JP2008071957A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】SOI基板、SOS基板、その他の絶縁層を有する半導体基板を用いたトランジスタにおいて、ボディコンタクトを用いることによって、素子領域の面積を増大させることなく、寄生バイポーラ効果及び短チャネル効果を抑制する。
【解決手段】絶縁層15に達しない深さで作り込まれたソース領域35の、チャネル領域39とは反対側の領域に、高濃度ボディ領域27を形成する。これらソース領域及び高濃度ボディ領域は、絶縁層に達しない深さで設けられた第1分離領域23によって絶縁されている。そして、チャネル領域と高濃度ボディ領域とは、ソース領域及び第1分離領域の下側領域において接続されている。
【選択図】図3

Description

この発明は、チャネル領域に発生したホットキャリアを引き抜くためのボディコンタクトを具える半導体装置、及びその製造方法に関する。
従来から、絶縁性のウエハ上にSi(シリコン)層を有する半導体基板として、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板、SOS(Silicon On Sapphire)基板等が知られている。
ここで、SOI基板は、単結晶Si基板中に埋め込み酸化膜(以下、BOX層と称する)が形成されることによって構成され、Si基板、Si基板の上側表面に設けられたBOX層、及びBOX層の上側表面に設けられたSi層の三層を有する構造となる。
また、SOS基板は、サファイアウエハ上にエピタキシャル成長したSi層が形成されることによって構成される。
これらの半導体基板では、Si層に、絶縁層であるBOX層、またはサファイアウエハに達する深さで素子分離領域を形成することによって、この素子分離領域で画成された個々の素子領域が、互いに電気的に分離される。このとき、各素子領域は、形成された素子分離領域と、絶縁層とによって、側面及び裏面が覆われている。そのため、これらの半導体基板における各素子領域は、絶縁層を有さない半導体基板と比して、より確実に電気的に分離される。従って、これらSOI基板、SOS基板等の半導体基板の素子領域に作り込まれたトランジスタは、互いに他のトランジスタ、または半導体基板からの影響を排除することができる。そのため、これらの半導体基板では、ラッチアップを誘発せず、また、クロストークノイズに対して耐性の強いトランジスタを形成することができる。
一方で、これらSOI基板、SOS基板等の半導体基板では、作り込まれた個々のトランジスタが互いに完全に絶縁されているため、チャネル領域(以下、ボディ領域とも称する)内に発生したホットキャリアが、チャネル領域のソース領域付近に蓄積されてしまう。このように、ホットキャリアがチャネル領域のソース領域付近に蓄積されると、閾値電圧の低下、ソース−ドレイン間電流の増加等、トランジスタ特性の変動の原因となる寄生バイポーラ効果が発生することが知られている。
このような寄生バイポーラ効果を抑制するために、従来から、Body−Tie(ボディ・タイ)構造、または、Souce−Tie(ソース・タイ)構造を採用した半導体装置の構造が知られている。
以下、これらの構造について図6及び図7を参照して説明する。
図6は、Body−Tie構造の半導体装置を概略的に示した平面図である。このBody−Tie構造の半導体装置では、素子領域101内に、チャネル領域103と同じ導電型の不純物が高濃度で導入された領域(以下、高濃度ボディ領域105とも称する)が形成されている。この高濃度ボディ領域105は、チャネル領域103と、このチャネル領域103を挟んで形成されている第1及び第2主電極領域107a及び107bとに、これら各領域の一端側に隣接するように形成されている。この高濃度ボディ領域105は、チャネル幅方向にチャネル領域103から延長した膨張領域として形成されている。そして、Body−Tie構造の半導体装置では、この高濃度ボディ領域105に各領域103,107a及び107bから離間して設けられたコンタクト(以下、ボディコンタクト109とも称する)によって、高濃度ボディ領域105に電位が与えられる。これによって、チャネル領域103において発生したホットキャリアは、高濃度ボディ領域105に移動し、ボディコンタクト109から引き抜かれる。
一方、図7は、Souce−Tie構造の半導体装置を概略的に示した平面図である。
このSouce−Tie構造の半導体装置では、素子領域111内に、高濃度ボディ領域115が形成されている。この高濃度ボディ領域115は、ソース領域として機能する第1主電極領域113a、またはドレイン領域として機能する第2主電極領域113bの、チャネル領域とは反対側の領域に、ソース領域と接して設けられている。なお、図7の構成例では、第1主電極領域113aをソース領域とした場合について示す。さらに、Souce−Tie構造の半導体装置は、チャネル幅方向にチャネル領域117から延長した膨張領域として、ホットキャリア移動領域119が設けられている。このホットキャリア移動領域119は、高濃度ボディ領域115及びチャネル領域117と同じ導電型の不純物が導入された領域である。そして、Souce−Tie構造の半導体装置では、上述のBody−Tie構造の半導体装置と同様に、ソース領域113aから離間して設けられているボディコンタクト121によって、高濃度ボディ領域115に電位が与えられる。このとき、チャネル領域117において発生したホットキャリアは、ホットキャリア移動領域119を経て、高濃度ボディ領域115に移動する。そして、ホットキャリアは、ボディコンタクト121から引き抜かれる。
