JP2003069026A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2003069026A
JP2003069026A JP2001253799A JP2001253799A JP2003069026A JP 2003069026 A JP2003069026 A JP 2003069026A JP 2001253799 A JP2001253799 A JP 2001253799A JP 2001253799 A JP2001253799 A JP 2001253799A JP 2003069026 A JP2003069026 A JP 2003069026A
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breakdown voltage
effect transistor
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JP2001253799A
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English (en)
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Takaomi Masuda
崇臣 増田
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SOI基板に形成した高耐圧MOSFETで
あって、表面シリコン層と支持基板との電位差によっ
て、表面シリコン層と埋め込み酸化膜の界面を流れるリ
ーク電流を発生させない半導体装置およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 チャネルドープ層109、113を用い
て、しきい値電圧を調節するため、低濃度領域37、3
9の不純物濃度を高くできることを特徴とする半導体装
置およびその製造方法を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面シリコン層−
埋め込み酸化膜−支持基板構造からなるSOI構造(S
ilicon On Insulator構造)を有す
るSOI基板を用いた半導体装置およびその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータや携帯機器などの発
展に伴ない、ICチップの重要性はますます高まってい
る。ICチップの用途のひとつとして、液晶ディスプレ
イ駆動装置など電源電圧が30V程度の比較的高電圧で
使用されるものがある。一方、SOI基板に形成した半
導体装置は、素子間を完全に絶縁分離できることから、
マルチ電源の実現容易さや、ラッチアップフリーなどの
長所を持っている。このようなことから、高電圧用のI
CチップにSOI基板を使用することによって、ICチ
ップの機能や価値は、より高くなる。
【0003】このような、高電圧用ICチップは、高機
能化のためにロジック回路を混載している場合もある。
その場合、高電圧で使用される回路には高耐圧用のトラ
ンジスタを用い、ロジック回路には低電圧用のトランジ
スタを用いている。
【0004】ここで、SOI基板を用いて高耐圧用と低
電圧用のトランジスタを形成した半導体装置の一例につ
いて、図2を用いて説明する。図2は、従来のSOI基
板を用いた半導体装置であるICチップの要部を拡大し
て示す断面図である。
【0005】SOI基板1は、支持基板17の上部に埋
め込み酸化膜19を設け、埋め込み酸化膜19の上部に
表面シリコン層を設けた構造を有する。しかし、図2で
はその表面シリコン層が複数の島状の素子領域に分離さ
れ、さらにその各素子領域に不純物が注入及び拡散され
て、第1のP型低濃度領域37と第1のN型低濃度領域
39と第2のP型低濃度領域71および第2のN型低濃
度領域73となっている。
【0006】第1のP型低濃度領域37上には高耐圧N
チャネル電界効果トランジスタ(以下高耐圧Nチャネル
MOSFETと記載する)27が、第1のN型低濃度領
域39上には高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタ
(以下高耐圧PチャネルMOSFETと記載する)29
が、第2のP型低濃度領域71上には低耐圧Nチャネル
電界効果トランジスタ(以下低耐圧NチャネルMOSF
ETと記載する)75が、第2のN型低濃度領域73上
には低耐圧Pチャネル電界効果トランジスタ(以下低耐
圧PチャネルMOSFETと記載する)77が、それぞ
れフィールド酸化膜107と絶縁膜23とによって互い
に絶縁分離されて設けられている。
【0007】高耐圧NチャネルMOSFET27は、第
1のP型低濃度領域37の中央付近に第1のゲート酸化
膜15を介してゲート電極21を、その側面にサイドウ
ォール79を設ける。ゲート電極21の片側でサイドウ
ォール79の下部にN型ライトドープ層81を、その隣
にN型ソース領域7を設ける。また、ゲート電極21に
対し、N型ソース領域7の反対側にN型オフセットドレ
イン領域9を、そのN型オフセットドレイン領域9にゲ
ート電極21と離間してN型ドレイン領域5を設ける。
また、ゲート電極21、N型ソース領域7及びN型ドレ
イン領域5には、それぞれコンタクトホール31を通し
て電気的に接続された金属電極11が設けられている。
【0008】高耐圧PチャネルMOSFET29は、第
1のN型低濃度領域39の中央付近に第1のゲート酸化
膜15を介してゲート電極21を、その側面にサイドウ
ォール79を設ける。ゲート電極21の片側でサイドウ
ォール79の下部にP型ライトドープ層83を、その隣
にP型ソース領域33を設ける。また、ゲート電極21
に対し、P型ソース領域33の反対側にP型オフセット
ドレイン領域41を、そのP型オフセットドレイン領域
41にゲート電極21と離間してP型ドレイン領域35
を設ける。また、ゲート電極21、P型ソース領域33
及びP型ドレイン領域35には、それぞれコンタクトホ
ール31を通して電気的に接続された金属電極11が設
けられている。
【0009】低耐圧NチャネルMOSFET75は、第
2のP型低濃度領域71の中央付近に第2のゲート酸化
膜101を介してゲート電極21を、その側面にサイド
ウォール79を設ける。サイドウォール79の下部にN
型ライトドープ層81を、その隣にN型高濃度領域85
を設ける。また、ゲート電極21、N型高濃度領域85
には、それぞれコンタクトホール31を通して電気的に
接続された金属電極11が設けられている。
【0010】低耐圧PチャネルMOSFET77は、第
2のN型低濃度領域73の中央付近に第2のゲート酸化
膜101を介してゲート電極21を、その側面にサイド
ウォール79を設ける。サイドウォール79の下部にP
型ライトドープ層83を、その隣にP型高濃度領域89
を設ける。また、ゲート電極21、P型高濃度領域89
には、それぞれコンタクトホール31を通して電気的に
接続された金属電極11が設けられている。
【0011】なお、高耐圧NチャネルMOSFET27
と、高耐圧PチャネルMOSFET29と、低耐圧Nチ
ャネルMOSFET75と、低耐圧PチャネルMOSF
ET77とは、ゲート電極21と接続する金属電極が、
図2とは異なる断面位置に設けられているため、図2に
は示されていない。また、図示は省略しているが、多数
の金属電極11のうち外部と接続するものには、入出力
端子を設けるパッド部が形成されている。
【0012】NチャネルMOSFETとPチャネルMO
SFETとは、低濃度領域、ソース領域、ドレイン領
域、ライトドープ層、高濃度領域及びオフセットドレイ
ン領域の導電型が逆になっているだけで、基本的な構成
は共通している。そして、この一対のNチャネルMOS
FETとPチャネルMOSFETとによって、CMOS
トランジスタが構成されている。
【0013】図2に示した高耐圧NチャネルMOSFE
T27と高耐圧PチャネルMOSFET29とは、ドレ
イン領域5、35とゲート電極21を離し、それらの間
にオフセットドレイン領域9、41を設けている。この
ようなMOSFETは、一般的にオフセット型MOSF
ETと呼ばれる。オフセット型MOSFETは、ドレイ
ン領域5、35と低濃度領域37、39で形成されるP
N接合の間に、ドレイン領域5、35の不純物濃度より
低濃度のオフセットドレイン領域9、41を設けてい
る。そのため、ドレイン領域5、35と低濃度領域3
7、39を逆バイアスしたとき、より空乏層が延びやす
くなるため、高い電圧で使用することが可能なMOSF
ETである。
【0014】また、図2に示した低耐圧NチャネルMO
SFET75と低耐圧PチャネルMOSFET77は、
ゲート電極21と高濃度領域85、89を離し、それら
の間にライトドープ層81、83を設けている。このよ
うなMOSFETは、一般的にLDD(Lightly
Doped Drain)型MOSFETと呼ばれ、
MOSFETのゲート長を微細化するに従い、高電界と
なるドレイン接合近傍の電界を緩和するために、ライト
ドープ層81、83を設けている。このLDD型MOS
FETはロジック回路用に用いられる。このように図2
に示した半導体装置は、高耐圧用と低耐圧用のMOSF
ETを同一SOI基板上に形成している。
【0015】この図2では、2組のCMOSトランジス
タだけを示しているが、実際のICチップには、多数の
CMOSトランジスタや他のFET、バイポーラトラン
ジスタや抵抗あるいはコンデンサなどが設けられてい
る。もちろん、これらはいずれもSOI技術によって作
成される。
【0016】以下、SOI基板に形成した半導体装置を
製造する従来技術を、図面を用いて説明する。図2から
図12は、従来技術における半導体装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。
【0017】図3に示すように、SOI基板1は、支持
基板17の上部に埋め込み酸化膜19を備え、埋め込み
酸化膜19の上部には表面シリコン層3を備えた構造を
有する。まずはじめに、酸化雰囲気中で熱処理を行い、
表面シリコン層3の表面に、パッド酸化膜103を形成
する。続いて、CVD法によって、シリコン窒化膜10
5を形成する。引き続き、表面シリコン層3の表面に、
フォトレジスト25を回転塗布法によって上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、素子領域上に残存するようにフォ
トレジスト25をパターニングする。
【0018】続いて、図4に示すように、フォトレジス
ト25開口内のシリコン窒化膜105を完全に除去す
る。引き続き、フォトレジスト25開口内のパッド酸化
膜103を完全に除去する。さらに、フォトレジスト2
5開口内の表面シリコン層3を膜厚が半分になる程度ま
でエッチングする。その後、フォトレジスト25を除去
する。
【0019】続いて、図5に示すように、酸化雰囲気中
で熱処理を行い、フィールド酸化膜107を形成する。
これにより、素子分離領域のフィールド酸化膜107と
埋め込み酸化膜19は接触し、各素子領域は島状に形成
される。引き続き、シリコン窒化膜(図示せず)と、パ
ッド酸化膜(図示せず)とをエッチングし、完全に除去
する。
【0020】つぎに、図6に示すように、SOI基板1
の表面に、フォトレジスト(図示せず)を回転塗布法に
よって上部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスク
を用いて露光処理と、現像処理を行い、第2のP型低濃
度領域71となる領域が開口するようにフォトレジスト
をパターニングする。引き続き、フォトレジストをイオ
ン注入阻止膜として用いて、P型不純物(図示せず)を
イオン注入する。その後、硫酸を用いてフォトレジスト
を除去する。
【0021】さらに、SOI基板1の表面に、フォトレ
ジスト(図示せず)を回転塗布法によって上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、第2のN型低濃度領域73となる
