JP2011071262A - Method of manufacturing semiconductor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はSOI基板を用いたMOSFETの製造方法、特に寄生MOS形成の抑制及び狭チャネル効果の低減に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a MOSFET using an SOI substrate, and more particularly to suppression of parasitic MOS formation and reduction of a narrow channel effect.
SOI(Silicon On Insulator)層を含む半導体基板(以下、SOI基板ともいう。)に形成されたMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)、即ち、SOI−MOSFETは、従来のバルクの半導体基板に形成されたMOSFETに比べて寄生容量が小さく、動作の高速化や低電圧化が期待されているデバイスである。このSOI−MOSFETには大きく分けて二つのタイプがある。一方のタイプは動作時に空乏層がSOI基板に含まれるBOX層まで達する「完全空乏型」であり、他方のタイプは動作時に空乏層がこのBOX層まで達せず中性領域が残る「部分空乏型」である。 A MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) formed on a semiconductor substrate (hereinafter also referred to as an SOI substrate) including an SOI (Silicon On Insulator) layer, that is, an SOI-MOSFET is a conventional bulk semiconductor substrate. The device has a smaller parasitic capacitance than the formed MOSFET, and is expected to increase the operation speed and voltage. There are roughly two types of SOI-MOSFETs. One type is a “fully depleted type” where the depletion layer reaches the BOX layer included in the SOI substrate during operation, and the other type is a “partial depletion type” where the depletion layer does not reach this BOX layer during operation and a neutral region remains. Is.
完全空乏型のSOI−MOSFETは動作の高速化や低電圧化といったSOI−MOSFETの特徴がより顕著に現れるが、SOI層の厚さは数十nm以下であるため、その製造に関する難易度が高い。これに対し、部分空乏型のSOI−MOSFETは、基板浮遊効果によるキンク現象やボディ中性領域の状態によるボディ電位の変化というように複雑な挙動を示すものであるが、SOI層の厚さは百nmレベルであり、その製造に関する難易度は完全空乏型と比較してそれほど高くない。また、部分空乏型では基板電位(ボディ電位)を適切な値に設定することで、完全空乏型と同じように優れた特性を得ることも可能である。この部分空乏型SOI−MOSFETの構造に関しては、例えば、特許文献1に記載されている。
Although fully depleted SOI-MOSFETs exhibit the features of SOI-MOSFETs such as high-speed operation and low voltage, the thickness of the SOI layer is several tens of nanometers or less. . On the other hand, the partially-depleted SOI-MOSFET shows complicated behavior such as a kink phenomenon due to the substrate floating effect and a change in body potential due to the state of the body neutral region, but the thickness of the SOI layer is It is at the level of 100 nm, and its difficulty in manufacturing is not so high as compared with the fully depleted type. In the partially depleted type, by setting the substrate potential (body potential) to an appropriate value, it is possible to obtain excellent characteristics as in the fully depleted type. The structure of this partially depleted SOI-MOSFET is described in
ところで、上記のように優れた特性を有する部分空乏型のSOI−MOSFETであるが、従来技術には寄生MOS形成の抑制及び狭チャネル効果の低減という大きな課題がある。そこで、まず、この「寄生MOS」について説明し、次いで「狭チャネル効果」について説明する。
図5(a)は従来技術により製造されたSOI−MOSFET200の平面図を、図5(b)はY5−Y’5に沿った断面図を、図5(c)はX5−X’5に沿った断面図を、それぞれ示す。寄生MOS201は、図5(b)に示すように、素子分離に用いられるLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)層208の端部(即ち、バーズビーク)208a下のSOI層204に形成される。その原因は、LOCOS層208を形成する際に、バーズビーク208a下のSOI層204からLOCOS層208へ不純物が吸い出されることや、バーズビーク208a下にストレスがかかり、このストレスにより生じた結晶欠陥から電流がリークすることなど、さまざまである。
By the way, although it is a partially depleted SOI-MOSFET having excellent characteristics as described above, the prior art has significant problems of suppressing the formation of parasitic MOS and reducing the narrow channel effect. Therefore, first, the “parasitic MOS” will be described, and then the “narrow channel effect” will be described.