しかし、これらBody−Tie構造及びSouce−Tie構造を採用した半導体装置では、ホットキャリアを引き抜くに当たり、上述した通り、素子領域に、通常のトランジスタを構成するチャネル領域と、ソース及びドレインとしての第1及び第2主電極領域とに加えて、高濃度ボディ領域、及びホットキャリア移動領域を作り込む必要がある。さらに、これら高濃度ボディ領域、またはホットキャリア移動領域によるトランジスタへの影響を抑制するために、高濃度ボディ領域またはホットキャリア移動領域と、チャネル領域、第1及び第2主電極領域とを電気的に分離する必要がある。この電気的分離の目的で、通常のチャネル制御用ゲート電極部123あるいは125に加えて、分離用ゲート電極部127あるいは129を形成する必要がある。すなわち、Body−Tie構造の場合は、高濃度ボディ領域105上に、第1主電極領域107a、チャネル領域103、及び第2主電極領域107bに渡る長さで、分離用ゲート電極部127を設けている。また、Souce−Tie構造の場合は、ホットキャリア移動領域119上に高濃度ボディ領域115、第1主電極領域113a、チャネル領域117、及び第2主電極領域113bに渡る長さで、分離用ゲート電極部129を設けている。そのため、ゲート電極部の平面形状が従来のチャネル制御用ゲート電極部のI字状の形状から、T字状の形状となっている。そのため、一つの素子領域あたりの面積が、通常のトランジスタと比して増大してしまい、素子の微細化、または高集積デバイスの製造を行う場合に不利となる。
また、これらBody−Tie構造及びSouce−Tie構造を採用した半導体装置では、分離用ゲート電極部127及び129を形成するため、ゲート面積が拡大する。これによって、ゲート抵抗の増大、遮断周波数の劣化等の問題が生じる可能性がある。
そこで、素子領域の面積を増大させないために、例えば、特許文献1に開示された半導体装置が知られている。特許文献1に開示の半導体装置では、ソース領域及びドレイン領域としての第1及び第2主電極領域は、Si層中にBOX層に達しない深さで形成される。そして、第1または第2主電極領域のチャネル領域と反対側の領域に、チャネル領域と同じ導電型の不純物が高濃度で導入された領域、すなわち高濃度ボディ領域が形成される。この高濃度ボディ領域と、その側部に存在する第1または第2主電極領域のチャネル領域とは、周知のLOCOS法によって形成された酸化膜(以下、第1分離領域とも称する)によって絶縁されている。ここで、この第1分離領域は、チップ間または素子領域間を絶縁するための酸化膜(以下、第2分離領域とも称する)とは異なり、Si層中にBOX層に達しない深さで形成される。さらに、特許文献1に開示の半導体装置によれば、高濃度ボディ領域上に、ホットキャリアを引き抜くためのボディコンタクトが設けられている。
このように、特許文献1に開示の半導体装置では、第1及び第2主電極領域、及び第1分離領域がSi層中にBOX層に達しない深さで形成されている。従って、高濃度ボディ領域とチャネル領域と、Si層中の第1または第2主電極領域、及び第1分離領域と、BOX層との間の領域(以下、下側領域とも称する)を経て、ホットキャリアが導通可能な構造となっている。そのため、ボディコンタクトによって、高濃度ボディ領域に電位が与えられたとき、チャネル領域において発生したホットキャリアは、Si層中の、第1または第2主電極領域、及び第1分離領域の下側領域を経て、高濃度ボディ領域に移動する。そして、高濃度ボディ領域に移動したホットキャリアは、ボディコンタクトから引き抜かれる。従って、特許文献1に開示の半導体装置では、従来のように、ホットキャリア移動領域を形成する必要がない。また、通常のゲート電極部に加えて、分離用のゲート電極部を形成する必要がない。そのため、素子領域の面積の増大を抑制でき、かつゲート面積の拡大によるゲート抵抗の増大、遮断周波数の劣化等が生じるのを防止することができる。
特開2003−124345号公報
しかしながら、特許文献1に開示の半導体装置によれば、ソース領域及びドレイン領域としての第1及び第2主電極領域を、ともにBOX層に達しない深さで形成している。そのため、トランジスタの駆動時に、チャネル領域とドレイン領域との接合面積が増大し、接合容量が増大する。その結果、特許文献1に開示の半導体装置は、トランジスタの高速動作に不利となる。
また、特許文献1に開示の半導体装置によれば、トランジスタの駆動時に、Si層中のドレインの下側領域に空乏層が拡張する。この結果、素子の微細化に伴うゲート長の短小化により、閾値電圧が低下する、いわゆる短チャネル効果が生じる恐れがある。
また、特許文献1に開示の半導体装置の製造方法によれば、第1分離領域を、BOX層に達しない深さで形成するに当たり、LOCOS法を用いる。ここで、第1分離領域は、Si層中に、この第1分離領域の下側領域をホットキャリアが導通可能な程度に、BOX層から離間して形成される必要がある。しかしながら、LOCOS法を用いて第1分離領域としての酸化膜を形成する場合、膜厚の調整を正確に行うことが困難である。そのため、特許文献1に開示の製造方法では、Si層中で、第1分離領域及びBOX層間の離間距離が十分に確保できない、あるいは、第1分離領域がBOX層に達する深さで形成される等の問題が生じる恐れがある。このような問題は、Si層の層厚が薄く形成されたSOI基板に、第1分離領域を形成する場合には、特に顕著となる。このように、第1分離領域及びBOX層間の離間距離が十分に確保できない、あるいは、第1分離領域がBOX層に達する深さで形成される等の問題が生じた場合には、チャネル領域に発生したホットキャリアが、第1分離領域の下側領域を移動できない。従って、発生したホットキャリアは、高濃度ボディ領域に移動しないため、ボディコンタクトによって、これらホットキャリアの引き抜きを行うことができない。
この発明の目的は、SOI基板、SOS基板、その他の絶縁層を有する半導体基板を用いたトランジスタにおいて、素子領域の面積を増大させることなく、寄生バイポーラ効果を抑制でき、更に、短チャネル効果が抑制された半導体装置、及びその製造方法を提案することにある。
そこで、上述の目的の達成を図るため、この発明による半導体装置は、以下のような特徴を有している。
すなわち、この発明による半導体装置は、絶縁層と、この絶縁層上に設けられた第1導電型の半導体層とを有する半導体基板を具えている。そして、この半導体層には、素子領域が設けられている。この素子領域は、半導体層に、半導体層の表面から絶縁層に達する深さで形成された第2分離領域によって画成されている。