領域が開口するようにフォトレジストをパターニングす
る。引き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜とし
て用いて、N型不純物(図示せず)をイオン注入する。
その後、硫酸を用いてフォトレジストを除去する。
【0022】続いて、SOI基板1の表面に、フォトレ
ジスト(図示せず)を回転塗布法によって上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、第1のP型低濃度領域37となる
領域が開口するようにフォトレジストをパターニングす
る。引き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜とし
て用いて、P型不純物(図示せず)をイオン注入する。
その後、硫酸を用いてフォトレジストを除去する。
【0023】さらに、SOI基板1の表面に、フォトレ
ジスト(図示せず)を回転塗布法によって上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、第1のN型低濃度領域39となる
領域が開口するようにフォトレジストをパターニングす
る。引き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜とし
て用いて、N型不純物(図示せず)をイオン注入する。
その後、硫酸を用いてフォトレジストを除去する。続い
て、熱処理を行い、不純物を拡散させ、第1および第2
のP型低濃度領域37、71と第1および第2のN型低
濃度領域39、73を形成する。なお、第1および第2
のP型低濃度領域37、71と、第1および第2のN型
低濃度領域39、73は、導電型は同じだが、不純物濃
度が違うので分けて形成している。
【0024】つぎに、図7に示すように、SOI基板1
の表面に、フォトレジスト(図示せず)を回転塗布法に
よって上部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスク
を用いて露光処理と、現像処理を行い、N型オフセット
ドレイン領域9となる領域が開口するようにフォトレジ
ストをパターニングする。引き続き、フォトレジストを
イオン注入阻止膜として用いて、N型不純物(図示せ
ず)をイオン注入する。その後、フォトレジストを除去
する。
【0025】続いて、SOI基板1の表面に、フォトレ
ジスト(図示せず)を回転塗布法によって上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、P型オフセットドレイン領域41
となる領域が開口するようにフォトレジストをパターニ
ングする。引き続き、フォトレジストをイオン注入阻止
膜として用いて、P型不純物(図示せず)をイオン注入
する。その後、フォトレジストを除去する。続いて、酸
化処理と熱処理とを行い、シリコン酸化膜111を形成
し、さらに不純物を拡散させ、N型オフセットドレイン
領域9およびP型オフセットドレイン領域41を形成す
る。
【0026】次に、図8に示すように、フォトレジスト
25を回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、素子領域が開口するようにフォト
レジスト25をパターニングする。続いて、フォトレジ
スト25開口内のシリコン酸化膜(図示せず)を完全に
除去し、その後、フォトレジスト25を除去する。
【0027】次に、図9を示すように、酸化処理を行
い、第1のゲート酸化膜15を形成する。引き続き、フ
ォトレジスト25を回転塗布法によってSOI基板1の
上部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスクを用い
て露光処理と、現像処理を行い、第2のP型低濃度領域
71および第2のN型低濃度領域73が開口し、さらに
第1のP型低濃度領域37および第1のN型低濃度領域
39内のゲート電極領域上に残存するようにフォトレジ
スト25をパターニングする。続いて、フォトレジスト
25開口内の第1のゲート酸化膜15を完全に除去す
る。その後、フォトレジスト25を除去する。
【0028】次に、図10に示すように、酸化処理を行
い、第2のゲート酸化膜101を形成する。続いて、ゲ
ート電極材料(図示せず)をSOI基板1の上部全面に
形成する。引き続き、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成する。
つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処
理を行い、ゲート電極21を形成する領域上に残存する
ようにフォトレジストをパターニングする。つづいて、
フォトレジスト開口内のゲート電極材料を完全に除去す
るまでエッチングし、ゲート電極21を形成する。その
後、フォトレジストを除去する。
【0029】続いて、図11に示すように、フォトレジ
スト(図示せず)を回転塗布法によってSOI基板1の
上部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスクを用い
て露光処理と、現像処理を行い、N型オフセットドレイ
ン領域9と、第1および第2のN型低濃度領域39、7
3に残存するようにフォトレジストをパターニングす
る。引き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜とし
て用いて、さらにゲート電極21に対し自己整合的に、
N型不純物をイオン注入し、N型ライトドープ層81を
形成する。その後、フォトレジストを除去する。
【0030】引き続き、フォトレジスト25を回転塗布
法によってSOI基板1の上部全面に形成する。つぎに
所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を行
い、P型オフセットドレイン領域41と、第1および第
2のP型低濃度領域37、71上に残存するようにフォ
トレジスト25をパターニングする。引き続き、フォト
レジストをイオン注入阻止膜として用いて、さらにゲー
ト電極21に対し自己整合的に、P型不純物をイオン注
入し、P型ライトドープ層83を形成する。その後、フ
ォトレジスト25を除去する。
【0031】続いて、図12に示すように、サイドウォ
ール材料(図示せず)をSOI基板1の上部全面に形成
する。続いて、平坦部のサイドウォール材料を完全に除
去する程度に全面エッチングし、サイドウォール79を
形成する。
【0032】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成す
る。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現
像処理を行い、N型オフセットドレイン領域9と、第1
および第2のN型低濃度領域39、73上に残存するよ
うにフォトレジストをパターニングする。続いて、フォ
トレジストをイオン注入阻止膜として用いて、さらにゲ
ート電極21に対し自己整合的に、N型不純物をイオン
注入し、N型ドレイン領域5とN型ソース領域7とN型
高濃度領域85とを形成する。その後、フォトレジスト
を除去する。
【0033】引き続き、フォトレジスト25を回転塗布
法によってSOI基板1の上部全面に形成する。つぎに
所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を行
い、P型オフセットドレイン領域41と、第1および第
2のP型低濃度領域37、71上に残存するようにフォ
トレジスト25をパターニングする。続いて、フォトレ
ジスト25をイオン注入阻止膜として用いて、さらにゲ
ート電極21に対し自己整合的に、P型不純物をイオン
注入し、P型ドレイン領域35とP型ソース領域33と
P型高濃度領域89とを形成する。その後、フォトレジ
ストを除去する。
【0034】次に、図2に示すように、絶縁膜23を全
面に被膜形成する。その後、窒素雰囲気中で熱処理を加
える。このことによって、N型ドレイン領域5とN型ソ
ース領域7とN型高濃度領域85とP型ドレイン領域3
5とP型ソース領域33とP型高濃度領域89とにイオ
ン注入した不純物を活性化させる。この窒素雰囲気中の
熱処理は、絶縁膜23の表面平坦化も兼ねる。
【0035】つぎに、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法によって絶縁膜23の上部全面に形成する。次
に所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を
行い、コンタクトホール31を形成する領域が開口する
ようにフォトレジストをパターニングする。
【0036】引き続き、フォトレジスト開口内の絶縁膜
23を完全に除去するまでエッチングし、コンタクトホ
ール31を形成する。その後、フォトレジストを除去す
る。
【0037】続いて、SOI基板1の上部全面に、金属
電極を形成するための金属電極材料(図示せず)を被膜
形成する。
【0038】つぎに、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法により、金属電極材料(図示せず)の上部全面
に形成する。引き続き、所定のフォトマスクを用いて、
露光処理と、現像処理を行い、フォトレジストを金属電
極11となる領域上に残存するようにパターニングす
る。
【0039】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
エッチングマスクとして使用して、フォトレジスト開口
内の金属電極材料を完全に除去するまでエッチングし、
金属電極11を形成する。その後、フォトレジストを除
去する。
【0040】このようにして、図2に示すような従来の
技術における、SOI基板上に形成した高耐圧Nチャネ
ルMOSFET27と、高耐圧PチャネルMOSFET
29と、低耐圧NチャネルMOSFET75と、低耐圧
PチャネルMOSFET77とを製造することができ
る。
【0041】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなSOI
基板を用いた半導体装置であるICチップを動作させる
際には、支持基板17を接地または所定電圧でバイアス
する必要がある。そうすることによって、ICチップの
動作を安定化させることができるからである。しかしな
がら、図2に示したように、SOI基板上にCMOSト
ランジスタを形成したICチップを駆動する場合に、シ
リコンの支持基板17を接地またはバイアスすると、次
に記すような問題が発生する。
【0042】すなわち、CMOSトランジスタを構成す
るMOSFETにおいて、支持基板17と表面シリコン
層に形成されたP型低濃度領域またはN型低濃度領域の
電位が異なることになる。例えば、図2に示すように、
支持基板17を接地すると、高耐圧NチャネルMOSF
ET27の第1のP型低濃度領域37は接地電位にする
が、高耐圧PチャネルMOSFET29の第1のN型低
濃度領域39は、CMOS動作をさせるために電源電位
(印加電圧VDDによる)にしなければならない。その
ため、第1のN型低濃度領域39と支持基板17との間
に電位差が生じることになる。
【0043】そこで、図2における1個の高耐圧Pチャ
ネルMOSFET29の部分のみを拡大して示す図1
3、図14によって、このような電位差の発生による問
題点について説明する。なお、この断面図では、図示の
都合上一部のハッチングを省略している。以下、図13
と図14を交互に参照して説明する。図13における第
1のN型低濃度領域39と、P型ソース領域33および
P型ライトドープ層83とはPN接合を形成し、そのP
N接合付近では、第1のN型低濃度領域39の多数キャ
リアである電子とP型ソース領域33およびP型ライト
ドープ層83の多数キャリアであるホールが再結合し、
図13に示すように第1の空乏層43が形成される。ま
