JP2004221500A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】SOI構造内に設けられたロジック回路とバルク構造内に設けられた回路を1チップに混載し、リーク電流の低減が可能な半導体装置を提供できる。
【解決手段】支持基板と埋め込み絶縁膜と半導体膜を有するSOI基板において、半導体膜を貫通し埋め込み絶縁膜に溝が配置される複数の穴を形成する。単結晶の半導体基板にその穴の深さより高い高さを有する凸部を形成する。その穴に凸部9を入れ、半導体膜の上方の半導体基板を除去する。半導体膜に複数のMISトランジスタを形成し、凸部に素子を形成する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SOI(Silicon On Insulator)構造内に設けられたロジック回路とバルク(Bulk)構造内に設けられた回路を1チップに混載した半導体装置に関する。特に、バルク構造内に設けられた回路がトレンチキャパシタを用いたDRAM回路である半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ロジック回路とDRAM回路を同一半導体チップに集積してシステム性能を向上するシステムLSIへの要求が高まっている。また、MISFETを中心に構成するロジック回路の高性能化を図るため、従来のシリコン基板ではなく、SOI構造を有するSOI基板が脚光を浴びている。すでに、高性能ロジック用途にSOI基板の使用が始まっている。このような流れの中で、SOI基板により高性能ロジックチップの性能を有し、かつ、DRAM回路を混載してシステム性能を向上させたシステムLSIが望まれている。
【0003】
しかし、SOI基板上に形成された金属絶縁物半導体構造(MIS)電界効果トランジスタ(FET)では、基板浮遊効果により、チャネルが形成されるボディ領域の電位がフローティングとなる。この為、回路動作に伴うリーク電流やしきい値変動を生ずる。DRAM回路のセルトランジスタやセンスアンプ回路のトランジスタでは、リーク電流レベルやしきい値ばらつきに対する要求が厳しいので、SOI基板上に形成されたMISFETは、これらのトランジスタの適用には不向きであった。
【0004】
基板浮遊を解決するため、SOI基板上に形成されたMISFETに対して、ボディ部からの引出し電極領域を設けてボディ電位を固定する方法が提案されている。このようなMISFETをセルトランジスタ等に用いるとセルトランジスタやセンスアンプ回路の面積が大幅に増大する。DRAM回路の最大の特長である高集積性を損なってしまう。このように、SOI基板にDARM回路を形成することは困難であった。
【0005】
一方、SOI基板上にバルク構造を形成し、このバルク構造にDRAM回路を設ける方法が提案されている。SOI基板の半導体層と埋め込み絶縁膜を部分的にエッチング除去し、除去された半導体層と埋め込み絶縁膜の代わりに、選択エピタキシャル成長により、シリコン(Si)エピ層を形成する。SOI基板を研磨平坦化する。しかし、この方法では、SOI基板とシリコンエピ層の界面では、汚染などにより、少なからず結晶性の劣化が生じている。この界面付近でエッチング速度が不均一になる場合があった。また、この界面を突き抜ける素子分離やトレンチキャパシタにおいて、リーク電流が発生する場合があった。
【0006】
さらに、SOI基板を用いることなく、シリコン基板上に、SOI構造とバルク構造を設ける方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、この方法でも、シリコン基板とシリコンエピ層の界面では、汚染などにより、少なからず結晶性の劣化が生じている。この界面を突き抜ける素子分離やトレンチキャパシタにおいて、リーク電流が発生する場合があった。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−190599号公報(第5図、第10図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、SOI構造内に設けられたロジック回路とバルク構造内に設けられた回路を1チップに混載し、リーク電流の低減が可能な半導体装置を提供することにある。
【0009】
本発明の目的は、SOI構造内に設けられたロジック回路とバルク構造内に設けられた回路を1チップに混載し、リーク電流の低減が可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するための本発明の第1の特徴は、支持基板と、支持基板上に設けられた埋め込み絶縁膜と、埋め込み絶縁膜上に設けられた単結晶の複数の第1半導体膜と、埋め込み絶縁膜の上に設けられ第1半導体膜のそれぞれの周囲に配置され上面の高さが第1半導体膜の上面の高さに等しい第1分離絶縁体と、上面の高さが第1半導体膜の上面の高さに等しく下面の高さが第1半導体膜の下面の高さより低く側面が埋め込み絶縁膜と第1半導体膜の側面に対向し離れている単結晶の第2半導体膜と、第2半導体膜の中に設けられ上面の高さが第1半導体膜の上面の高さに等しく下面の高さが第2半導体膜の下面の高さより高い第2分離絶縁体とを有する半導体装置にある。