また、素子領域には、チャネル領域が作り込まれている。このチャネル領域の上側には、ゲート電極が設けられている。さらに、素子領域には、チャネル領域を挟んで、ソース領域及びドレイン領域が作り込まれている。そして、これらチャネル領域、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域によって、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)が構成されている。ここで、ソース領域は、素子領域の表面から絶縁層に達しない深さで作り込まれている。また、ドレイン領域は、素子領域の表面から絶縁層に達する深さで作り込まれている。
また、この半導体装置は、ソース領域の、チャネル領域とは反対側の側縁に隣接し、かつ、素子領域の表面から絶縁層に達しない深さで設けられた第1分離領域を具えている。
さらに、この半導体装置は、第1分離領域及び第2分離領域間の、少なくとも表面層に、チャネル領域と同じ導電型の不純物がチャネル領域よりも高濃度で導入されている高濃度ボディ領域を具えている。この高濃度ボディ領域は、半導体層中の第1分離領域及びソース領域の下側領域を経て、チャネル領域と接続されている。そして、高濃度ボディ領域上には、ボディコンタクトが設けられている。
また、上述の半導体装置の製造方法は、以下の第1工程から第7工程までの各工程を含む。
すなわち、第1工程では、絶縁層と、この絶縁層上に設けられ、第1導電型の不純物が導入された半導体層とを有する半導体基板を用意する。
第2工程では、半導体層に、素子領域を画成する第2分離領域を、半導体層の表面から絶縁層に達する深さまで形成する。
第3工程では、素子領域に、素子領域の表面から前記絶縁層に達しない深さで、第1分離領域をSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成する。そして、この第1分離領域及び第2分離領域間に前駆高濃度ボディ領域を設ける。
第4工程では、前駆高濃度ボディ領域の少なくとも表面層に、第1導電型の不純物を高濃度で導入することによって、この前駆高濃度ボディ領域を高濃度ボディ領域に変える。
第5工程では、素子領域の、第1分離領域に対して高濃度ボディ領域とは反対側の領域の上側に、ゲート電極を形成する。
第6工程では、素子領域の、ゲート電極の両側の第1及び第2領域に、第1導電型と逆の導電型を有する第2導電型の不純物をそれぞれ導入する。これによって、第1分離領域側の第1領域に、絶縁層に達しない深さのソース領域、及び第2領域に、絶縁層に達する深さのドレイン領域がそれぞれ形成される。このとき、ゲート電極の下側の、ソース領域及びドレイン領域間の領域にチャネル領域が形成される。そして、これらチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、及び第5工程において形成されたゲート電極によって、MOSFETが形成される。
第7工程では、高濃度ボディ領域上にボディコンタクトを形成する。
この発明の半導体装置によれば、ソース領域は、半導体層中に、絶縁層に達しない深さで作り込まれている。また、このソース領域のチャネル領域とは反対側の領域には、絶縁層に達しない深さで第1分離領域が設けられている。このように、ソース領域及び第1分離領域が、絶縁層に達しない深さで設けられることによって、第1分離領域及び第2分離領域によって区画形成された高濃度ボディ領域と、チャネル領域とは、半導体層中の第1分離領域及びソース領域の下側領域を経て接続されている。
従って、この発明の半導体装置は、チャネル領域に発生したホットキャリアが、半導体層中の第1分離領域及びソース領域の下側領域を経て、高濃度ボディ領域へ導通可能な構造となっている。そのため、ボディコンタクトによって、高濃度ボディ領域に電位が与えられたとき、チャネル領域において発生したホットキャリアは、半導体層中の、ソース領域及び第1分離領域の下側領域を経て、高濃度ボディ領域に移動する。そして、高濃度ボディ領域に移動したホットキャリアは、高濃度ボディ領域の上側表面に設けられたボディコンタクトから引き抜かれる。また、高濃度ボディ領域は、第1分離領域によって、MOSFETが形成された領域と電気的に分離されている。そのため、この発明の半導体装置では、分離用のゲート電極部が設けられることなく、高濃度ボディ領域によるトランジスタへの影響が抑制されている。
従って、この発明による半導体装置では、従来の構造、すなわちBody−Tie構造、またはSouce−Tie構造等を採用した半導体装置のように、ホットキャリア移動領域を形成する必要がない。また、通常のゲート電極部に加えて、分離用のゲート電極部を形成する必要がない。そのため、素子領域の面積の増大を抑制でき、かつゲート面積の拡大によるゲート抵抗の増大、遮断周波数の劣化等が生じるのを防止することができる。
また、この発明の半導体装置によれば、ドレイン領域は、半導体層中に、絶縁層に達する深さで作り込まれている。
従って、この発明の半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置とは異なり、第1及び第2主電極領域がともに浅く、すなわち絶縁層に達しない深さで設けられている構造と比して、ドレイン領域及びチャネル領域間の接合面積が小さい。そのため、この発明の半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置と比して、トランジスタの駆動時に、チャネル領域及びドレイン領域間の接合容量が減少する。この結果、この発明の半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置と比して、トランジスタの高速動作に有利である。
また、この発明の半導体装置は、ドレイン領域が半導体層中に、絶縁層に達する深さで作り込まれているため、ドレイン領域の下側に半導体層が存在しない。