た、通常はP型ソース領域33とP型ライトドープ層8
3及び第1のN型低濃度領域39に印加電圧VDDが供
給されている。
【0044】そして、第1のN型低濃度領域39への印
加電圧VDDの値を正電圧側に高くしていくと、境界面
45付近の電子が排斥され、第2の空乏層47が形成さ
れるようになる。さらに印加電圧VDDを高くしていく
と、境界面45付近にホールからなる反転層49が形成
され、やがて、埋め込み酸化膜19から延びる第2の空
乏層47とP型ソース領域33付近の第1の空乏層43
とが、図14に示すようにつながってしまう。
【0045】このような状態になると、埋め込み酸化膜
19から延びる第2の空乏層47と、P型ソース領域3
3付近の第1の空乏層43および埋め込み酸化膜19と
が、直列接続された容量となってしまい、次のような現
象が発生する。すなわち、第1のN型低濃度領域39と
P型ソース領域33との電位障壁が、支持基板17とP
型ソース領域33との電位差によって引き下げられ、図
14の矢印aで示すように、P型ソース領域33から反
転層49にキャリア(ホール)51が供給されてしま
う。
【0046】一方、P型ドレイン領域35とP型オフセ
ットドレイン領域41とは、通常、第1のN型低濃度領
域39と逆バイアスになるようにドレイン電圧Vdが印
加されているので、反転層49から、P型オフセットド
レイン領域41へキャリア(ホール)51が流れ込む。
こうしたことから、境界面45に沿って矢印bで示すよ
うに流れるリーク電流が発生し、チャネル電流以外の電
流経路が形成されることになる。このようにリーク電流
が発生すると、ゲート電極21への印加電圧によって、
チャネルがオンしていない場合でも電流が流れてしま
い、MOSFETに流れる電流をゲート電極21への印
加電圧によって正確に制御できなくなってしまう。
【0047】つまり、第1のN型低濃度領域39に印加
される電圧VDDと支持基板17との間の電位差によっ
て、埋め込み酸化膜19との境界面45に沿って流れる
リーク電流が発生し、MOSFETの電流制御が不正確
になるという問題があった。以上の問題は、高耐圧Pチ
ャネルMOSFET29だけではなく、高耐圧Nチャネ
ルMOSFET27にも起こり得る。図2に示した高耐
圧NチャネルMOSFET27の場合、第1のP型低濃
度領域37を接地したことにより支持基板17との電位
差が発生しないため、第1のP型低濃度領域37と埋め
込み酸化膜19との境界面に沿ってリーク電流は発生し
ない。
【0048】ところが、支持基板17に電源電圧VDD
を印加した場合には、高耐圧PチャネルMOSFET2
9の第1のN型低濃度領域39には電源電圧VDDが印
加されるため、リーク電流の発生は無くなるが、高耐圧
NチャネルMOSFET27の第1のP型低濃度領域3
7は接地電位にするため、第1のP型低濃度領域37と
支持基板17との間に電位差が生じ、リーク電流が発生
してしまう。
【0049】すなわち、SOI基板上でCMOSトラン
ジスタを構成するNチャネルMOSFETとPチャネル
MOSFETのうちのいずれか一方で、上述したリーク
電流による問題が発生することになる。また、CMOS
トランジスタの場合に限らず、SOI基板上にNチャネ
ルMOSFETとPチャネルMOSFETが混在して設
けられた半導体装置においては、同様の問題が発生す
る。
【0050】〔発明の目的〕本発明の目的は、上記の課
題を解決して、CMOSトランジスタにおけるリーク電
流を無くすことが可能な半導体装置およびその製造方法
を提供することである。
【0051】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置およびその製造方法は、下記記
載の構造および製造方法を採用する。
【0052】本発明の半導体装置は、支持基板と埋め込
み酸化膜と表面シリコン層からなるSOI基板に、高耐
圧Nチャネル電界効果トランジスタと高耐圧Pチャネル
電界効果トランジスタを設けた半導体装置であって、前
記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタは、前記表面
シリコン層に設けた第1のP型低濃度領域と、該第1の
P型低濃度領域に設けた第1のゲート酸化膜と、該第1
のゲート酸化膜の下部に設けたN型チャネルドープ層
と、前記第1のゲート酸化膜の上部に設けた前記高耐圧
Nチャネル電界効果トランジスタのゲート電極と、前記
高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電
極の一端側に設けたN型ソース領域と、前記高耐圧Nチ
ャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極の他端側
に設けたN型オフセットドレイン領域と、該N型オフセ
ットドレイン領域内に前記高耐圧Nチャネル電界効果ト
ランジスタの前記ゲート電極と離間して設けたN型ドレ
イン領域とを有し、前記高耐圧Pチャネル電界効果トラ
ンジスタは、前記表面シリコン層に設けた第1のN型低
濃度領域と、該第1のN型低濃度領域に設けた第1のゲ
ート酸化膜と、該第1のゲート酸化膜の下部に設けたP
型チャネルドープ層と、前記第1のゲート酸化膜の上部
に設けた前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの
ゲート電極と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジ
スタの前記ゲート電極の一端側に設けたP型ソース領域
と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの前記
ゲート電極の他端側に設けたP型オフセットドレイン領
域と、該P型オフセットドレイン領域内に前記高耐圧P
チャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極と離間
して設けたP型ドレイン領域とを有することを特徴とす
る。
【0053】本発明の半導体装置は、高耐圧Nチャネル
電界効果トランジスタと高耐圧Pチャネル電界効果トラ
ンジスタと低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと低
耐圧Pチャネル電界効果トランジスタを設けた半導体装
置であって、前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジス
タは、前記表面シリコン層に設けた第2のP型低濃度領
域と、該第2のP型低濃度領域に設けた第2のゲート酸
化膜と、該第2のゲート酸化膜の上部に設けた前記低耐
圧Nチャネル電界効果トランジスタのゲート電極と、前
記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート
電極の両側に設けたN型高濃度領域とを有し、前記低耐
圧Pチャネル電界効果トランジスタは、前記表面シリコ
ン層に設けた第2のN型低濃度領域と、該第2のN型低
濃度領域に設けた第2のゲート酸化膜と、該第2のゲー
ト酸化膜の上部に設けた前記低耐圧Pチャネル電界効果
トランジスタのゲート電極と、前記低耐圧Pチャネル電
界効果トランジスタの前記ゲート電極の両側に設けたP
型高濃度領域とを有することを特徴とする。
【0054】本発明の半導体装置は、前記高耐圧Nチャ
ネル電界効果トランジスタは、前記高耐圧Nチャネル電
界効果トランジスタの前記ゲート電極の側面に設けたサ
イドウォールと、前記N型ソース領域と前記N型チャネ
ルドープ層との間に設けたN型ライトドープ層を有し、
前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタは、前記高
耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極
の側面に設けたサイドウォールと、前記P型ソース領域
と前記P型チャネルドープ層との間に設けたP型ライト
ドープ層を有し、前記低耐圧Nチャネル電界効果トラン
ジスタは、前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタ
の前記ゲート電極の側面に設けたサイドウォールと、前
記N型高濃度領域と前記低耐圧Nチャネル電界効果トラ
ンジスタの前記ゲート電極との間に設けたN型ライドド
ープ層を有し、前記低耐圧Pチャネル電界効果トランジ
スタは、前記低耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの
前記ゲート電極の側面に設けたサイドウォールと、前記
P型高濃度領域と前記低耐圧Pチャネル電界効果トラン
ジスタの前記ゲート電極との間に設けたP型ライトドー
プ層を有することを特徴とする。
【0055】本発明の半導体装置は、前記オフセットド
レイン領域の深さが、前記ドレイン領域の深さより深い
ことを特徴とする。
【0056】本発明の半導体装置の製造方法は、支持基
板と埋め込み酸化膜と表面シリコン層からなるSOI基
板に、高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと高耐圧
Pチャネル電界効果トランジスタを有する半導体装置の
製造方法であって、前記SOI基板の前記表面シリコン
層の表面にパッド酸化膜と、シリコン窒化膜を形成し、
フォトエッチング処理を行うことにより素子領域上に該
シリコン窒化膜と前記パッド酸化膜が残存するようにパ
ターニングする工程と、前記SOI基板の素子分離領域
にフィールド酸化膜を形成する工程と、前記シリコン窒
化膜と前記パッド酸化膜を除去する工程と、不純物原子
を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチャネル電界
効果トランジスタの形成領域に第1のP型低濃度領域
と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの形成
領域に第1のN型低濃度領域を形成する工程と、不純物
原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチャネル
電界効果トランジスタの形成領域にN型オフセットドレ
イン領域と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジス
タの形成領域にP型オフセットドレイン領域を形成する
工程と、前記表面シリコン層の表面に第1のゲート酸化
膜を形成する工程と、不純物原子を選択的にイオン注入
して、前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの形
成領域にN型チャネルドープ層と、前記高耐圧Pチャネ
ル電界効果トランジスタの形成領域にP型チャネルドー
プ層を形成する工程と、ゲート電極材料を全面に形成
し、フォトエッチング処理を行うことにより前記高耐圧
Nチャネル電界効果トランジスタと前記高耐圧Pチャネ
ル電界効果トランジスタのゲート電極を形成する工程
と、不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧
Nチャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型ドレ
イン領域及びN型ソース領域と、前記高耐圧Pチャネル
電界効果トランジスタの形成領域にP型ドレイン領域及
びP型ソース領域を形成する工程と、絶縁膜を全面に形
成し、フォトエッチング処理を行うことによりコンタク
トホールを形成する工程と、金属電極材料を全面に形成
し、フォトエッチング処理を行うことにより金属電極を
形成する工程とを有することを特徴とする。
【0057】本発明の半導体装置の製造方法は、前記N
型及びP型チャネルドープ層を形成する工程と、前記第
1のゲート酸化膜を形成する工程との順番を逆にして、
前記N型及びP型チャネルドープ層を形成した工程後
に、前記第1のゲート酸化膜を形成する工程を行うこと
を特徴とする。