【0011】
本発明の第2の特徴は、支持基板、支持基板上に設けられた埋め込み絶縁膜と埋め込み絶縁膜上に設けられた半導体膜を有するSOI基板に半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、半導体膜を貫通し埋め込み絶縁膜に溝が配置される複数の穴を形成する工程と、単結晶の半導体基板にその穴の深さより高い高さを有する凸部を形成する工程と、その穴にその凸部を入れる工程と、半導体膜の上方の半導体基板を除去する工程と、半導体膜に複数のMISFETを形成し凸部9に素子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法にある。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。
【0013】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置は、支持基板1と、埋め込み絶縁膜2と、複数の半導体膜3と、分離絶縁体23と、半導体膜12と、分離絶縁体24と、緩衝絶縁膜13を有する。また、支持基板1と、埋め込み絶縁膜2と、複数の半導体膜3は、SOI基板を構成する。
【0014】
支持基板1には、単結晶のp型シリコン基板を用いることができる。埋め込み絶縁膜2は、支持基板1上に設けられている。複数の半導体膜3は、埋め込み絶縁膜2上に設けられている。複数の半導体膜3には、単結晶のp型シリコン膜を用いることができる。
【0015】
分離絶縁体23は、埋め込み絶縁膜2の上に設けられている。分離絶縁体23は、半導体膜3のそれぞれの周囲に配置されている。分離絶縁体23の上面の高さは、半導体膜3の上面の高さに等しい。
【0016】
半導体膜12の上面の高さは、半導体膜3の上面の高さに等しい。半導体膜12の下面の高さは、半導体膜3の下面の高さより低い。さらに、半導体膜12の下面の高さは、埋め込み絶縁膜2の下面の高さより低い。半導体膜12の側面は、埋め込み絶縁膜2と半導体膜3の側面に対向し離れている。半導体膜12には、単結晶のp型シリコン膜を用いることができる。半導体膜12の下面は、支持基板1に接している。半導体膜12の側面は、支持基板1の側面に対向し離れている。
【0017】
分離絶縁体24は、半導体膜12の中に設けられている。分離絶縁体24の上面の高さは、半導体膜3の上面の高さに等しい。分離絶縁体24の下面の高さは、半導体膜12の下面の高さより高い。
【0018】
緩衝絶縁膜13は、半導体膜12の側面と、埋め込み絶縁膜2と半導体膜3の側面との間に配置されている。緩衝絶縁膜13は、半導体膜12の側面と、支持基板1の側面との間に配置されている。
【0019】
複数の半導体膜3には、それぞれに、MISFETが設けられている。複数の半導体膜3のそれぞれの中には、表面を含むようにソース領域29とドレイン領域30が設けられている。ソース領域29とドレイン領域30の側面は、分離絶縁体23の側面に接している。ドレイン領域30は、ソース領域29から離れて配置されている。ソース領域29とドレイン領域30の上と、ソース領域29とドレイン領域30の間の上には、ゲート絶縁膜31が設けられている。ゲート絶縁膜31の上には、ゲート電極32が設けられている。半導体膜3に設けられたMISFETは、バルク構造内に設けられたMISFETと比べて(1)寄生容量が小さい為、消費電力が低く、動作スピードが速い。(2)MISFETの誤動作の原因となるソフトエラー現象がない為、信頼性が高い。(3)CMOS構造におけるラッチアップ耐圧をより高くできる。
【0020】
半導体膜12にも、MISFETが設けられている。半導体膜12のそれぞれの中には、表面を含むようにソース領域25とドレイン領域26が設けられている。ソース領域25の側面は、分離絶縁体24の側面に接している。ドレイン領域26は、ソース領域25から離れて配置されている。ソース領域25とドレイン領域26の上と、ソース領域25とドレイン領域26の間の上には、ゲート絶縁膜27が設けられている。ゲート絶縁膜27の上には、ゲート電極28が設けられている。半導体膜12に設けられたMISFETは、DRAM回路のパス・トランジスタとして用いられている。半導体膜12は、支持基板1を介して接地電位に接続されているので、基板浮遊効果は発生しにくい。半導体膜12に設けられたMISFETにおいて、ゲート電圧がオフ状態であれば、ソース・ドレイン電圧によって寄生MISFETや寄生バイポーラトランジスタがオンして、寄生MISFET電流や寄生バイポーラ電流が流れることはない。したがって、ゲート電圧において、オフ状態さえ実現できればDRAM回路の動作のマージンを低下させることはない。このことにより、半導体膜12に設けられたMISFETを流れるリーク電流は、DRAM回路に必要なスペックを満足できる。また、半導体膜12に設けられたMISFETによる発熱で、発生した熱は、半導体膜12から支持基板1へ伝導される。このことにより、半導体膜12に設けられたMISFETが、自己加熱することはない。