従って、この発明の半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置のように、トランジスタの駆動時に、ドレイン領域下部の半導体層に空乏層が拡張することがない。そのため、この発明の半導体装置は、短チャネル効果の発生を防止することができる。
また、この発明の半導体装置の製造方法によれば、第3工程において、従来周知のSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて、第1分離領域を形成する。このSTI法は、LOCOS法と比して、形成する第1分離領域の厚みの制御が容易である。そのため、この発明の半導体装置の製造方法は、LOCOS法を用いて第1分離領域を形成する特許文献1の半導体装置の製造方法と比して、より確実に第1分離領域を絶縁層から離間して形成することができる。従って、この発明の製造方法によって製造された半導体装置は、より正確に、半導体層中において、ホットキャリアが導通可能な程度に、第1分離領域と絶縁層とを離間させることができる。そのため、この発明の半導体装置の製造方法では、特許文献1に開示の製造方法のように、半導体層中で、第1分離領域及び絶縁層間の離間距離が十分に確保できない、あるいは、第1分離領域が絶縁層に達する深さで形成される等の問題が生じるのを防止することができる。従って、半導体層の層厚が薄く形成されたSOI基板またはSOS基板に、第1分離領域を形成する場合でも、第1分離領域及び絶縁層間の離間距離を調節することが容易である。そのため、この発明の製造方法によって製造された半導体装置では、チャネル領域に発生したホットキャリアを、第1分離領域の下側領域から高濃度ボディ領域へ移動させることができる。そして、特許文献1に開示の製造方法によって製造された半導体装置と比して、より確実に、ボディコンタクトによって、これらホットキャリアの引き抜きを行うことができる。
以下、図面を参照して、この発明に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。
〈第1の実施の形態〉
第1の実施の形態では、絶縁層と、この絶縁層の上側表面に設けられた半導体層とを有する半導体基板を用いた、MOSFETを有する半導体装置であって、チャネル領域から、ソース領域及び第1分離領域より下側の半導体基板中の領域、すなわち下側領域を経て、ホットキャリアを引き抜くための高濃度ボディ領域、及びボディコンタクトを具えた半導体装置、及びその製造方法について説明する。この製造方法は、第1工程から第7工程までを含んでいる。以下、第1工程から順に各工程につき説明する。
図1(A)〜(C)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図である。また、図2(A)〜(C)は、図1(C)に続く工程図である。また、図3は、図2(C)に続く工程図である。これらの各図は、それぞれ、各製造段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある。なお、図1(C)は、図4に示すI−I線における断面の、矢印方向から見た端面図である。また、図3は、図5に示すII−II線における断面の、矢印方向から見た端面図である。
まず、第1工程では、図1(A)に示すような半導体基板を用意する。
この半導体基板は、絶縁層と、この絶縁層の上側表面に設けられた半導体層とを有する半導体基板である。そして、半導体層には、第1導電型の不純物が導入されている。ここで、この第1の実施の形態では、このような絶縁層と、この絶縁層の上側表面に設けられた半導体層とを有する半導体基板として、SOI基板11を用いた場合を例に挙げて説明する。なお、SOI基板11を単に半導体基板11と称することもある。
このSOI基板11は、従来周知の方法を用いて形成される。すなわち、単結晶Si基板の表面から酸素イオンを導入し、その後、高温アニールを行う。この高温アニールにより、基板内部において、導入された酸素イオンと基板を構成するシリコンとが結合し、絶縁層として機能する酸化シリコン層が形成される。これにより、Si基板13、Si基板13の上側表面に設けられた絶縁層15、及び絶縁層15の上側表面に設けられた半導体層としてのSi層17の三層からなるSOI基板11が得られる。ここで、この実施の形態では、Si基板13の上側表面に設けられた絶縁層15を、特にBOX層15とも称する。また、SOI基板11中のBOX層15の上側表面に設けられたSi層17を、特にSOI層17とも称する。
ここで、用意するSOI基板11のSOI層17の層厚は、300〜600Åの層厚で形成されているのが好ましい。このように、SOI層17の層厚が300〜600Åの範囲で形成されていることによって、製造された半導体装置を完全空乏型とすることができ、形成されたMOSFETを駆動させる際に、完全空乏動作させることができる。そのため、この実施の形態によって製造された半導体装置は、短チャネル効果を抑制でき、かつ高速動作が可能な、完全空乏型の特性を有する。なお、この層厚の300〜600Åの値は、製造された半導体装置を完全空乏型とするという効果を達成し得る範囲内の値であるが、このような効果が得られるならば、この値の近傍の値であってもよく、何らこの数値に限定されるものではない。
また、SOI層17には、第1導電型の不純物が導入されている。この第1導電型の不純物は、後の工程において構成するMOSFETが、p型の場合には、n型の不純物、例えば、As(砒素)、P(リン)等である。また、第1導電型の不純物は、構成するMOSFETがn型の場合には、p型の不純物、例えば、Ga(ガリウム)、In(インジウム)等である。
次に、第2工程では、SOI層17に、素子領域19を画成する第2分離領域21を、SOI層17の表面からBOX層15に達する深さまで形成して図1(B)に示すような構造体を得る。
第2分離領域21は、SOI基板11上の各素子領域19を電気的に分離する目的で、LOCOS法、STI法等の従来周知の方法を用いて形成する。ここで、この第2分離領域21は、各素子領域19を確実に電気的に分離するために、SOI層17の上側表面から、BOX層15に達する深さで形成する。