5A is a plan view of the SOI-
また、寄生MOS201により、部分空乏型のSOI−MOSFET200の電気的特性にも不具合が生じることがある。寄生MOS201は、メインMOS(つまり、SOI−MOSFETから寄生MOSを取り除いたもの)に比べて、閾値電圧Vthが低くゲート幅が小さいMOSである。このため、図6(a)に示すように、SOI−MOSFET200の伝達特性(Vg−Id特性)を取得すると、先に立ち上がってドレイン電流Idが先に飽和する寄生MOS201の伝達特性と、遅く立ち上がってドレイン電流が伸びるメインMOSの伝達特性とが重なりあって現れる。よって、図6(b)に示すように、オフ(OFF)領域では寄生MOS201の特性がメインの特性(即ち、支配的な特性)となり、オン(ON)領域ではメインMOSの特性がメインの特性となる。つまり、寄生MOS201によってOFF領域の電流(OFFリーク)が大きくなるという現象が起こる。
In addition, the
このような寄生MOS201による不具合の対策としては、一般的に、バーズビーク208a下のSOI層204にチャネルストッパーイオン注入を実施して寄生MOS201の閾値電圧Vthを上昇させ、これにより、SOI−MOSFET200の伝達特性に寄生MOS201の伝達特性が現れにくくする方法がある。具体的には、例えば特許文献2で既に開示されているように、窒化膜パターニング後(即ち、マスク形成後)にチャネルストッパーイオン注入を実施し、さらに拡散工程を実施し、チャネルストッパー領域を広げてLOCOS層208への吸い出し領域を回避することで、寄生MOS201を抑制するというものである(特許文献2に記載の1つ目の方法)。
As a countermeasure against such a problem caused by the
また、チャネルストッパーイオン注入を一定の入射角度で実施することで、SOI基板に含まれるSOI層204とBOX層203との境界近傍であって、パターニングされた窒化膜(即ち、マスク)により覆われたSOI層204の少なくとも一部にチャネルストッパー領域を形成し、LOCOS層208への吸い出し領域を回避する方法も提案されている(特許文献2に記載の2つ目の方法)。
さらに、LOCOS層208形成後にチャネルストッパーイオン注入を実施することで、LOCOS層208への吸い出しを完全に回避する方法も提案されている(特許文献2に記載の3つ目の方法)。
Further, by performing channel stopper ion implantation at a constant incident angle, it is covered with a patterned nitride film (ie, mask) in the vicinity of the boundary between the
Further, a method has been proposed in which channel stopper ion implantation is performed after the formation of the
しかしながら、特許文献2で開示された、これら3つの方法にもそれぞれ課題がある。まず1つ目の方法では、長時間の拡散工程が新たに加わるので工程数が増加し、製造時間及び製造コストが増加する、という課題がある。また拡散によって不純物濃度(注入されたチャネルストッパーイオンの濃度)が低下するので、形成するLOCOS層208の厚さ(膜厚)によっては寄生MOS201の形成が抑制しきれない可能性がある。
However, each of these three methods disclosed in
次に2つ目の方法では、SOI層204とBOX層203との境界近傍であって、マスク(即ち、パターニングされた窒化膜)により覆われたSOI層204の少なくとも一部にチャネルストッパー領域を形成したとしても、やはりバーズビーク208aはマスクで覆われた部分の内側に形成されるので、この方法でもチャネルストッパーイオンはバーズビーク208a側に吸い出されてしまい寄生MOS201が形成される恐れがある。
最後に3つ目の方法では、チャネルストッパーイオン注入のダメージがLOCOS層208に残るため、洗浄等でこのLOCOS層208が膜減りする可能性が高く、思わぬ不具合が生じる可能性がある。
Next, in the second method, a channel stopper region is formed on at least a part of the
Finally, in the third method, since the channel stopper ion implantation damage remains in the LOCOS
次に、「狭チャネル効果」について説明する。上記寄生MOS201の説明の中でも述べたが、LOCOS層208形成の際には、SOI層204であって、マスクで覆われた部分の内側にまでバーズビーク208aが形成されることがある。これにより、チャネル幅が所望するそれよりも狭くなる場合がある。これは比較的大きなサイズのトランジスターにとっては大きな問題にはならないが、小さなサイズのトランジスターにとっては、狭チャネル効果(チャネル幅が狭くなることで、Vthが高くなる効果)を生じさせる原因となることがある。
Next, the “narrow channel effect” will be described. As described in the description of the
このように、従来の製造方法では、バーズビーク208a下に寄生MOS201が形成され、そして、この寄生MOS201がメインMOSよりも先に動作する場合があった。また、このバーズビーク208aによりSOI−MOSFET200が狭チャネル化する場合もあった。このため、製造した半導体装置の電気特性(例えば伝達特性)が当初期待していたものと異なることがあった。
そこで、本発明のいくつかの態様は、このような事情に鑑みてなされたものであって、SOI基板にMOSFETを形成する際(即ち、SOI−MOSFEFTを形成する際)、寄生MOS201の形成を抑制でき、且つSOI−MOSFETの狭チャネル化を低減できるようにした半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
Thus, in the conventional manufacturing method, the