【0021】
半導体膜12には、トレンチキャパシタも設けられている。半導体膜12には、プレート電極18、キャパシタ絶縁膜19、蓄積電極20、カラー酸化膜21とストラップ22が設けられている。ストラップ22は、ソース領域25と蓄積電極20に電気的に接続している。蓄積電極20は、分離絶縁体24の下に設けられている。カラー酸化膜21は、分離絶縁体24の側面上に配置されている。キャパシタ絶縁膜19は、分離絶縁体24の側面上と底面上に配置されている。プレート電極18は、キャパシタ絶縁膜19を介して、蓄積電極20に対向している。
【0022】
トレンチキャパシタの下端部より下に、半導体膜12の下面が設けられている。 SOI基板上に形成したバルク構造となる半導体膜12の厚さが、半導体層3や埋め込み絶縁膜2の厚さに制限されることがなく、より厚く構成できる。このため、界面から離れて、トレンチキャパシタを形成することができる。半導体膜12の下面の単結晶の不連続が、トレンチキャパシタに影響を及ばすことはない。そして、トレンチキャパシタには、リーク電流が発生しにくい。
【0023】
半導体膜3、12と分離絶縁体23、24と緩衝膜13の上には、層間絶縁膜33が設けられている。プラグ34は、層間絶縁膜33を貫通している。プラグ34は、ソース領域29、ドレイン領域26、30に電気的に接している。配線層35は、層間絶縁膜33の上に設けられ、プラグ34に電気的に接続している。層間絶縁膜36は、配線層35と層間絶縁膜33の上に設けられている。
【0024】
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、まず、図2に示すように、支持基板1のp型シリコン(Si)基板と、支持基板1上に設けられた埋め込み絶縁膜(BOX、SiO2)2と、埋め込み絶縁膜2上に設けられた半導体膜3の単結晶のp型シリコン膜を有するSOI基板を用意する。半導体膜3上にシリコン酸化膜(SiO2)4を熱酸化法により形成する。シリコン酸化膜4上に、気相化学成長(CVD)法によりシリコン窒化膜(Si3O4)5を形成する。
【0025】
フォトリソグラフィー法により、パターニングされたフォトレジストを形成する。このフォトレジストをマスクに、シリコン窒化膜5、シリコン酸化膜4、半導体膜3、埋め込み絶縁膜2と支持基板1を反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチングする。図3に示すように、半導体膜3を貫通し埋め込み絶縁膜2に溝が配置される複数の穴6が形成される。さらに、穴6が埋め込み絶縁膜2を貫通し支持基板1に溝が配置されるように、深く形成される。SOI基板1乃至3上に、複数の半導体装置7が配置されている。複数の半導体装置7それぞれが穴6を有している。
【0026】
図4に示すように、単結晶の半導体基板8のp型シリコン基板に穴6の幅より幅が広いフォトレジスト10を、フォトリソグラフィー法により形成する。半導体基板8に穴6の深さより高い高さを有する凸部9を、フォトレジスト10をマスクとした反応性イオンエッチング(RIE)により形成する。
【0027】
図5に示すように、穴6に凸部9を入れる。凸部9の幅は、穴6の幅より狭いので、穴6と凸部9とは干渉しない。これにより、はめ込む時の穴6と凸部9の側壁との接触によるチッピング等を防ぐことができる。
【0028】
図6に示すように、穴6の深さは凸部9の高さより深いので、凸部9は穴6の底面の支持基板1に接する。穴6の底面に露出する支持基板1に凸部9を固定する。この固定には、シリコン基板とシリコン基板間の張り合わせ方法を用いる。
【0029】
図7に示すように、半導体膜3の上方の半導体基板8を除去する。ケミカルメカニカルポリッシング(CMP)により、シリコン窒化膜5をストッパーとして半導体基板8を研磨する。半導体膜12が形成される。半導体膜12によってバルク構造が構成される。半導体膜12の周囲には溝11が形成される。
【0030】
図8に示すように、CVD法を用いて溝11に緩衝膜13を形成する。この緩衝膜13は、半導体膜3と12との緩衝材となるよう、柔軟性とシリコンと同等の線膨張係数を併せもつ材料が良い。例えば、緩衝膜13としては、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜を用いることができる。また、緩衝膜13に形成は、省略することができる。
【0031】
図9に示すように、半導体膜12を熱酸化して、シリコン酸化膜14を形成する。シリコン酸化膜14の下面の高さを、シリコン酸化膜4の下面の高さと同じにする。
【0032】
図10に示すように、シリコン窒化膜5とシリコン酸化膜4、14を除去する。半導体膜12の表面の高さを半導体膜3の表面の高さに等しくできる。
【0033】
図11に示すように、熱酸化により、半導体膜3、12上にシリコン酸化膜15、16を形成する。シリコン窒化膜17を、CVD法によりシリコン酸化膜15、16上に形成する。