次に、第3工程では、素子領域19に、BOX層15に達しない深さで第1分離領域23を形成して図1(C)に示すような構造体を得る。ここで、図1(C)は、図4に示すI−I線における断面の、矢印方向から見た端面図である。
第1分離領域23は、前駆高濃度ボディ領域25、すなわち続く第4工程において、高濃度ボディ領域となる予定領域を、第2分離領域21とともに区画するために、形成される。このように、第1分離領域23及び第2分離領域21によって、前駆高濃度ボディ領域25を区画することによって、後の工程において形成されるMOSFETと高濃度ボディ領域とを電気的に分離することができ、高濃度ボディ領域によるトランジスタへの影響を抑制することができる。
また、第1分離領域23は、素子領域19に、BOX層15に達しない深さで形成される。従って、第1分離領域23とBOX層15との間には、素子領域19の領域部分、すなわちSOI層17の領域部分17aが残存する。よって、後の工程においてMOSFETのチャネル領域に発生したホットキャリアが、第1分離領域23の下側領域のSOI層17の領域部分17aを経て、高濃度ボディ領域へ導通可能となる。このように、ホットキャリアを、チャネル領域から高濃度ボディ領域へ移動させるために、第1分離領域23は、SOI層17の層厚の3分の1の厚みで形成するのが好ましい。なお、この層厚の3分の1の値は、ホットキャリアを、チャネル領域から高濃度ボディ領域へ移動させるという効果を達成し得る範囲内の値であるが、このような効果が得られるならば、この値の近傍の値であってもよく、何らこの数値に限定されるものではない。
また、この第1分離領域23は、好ましくは、従来周知のSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成する。すなわち、第1分離領域23の形成箇所であるSOI層17を、周知のエッチング技術を用いて除去する。そして、SOI層17の除去された箇所に例えば酸化膜等の絶縁性の膜を埋め込むことによって、第1分離領域23が形成される。このSTI法は、例えばLOCOS法等の素子分離技術と比して、形成する第1分離領域23の厚みの制御が容易である。従って、この実施の形態では、STI法を用いることによって、第1分離領域23をBOX層15から正確に離間させて、すなわちBOX層15に達しない深さで、SOI層17に作り込むことができる。
次に、第4工程では、前駆高濃度ボディ領域25の少なくとも表面層に、第1導電型の不純物を高濃度で導入することによって、高濃度ボディ領域27に変えて図2(A)に示すような構造体を得る。
ここで、表面層とは、素子領域19、従ってSOI層17の表面に露出していて、SOI層17中に、その表面から表面に近い深さの領域である。高濃度ボディ領域27は、場合によっては、下方のBOX層15に達する深さの領域として形成しても良く、どの程度の深さで形成するかは、設計上の問題である。
既に説明したように、前駆高濃度ボディ領域25を含むSOI層17には、第1導電型の不純物が導入されている。そして、この第4工程では、まず、上述の第3工程において第1分離領域23及び第2分離領域21によって区画された前駆高濃度ボディ領域25に、第1導電型の不純物と同様の不純物を導入する。従って、この第4工程において導入される不純物は、後の工程において形成するMOSFETがp型のMOSFET(以下、pMOSとも称する)である場合には、n型の不純物、例えば、As(砒素)、P(リン)等である。また、不純物は、後の工程において形成するMOSFETがn型のMOSFET(以下、nMOSとも称する)である場合には、p型の不純物、例えば、Ga(ガリウム)、In(インジウム)等である。
この第4工程における不純物の導入は、周知のインプランテーション等の技術を用いて行われる。この不純物が導入された前駆高濃度ボディ領域25は、SOI層17の他の領域部分と比して、不純物濃度の高い高濃度ボディ領域となる。そして、不純物を導入した後に、この導入された不純物を活性化させる目的で、周知のRTA(Rapid Temperature Annealing)技術等を用いて900℃の温度で熱処理を行う。これによって、不純物が導入された前駆高濃度ボディ領域25から、高濃度ボディ領域27が形成される。なお、この900℃の値は、不純物を活性化するという効果を達成し得る範囲内の値であるが、このような効果が得られるならば、この値の近傍の値であってもよく、何らこの数値に限定されるものではない。
このように、不純物濃度の高い高濃度ボディ領域27を形成することによって、後の工程において、高濃度ボディ領域27の上側に形成されるボディコンタクトと、この高濃度ボディ領域27が作り込まれたSOI層17との間の接触抵抗を低減することができる。
ここで、ボディコンタクトとSOI層17との間の接触抵抗を低減するためには、前駆高濃度ボディ領域25に対して、1E15cm−2の濃度で不純物を導入するのが好ましい。なお、この1E15cm−2の値は、ボディコンタクトとSOI層17との間の接触抵抗の低減という効果を達成し得る範囲内の値であるが、このような効果が得られるならば、この値の近傍の値であってもよく、何らこの数値に限定されるものではない。
次に、第5工程では、素子領域19の第1分離領域23に対して高濃度ボディ領域27とは反対側の領域の上側に、ゲート酸化膜29及びゲート電極31を有するゲート電極部33を形成して図2(B)に示すような構造体を得る。
ゲート酸化膜29及びゲート電極31の形成は、従来周知の方法を用いて行われる。すなわち、ゲート酸化膜29は、素子領域19上に例えば熱酸化を行うことによって形成される。このゲート酸化膜29上にPoly−Si(ポリシリコン)膜を、例えばCVD法等を用いて成膜し、ゲート電極31を形成する。そして、このゲート酸化膜29及びゲート電極31を公知のホトリソエッチング技術、ドライエッチング技術、その他を用いてパターニングすることによって、ゲート電極部33を形成する。