【0058】本発明の半導体装置の製造方法は、支持基
板と埋め込み酸化膜と表面シリコン層からなるSOI基
板に、高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと高耐圧
Pチャネル電界効果トランジスタと低耐圧Nチャネル電
界効果トランジスタと低耐圧Pチャネル電界効果トラン
ジスタを有する半導体装置の製造方法であって、前記S
OI基板の前記表面シリコン層の表面にパッド酸化膜
と、シリコン窒化膜を形成し、フォトエッチング処理を
行うことにより素子領域上に該シリコン窒化膜と前記パ
ッド酸化膜が残存するようにパターニングする工程と、
前記SOI基板の素子分離領域にフィールド酸化膜を形
成する工程と、前記シリコン窒化膜と前記パッド酸化膜
を除去する工程と、不純物原子を選択的にイオン注入し
て、前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの形成
領域に第2のP型低濃度領域と、前記低耐圧Pチャネル
電界効果トランジスタの形成領域に第2のN型低濃度領
域と、前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの形
成領域に第1のP型低濃度領域と、前記高耐圧Pチャネ
ル電界効果トランジスタの形成領域に第1のN型低濃度
領域を形成する工程と、不純物原子を選択的にイオン注
入して、前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの
形成領域にN型オフセットドレイン領域と、前記高耐圧
Pチャネル電界効果トランジスタの形成領域にP型オフ
セットドレイン領域を形成する工程と、前記表面シリコ
ン層の表面に第1のゲート酸化膜を形成する工程と、前
記低耐圧N及びPチャネル電界効果トランジスタの前記
表面シリコン層表面の前記第1のゲート酸化膜を除去す
ると共に、前記高耐圧N及びPチャネル電界効果トラン
ジスタの前記表面シリコン層表面の前記第1のゲート酸
化膜を残存させる工程と、前記低耐圧N及びPチャネル
電界効果トランジスタの前記表面シリコン層の表面に第
2のゲート酸化膜を形成する工程と、不純物原子を選択
的にイオン注入して、前記高耐圧Nチャネル電界効果ト
ランジスタの形成領域にN型チャネルドープ層と、前記
高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの形成領域にP
型チャネルドープ層を形成する工程と、ゲート電極材料
を全面に形成し、フォトエッチング処理を行うことによ
り前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと前記高
耐圧Pチャネル電界効果トランジスタと前記低耐圧Nチ
ャネル電界効果トランジスタと前記低耐圧Pチャネル電
界効果トランジスタのゲート電極を形成する工程と、不
純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチャ
ネル電界効果トランジスタの形成領域にN型ドレイン領
域及びN型ソース領域と、前記低耐圧Nチャネル電界効
果トランジスタの形成領域にN型高濃度領域と、前記高
耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの形成領域にP型
ドレイン領域及びP型ソース領域と、前記低耐圧Pチャ
ネル電界効果トランジスタの形成領域にP型高濃度領域
を形成する工程と、絶縁膜を全面に形成し、フォトエッ
チング処理を行うことによりコンタクトホールを形成す
る工程と、金属電極材料を全面に形成し、フォトエッチ
ング処理を行うことにより金属電極を形成する工程とを
有することを特徴とする。
【0059】本発明の半導体装置の製造方法は、前記高
耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと前記高耐圧Pチ
ャネル電界効果トランジスタと前記低耐圧Nチャネル電
界効果トランジスタと前記低耐圧Pチャネル電界効果ト
ランジスタの前記ゲート電極を形成した工程後で、前記
高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの形成領域にN
型ドレイン領域とN型ソース領域と、前記低耐圧Nチャ
ネル電界効果トランジスタの形成領域にN型高濃度領域
と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの形成
領域にP型ドレイン領域とP型ソース領域と、前記低耐
圧Pチャネル電界効果トランジスタの形成領域にP型高
濃度領域を形成する工程前に、不純物原子を選択的にイ
オン注入して、前記高耐圧及び低耐圧Nチャネル電界効
果トランジスタの形成領域にN型ライトドープ層と、前
記高耐圧及び低耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの
形成領域にP型ライトドープ層を形成する工程と、絶縁
膜を全面に形成し、エッチング処理を行うことによりサ
イドウォールを形成する工程とを有することを特徴とす
る。
【0060】本発明の半導体装置の製造方法は、前記N
型及びP型チャネルドープ層の形成工程と、前記ゲート
酸化膜形成工程を行う順番を逆にして、前記N型及びP
型チャネルドープ層の形成工程後に、前記ゲート酸化膜
形成工程を行うことを特徴とする。
【0061】本発明の半導体装置の製造方法は、前記シ
リコン窒化膜と前記パッド酸化膜をパターニングした後
で、前記フィールド酸化膜を形成する工程前に、前記表
面シリコン層の厚さ方向の一部を除去する工程を有する
ことを特徴とする。
【0062】〔作用〕従来技術では、しきい値電圧を設
定するために、低濃度領域の不純物濃度で調整を行って
いた。本発明の半導体装置では、チャネルドープ層を設
けたので、低濃度領域の不純物濃度に依存することな
く、チャネルドープ層の不純物濃度で、しきい値電圧を
調整することができる。そのため、低濃度領域の不純物
濃度を従来技術より高くすることができ、埋め込み酸化
膜の境界面に発生する反転層および空乏層の延びを抑制
することができる。これにより、埋め込み酸化膜の境界
面を経路とするリーク電流は発生しない。さらにチャネ
ルドープ層の不純物濃度を調整することで、しきい値電
圧を適切に設定できるので、IC動作上の問題は起こら
ない。
【0063】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を実施
するための最適な実施の形態を説明する。
【0064】〔半導体装置の構造:図1〕図1は、本発
明の実施形態における半導体装置の要部を拡大して示す
模式的な断面図である。なお、以下の説明では、図2か
ら図12に示した従来例と対応する部分については同じ
符号を付して説明する。
【0065】この図1に示す半導体装置は、図2によっ
て説明した従来の半導体装置と同様に、シリコンの支持
基板17上に埋め込み酸化膜19が設けられ、その上に
表面シリコン層が設けられたSOI基板1を使用してい
る。そして、この半導体装置は、埋め込み酸化膜19上
に、シリコン酸化膜からなるフィールド酸化膜107と
ボロン原子とリン原子をドープしたシリコン酸化膜から
なる絶縁膜23によって、他の素子と互いに絶縁分離さ
れたNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFE
Tなどが多数設けられて、ICチップを構成している。
【0066】埋め込み酸化膜19は、膜厚が0.1〜5
μm程度であり、好ましくは1μm程度である。その埋
め込み酸化膜19上には、0.1から2μm程度、好ま
しくは1μm程度の表面シリコン層が設けられている。
図1では、その表面シリコン層が部分的に除去されて複
数の島状の素子領域に分離されている。
【0067】高耐圧NチャネルMOSFET27は、表
面シリコン層にP型の不純物が注入及び拡散されており
第1のP型低濃度領域37を形成している。P型不純物
は、ボロン原子を用い、注入条件は打ち込みドーズ量7
×1012atoms/cm2、打ち込みエネルギー25
KeVとし、拡散条件は窒素雰囲気で温度1050℃、
時間3時間で処理する。最終的な不純物濃度は4×10
16atoms/cc程度である。第1のP型低濃度領域
37上の中央付近に第1のゲート酸化膜15を介してゲ
ート電極21が形成され、第1のゲート酸化膜15の下
部には、N型チャネルドープ層113が形成されてい
る。ゲート電極21の側面にはサイドウォール79が形
成されている。サイドウォール79にはリン原子をドー
プしたシリコン酸化膜を用いる。ゲート電極21の片側
でサイドウォール79の下部にN型ライトドープ層81
を設け、その隣にN型ソース領域7が形成されている。
また、ゲート電極21に対し、N型ソース領域7の反対
側にN型オフセットドレイン領域9を設け、そのN型オ
フセットドレイン領域9にゲート電極21と離してN型
ドレイン領域5を設ける。また、ゲート電極21、N型
ソース領域7及びN型ドレイン領域5には、それぞれコ
ンタクトホール31を通して電気的に接続された金属電
極11が設けられている。なお、第1のゲート酸化膜1
5はシリコン酸化膜からなり膜厚は120nm程度であ
る。ゲート電極21は多結晶シリコンからなっている。
金属電極11にはアルミニウムを用いる。N型ソース領
域7とN型ドレイン領域5の不純物には砒素原子を用
い、表面不純物濃度は1×1020atoms/cc程度
で、拡散深さは0.2μm程度になっている。N型ライ
トドープ層81の不純物にはリン原子を用い、表面不純
物濃度は1×1018atoms/cc程度で、拡散深さ
は0.1μm程度になっている。N型オフセットドレイ
ン領域9の不純物にはリン原子を用い、不純物濃度は8
×1016atoms/cc程度で、拡散深さは埋め込み
酸化膜19まで到達させている。また、N型チャネルド
ープ層113の不純物にはリン原子を用い、表面不純物
濃度は5×1016atoms/cc程度で、拡散深さは
0.05μm程度になっている。このように構成された
高耐圧NチャネルMOSFET27のドレイン耐圧は、
40〜50V程度である。
【0068】高耐圧PチャネルMOSFET29は、表
面シリコン層にN型の不純物が注入及び拡散されており
第1のN型低濃度領域39を形成している。N型不純物
は、リン原子を用い、注入条件は打ち込みドーズ量3×
1012atoms/cm2、打ち込みエネルギー40K
eVとし、拡散条件は窒素雰囲気で温度1050℃、時
間3時間で処理する。最終的な不純物濃度は4×1016
atoms/cc程度である。第1のN型低濃度領域3
9上の中央付近に第1のゲート酸化膜15を介してゲー
ト電極21が形成され、第1のゲート酸化膜15の下部
には、P型チャネルドープ層109が形成されている。
ゲート電極21の側面にはサイドウォール79が形成さ
れている。サイドウォール79にはリン原子をドープし
たシリコン酸化膜を用いる。ゲート電極21の片側でサ
イドウォール79の下部にP型ライトドープ層83を設
け、その隣にP型ソース領域33が形成されている。ま
た、ゲート電極21に対し、P型ソース領域33の反対
側にP型オフセットドレイン領域41を設け、そのP型
オフセットドレイン領域41にゲート電極21と離して
P型ドレイン領域35を設ける。また、ゲート電極2
1、P型ソース領域33及びP型ドレイン領域35に
は、それぞれコンタクトホール31を通して電気的に接
続された金属電極11が設けられている。なお、第1の
ゲート酸化膜15はシリコン酸化膜からなり膜厚は12
0nm程度である。ゲート電極21は多結晶シリコンか
らなっている。金属電極11にはアルミニウムを用い
る。P型ソース領域33とP型ドレイン領域35の不純
物にはボロン原子を用い、表面不純物濃度は1×1020
atoms/cc程度で、拡散深さは0.2μm程度に
なっている。P型ライトドープ層83の不純物にはボロ
ン原子を用い、表面不純物濃度は1×1018atoms
/cc程度で、拡散深さは0.1μm程度になってい