【0034】
次に、半導体膜12に、トレンチキャパシタ用のトレンチを、フォトレジストをマスクにしたエッチングにより形成する。図12に示すように、トレンチの内壁にプレート電極18を形成する。プレート電極18の上にキャパシタ絶縁膜19としてシリコン窒化膜を成膜する。トレンチ内に蓄積電極20となる単結晶Siを埋め込む。トレンチ上部の蓄積電極20、キャパシタ絶縁膜19を除去し、トレンチ内の露出した半導体膜12の上にカラー酸化膜21を形成する。再度、トレンチ内に蓄積電極20となる単結晶Siを埋め込む。
【0035】
図13に示すように、ストラップ22を、トレンチ上部に形成する。ストラップ22は、蓄積電極20に電気的に接続させる。素子分離領域用のトレンチを、フォトレジストをマスクにして形成する。このトレンチにシリコン酸化膜をCVD法で堆積させる。シリコン窒化膜17をストッパーとしたCMPにて、シリコン窒化膜17上のシリコン酸化膜を除去する。分離絶縁体23、24が形成できる。さらに、図14に示すように、半導体膜12、3をストッパーとしたCMPによりシリコン窒化膜17とシリコン酸化膜15を研磨する。以上により、半導体膜12に複数のトレンチキャパシタが完成する。半導体膜3は、分離絶縁体23により複数の領域に分割される。半導体膜12と3の露出表面の間には段差が生じない。この為、SOI構造とバルク構造内に形成されるトランジスタや、SOI構造とバルク構造の上方に形成される配線の形成に必要なフォトリソグラフィー法での露光領域全面に焦点が合わず一部でフォーカスボケが生じる問題が解消できる。
【0036】
半導体膜12の表面を含む領域にソース領域25とドレイン領域26を、分割された半導体膜3それぞれの表面を含む領域にソース領域29とドレイン領域30をイオン注入法により形成する。ゲート絶縁膜27、31とゲート電極28と32を形成する。以上により、半導体膜12とそれぞれの半導体膜3に複数のMISFETが完成する。さらに、層間絶縁膜33を堆積し、プラグ34を形成し、メタル配線35を形成する。層間絶縁膜36を堆積する。支持基板1を半導体装置7毎に分割し、半導体チップの半導体装置7が完成する。
【0037】
バルク構造となる半導体膜12が、堆積・成長ではなく、結晶性の良い半導体基板8をはめ込むことにより形成されているので、結晶性の良いバルク構造を実現できる。
【0038】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置は、図1の第1の実施の形態に係る半導体装置と比較して、図15に示すように、緩衝膜37が半導体膜12の下面の下に配置されている点が異なっている。このことにより、半導体膜12に基板浮遊効果が生じやすくなると考えられる。そこで、基板浮遊効果を抑えるために、半導体膜12は、コンタクト領域38を有している。コンタクト領域38は、ソース領域25とドレイン領域26から離れた半導体膜12の表面を含む領域に設けられる。プラグ39は、層間絶縁膜33を貫通し、コンタクト領域38に電気的に接続する。配線40は、プラグ39に電気的に接続する。配線40を接地電位等の基板電位に設定することにより、基板浮遊効果を抑えることができる。なお、半導体膜12の下面は、トレンチキャパシタよりも十分深いので、通常のバルク構造と同様にしてパス・トランジスタ等の基板電位(ウェル電位)を、半導体膜12の表面のコンタクト領域38から設定できる。
【0039】
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の図2から図4までは同じである。次に、図16に示すように、穴6の内面も含めた全面に緩衝膜37をCVD法により形成する。緩衝膜37としては、半導体膜3と凸部9との緩衝材となるよう、柔軟性とシリコンと同等の線膨張係数を併せもつ材料が良い。例えば、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜を緩衝膜37として用いることができる。
【0040】
図17に示すように、穴6に凸部9を入れる。緩衝膜37によって、穴6と凸部9とは干渉しない。これにより、はめ込む時の穴6と凸部9の側壁との接触によるチッピング等を防ぐことができる。穴6の深さは凸部9の高さに等しいので、凸部9は穴6の底面の支持基板1に接する。
【0041】
図18に示すように、半導体膜3の上方の半導体基板8と緩衝膜37を除去する。CMPにより、シリコン窒化膜5をストッパーとして半導体基板8と緩衝膜37を研磨する。半導体膜12が形成される。半導体膜12によってバルク構造が構成される。半導体膜12の周囲と底には緩衝膜37が配置される。
【0042】
次に、半導体膜12に、トレンチを形成する。図19に示すように、トレンチの内壁にプレート電極18を形成する。プレート電極18の上にキャパシタ絶縁膜19を成膜する。トレンチ内に蓄積電極20を埋め込む。トレンチ上部の蓄積電極20、キャパシタ絶縁膜19を除去し、トレンチ内の露出した半導体膜12の上にカラー酸化膜21を形成する。再度、トレンチ内に蓄積電極20を埋め込む。