次に、第6工程では、素子領域19の、前駆チャネル領域の、チャネル長方向における両側の領域に、第2導電型の不純物を導入することによってソース領域35及びドレイン領域37をそれぞれ形成する。そして、同時に、これらソース領域35ドとレイン領域37との間にチャネル領域39を形成して図2(C)に示すような構造体を得る。
ソース領域35は、ゲート電極部33の両側の領域のうちの第1領域、すなわち第1分離領域と前駆チャネル領域との間の領域に、第2導電型の不純物が導入されることによって形成される。
また、ドレイン領域37は、ゲート電極部33の両側の領域のうちの第2領域、すなわち、すなわちソース領域35が形成される側と反対の領域に、第2導電型の不純物が導入されることによって形成される。
導入される第2導電型の不純物は、第1導電型とは反対の導電型を有する不純物である。従って、第2導電型の不純物は、形成するMOSFETがp型の場合には、p型の不純物、例えば、Ga(ガリウム)、In(インジウム)である。また、第2導電型の不純物は、形成するMOSFETがn型の場合には、n型の不純物、例えば、As(砒素)、P(リン)等である。
第2導電型を有する不純物の導入は、S/D(ソース/ドレイン)インプランテーション等の従来周知の方法で行われる。
ここで、この実施の形態では、ソース領域35を、BOX層15に達しない深さで形成する。従って、ソース領域35は、素子領域19の表面から素子領域19の、BOX層15とは離間した中途の位置にまで形成される。また、ドレイン領域37を、BOX層15に達する深さで形成する。そのために、この第6工程では、ソース領域35及びドレイン領域37を、それぞれ別の段階に分けて形成する。
まず、周知のホトリソ技術を用いて、ソース領域35を形成する領域、すなわち第1領域であって、第1分離領域23と前駆チャネル領域との間の領域を除く素子領域19の上側表面にマスクを形成する(図示せず)。しかる後、このマスクを利用し、周知のS/Dインプランテーション等を用いて、第2導電型の不純物を導入する。そして、この第2導電型の不純物が導入された素子領域19の箇所が、ソース領域35となる。このとき、ソース領域35は、BOX層15に達しない深さで形成される。そのために、導入エネルギーを調整することによって、第2導電型の不純物は、BOX層15に達しない深さで導入される。そして、好ましくは、SOI層17の、BOX層15の上側表面から最小でも250Åの距離となる深さとなるように、ソース領域35が形成されるように、第2導電型の不純物を導入するのが良い。そして、ソース領域35を形成した後に、マスクを除去する。
次に、ソース領域35を形成したのと同様の方法でドレイン領域37を形成する。周知のホトリソ技術を用いて、ドレイン領域37を形成する領域、すなわち第2領域であって、ソース領域35が形成される側と反対側の領域を除く素子領域19の上側表面にマスクを形成する(図示せず)。しかる後、このマスクを利用し、周知のS/Dインプランテーション等を用いて、第2導電型の不純物を導入する。そして、この第2導電型の不純物が導入された素子領域19の箇所が、ドレイン領域37となる。ここで、このドレイン領域37は、BOX層15に達する深さで形成される。そのために、第2導電型の不純物は、BOX層15に達する深さで導入される。そして、ドレイン領域37を形成した後に、マスクを除去する。
このように、ソース領域35及びドレイン領域37を、それぞれ別の段階に分けて形成することによって、BOX層15に達しない深さのソース領域35、及びBOX層15に達する深さのドレイン領域37をそれぞれ形成することができる。なお、上述の説明では、まずソース領域35を形成し、次いでドレイン領域37を形成する方法について説明した。しかし、当然のことながら、ソース領域35及びドレイン領域37は、まずドレイン領域37、次いでソース領域35の順に形成しても良い。
ここで、ソース領域35及びドレイン領域37が形成される際に、ゲート電極部33の下側領域、すなわち前駆チャネル領域は、第2導電型の不純物が導入されずに、第1導電型が導入された領域として残存する。この第1導電型の不純物導入領域として残存した前駆チャネル領域がチャネル領域39となる。このチャネル領域39の形成により、第1分離領域23は、ソース領域35の、チャネル領域39とは反対側の側縁に隣接して位置する。
そして、これらチャネル領域39、ソース領域35、ドレイン領域37、及び第5工程において形成されたゲート電極部33によって、MOSFETが構成される。
ここで、既に説明したように、このMOSFETを構成するソース領域35は、チャネル領域39及び第1分離領域23間に、BOX層15に達しない深さで形成されている。また、第1分離領域23についても、BOX層15に達しない深さで形成されている。従って、チャネル領域39と、第1分離領域23及び第2分離領域21によって区画された高濃度ボディ領域27とは、ソース領域35及び第1分離領域23の下側領域のSOI層17の領域部分、すなわちこれら領域35及び23の下側領域を経て接続されている。そして、ソース領域35及び第1分離領域23の下側領域、チャネル領域39、及び高濃度ボディ領域27は、同じ導電型、すなわち第1導電型の不純物が導入されている。そのため、MOSFETの駆動時において、チャネル領域39に発生したホットキャリアは、ソース領域35及び第1分離領域23の下側領域を経て、高濃度ボディ領域27へ導通可能となる。そして、既に説明したように、ソース領域35は、SOI層17の、BOX層15の上側表面から最小でも250Åの距離となる深さで形成されているのが好ましい。このように、SOI層17におけるソース領域35及びBOX層15の離間距離を設定することによって、ホットキャリアを確実に、チャネル領域39から高濃度ボディ領域27へ移動させることができる。なお、この250Åの値は、ホットキャリアを、チャネル領域39から高濃度ボディ領域27へ移動させるという効果を達成し得る範囲内の値であるが、このような効果が得られるならば、この値の近傍の値であってもよく、何らこの数値に限定されるものではない。