Accordingly, some aspects of the present invention have been made in view of such circumstances. When forming a MOSFET on an SOI substrate (that is, when forming an SOI-MOSFEFT), the formation of the
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、支持基板と、前記支持基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層とを含むSOI基板に、ソース領域及びドレイン領域が第1導電型であるトランジスターを形成する半導体装置の製造方法であって、前記SOI基板に含まれる前記半導体層上に、所望の形状にパターニングされた第1の耐酸化性の膜を形成する工程と、前記第1の耐酸化性の膜をマスクにして、前記第1導電型の不純物とは導電性の異なる、第2導電型の不純物を前記半導体層に注入する工程と、前記第2導電型の不純物を前記半導体層に注入する工程の後、前記第1の耐酸化性の膜の側面に第2の耐酸化性の膜を形成する工程と、前記第1の耐酸化性の膜及び前記第2の耐酸化性の膜をマスクにして、前記半導体層を熱酸化することにより、素子分離層を形成する工程と、前記素子分離層を形成する工程の後、前記第1の耐酸化性の膜及び前記第2の耐酸化性の膜を前記半導体層上から除去する工程と、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a supporting substrate, an insulating layer formed over the supporting substrate, and a semiconductor layer formed over the insulating layer. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a transistor having a source region and a drain region of a first conductivity type is formed on an SOI substrate including the semiconductor substrate, wherein the semiconductor layer included in the SOI substrate is patterned into a desired shape. Forming a first oxidation-resistant film, and using the first oxidation-resistant film as a mask, a second conductivity type impurity having a conductivity different from that of the first conductivity type impurity is used as the semiconductor. And a step of forming a second oxidation-resistant film on a side surface of the first oxidation-resistant film after the step of implanting into the layer and the step of injecting the second conductivity type impurity into the semiconductor layer; , The first oxidation resistant film and the second After the step of forming an element isolation layer by thermally oxidizing the semiconductor layer using the oxide film as a mask and the step of forming the element isolation layer, the first oxidation-resistant film and the Removing the second oxidation-resistant film from the semiconductor layer.
上記半導体装置の製造方法によれば、素子分離層の端部(即ち、バーズビーク)が形成される領域下の半導体層に、第2導電型の不純物を注入することができる。これにより、素子分離層の形成工程で、バーズビークが形成される領域下から第2導電型の不純物が吸い出されたとしても、吸い出し後の当該領域における第2導電型の不純物の不純物濃度は高く保たれる。従って、トランジスターにおいて寄生素子(即ち、寄生MOS)の形成を抑制することが可能となる。 According to the manufacturing method of the semiconductor device, the second conductivity type impurity can be implanted into the semiconductor layer under the region where the end portion (that is, bird's beak) of the element isolation layer is formed. Thereby, even if the second conductivity type impurity is sucked out from under the region where the bird's beak is formed in the element isolation layer forming step, the impurity concentration of the second conductivity type impurity in the region after the suction is high. Kept. Accordingly, it is possible to suppress the formation of parasitic elements (that is, parasitic MOS) in the transistor.