【0043】
図20に示すように、ストラップ22を、トレンチ上部に形成する。分離絶縁体23、24を形成する。さらに、図21に示すように、半導体膜12、3をストッパーとしたCMPによりシリコン窒化膜17とシリコン酸化膜15を研磨する。以上により、半導体膜12に複数のトレンチキャパシタが完成する。トレンチキャパシタが完成後の製造方法は、第2の実施の形態と第1の実施の形態とは基本的に同じである。異なる点は、ソース領域25とドレイン領域26の形成に前後して、コンタクト領域38をイオン注入法により形成する点である。プラグ39は、プラグ34と同時に形成する。配線40は、配線35と同時に形成する。
【0044】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置は、図1の第1の実施の形態に係る半導体装置と比較して、図22に示すように、緩衝膜41が流動体である点が異なっている。このことにより、穴6への凸部9のはめ込み時に生じる応力をさらに緩和できる。
【0045】
本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の図2から図4までは同じである。次に、図23に示すように、穴6に流動体41を充填する。流動体41としては、シリコン酸化粒子を分散させた流動体を用いることができる。
【0046】
図24に示すように、穴6に凸部9をはめ込む。図25に示すように、半導体基板8とシリコン窒化膜5との間に隙間を設ける。この隙間により穴6からあふれた流動体41が移動し抜け出る。
【0047】
図6に示すように、半導体膜3の上方の半導体基板8を除去する。CMPにより、シリコン窒化膜5をストッパーとして半導体基板8を研磨する。半導体膜12が形成される。半導体膜12の周囲には流動体41は配置される。
【0048】
以降の半導体装置の製造方法は、図9以降の第1の実施の形態の半導体装置の製造方法と同じである。
【0049】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置は、図1の第1の実施の形態に係る半導体装置と比較して、図27に示すように、半導体膜12の下面の高さが埋め込み絶縁膜2の下面の高さより高い点が異なっている。このことにより、半導体膜12の下面の全面が、埋め込み絶縁膜2に接する。半導体膜12に基板浮遊効果が生じやすくなると考えられる。そこで、基板浮遊効果を抑えるために、半導体膜12は、基板電極45を有している。基板電極45は、エミッタ領域42、ベース領域43とコレクタ領域44から離れた半導体膜12の表面を含む領域に設けられる。プラグ34は、層間絶縁膜33を貫通し、基板電極45に電気的に接続する。配線35は、プラグ34に電気的に接続する。配線35を接地電位等の基板電位に設定することにより、基板浮遊効果を抑えることができる。なお、半導体膜12の下面は、分離絶縁体24よりも十分深いので、通常のバルク構造と同様にしてバイポーラトランジスタの基板電位を、半導体膜12の表面の基板電極45から設定できる。
【0050】
本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の図2は同じである。次に、フォトリソグラフィー法によりパターニングされたフォトレジストをマスクに、シリコン窒化膜5、シリコン酸化膜4、半導体膜3と埋め込み絶縁膜2をRIEによりエッチングする。図28に示すように、シリコン窒化膜5、シリコン酸化膜4と半導体膜3を貫通し埋め込み絶縁膜2に溝が配置される複数の穴6が形成される。
【0051】
図29に示すように、半導体基板8に穴6の幅より幅が広いフォトレジスト10を形成する。半導体基板8に穴6の深さより高い高さを有する凸部9を形成する。
【0052】
図30に示すように、穴6に凸部9を入れる。図31に示すように、凸部9は穴6の底面の支持基板1に接する。穴6の底面に露出する支持基板1に凸部9を固定する。この固定には、シリコン基板とシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板間の張り合わせ方法を用いる。
【0053】
図32に示すように、半導体膜3の上方の半導体基板8を除去し、半導体膜12が形成される。半導体膜12によってバルク構造が構成される。半導体膜12の周囲には溝11が形成される。
【0054】
図33に示すように、溝11に緩衝膜13を形成する。図34に示すように、シリコン酸化膜14を形成する。シリコン酸化膜14の下面の高さを、シリコン酸化膜4の下面の高さと同じにする。図35に示すように、シリコン窒化膜5とシリコン酸化膜4、14を除去する。半導体膜12の表面の高さを半導体膜3の表面の高さに等しくできる。
【0055】
図36に示すように、分離絶縁体23、24が形成する。分離絶縁体23、24の底面から上面までの長さは、半導体膜12に形成するトランジスタの耐圧に基づいて決定する。耐圧が高ければ、長さを長くすればよい。ゲート絶縁膜31と絶縁膜27を形成する。
【0056】