次に、第7工程では、高濃度ボディ領域27上にボディコンタクト41を形成して図3に示すような構造体を得る。図3は、図5に示すII−II線における断面の、矢印方向から見た端面図である。
ボディコンタクト41は、チャネル領域39に発生したホットキャリアを引き抜くために、チャネル領域39と接続された高濃度ボディ領域27に対して、電位を与える目的で形成される。そして、ボディコンタクト41は、例えば、W(タングステン)、不純物含有のPoly−Si(ポリシリコン)、その他を材料として、従来周知のCVD法等を用いて形成される。また、このボディコンタクト41は、素子領域19の面積に応じて、複数形成しても良い。なお、図5の構成例では、ボディコンタクト41を3つ形成した場合を示している。
第1の実施の形態による半導体装置によれば、ソース領域35は、SOI層17中に、BOX層15に達しない深さで作り込まれている。また、このソース領域35のチャネル領域39とは反対側の領域には、BOX層15に達しない深さで第1分離領域23が設けられている。このように、ソース領域35及び第1分離領域23が、BOX層15に達しない深さで設けられることによって、第1分離領域23及び第2分離領域によって区画形成された高濃度ボディ領域27と、チャネル領域39とは、SOI層17中の第1分離領域23及びソース領域35の下側領域を経て接続されている。
従って、第1の実施の形態による半導体装置は、チャネル領域39に発生したホットキャリアが、SOI層17中の第1分離領域23及びソース領域35の下側領域を経て、すなわち、これら領域23及び35とBOX層15との間の領域を経て、高濃度ボディ領域27へ導通可能な構造となっている。そのため、ボディコンタクト41によって、高濃度ボディ領域27に電位が与えられたとき、チャネル領域39において発生したホットキャリアは、SOI層17中の、ソース領域35及び第1分離領域23の下側領域を経て、高濃度ボディ領域27に移動する。そして、高濃度ボディ領域27に移動したホットキャリアは、高濃度ボディ領域27の上側表面に設けられたボディコンタクト41から引き抜かれる。また、高濃度ボディ領域27は、第1分離領域23によって、MOSFETが形成された領域と電気的に分離されている。そのため、第1の実施の形態による半導体装置では、分離用のゲート電極部が設けられることなく、高濃度ボディ領域27によるMOSFETへの影響が抑制されている。
従って、第1の実施の形態による半導体装置では、従来の構造、すなわちBody−Tie構造、またはSouce−Tie構造等を採用した半導体装置のように、ホットキャリア移動領域を形成する必要がない。また、ゲート電極部33に加えて、分離用のゲート電極部を形成する必要がない。そのため、素子領域19の面積の増大を抑制でき、かつゲート面積の拡大によるゲート抵抗の増大、遮断周波数の劣化等が生じるのを防止することができる。
また、第1の実施の形態による半導体装置によれば、ドレイン領域37は、SOI層17中に、BOX層15に達する深さで作り込まれている。
従って、第1の実施の形態による半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置のように、第1及び第2主電極領域がともに浅く、すなわちBOX層15に達しない深さで設けられている構造と比して、ドレイン領域37及びチャネル領域39間の接合面積が小さい。そのため、第1の実施の形態による半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置と比して、MOSFETの駆動時に、チャネル領域39及びドレイン領域37間の接合容量が減少する。この結果、第1の実施の形態による半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置と比して、MOSFETの高速動作に有利である。
また、第1の実施の形態による半導体装置は、ドレイン領域37がSOI層17中に、BOX層15に達する深さで作り込まれているため、ドレイン領域37の下側にSOI層17が存在しない。
従って、第1の実施の形態による半導体装置は、特許文献1に開示の半導体装置のように、MOSFETの駆動時に、ドレイン領域37下部のSOI層17に空乏層が拡張することがない。そのため、第1の実施の形態による半導体装置は、短チャネル効果の発生を防止することができる。
また、第1の実施の形態による半導体装置の製造方法によれば、第3工程において、従来周知のSTI法を用いて、第1分離領域23を形成する。このSTI法は、LOCOS法と比して、形成する第1分離領域23の厚みの制御が容易である。そのため、第1の実施の形態による半導体装置の製造方法は、LOCOS法を用いて第1分離領域23を形成する特許文献1の半導体装置の製造方法と比して、より確実に第1分離領域23をBOX層15から離間して形成することができる。従って、第1の実施の形態の製造方法によって製造された半導体装置は、より正確に、SOI層17中において、ホットキャリアが導通可能な程度に、第1分離領域23とBOX層15とを離間させることができる。そのため、第1の実施の形態による半導体装置の製造方法では、特許文献1に開示の製造方法とは異なり、SOI層17中で、第1分離領域23及びBOX層15間の離間距離が十分に確保できない、あるいは、第1分離領域23がBOX層15に達する深さで形成される等の問題が生じるのを防止することができる。従って、SOI層17の層厚が薄く形成されたSOI基板に、第1分離領域23を形成する場合でも、第1分離領域23及びBOX層15間の離間距離を調節することが容易である。そのため、第1の実施の形態による製造方法によって製造された半導体装置では、チャネル領域39に発生したホットキャリアを、第1分離領域23の下側領域から高濃度ボディ領域27へ移動させることができる。そして、特許文献1に開示の製造方法によって製造された半導体装置と比して、より確実に、ボディコンタクト41によって、これらホットキャリアの引き抜きを行うことができる。
