 and 17 of the source / drain regions is performed by the single-crystal Si layer 4.
After that, high energy Ar ions 9 are ion-implanted into the bottom of the single crystal Si layer 4. Therefore, unlike the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the crystal defects formed in the single-crystal Si layer by the ion implantation of Ar ions are not recovered, and a sufficient damage layer 11 can be formed. Therefore, the substrate floating effect accompanying the impact ionization in the SOI device can be sufficiently suppressed.

【0027】図7及び図8は、本発明の第2の実施の形
態による半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図
1〜図6と同一部分については同一符号を付し、異なる
部分についてのみ説明する。
FIGS. 7 and 8 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIGS. Will be described only.

【0028】図7に示すように、シリコン酸化膜21及
びサイドウォール13をマスクとして単結晶Si層4に
高エネルギーのArイオン29を斜めにイオン注入す
る。この際、SOI基板1は回転させない。これによ
り、ソース側のチャンネル下部に結晶欠陥からなるダメ
ージ層31が形成される。このダメージ層31は、SO
Iデバイスにおけるインパクトイオン化に伴う基板浮遊
効果を抑制するためのものである。つまり、ソース側の
チャンネル下部に形成したダメージ層31により、ドレ
イン電界でソース側に蓄積する正孔を効率的に再結合中
心に捕獲することができる。それにより、単結晶Si層
内のソース側に正孔が蓄積されるのを抑制することがで
き、基板浮遊効果を抑制することができる。
As shown in FIG. 7, high energy Ar ions 29 are obliquely implanted into the single crystal Si layer 4 using the silicon oxide film 21 and the side walls 13 as a mask. At this time, the SOI substrate 1 is not rotated. As a result, a damaged layer 31 made of a crystal defect is formed below the channel on the source side. The damage layer 31 is made of SO
This is for suppressing the substrate floating effect due to impact ionization in the I device. That is, the holes accumulated on the source side by the drain electric field can be efficiently captured at the recombination center by the damage layer 31 formed below the channel on the source side. Thus, the accumulation of holes on the source side in the single crystal Si layer can be suppressed, and the substrate floating effect can be suppressed.

【0029】次に、図8に示すように、第1の実施の形
態と同様の方法で、ゲート電極7b、層間絶縁膜23、
コンタクトホール23a,23b、配線層25を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 8, in the same manner as in the first embodiment, the gate electrode 7b, the interlayer insulating film 23,
The contact holes 23a and 23b and the wiring layer 25 are formed.

【0030】上記第2の実施の形態においても第1の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。
The same effects as in the first embodiment can be obtained in the second embodiment.

【0031】図9及び図10は、本発明の第3の実施の
形態による半導体装置の製造方法を示す断面図であり、
図1〜図6と同一部分については同一符号を付し、異な
る部分についてのみ説明する。
FIGS. 9 and 10 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and only different portions will be described.

【0032】図9に示すように、シリコン酸化膜21及
びサイドウォール13をマスクとしてSOI基板1を回
転させながら単結晶Si層4に高エネルギーのArイオ
ン39を斜めにイオン注入する。これにより、ソース側
及びドレイン側それぞれのチャンネル下部に結晶欠陥か
らなるダメージ層32が形成される。このダメージ層3
2は、SOIデバイスにおけるインパクトイオン化に伴
う基板浮遊効果を抑制するためのものである。つまり、
ソース/ドレイン領域の底部に形成したダメージ層32
により、ドレイン電界で発生する正孔を効率的に再結合
中心に捕獲することができる。それにより、単結晶Si
層内に正孔が蓄積されるのを抑制することができ、基板
浮遊効果を抑制することができる。
As shown in FIG. 9, high energy Ar ions 39 are obliquely implanted into the single crystal Si layer 4 while rotating the SOI substrate 1 using the silicon oxide film 21 and the side walls 13 as a mask. As a result, a damaged layer 32 made of a crystal defect is formed below the channel on each of the source side and the drain side. This damage layer 3
Numeral 2 is for suppressing the substrate floating effect accompanying impact ionization in the SOI device. That is,
Damage layer 32 formed at the bottom of source / drain region
Thereby, holes generated in the drain electric field can be efficiently captured at the recombination center. Thereby, single crystal Si
Accumulation of holes in the layer can be suppressed, and the substrate floating effect can be suppressed.

【0033】次に、図10に示すように、第1の実施の
形態と同様の方法で、ゲート電極7b、層間絶縁膜2
3、コンタクトホール23a,23b、配線層25を形
成する。
Next, as shown in FIG. 10, the gate electrode 7b and the interlayer insulating film 2 are formed in the same manner as in the first embodiment.
3. The contact holes 23a and 23b and the wiring layer 25 are formed.

【0034】上記第3の実施の形態においても第1の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。
In the third embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

【0035】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。例えば、
第2、第3の実施の形態において、Arイオン31を斜
め方向にイオン注入する際の具体的な方向については、
ゲート電極のサイズや単結晶Si層の厚さ等の条件によ
り種々適切なものを選択して実施することが可能であ
る。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented with various modifications. For example,
In the second and third embodiments, a specific direction when implanting the Ar ions 31 obliquely is as follows.
Various appropriate ones can be selected and implemented depending on conditions such as the size of the gate electrode and the thickness of the single crystal Si layer.