る。P型オフセットドレイン領域41の不純物にはボロ
ン原子を用い、不純物濃度は8×1016atoms/c
c程度で、拡散深さは埋め込み酸化膜19まで到達させ
ている。また、P型チャネルドープ層109の不純物に
はボロン原子を用い、表面不純物濃度は5×1016at
oms/cc程度で、拡散深さは0.05μm程度にな
っている。このように構成された高耐圧PチャネルMO
SFET29のドレイン耐圧は、−40〜−50V程度
である。
【0069】低耐圧NチャネルMOSFET75は、表
面シリコン層にP型の不純物が注入及び拡散されており
第2のP型低濃度領域71を形成している。P型不純物
は、ボロン原子を用い、注入条件は打ち込みドーズ量2
×1013atoms/cm2、打ち込みエネルギー25
KeVとし、拡散条件は窒素雰囲気で温度1050℃、
時間3時間で処理する。最終的な不純物濃度は、1×1
17atoms/cc程度である。第2のP型低濃度領
域71上の中央付近に第2のゲート酸化膜101を介し
てゲート電極21が形成されている。ゲート電極21の
側面にはサイドウォール79が形成されている。サイド
ウォール79にはリン原子をドープしたシリコン酸化膜
を用いる。サイドウォール79の下部にN型ライトドー
プ層81を設け、その隣にN型高濃度領域85が形成さ
れている。また、ゲート電極21、N型高濃度領域85
には、それぞれコンタクトホール31を通して電気的に
接続された金属電極11が設けられている。なお、第2
のゲート酸化膜101はシリコン酸化膜からなり膜厚は
17nm程度である。ゲート電極21は多結晶シリコン
からなっている。金属電極11にはアルミニウムを用い
る。N型高濃度領域85の不純物には砒素原子を用い、
表面不純物濃度は1×1020atoms/cc程度で、
拡散深さは0.2μm程度になっている。N型ライトド
ープ層81の不純物にはリン原子を用い、不純物濃度は
1×1018atoms/cc程度で、拡散深さは0.1
μm程度になっている。このように構成された低耐圧N
チャネルMOSFET75のドレイン耐圧は、10V程
度である。
【0070】低耐圧PチャネルMOSFET77は、表
面シリコン層にN型の不純物が注入及び拡散されており
第2のN型低濃度領域73を形成している。N型不純物
は、リン原子を用い、注入条件は打ち込みドーズ量6×
1012atoms/cm2、打ち込みエネルギー40K
eVとし、拡散条件は窒素雰囲気で温度1050℃、時
間3時間で処理する。最終的な不純物濃度は、1×10
17atoms/cc程度である。第2のN型低濃度領域
73上の中央付近に第2のゲート酸化膜101を介して
ゲート電極21が形成されている。ゲート電極21の側
面にはサイドウォール79が形成されている。サイドウ
ォール79にはリン原子をドープしたシリコン酸化膜を
用いる。サイドウォール79の下部にP型ライトドープ
層83を設け、その隣にP型高濃度領域89が形成され
ている。また、ゲート電極21、P型高濃度領域89に
は、それぞれコンタクトホール31を通して電気的に接
続された金属電極11が設けられている。なお、第2の
ゲート酸化膜101はシリコン酸化膜からなり膜厚は1
7nm程度である。ゲート電極21は多結晶シリコンか
らなっている。金属電極11にはアルミニウムを用い
る。P型高濃度領域89の不純物にはボロン原子を用
い、表面不純物濃度は1×1020atoms/cc程度
で、拡散深さは0.2μm程度になっている。P型ライ
トドープ層83の不純物にはボロン原子を用い、不純物
濃度は1×1018atoms/cc程度で、拡散深さは
0.1μm程度になっている。このように構成された低
耐圧PチャネルMOSFET77のドレイン耐圧は、−
10V程度である。
【0071】ゲート電極21に接続する金属電極は、図
1とは異なる断面位置に設けられているため図1には示
されていない。また、図示は省略しているが、多数の金
属電極11のうち外部と接続するものには、入出力端子
を設けるパッド部が形成されている。
【0072】図1には、2組のCMOSトランジスタの
みが示されているが、実際のICチップは、多数のCM
OSトランジスタや他のFET、バイポーラトランジス
タや抵抗あるいはコンデンサなどが設けられている。こ
の点は、図2に示した従来の半導体装置と同様である。
【0073】この半導体装置において、図2に示した従
来の半導体装置と相違するのは次の点である。すなわ
ち、高耐圧NチャネルMOSFET27および高耐圧P
チャネルMOSFET29の第1ゲート酸化膜15の下
部に、それぞれN型チャネルドープ層113とP型チャ
ネルドープ層109を設けている点である。本発明の半
導体装置では、チャネルドープ層109、113でしき
い値電圧を調整できるので、しきい値電圧とは関係な
く、第1の低濃度領域37、39の不純物濃度を任意に
設定できる。よって、第1の低濃度領域37、39の不
純物濃度を高くすることが可能となり、第1の低濃度領
域37、39と支持基板17の電位差により,埋め込み
酸化膜19の境界面の反転層が形成されにくくなり、さ
らに、埋め込み酸化膜19から延びる空乏層と、第1の
低濃度領域37、39とソース領域7、33のPN接合
部の空乏層が延びにくくなる。このため、ソース領域
7、33のPN接合の空乏層と埋め込み酸化膜19から
の空乏層がつながらない。
【0074】第1の低濃度領域37、39と支持基板1
7の電位差により、埋め込み酸化膜19の境界面に反転
層が形成されたとしても、空乏層がつながっていないの
で、第1の低濃度領域37、39とソース領域7、33
との電位障壁が維持され、ソース領域7、33からキャ
リアが供給されない。このため、埋め込み酸化膜19の
境界面に沿って流れるリーク電流は発生しない。
【0075】〔半導体装置の製造方法の説明:図1、お
よび図3から図9、および図15から図18〕つぎに、
図1に示す半導体装置の構造を形成するための製造方法
を、図面を用いて説明する。図1、および図3から図
9、および図15から図18は、本発明の実施形態にお
ける半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
【0076】図3に示すように、SOI基板1は、支持
基板17の上部に埋め込み酸化膜19を備え、埋め込み
酸化膜19の上部には表面シリコン層3を備える。はじ
めに、酸化雰囲気中で、温度1000℃、時間60分程
度の条件で熱処理を行い、表面シリコン層3の表面に、
膜厚30nm程度のパッド酸化膜103を形成する。続
いて、反応ガスにジクロロシラン(SiH2Cl2)とア
ンモニア(NH3)を用いた化学的気相成長(CVD)
法によって、膜厚150nm程度のシリコン窒化膜10
5を形成する。引き続き、SOI基板1の上部全面に、
フォトレジスト25を回転塗布法によって上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、素子領域上に残存するようにフォ
トレジスト25をパターニングする。
【0077】次に、図4に示すように、反応ガスに六フ
ッ化イオウ(SF6)とヘリウム(He)を用いた反応
性イオンエッチングによって、フォトレジスト25開口
内のシリコン窒化膜105を完全に除去する。さらに、
エッチング液としてフッ酸(HF)を用いて、フォトレ
ジスト25開口内のパッド酸化膜103を完全に除去す
る。引き続き、反応ガスに四フッ化炭素(CF4)と塩
素(Cl2)を用いた反応性イオンエッチングによっ
て、フォトレジスト25開口内の表面シリコン層3を、
その膜厚の半分より若干多くエッチングする。表面シリ
コン層3の膜厚が1μmなら、0.7μm程度エッチン
グする。その後、硫酸(H2SO4)を用いてフォトレジ
スト25を除去する。
【0078】次に、図5に示すように、酸化雰囲気中
で、温度1000℃、時間3時間程度の条件で、膜厚8
00nm程度のフィールド酸化膜107を形成する。こ
れにより、素子分離領域のフィールド酸化膜107と埋
め込み酸化膜19は接触し、各素子領域は島状に形成さ
れる。引き続き、エッチング液にリン酸(H3PO4)を
用いてシリコン窒化膜(図示せず)を完全に除去する。
さらにその後、エッチング液にフッ酸を用いてパッド酸
化膜(図示せず)を除去する。
【0079】続いて、図6に示すように、フォトレジス
ト(図示せず)を回転塗布法によってSOI基板1の上
部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて
露光処理と、現像処理を行い、第2のP型低濃度領域7
1となる領域が開口するようにフォトレジストをパター
ニングする。引き続き、フォトレジストをイオン注入阻
止膜として用いて、打ち込みエネルギー25KeV、打
ち込みドーズ量2×1013atoms/cm2程度の条
件でP型不純物(図示せず)をイオン注入する。P型不
純物としてはボロン原子を用いる。その後、硫酸を用い
てフォトレジストを除去する。
【0080】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成す
る。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現
像処理を行い、第2のN型低濃度領域73となる領域が
開口するようにフォトレジストをパターニングする。引
き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜として用い
て、打ち込みエネルギー40KeV、打ち込みドーズ量
6×1012atoms/cm2程度の条件でN型不純物
(図示せず)をイオン注入する。N型不純物としてはリ
ン原子を用いる。その後、硫酸を用いてフォトレジスト
を除去する。
【0081】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成す
る。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現
像処理を行い、第1のP型低濃度領域37となる領域が
開口するようにフォトレジストをパターニングする。続
いて、フォトレジストをイオン注入阻止膜として用い
て、打ち込みエネルギー25KeV、打ち込みドーズ量
7×1012atoms/cm2程度の条件でP型不純物
(図示せず)をイオン注入する。P型不純物としてはボ
ロン原子を用いる。その後、硫酸を用いてフォトレジス
トを除去する。
【0082】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成す
る。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現
像処理を行い、第1のN型低濃度領域39となる領域が
開口するようにフォトレジストをパターニングする。引
き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜として用い
て、打ち込みエネルギー40KeV、打ち込みドーズ量
3×1012atoms/cm2程度の条件でN型不純物
(図示せず)をイオン注入する。N型不純物としてはリ
ン原子を用いる。その後、硫酸を用いてフォトレジスト
を除去する。続いて、窒素雰囲気中で、温度1050
℃、時間3時間程度の条件で、熱処理を行い、不純物を
表面シリコン層に拡散させ、第1のN型低濃度領域39
と第1のP型低濃度領域37と第2のN型低濃度領域7
3と第2のP型低濃度領域71を形成する。ここで第1
のN型低濃度領域39と第1のP型低濃度領域37と第
2のN型低濃度領域73と第2のP型低濃度領域71の
各不純物は、好ましくは埋め込み酸化膜19まで拡散さ
せる。これは低濃度領域と表面シリコン層の導電型が逆
の場合にPN接合ができないようにするためである。な
お、第1のN型低濃度領域39と第1のP型低濃度領域
37と第2のN型低濃度領域73と第2のP型低濃度領
域71のイオン注入は、任意の順序で行っても本発明の
実施形態と同様の効果が得られる。
【0083】続いて、図7に示すように、フォトレジス
ト(図示せず)を回転塗布法によってSOI基板1の上