ここで、この第1の実施の形態では、半導体基板としてSOI基板11を用いた場合を例に挙げて説明した。しかし、このような、絶縁層と、この絶縁層の上側表面に設けられたSi層とを有する半導体基板であれば、SOI基板のみでなく、例えば、SOS基板等の半導体基板においても、この実施の形態に係る半導体装置、及びその製造方法を適用することができる。
(A)〜(C)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図である。 (A)〜(C)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図であり、図1(C)に続く工程図である。 この発明の第1の実施の形態を説明する工程図であり、図2(C)に続く工程図である。 この発明の第1の実施の形態における第3工程で得られた構造体を説明する平面図である。 この発明の第1の実施の形態で得られた構造体を説明する平面図である。 従来技術の半導体装置を説明する平面図である。 従来技術の半導体装置を説明する平面図である。
符号の説明
11:SOI基板
13:Si基板
15:絶縁層(BOX層)
17:Si層(SOI層)
17a:領域部分
19、101、111:素子領域
21:第2分離領域
23:第1分離領域
25:前駆高濃度ボディ領域
27、105、115:高濃度ボディ領域
29:ゲート酸化膜
31:ゲート電極
33、123、125:ゲート電極部
35:ソース領域
37:ドレイン領域
39、103、117:チャネル領域
41、109、121:ボディコンタクト
107a、113a:第1主電極領域
107b、113b:第2主電極領域
119:ホットキャリア移動領域
127、129:分離用ゲート電極部

Claims (8)

  1. 絶縁層及び該絶縁層上に設けられた第1導電型の半導体層を有する半導体基板と、
    前記半導体層に設けられた素子領域と、
    前記半導体層に、該半導体層の表面から前記絶縁層に達する深さで形成されていて、前記素子領域を画成する第2分離領域と、
    前記素子領域にチャネル領域を挟んでそれぞれ作り込まれているソース領域及びドレイン領域であって、前記素子領域の表面から前記絶縁層に達しない深さで作り込まれた当該ソース領域、及び前記素子領域の表面から前記絶縁層に達する深さで作り込まれた当該ドレイン領域と、
    前記チャネル領域の上側に設けられたゲート電極と、
    前記ソース領域の、前記チャネル領域とは反対側の側縁に隣接し、かつ、前記素子領域の表面から前記絶縁層に達しない深さで設けられた第1分離領域と、
    該第1分離領域及び前記第2分離領域間の、少なくとも表面層に設けられていて、前記チャネル領域と同じ導電型の不純物が該チャネル領域よりも高濃度で導入されている高濃度ボディ領域と、
    該高濃度ボディ領域上に設けられたボディコンタクトと
    を具えることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1分離領域は、前記半導体層の層厚の3分の1の厚みで形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1または2に記載の半導体装置において、
    前記半導体層は、300Å〜600Åの層厚である
    ことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1、2、及び3のいずれか一項に記載の半導体装置において、
    前記ソース領域は、前記絶縁層から最小でも250Åの距離だけ離間して設けられている
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 絶縁層及び該絶縁層上に設けられ、第1導電型の不純物が導入された半導体層を有する半導体基板を用意する第1工程と、
    前記半導体層に、素子領域を画成する第2分離領域を、該半導体層の表面から前記絶縁層に達する深さまで形成する第2工程と、
    前記素子領域に、該素子領域の表面から前記絶縁層に達しない深さで、第1分離領域をSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成して、該第1分離領域及び前記第2分離領域間に前駆高濃度ボディ領域を設ける第3工程と、
    該前駆高濃度ボディ領域の少なくとも表面層に、前記第1導電型の不純物を高濃度で導入することによって、該前駆高濃度ボディ領域を高濃度ボディ領域に変える第4工程と、
    前記素子領域の、前記第1分離領域に対して前記高濃度ボディ領域とは反対側の領域の上側に、ゲート電極を形成する第5工程と、
    前記素子領域の、前記ゲート電極の両側の第1及び第2領域に、前記第1導電型と逆の導電型を有する第2導電型の不純物をそれぞれ導入することによって、前記第1分離領域側の前記第1領域に、前記絶縁層に達しない深さのソース領域、及び前記第2領域に、前記絶縁層に達する深さのドレイン領域をそれぞれ形成するとともに、前記ゲート電極の下側の、前記ソース領域及び前記ドレイン領域間の領域にチャネル領域を形成する第6工程と、
    前記高濃度ボディ領域上にボディコンタクトを形成する第7工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第3工程で、前記第1分離領域を、前記半導体層の層厚の3分の1の厚みで形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1工程で、前記半導体層が300Å〜600Åの層厚で形成されている前記半導体基板を用意する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項5、6、及び7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第6工程で、前記ソース領域を、前記絶縁層から最小でも250Åの距離だけ離間させて形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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