図27に示すように、分割された半導体膜3それぞれの表面を含む領域にソース領域29とドレイン領域30をイオン注入法により形成する。半導体膜12の表面を含む領域にエミッタ領域42、ベース領域43、コレクタ領域44と基板電極45を、イオン注入法により形成する。ゲート電極32を形成する。以上により、半導体膜12に複数のバイポーラトランジスタが完成する。それぞれの半導体膜3に複数のMISFETが完成する。さらに、層間絶縁膜33を堆積し、プラグ34を形成し、メタル配線35を形成する。層間絶縁膜36を堆積する。支持基板1を半導体装置7毎に分割し、半導体チップの半導体装置7が完成する。
【0057】
バルク構造となる半導体膜12が、堆積・成長ではなく、結晶性の良い半導体基板8をはめ込むことにより形成されているので、結晶性の良いバルク構造を実現できる。
【0058】
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置は、図27の第4の実施の形態に係る半導体装置と比較して、図37に示すように、半導体膜12にNAND型EEPROMが形成されている点が異なっている。NAND型EEPROMでは、基板電極47の電位を制御してデータの書き込みと消去を行う。基板電極47は、ビット線46から離れた半導体膜12の表面を含む領域に設けられる。プラグ52は、層間絶縁膜33を貫通し、基板電極47に電気的に接続する。配線53は、プラグ52に電気的に接続する。配線53の電位に変えることにより、データの書き込みモードと消去モードを切り換えることができる。なお、半導体膜12の下面は、ビット線46よりも十分深いので、通常のバルク構造と同様にして全てのメモリセルの基板電位を、同一の値に設定できる。
【0059】
本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第4の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の図28から図35までは同じである。次に、図38に示すように、分離絶縁体23を形成する。ゲート絶縁膜31と48を熱酸化により形成する。
【0060】
図37に示すように、分割された半導体膜3それぞれの表面を含む領域にソース領域29とドレイン領域30をイオン注入法により形成する。半導体膜12の表面を含む領域にビット線46と基板電極47を、イオン注入法により形成する。ゲート電極32を形成する。フローティングゲート49、ゲート絶縁膜50と制御ゲートを形成する。以上により、半導体膜12にNAND型EEPROMが完成する。それぞれの半導体膜3に複数のMISFETが完成する。さらに、層間絶縁膜33を堆積し、プラグ34を形成し、メタル配線35を形成する。層間絶縁膜36を堆積する。支持基板1を半導体装置7毎に分割し、半導体チップの半導体装置7が完成する。
【0061】
バルク構造となる半導体膜12が、堆積・成長ではなく、結晶性の良い半導体基板8をはめ込むことにより形成されているので、結晶性の良いバルク構造を実現できる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、SOI構造内に設けられたロジック回路とバルク構造内に設けられた回路を1チップに混載し、リーク電流の低減が可能な半導体装置を提供できる。
【0063】
本発明によれば、SOI構造内に設けられたロジック回路とバルク構造内に設けられた回路を1チップに混載し、リーク電流の低減が可能な半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図2】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の上面図と断面図(その1)である。(b)は、(a)の横断方向の断面図である。
【図3】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の上面図と断面図(その2)である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図4】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中のはめ込みシリコン板の上面図と断面図である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図5】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。
【図6】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。
【図7】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。
【図8】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その6)である。
【図9】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その7)である。