部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて
露光処理と、現像処理を行い、N型オフセットドレイン
領域9となる第1のP型低濃度領域37の一部領域が開
口するようにフォトレジストをパターニングする。引き
続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜として用い
て、打ち込みエネルギー50KeV、打ち込みドーズ量
8×1012atoms/cm2程度の条件でN型不純物
(図示せず)をイオン注入する。N型不純物としてはリ
ン原子を用いる。その後、硫酸を用いてフォトレジスト
を除去する。
【0084】続いて、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成する。
つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処
理を行い、P型オフセットドレイン領域41となる第1
のN型低濃度領域39の一部領域が開口するようにフォ
トレジストをパターニングする。引き続き、フォトレジ
ストをイオン注入阻止膜として用いて、打ち込みエネル
ギー25KeV、打ち込みドーズ量1×1013atom
s/cm2程度の条件でP型不純物(図示せず)をイオ
ン注入する。P型不純物としてはボロン原子を用いる。
その後、硫酸を用いてフォトレジストを除去する。続い
て、酸化雰囲気中で、温度900℃、時間90分程度の
条件で熱処理を行い、膜厚200nm程度のシリコン酸
化膜111を形成する。シリコン酸化膜111は、この
後の工程で行う窒素雰囲気中での熱処理の際に、表面シ
リコン層と窒素が直接接触し反応すると表面シリコン層
の表面が荒れるため、シリコン酸化膜111で保護する
ことを目的として形成する。引き続き、窒素雰囲気中
で、温度1100℃、時間4時間程度の条件で熱処理を
行い、不純物を拡散させ、N型オフセットドレイン領域
9とP型オフセットドレイン領域41を形成する。
【0085】次に、図8に示すように、フォトレジスト
25を回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形
成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理
と、現像処理を行い、素子領域が開口するようにフォト
レジスト25をパターニングする。続いて、エッチング
液にフッ酸を用いて、フォトレジスト開口内のシリコン
酸化膜(図示せず)を完全に除去し、その後、フォトレ
ジストを除去する。
【0086】次に、図9に示すように、酸化雰囲気中
で、温度1000℃、時間220分程度の条件で熱処理
を行い、膜厚120nm程度の第1のゲート酸化膜15
を形成する。
【0087】続いて、フォトレジスト25を回転塗布法
によってSOI基板1の上部全面に形成する。つぎに所
定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を行
い、第2のP型低濃度領域71と、第2のN型低濃度領
域73と、第1のP型低濃度領域37内の一部と、第1
のN型低濃度領域39内の一部とが開口するようにフォ
トレジスト25をパターニングする。続いて、エッチン
グ液にフッ酸を用いて、フォトレジスト25開口内の第
1のゲート酸化膜15を完全に除去する。その後、硫酸
を用いてフォトレジスト25を除去する。
【0088】次に、図15に示すように、酸化雰囲気中
で、温度1000℃、時間40分程度の条件で熱処理を
行い、膜厚17nm程度の第2のゲート酸化膜101を
形成する。この酸化処理で第1のゲート酸化膜15も酸
化されるが、その膜厚増加は無視できる程度なので影響
はない。
【0089】次に、フォトレジスト25を回転塗布法に
よってSOI基板1の上部全面に形成する。つぎに所定
のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を行い、
N型チャネルドープ層113を形成する領域が開口する
ようにフォトレジスト25をパターニングする。引き続
き、フォトレジストをイオン注入阻止膜として用いて、
打ち込みエネルギー100KeV、打ち込みドーズ量7
×1011atoms/cm2程度の条件でN型不純物
(図示せず)をイオン注入する。N型不純物としてはリ
ン原子を用いる。その後、硫酸を用いて、フォトレジス
トを除去する。
【0090】さらに、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成する。
つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処
理を行い、P型チャネルドープ層109を形成する領域
が開口するようにフォトレジストをパターニングする。
引き続き、フォトレジストをイオン注入阻止膜として用
いて、打ち込みエネルギー35KeV、打ち込みドーズ
量7×1011atoms/cm2程度の条件でP型不純
物(図示せず)をイオン注入する。P型不純物としては
ボロン原子を用いる。その後、硫酸を用いて、フォトレ
ジストを除去する。
【0091】次に、図16に示すように、反応ガスとし
てモノシラン(SiH4)を用いたCVD法によって、
多結晶シリコンからなるゲート電極材料(図示せず)を
SOI基板1の上部全面に形成する。
【0092】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
回転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成す
る。つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現
像処理を行い、ゲート電極21を形成する領域上に残存
するようにフォトレジストをパターニングする。つづい
て、エッチングガスに六フッ化イオウと酸素(O2)を
用いた反応性イオンエッチング法を使用して、フォトレ
ジストをエッチングマスクに使用してフォトレジスト開
口内のゲート電極材料を完全に除去するまでエッチング
し、ゲート電極21を形成する。その後、硫酸を用いて
フォトレジストを除去する。
【0093】次に、図17に示すように、フォトレジス
ト(図示せず)を回転塗布法によってSOI基板1の上
部全面に形成する。つぎに所定のフォトマスクを用いて
露光処理と、現像処理を行い、N型ドレイン領域5とN
型ソース領域7とN型高濃度領域85とを形成する領域
とゲート電極21の一部が開口するようにフォトレジス
トをパターニングする。
【0094】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
イオン注入阻止膜として用いて、さらにゲート電極21
に対し自己整合的に、打ち込みエネルギー30KeV、
打ち込みドーズ量4×1013atoms/cm2程度の
条件でN型不純物をイオン注入し、高耐圧NチャネルM
OSFET27のN型ソース領域7側と、低耐圧Nチャ
ネルMOSFET75のゲート電極21の両側とに、N
型ライトドープ層81を形成する。N型不純物としては
リン原子を用いる。その後、硫酸を用いてフォトレジス
トを除去する。なお、図17では、高耐圧NチャネルM
OSFET27のN型ドレイン領域5にもN型不純物を
注入している。これは、N型ライトドープ層81を形成
するためのフォトマスクと、N型ドレイン領域5とN型
ソース領域7とN型高濃度領域85と形成するためのフ
ォトマスクを共通にしているためである。なお、N型ラ
イトドープ層81と、N型ドレイン領域5とN型ソース
領域7とN型高濃度領域85の不純物濃度は2桁程度異
なるので、フォトマスクを共通にしても特性上の問題は
ない。
【0095】引き続き、フォトレジスト25を回転塗布
法によってSOI基板1の上部全面に形成する。つぎに
所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を行
い、P型ドレイン領域35とP型ソース領域33とP型
高濃度領域89とを形成する領域とゲート電極21の一
部が開口するようにフォトレジスト25をパターニング
する。
【0096】引き続き、フォトレジスト25をイオン注
入阻止膜として用いて、さらにゲート電極21に対し自
己整合的に、打ち込みエネルギー30KeV、打ち込み
ドーズ量4×1013atoms/cm2程度の条件でP
型不純物をイオン注入し、高耐圧PチャネルMOSFE
T29のP型ソース領域33側と、低耐圧PチャネルM
OSFET77のゲート電極21の両側とに、P型ライ
トドープ層83を形成する。P型不純物としてはボロン
原子を用いる。その後、硫酸を用いてフォトレジスト2
5を除去する。なお、図17では、高耐圧PチャネルM
OSFET29のP型ドレイン領域35にもP型不純物
を注入している。これは、P型ライトドープ層83を形
成するためのフォトマスクと、P型ドレイン領域35と
P型ソース領域33とP型高濃度領域89を形成するた
めのフォトマスクを共通にしているためである。なお、
P型ライトドープ層83と、P型ドレイン領域35とP
型ソース領域33とP型高濃度領域89の不純物濃度は
2桁程度異なるので、フォトマスクを共通にしても特性
上の問題はない。
【0097】次に、図18に示すように、反応ガスとし
てモノシラン(SiH4)とフォスフィン(PH3)を用
いたCVD法によって、リン原子をドープしたシリコン
酸化膜からなるサイドウォール材料を膜厚0.3μm程
度でSOI基板1の上部全面に形成する。続いて、エッ
チングガスに、四フッ化炭素とヘリウムと三フッ化メタ
ン(CHF3)を用いた反応性イオンエッチング法を使
用して、平坦部のサイドウォール材料を完全に除去する
程度に全面エッチングし、ゲート電極21の側壁部にサ
イドウォール79を形成する。
【0098】続いて、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法によってSOI基板1の上部全面に形成する。
つぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処
理を行い、N型ドレイン領域5とN型ソース領域7とN
型高濃度領域85とを形成する領域とゲート電極21の
一部が開口するようにフォトレジストをパターニングす
る。
【0099】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
イオン注入阻止膜として用いて、さらにゲート電極21
に対し自己整合的に、打ち込みエネルギー70KeV、
打ち込みドーズ量3×1015atoms/cm2程度の
条件でN型不純物をイオン注入し、N型ドレイン領域5
とN型ソース領域7とN型高濃度領域85とを形成す
る。N型不純物としては砒素原子を用いる。その後、硫
酸を用いてフォトレジストを除去する。
【0100】続いて、フォトレジスト25を回転塗布法
によってSOI基板1の上部全面に形成する。つぎに所
定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理を行
い、P型ドレイン領域35とP型ソース領域33とP型
高濃度領域89とを形成する領域とゲート電極21の一
部が開口するようにフォトレジスト25をパターニング
する。
【0101】引き続き、フォトレジスト25をイオン注
入阻止膜として用いて、さらにゲート電極21に対し自
己整合的に、打ち込みエネルギー30KeV、打ち込み
ドーズ量3×1015atoms/cm2程度の条件でP
型不純物をイオン注入し、P型ドレイン領域35とP型
ソース領域33とP型高濃度領域89とを形成する。P
型不純物としてはボロン原子を用いる。その後、硫酸を
用いてフォトレジスト25を除去する。
【0102】次に図1に示すように、反応ガスとしてモ
ノシランとフォスフィンとジボラン(B26)および酸
素を用いたCVD法によって、不純物としてリンとボロ
ンを含むシリコン酸化膜からなる絶縁膜23を膜厚0.
