JP2005116607A - 半導体基板、半導体装置、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 フッ素元素4のイオン注入IP1を行うことにより、絶縁層2と単結晶半導体層3との界面ならびに単結晶半導体層3の表面および側面にフッ素元素4を導入する。
【選択図】 図1
Description
特に、完全空乏型SOIトランジスタは、低消費電力かつ高速動作が可能で、低電圧駆動が容易なため、SOIトランジスタを完全空乏モードで動作させるための研究が盛んに行われている。
このため、ゲート絶縁膜との界面のみならず、SOI基板の埋め込み絶縁層との界面においても、単結晶シリコン層の界面準位や結晶欠陥が増大し、リーク電流が増大するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、絶縁層上に形成された単結晶半導体層の界面における界面準位または結晶欠陥を低減させることが可能な半導体基板、半導体装置、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
これにより、絶縁層と単結晶半導体層との界面で発生するSi−O−Siネットワークの大きな歪みを緩和し、さらに、半導体元素のダングリングボンド(未結合手)を水素元素で終端させることを可能としつつ、絶縁層と単結晶半導体層との界面で発生する半導体元素のダングリングボンドをフッ素元素または塩素元素で終端させることが可能となる。このため、絶縁層と単結晶半導体層との界面で発生する半導体元素のダングリングボンドを減少させることが可能となるとともに、単結晶半導体層の界面がホットキャリアまたはインパクトイオナイゼーションキャリアによるアタックを受けた場合においても、フッ素元素または塩素元素の離脱を抑制しつつ、水素元素の離脱を低減させることが可能となる。この結果、絶縁層上に形成された単結晶半導体層を薄膜化した場合においても、単結晶半導体層の界面準位や結晶欠陥の増大を抑制することが可能となり、信頼性の劣化を抑制しつつ、電界効果型トランジスタを完全空乏モードで動作させることを可能として、電界効果型トランジスタ動作の高速化および低電圧化を図ることができる。
これにより、絶縁層と単結晶半導体層との界面および単結晶半導体層の側面または表面で発生する半導体元素のダングリングボンドを水素元素で終端させることを可能としつつ、絶縁層と単結晶半導体層との界面および単結晶半導体層の側面または表面で発生する半導体元素のダングリングボンドをフッ素元素または塩素元素で終端させることが可能となる。このため、絶縁層と単結晶半導体層との界面および単結晶半導体層の側面または表面で発生する半導体元素のダングリングボンドを減少させることが可能となるとともに、単結晶半導体層の界面および単結晶半導体層の側面または表面がホットキャリアまたはインパクトイオナイゼーションキャリアによるアタックを受けた場合においても、フッ素元素または塩素元素の離脱を抑制しつつ、水素元素の離脱を低減させることが可能となる。この結果、絶縁層上に形成された単結晶半導体層を薄膜化した場合においても、単結晶半導体層の界面準位や結晶欠陥の増大を抑制することが可能となり、信頼性の劣化を抑制しつつ、電界効果型トランジスタを完全空乏モードで動作させることを可能として、電界効果型トランジスタ動作の高速化および低電圧化を図ることができる。
これにより、界面準位および結晶欠陥の発生を抑制しつつ、絶縁層上に結晶半導体層を安定して作成することが可能となる。
これにより、絶縁層と単結晶半導体層との界面にフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素を導入することで、絶縁層と単結晶半導体層との界面で発生する半導体元素のダングリングボンドをフッ素元素または塩素元素で終端させることが可能となり、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、SOI基板のホットキャリア耐性を向上させることが可能となる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図1(a)において、半導体基板1上には絶縁層2が形成され、絶縁層2上には単結晶半導体層3が形成されている。なお、半導体基板1および単結晶半導体層3の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiCなどを用いることができ、絶縁層2としては、例えば、SiO2、SIONまたはSi3N4を用いることができる。また、絶縁層2上に半導体層3が形成された半導体基板1としては、例えば、SOI基板を用いることができ、SOI基板としては、SIMOX(Separation by Implanted Oxgen)基板、貼り合わせ基板またはレーザアニール基板などを用いることができる。また、半導体基板1以外にも、サファイア、ガラスまたはセラミックなどの絶縁性基板を用いるようにしてもよい。
なお、上述した第1実施形態では、絶縁層2と単結晶半導体層3との界面ならびに単結晶半導体層3の表面および側面にフッ素元素4を導入する方法について説明したが、絶縁層2と単結晶半導体層3との界面のみにフッ素元素4または塩素元素を導入してもよく、絶縁層2と単結晶半導体層3との界面および単結晶半導体層3の表面にフッ素元素4または塩素元素を導入してもよい。
図2は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。
図2において、絶縁層11上には単結晶半導体層12が形成され、単結晶半導体層12上にはゲート電極13が配置されている。そして、単結晶半導体層12には、ゲート電極13の両側にそれぞれ配置されたソース層14aおよびドレイン層14bが形成されるとともに、ソース層14aとドレイン層14bとの間に配置されたボディ領域15が形成されている。そして、ボディ領域15の配置位置に対応してフッ素元素導入領域16が絶縁層11と単結晶半導体層12との界面に形成されている。
なお、ボディ領域15の配置位置に対応してフッ素元素導入領域16を絶縁層11と単結晶半導体層12との界面に形成する場合、フォトリソグラフィー技術を用いることで絶縁層11と単結晶半導体層12との界面にフッ素元素を選択的にイオン注入することができる。
Claims (8)
- 絶縁層上に形成された単結晶半導体層と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面に導入されたフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素とを備えることを特徴とする半導体基板。 - 絶縁層上に形成された単結晶半導体層と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面および前記単結晶半導体層の側面または表面に導入されたフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素とを備えることを特徴とする半導体基板。 - 前記絶縁層はSiO2、SIONまたはSi3N4であり、前記単結晶半導体層はSi、SiGeまたはSiCであることを特徴とする請求項1または2記載の半導体基板。
- 絶縁層上に形成された単結晶半導体層と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面に導入されたフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素と、
前記単結晶半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置され、前記単結晶半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁層上に形成された単結晶半導体層と、
前記絶縁層上の単結晶半導体層が除去された素子分離領域と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面および前記単結晶半導体層の側面または表面に導入されたフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素と、
前記単結晶半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置され、前記単結晶半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁層上に単結晶半導体層を形成する工程と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面にフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素を導入する工程とを備えることを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 絶縁層上に形成された単結晶半導体層を局所的に除去または酸化することにより、前記単結晶半導体層を分離する工程と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面にフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素をイオン注入する工程と、
前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置され、前記単結晶半導体層に形成されたソース/ドレイン層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 絶縁層上に形成された単結晶半導体層を局所的に除去することにより、前記単結晶半導体層を分離する工程と、
前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記単結晶半導体層に不純物のイオン注入を行うことにより、前記ゲート電極の両側に配置されたLDD層を前記単結晶半導体層に形成する工程と、
前記絶縁層と単結晶半導体層との界面にフッ素元素または塩素元素のいずれか少なくとも一方の元素をイオン注入する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極およびサイドウォールをマスクとして前記単結晶半導体層に不純物のイオン注入を行うことにより、前記サイドウォール側方にそれぞれ配置され、前記単結晶半導体層に形成されたソース/ドレイン層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2013236093A (ja) * | 2007-05-31 | 2013-11-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置、表示モジュール及び電子機器。 |
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2003
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