【図10】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の上面図と断面図(その8)である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図11】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その9)である。
【図12】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その10)である。
【図13】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その11)である。
【図14】第1の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その12)である。
【図15】第2の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図16】第2の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。
【図17】第2の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。
【図18】第2の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の上面図と断面図(その3)である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図19】第2の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。
【図20】第2の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。
【図21】第2の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その6)である。
【図22】第3の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図23】第3の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。
【図24】第3の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。
【図25】第3の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。
【図26】第3の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。
【図27】第4の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図28】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の上面図と断面図(その1)である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図29】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中のはめ込みシリコン板の上面図と断面図である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図30】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。
【図31】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。
【図32】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。
【図33】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。
【図34】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その6)である。
【図35】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の上面図と断面図(その7)である。(b)は、(a)のI−I方向の断面図である。
【図36】第4の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その8)である。
【図37】第5の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図38】第5の実施の形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン支持基板
2 埋め込み酸化膜(BOX)
3 シリコン膜
4 シリコン酸化膜
5 シリコン窒化膜
6 凹部
7 半導体装置
8 はめ込みシリコン板
9 凸部
10 フォトレジスト
11 溝
12 はめ込みシリコン膜
13 緩衝膜(シリコン窒化膜)
14 シリコン酸化膜
15、16 シリコン酸化膜
17 シリコン窒化膜
18 プレート電極
19 キャパシタ絶縁膜
20 蓄積電極
21 カラー酸化膜
22 ストラップ
23、24 STI
25 ソース領域
26 ドレイン領域
27 ゲート絶縁膜
28 ゲート電極
29 ソース領域
30 ドレイン領域
31 ゲート絶縁膜
32 ゲート電極
33 層間絶縁膜
34 プラグ
35 配線層
36 層間絶縁膜
37 緩衝膜
38 コンタクト領域
39 プラグ
40 配線
41 流動体
42 エミッタ領域
43 ベース領域
44 コレクタ領域
45 基板電極
46 ビット線
47 基板電極
48 ゲート絶縁膜
49 フローティングゲート
50 ゲート絶縁膜
51 制御ゲート
52 プラグ
53、54 配線

Claims (13)

  1. 支持基板と、
    前記支持基板上に設けられた埋め込み絶縁膜と、
    前記埋め込み絶縁膜上に設けられた単結晶の複数の第1半導体膜と、
    前記埋め込み絶縁膜の上に設けられ、前記第1半導体膜のそれぞれの周囲に配置され、上面の高さが前記第1半導体膜の上面の高さに等しい第1分離絶縁体と、
    上面の高さが前記第1半導体膜の上面の高さに等しく、下面の高さが前記第1半導体膜の下面の高さより低く、側面が前記埋め込み絶縁膜と前記第1半導体膜の側面に対向し離れている単結晶の第2半導体膜と、
    前記第2半導体膜の中に設けられ、上面の高さが前記第1半導体膜の上面の高さに等しく、下面の高さが前記第2半導体膜の下面の高さより高い第2分離絶縁体とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第2半導体膜の前記下面の高さが前記絶縁膜の下面の高さより低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第2半導体膜の前記下面が、前記支持基板に接することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記第2半導体膜の前記下面の高さが前記埋め込み絶縁膜の下面の高さより高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記第2半導体膜の前記下面が、前記埋め込み絶縁膜に接することを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記第2半導体膜の前記側面と、前記埋め込み絶縁膜と前記第1半導体膜の前記側面との間に配置された緩衝絶縁膜をさらに有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の半導体装置。
  7. 前記第2半導体膜の前記下面の下に前記緩衝絶縁膜が配置されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記第2半導体膜の前記側面が前記支持基板の側面に対向し離れていることを特徴とする請求項1乃至3、6と7のいずれか1つに記載の半導体装置。
  9. 前記緩衝絶縁膜が、前記第2半導体膜の前記側面と、前記支持基板の側面との間に配置されることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1つに記載の半導体装置。
  10. 支持基板と、前記支持基板上に設けられた埋め込み絶縁膜と、前記埋め込み絶縁膜上に設けられた半導体膜を有するSOI基板に半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
    前記半導体膜を貫通し前記埋め込み絶縁膜に溝が配置される複数の穴を形成する工程と、
    単結晶の半導体基板に前記穴の深さより高い高さを有する凸部を形成する工程と、
    前記穴に前記凸部を入れる工程と、
    前記半導体膜の上方の前記半導体基板を除去する工程と、
    前記半導体膜に複数の金属絶縁物半導体構造(MIS)電界効果トランジスタ(FET)を形成し、前記凸部に素子を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 前記半導体膜を貫通し前記埋め込み絶縁膜に溝が配置される穴を形成する工程が、
    前記穴が前記絶縁膜を貫通し前記支持基板に溝が配置されることをさらに有することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記半導体基板を除去する工程の後の工程として、前記凸部の表面の高さを前記半導体膜の表面の高さに等しくする工程をさらに有することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記穴に前記凸部を固定する工程をさらに有することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
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