5μm程度で全面に被膜形成する。その後、窒素雰囲気
中で温度900℃、30分間程度の熱処理を加える。こ
のことによって、N型ドレイン領域5とN型ソース領域
7とN型高濃度領域85とP型ドレイン領域35とP型
ソース領域33とP型高濃度領域89とにイオン注入し
た不純物を活性化させる。この窒素雰囲気中の熱処理
は、絶縁膜23の表面平坦化も兼ねる。
【0103】続いて、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法によって絶縁膜23の上部全面に形成する。つ
ぎに所定のフォトマスクを用いて露光処理と、現像処理
とを行い、コンタクトホール31を形成する領域が開口
するようにフォトレジストをパターニングする。
【0104】引き続き、反応ガスに四フッ化炭素とヘリ
ウムと三フッ化メタンを用いた反応性イオンエッチング
法によって、フォトレジスト開口内の絶縁膜23を完全
に除去するまでエッチングし、コンタクトホール31を
形成する。その後、硫酸を用いてフォトレジストを除去
する。
【0105】続いて、SOI基板1の上部全面に、スパ
ッタリング法によって、金属電極を形成するための金属
電極材料(図示せず)を膜厚1μm程度で被膜形成す
る。金属電極材料としてはアルミニウムを用いる。
【0106】つぎに、フォトレジスト(図示せず)を回
転塗布法により、金属電極材料(図示せず)の上部全面
に形成する。引き続き、所定のフォトマスクを用いて、
露光処理と、現像処理を行い、フォトレジストを金属電
極11となる領域上に残存するようにパターニングす
る。
【0107】引き続き、フォトレジスト(図示せず)を
エッチングマスクとして使用して、反応ガスに三塩化ホ
ウ素(BCl3)と塩素を用いた反応性イオンエッチン
グ法によって、フォトレジスト開口内の金属電極材料を
完全に除去するまでエッチングし、金属電極11を形成
する。その後、硝酸(HNO3)を用いてフォトレジス
トを除去する。
【0108】この結果、図1に示したように、第1のゲ
ート酸化膜15の下部にN型チャネルドープ層113を
設けた高耐圧NチャネルMOSFET27と、第1のゲ
ート酸化膜15の下部にP型チャネルドープ層109を
設けた高耐圧PチャネルMOSFET29と、低耐圧N
チャネルMOSFET75と、低耐圧PチャネルMOS
FET77とが完成する。
【0109】このようにして、SOI基板上にCMOS
トランジスタを形成した半導体装置を製造することがで
きる。
【0110】なお以上説明した本発明の実施形態におけ
る第1の低濃度領域37、39と、第2の低濃度領域7
1、73と、オフセットドレイン領域9、41と、チャ
ネルドープ層109、113と、ライトドープ層81、
83と、ドレイン領域5、35と、ソース領域7、33
と、高濃度領域85、89とを形成するイオン注入工程
において、N型とP型の工程順序を入れ替えても、本発
明の実施形態と同様な効果が得られる。
【0111】また、以上説明した本発明の実施形態にお
ける第1の低濃度領域37、39のイオン注入を行う工
程と、第2の低濃度領域71、73のイオン注入を行う
工程の順序を入れ替えても、本発明の実施形態と同様な
効果が得られる。
【0112】さらに、以上説明した本発明の実施形態に
おける第2のゲート酸化膜形成工程を行った後に、N型
及びP型チャネルドープ層の形成工程を行っても、本発
明の実施形態と同様な効果が得られる。
【0113】以上説明した本発明による半導体装置の製
造方法によれば、SOI基板上1に形成した高耐圧Nチ
ャネルMOSFET27と高耐圧PチャネルMOSFE
T29との第1のゲート酸化膜15の下部にチャネルド
ープ層113、109を形成することができる。したが
って、チャネルドープ層113、109でしきい値電圧
を調整できるので、第1の低濃度領域37、39の不純
物濃度をしきい値電圧に依らず任意に設定できる。よっ
て、第1の低濃度領域37、39の不純物濃度を高くす
ることが可能となり、第1の低濃度領域37、39と支
持基板17の電位差により、埋め込み酸化膜19の境界
面の反転層が形成されにくくなり、さらに、埋め込み酸
化膜19から延びる空乏層と、第1の低濃度領域37、
39とソース領域7、33のPN接合部の空乏層が延び
にくくなる。このため、ソース領域7、33のPN接合
の空乏層と埋め込み酸化膜19からの空乏層がつながら
ない。
【0114】第1の低濃度領域37、39と支持基板1
7の電位差により、埋め込み酸化膜19の境界面に反転
層が形成されたとしても、空乏層がつながっていないの
で、第1の低濃度領域37、39とソース領域7、33
との電位障壁が維持され、ソース領域7、33からキャ
リアが供給されない。このため、埋め込み酸化膜19の
境界面に沿って流れるリーク電流は発生しない。
【0115】以上説明した本発明の実施形態は、高耐圧
MOSFET27、29と低耐圧MOSFET75、7
7とを形成した半導体装置の実施形態で説明したが、図
19に示すように、サイドウォール79と、このサイド
ウォール79下に形成するライトドープ層81、83と
を設けていない高耐圧NチャネルMOSFET27と高
耐圧PチャネルMOSFET29とにより半導体装置を
構成してもよい。この図19に示すような形態の半導体
装置の製造方法は、先に説明した実施形態において、第
2のP型低濃度領域71と、第2のN型低濃度領域73
と、第2のゲート酸化膜101と、ライトドープ層8
1、83と、サイドウォール79と、N型高濃度領域8
5と、P型高濃度領域89と、を形成する工程を省略す
ればよい。
【0116】さらに、以上説明した本発明の実施形態に
おいて、低耐圧MOSFET75、77はLDD型MO
SFETであるので、高耐圧MOSFET27、29と
低耐圧MOSFET75、77とにライトドープ層8
1、83及びサイドウォール79とを形成した半導体装
置の実施形態で説明したが、図20に示すように、ライ
トドープ層81、83及びサイドウォール79とを設け
ない半導体装置で構成してもよい。このような形態の半
導体装置の製造方法は、先に説明した実施形態におい
て、ライトドープ層81、83と、サイドウォール79
とを形成する工程を省略すればよい。このような低耐圧
MOSFETはシングルドレイン型と呼ばれ、LDD型
よりドレイン耐圧が低く電源電圧は低くなるが、工程数
が少ないという利点がある。また、高耐圧MOSFET
27、29のソース領域7、33側のライトドープ層8
1、83とサイドウォール79が無くなるが、MOSF
ET動作上の問題は無く、本発明の実施形態と同様な効
果が得られる。
【0117】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
おける半導体装置は、SOI基板に形成した高耐圧MO
SFETであって、チャネルドープ層を用いて、しきい
値電圧を調整するので、低濃度領域の不純物濃度を高く
することができる。この構造を有する半導体装置を用い
れば、低濃度領域と埋め込み酸化膜の電位差によって、
ソース領域のPN接合から延びる空乏層と埋め込み酸化
膜から延びる空乏層がつながることはない。そのため、
ソース領域からキャリアが供給されないので埋め込み酸
化膜の境界面を流れるリーク電流は発生しない。これに
より、ゲート電極に印加する電圧によってMOSFET
を流れる電流を正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における半導体装置の構造と
その製造方法とを示す断面図である。
【図2】従来技術における半導体装置の構造とその製造
方法とを示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図5】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図7】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図8】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図9】本発明の実施形態および従来技術における半導
体装置の構造とその製造方法とを示す断面図である。
【図10】従来技術における半導体装置の構造とその製
造方法とを示す断面図である。
【図11】従来技術における半導体装置の構造とその製
造方法とを示す断面図である。
【図12】従来技術における半導体装置の構造とその製
造方法とを示す断面図である。
【図13】従来技術における半導体装置の課題点を示す
断面図である。
【図14】従来技術における半導体装置の課題点を示す
断面図である。
【図15】本発明の実施形態における半導体装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【図16】本発明の実施形態における半導体装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【図17】本発明の実施形態における半導体装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【図18】本発明の実施形態における半導体装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【図19】本発明の実施形態における半導体装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【図20】本発明の実施形態における半導体装置の構造
とその製造方法とを示す断面図である。
【符号の説明】
1:SOI基板 3:表面シリコン層 5:N型ドレイン領域 7:N型ソース領域 9:N型オフセットドレイン領域 11:金
属電極 15:第1のゲート酸化膜 17:支持基板 19:埋め込み酸化膜 21:ゲート電極 23:絶縁膜 25:フォトレジスト 27:高耐圧NチャネルMOSFET 29:高耐圧PチャネルMOSFET 31:コンタクトホール 33:P型ソース
領域 35:P型ドレイン領域 37:第1のP型
低濃度領域 39:第1のN型低濃度領域 41:P型オ
フセットドレイン領域 43:第1の空乏層 45:境界面 47:第2の空乏層 49:反転層 71:第2のP型低濃度領域 73:第2の
N型低濃度領域 75:低耐圧NチャネルMOSFET 77:低耐圧PチャネルMOSFET 79:サイドウォール 81:N型ライトド
ープ層 83:P型ライトドープ層 85:N型高濃
度領域 89:P型高濃度領域 101:第2のゲー
ト酸化膜 103:パッド酸化膜 105:シリコン窒
化膜 107:フィールド酸化膜 109:P型チ
ャネルドープ層 111:シリコン酸化膜 113:N型チャ
ネルドープ層
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/08 331 H01L 21/76 D 27/088 21/94 A 29/78 616A 27/08 102C Fターム(参考) 4M108 AB05 AC01 AC13 AC39 AD13 AD16 5F032 AA01 AA14 CA17 CA24 CA25 DA23 DA53 5F048 AA04 AB03 AC04 BA16 BB05 BB16 BC06 BE09 5F110 AA06 AA08 BB04 CC02 DD05 DD11 EE09 EE32 EE45 FF02 FF23 GG02 GG32 GG34 GG36 GG52 GG53 GG60 HJ01 HJ04 HJ13 HJ15 HJ23 HL03 HM14 HM15 NN04 NN22 NN62 QQ08 QQ11 QQ19

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持基板と埋め込み酸化膜と表面シリコ
    ン層からなるSOI基板に、高耐圧Nチャネル電界効果
    トランジスタと高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタ
    を設けた半導体装置であって、 前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタは、前記表
    面シリコン層に設けた第1のP型低濃度領域と、該第1
    のP型低濃度領域に設けた第1のゲート酸化膜と、該第
    1のゲート酸化膜の下部に設けたN型チャネルドープ層
    と、前記第1のゲート酸化膜の上部に設けた前記高耐圧
    Nチャネル電界効果トランジスタのゲート電極と、前記
    高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電
    極の一端側に設けたN型ソース領域と、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極の他端側
    に設けたN型オフセットドレイン領域と、該N型オフセ
    ットドレイン領域内に前記高耐圧Nチャネル電界効果ト
    ランジスタの前記ゲート電極と離間して設けたN型ドレ
    イン領域とを有し、 前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタは、前記表
    面シリコン層に設けた第1のN型低濃度領域と、該第1
    のN型低濃度領域に設けた第1のゲート酸化膜と、該第
    1のゲート酸化膜の下部に設けたP型チャネルドープ層
    と、前記第1のゲート酸化膜の上部に設けた前記高耐圧
    Pチャネル電界効果トランジスタのゲート電極と、前記
    高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電
    極の一端側に設けたP型ソース領域と、前記高耐圧Pチ
    ャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極の他端側
    に設けたP型オフセットドレイン領域と、該P型オフセ
    ットドレイン領域内に前記高耐圧Pチャネル電界効果ト
    ランジスタの前記ゲート電極と離間して設けたP型ドレ
    イン領域とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置に、低耐圧
    Nチャネル電界効果トランジスタと低耐圧Pチャネル電
    界効果トランジスタを設けた半導体装置であって、 前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタは、前記表