【0036】また、上記第1乃至第3の実施の形態で
は、ダメージ層を形成するためにArイオンをイオン注
入しているが、イオン種はArに限られるものではな
く、Ne等の希ガス元素、F、Cl等のハロゲン元素、
及びSi、C、Ge等の14族元素を用いることも可能
である。
In the first to third embodiments, Ar ions are implanted to form a damaged layer. However, the ion species is not limited to Ar, and a rare gas such as Ne may be used. Elements, halogen elements such as F and Cl,
It is also possible to use Group 14 elements such as Si, C and Ge.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ソ
ース/ドレイン領域の拡散層を形成するためのアニール
を単結晶Si層に施した後に、単結晶Si層に欠陥形成
用イオンを注入している。したがって、SOIデバイス
におけるインパクトイオン化に伴う基板浮遊効果を十分
に抑制できる半導体装置の製造方法を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, after the annealing for forming the diffusion layers of the source / drain regions is performed on the single crystal Si layer, the ions for defect formation are implanted into the single crystal Si layer. are doing. Therefore, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of sufficiently suppressing a substrate floating effect due to impact ionization in an SOI device.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示すものであり、図1の次の工程を示す断面
図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, illustrating a step subsequent to FIG. 1;

【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示すものであり、図2の次の工程を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, illustrating a step subsequent to FIG. 2;

【図4】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示すものであり、図3の次の工程を示す断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, which is a step subsequent to FIG. 3;

【図5】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示すものであり、図4の次の工程を示す断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, which is a step subsequent to FIG. 4;

【図6】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示すものであり、図5の次の工程を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, which illustrates a step subsequent to that of FIG. 5;

【図7】本発明の第2の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図8】本発明の第2の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示すものであり、図7の次の工程を示す断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, which is a step subsequent to FIG. 7;

【図9】本発明の第3の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施の形態による半導体装置
の製造方法を示すものであり、図9の次の工程を示す断
面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, which is a step subsequent to FIG. 9;

【図11】(a),(b)は、従来の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 SOI基板 2,102 支持基板 3,103 絶縁膜 4,104 単結晶Si層 5,105 素子分離膜 6,106 ゲート酸化膜 7a ダミーゲート電極 7b,107 ゲート電極 9,29,39,109 Arイオン 11,31,32,111 ダメージ層 13,113 サイドウォール 15,115 低濃度のN型拡散層 16,116 ソース拡散層 17,117 ドレイン拡散層 21 シリコン酸化膜 22 ポリシリコン膜 23 層間絶縁膜 23a,23b コンタクトホール 25 配線層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 SOI substrate 2,102 Support substrate 3,103 Insulating film 4,104 Single-crystal Si layer 5,105 Element isolation film 6,106 Gate oxide film 7a Dummy gate electrode 7b, 107 Gate electrode 9,29,39,109 Ar ion 11, 31, 32, 111 Damage layer 13, 113 Side wall 15, 115 Low-concentration N-type diffusion layer 16, 116 Source diffusion layer 17, 117 Drain diffusion layer 21 Silicon oxide film 22 Polysilicon film 23 Interlayer insulating film 23a, 23b Contact hole 25 Wiring layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基板、その上に形成された第1絶縁
膜及びその上に形成された単結晶Si層を有するSOI
基板を準備する工程と、 単結晶Si層の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、 このゲート絶縁膜上にダミーゲート電極を形成する工程
と、 ダミーゲート電極をマスクとして単結晶Si層に不純物
イオンを注入する工程と、 単結晶Si層にアニールを施すことにより、単結晶Si
層にソース/ドレイン領域の拡散層を形成する工程と、 ダミーゲート電極を含む全面上に第2絶縁膜を堆積し、
第2絶縁膜をCMP研磨又はエッチバックすることによ
り、ダミーゲート電極の上面を露出させる工程と、 ダミーゲート電極を除去する工程と、 第2絶縁膜をマスクとして単結晶Si層に欠陥形成用イ
オンを注入することにより、単結晶Si層に結晶欠陥か
らなるダメージ層を形成する工程と、 ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
An SOI having a support substrate, a first insulating film formed thereon, and a single-crystal Si layer formed thereon
A step of preparing a substrate; a step of forming a gate insulating film on the surface of the single-crystal Si layer; a step of forming a dummy gate electrode on the gate insulating film; and an impurity in the single-crystal Si layer using the dummy gate electrode as a mask. By implanting ions and annealing the single-crystal Si layer, the single-crystal Si
Forming a source / drain region diffusion layer in the layer; depositing a second insulating film on the entire surface including the dummy gate electrode;
A step of exposing the upper surface of the dummy gate electrode by CMP polishing or etching back the second insulating film; a step of removing the dummy gate electrode; and ion forming defects in the single crystal Si layer using the second insulating film as a mask. A method of forming a damaged layer made of crystal defects in a single-crystal Si layer by implanting the same, and a step of forming a gate electrode on a gate insulating film.
【請求項2】 上記ダメージ層を形成する工程におい
て、単結晶Si層に欠陥形成用イオンを注入する際に、
該欠陥形成用イオンを斜めに注入することを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. In the step of forming the damaged layer, when implanting ions for forming a defect into the single-crystal Si layer,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said ions for forming a defect are implanted obliquely.
【請求項3】 上記ダメージ層を形成する工程におい
て、単結晶Si層に欠陥形成用イオンを注入する際に、
SOI基板を回転させながら該欠陥形成用イオンを斜め
に注入することを特徴とする請求項1記載の半導体装置
の製造方法。
3. In the step of forming the damaged layer, when implanting ions for defect formation into the single crystal Si layer,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said defect forming ions are obliquely implanted while rotating said SOI substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9653572B2 (en) 2015-01-30 2017-05-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor device

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