    面シリコン層に設けた第2のP型低濃度領域と、該第2
    のP型低濃度領域に設けた第2のゲート酸化膜と、該第
    2のゲート酸化膜の上部に設けた前記低耐圧Nチャネル
    電界効果トランジスタのゲート電極と、前記低耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極の両側に
    設けたN型高濃度領域とを有し、 前記低耐圧Pチャネル電界効果トランジスタは、前記表
    面シリコン層に設けた第2のN型低濃度領域と、該第2
    のN型低濃度領域に設けた第2のゲート酸化膜と、該第
    2のゲート酸化膜の上部に設けた前記低耐圧Pチャネル
    電界効果トランジスタのゲート電極と、前記低耐圧Pチ
    ャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極の両側に
    設けたP型高濃度領域とを有することを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジ
    スタは、前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの
    前記ゲート電極の側面に設けたサイドウォールと、前記
    N型ソース領域と前記N型チャネルドープ層との間に設
    けたN型ライトドープ層を有し、 前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタは、前記高
    耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極
    の側面に設けたサイドウォールと、前記P型ソース領域
    と前記P型チャネルドープ層との間に設けたP型ライト
    ドープ層を有し、 前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタは、前記低
    耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極
    の側面に設けたサイドウォールと、前記N型高濃度領域
    と前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの前記ゲ
    ート電極との間に設けたN型ライドドープ層を有し、 前記低耐圧Pチャネル電界効果トランジスタは、前記低
    耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極
    の側面に設けたサイドウォールと、前記P型高濃度領域
    と前記低耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの前記ゲ
    ート電極との間に設けたP型ライトドープ層を有するこ
    とを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記オフセットドレイン領域の深さが、
    前記ドレイン領域の深さより深いことを特徴とする請求
    項1、2、又は3に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 支持基板と埋め込み酸化膜と表面シリコ
    ン層からなるSOI基板に、高耐圧Nチャネル電界効果
    トランジスタと高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタ
    を有する半導体装置の製造方法であって、 前記SOI基板の前記表面シリコン層の表面にパッド酸
    化膜と、シリコン窒化膜を形成し、フォトエッチング処
    理を行うことにより素子領域上に該シリコン窒化膜と前
    記パッド酸化膜が残存するようにパターニングする工程
    と、 前記SOI基板の素子分離領域にフィールド酸化膜を形
    成する工程と、 前記シリコン窒化膜と前記パッド酸化膜を除去する工程
    と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域に第1のP型低
    濃度領域と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジス
    タの形成領域に第1のN型低濃度領域を形成する工程
    と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型オフセッ
    トドレイン領域と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トラ
    ンジスタの形成領域にP型オフセットドレイン領域を形
    成する工程と、 前記表面シリコン層の表面に第1のゲート酸化膜を形成
    する工程と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型チャネル
    ドープ層と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジス
    タの形成領域にP型チャネルドープ層を形成する工程
    と、 ゲート電極材料を全面に形成し、フォトエッチング処理
    を行うことにより前記高耐圧Nチャネル電界効果トラン
    ジスタと前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの
    ゲート電極を形成する工程と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型ドレイン
    領域及びN型ソース領域と、前記高耐圧Pチャネル電界
    効果トランジスタの形成領域にP型ドレイン領域及びP
    型ソース領域を形成する工程と、 絶縁膜を全面に形成し、フォトエッチング処理を行うこ
    とによりコンタクトホールを形成する工程と、 金属電極材料を全面に形成し、フォトエッチング処理を
    行うことにより金属電極を形成する工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記N型及びP型チャネルドープ層を形
    成する工程と、前記第1のゲート酸化膜を形成する工程
    との順番を逆にして、前記N型及びP型チャネルドープ
    層を形成した工程後に、前記第1のゲート酸化膜を形成
    する工程を行うことを特徴とする請求項5に記載の半導
    体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 支持基板と埋め込み酸化膜と表面シリコ
    ン層からなるSOI基板に、高耐圧Nチャネル電界効果
    トランジスタと高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタ
    と低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと低耐圧Pチ
    ャネル電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造
    方法であって、 前記SOI基板の前記表面シリコン層の表面にパッド酸
    化膜と、シリコン窒化膜を形成し、フォトエッチング処
    理を行うことにより素子領域上に該シリコン窒化膜と前
    記パッド酸化膜が残存するようにパターニングする工程
    と、 前記SOI基板の素子分離領域にフィールド酸化膜を形
    成する工程と、 前記シリコン窒化膜と前記パッド酸化膜を除去する工程
    と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記低耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域に第2のP型低
    濃度領域と、前記低耐圧Pチャネル電界効果トランジス
    タの形成領域に第2のN型低濃度領域と、前記高耐圧N
    チャネル電界効果トランジスタの形成領域に第1のP型
    低濃度領域と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジ
    スタの形成領域に第1のN型低濃度領域を形成する工程
    と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型オフセッ
    トドレイン領域と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トラ
    ンジスタの形成領域にP型オフセットドレイン領域を形
    成する工程と、 前記表面シリコン層の表面に第1のゲート酸化膜を形成
    する工程と、 前記低耐圧N及びPチャネル電界効果トランジスタの前
    記表面シリコン層表面の前記第1のゲート酸化膜を除去
    すると共に、前記高耐圧N及びPチャネル電界効果トラ
    ンジスタの前記表面シリコン層表面の前記第1のゲート
    酸化膜を残存させる工程と、 前記低耐圧N及びPチャネル電界効果トランジスタの前
    記表面シリコン層の表面に第2のゲート酸化膜を形成す
    る工程と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型チャネル
    ドープ層と、前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジス
    タの形成領域にP型チャネルドープ層を形成する工程
    と、 ゲート電極材料を全面に形成し、フォトエッチング処理
    を行うことにより前記高耐圧Nチャネル電界効果トラン
    ジスタと前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタと
    前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと前記低耐
    圧Pチャネル電界効果トランジスタのゲート電極を形成
    する工程と、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧Nチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にN型ドレイン
    領域及びN型ソース領域と、前記低耐圧Nチャネル電界
    効果トランジスタの形成領域にN型高濃度領域と、前記
    高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタの形成領域にP
    型ドレイン領域及びP型ソース領域と、前記低耐圧Pチ
    ャネル電界効果トランジスタの形成領域にP型高濃度領
    域を形成する工程と、 絶縁膜を全面に形成し、フォトエッチング処理を行うこ
    とによりコンタクトホールを形成する工程と、 金属電極材料を全面に形成し、フォトエッチング処理を
    行うことにより金属電極を形成する工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記高耐圧Nチャネル電界効果トランジ
    スタと前記高耐圧Pチャネル電界効果トランジスタと前
    記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタと前記低耐圧
    Pチャネル電界効果トランジスタの前記ゲート電極を形
    成した工程後で、前記高耐圧Nチャネル電界効果トラン
    ジスタの形成領域にN型ドレイン領域及びN型ソース領
    域と、前記低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの形
    成領域にN型高濃度領域と、前記高耐圧Pチャネル電界
    効果トランジスタの形成領域にP型ドレイン領域及びP
    型ソース領域と、前記低耐圧Pチャネル電界効果トラン
    ジスタの形成領域にP型高濃度領域を形成する工程前
    に、 不純物原子を選択的にイオン注入して、前記高耐圧及び
    低耐圧Nチャネル電界効果トランジスタの形成領域にN
    型ライトドープ層と、前記高耐圧及び低耐圧Pチャネル
    電界効果トランジスタの形成領域にP型ライトドープ層
    を形成する工程と、 絶縁膜を全面に形成し、エッチング処理を行うことによ
    りサイドウォールを形成する工程とを有することを特徴
    とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記N型及びP型チャネルドープ層を形
    成する工程と、前記ゲート酸化膜を形成する工程との順
    番を逆にして、前記N型及びP型チャネルドープ層を形
    成した工程後に、前記ゲート酸化膜を形成する工程を行
    うことを特徴とする請求項7、又は8に記載の半導体装
    置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記シリコン窒化膜と前記パッド酸化
    膜をパターニングした後で、前記フィールド酸化膜を形
    成する工程前に、 前記表面シリコン層の厚さ方向の一部を除去する工程を
    有することを特徴とする請求項5、7、又は8に記載の
    半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005236083A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US7375409B2 (en) 2003-07-15 2008-05-20 Seiko Epson Corporation Semiconductor device including transistors having different drain breakdown voltages on a single substrate
US8169039B2 (en) 2009-08-18 2012-05-01 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor device

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