さらに、第1の耐酸化性の膜だけでなく、第2の耐酸化性の膜をマスクにして半導体層を熱酸化することにより、断面視で半導体層の両側に形成されたバーズビーク間に一定の幅(つまり、一定のチャネル幅)を持たせることができる。これにより、製造したトランジスターのチャネル幅が所望の値よりも狭くなることを低減することもできる。
さらに、上記半導体装置の製造方法において、前記第2導電型の不純物を前記半導体層に注入する工程では、前記第2導電型の不純物を前記半導体層の下層部に注入することを特徴としても良い。
上記半導体装置の製造方法によれば、第2導電型の不純物が特に吸い出され易い、半導体層の下層部においても、第2導電型の不純物の不純物濃度を高く保つことができる。これにより、トランジスターに含まれる寄生MOSの形成をさらに抑制することが可能となる。
Further, by thermally oxidizing the semiconductor layer using not only the first oxidation resistant film but also the second oxidation resistant film as a mask, the bird's beak formed on both sides of the semiconductor layer in a cross-sectional view is fixed. (That is, a constant channel width). Thereby, it can also reduce that the channel width of the manufactured transistor becomes narrower than a desired value.
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of injecting the second conductivity type impurity into the semiconductor layer, the second conductivity type impurity may be injected into a lower layer portion of the semiconductor layer. .
According to the method for manufacturing a semiconductor device, the impurity concentration of the second conductivity type impurity can be kept high even in the lower layer portion of the semiconductor layer, in which the second conductivity type impurity is particularly easily extracted. Thereby, it becomes possible to further suppress the formation of the parasitic MOS included in the transistor.
さらに、上記半導体装置の製造方法において、前記第2の耐酸化性の膜は、前記第1の耐酸化性の膜よりも硬い膜であることを特徴としても良い。
上記半導体装置の製造方法によれば、素子分離層を形成する際に伴う第2の耐酸化性の膜の変形量(変形の度合い)は、第2の耐酸化性の膜の硬さを第1の耐酸化性の膜の硬さと同じにした場合と比較して小さくなる(つまり、より変形しにくくなる。)。このため、第1の耐酸化性の膜の内側へ向かって進行するバーズビークの形成を抑制することができる。これにより、トランジスターにさらに大きなチャネル幅を持たせることができるので、寄生MOSの形成を抑制することが可能となる。
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device, the second oxidation-resistant film may be a harder film than the first oxidation-resistant film.
According to the manufacturing method of the semiconductor device, the deformation amount (degree of deformation) of the second oxidation-resistant film when forming the element isolation layer is determined by setting the hardness of the second oxidation-resistant film to the first value. This is smaller than the case where the hardness of the oxidation
さらに、上記半導体装置の製造方法において、前記第2導電型の不純物を前記半導体層に注入する工程では、前記第2導電型の不純物を、前記SOI基板の上方から前記半導体層の表面に向けて斜めの角度で注入することを特徴としても良い。
上記半導体装置の製造方法によれば、SOI基板に含まれる半導体層であって、第1の耐酸化性の膜で覆われた領域の内側に、第2導電型の不純物を注入することができる。これにより、第2導電型の不純物の分布範囲を、第1の耐酸化性の膜で覆われた領域(素子領域)の内側にまで、さらに広げることができるので、素子分離層形成後もバーズビーク下における第2導電型の不純物の不純物濃度を高く保つことが容易となる。従って、寄生MOSの形成をさらに抑制することができる。
Furthermore, in the method of manufacturing the semiconductor device, in the step of injecting the second conductivity type impurity into the semiconductor layer, the second conductivity type impurity is directed from above the SOI substrate toward the surface of the semiconductor layer. The injection may be performed at an oblique angle.
According to the semiconductor device manufacturing method, the second conductivity type impurity can be implanted into the semiconductor layer included in the SOI substrate and inside the region covered with the first oxidation resistant film. . As a result, the distribution range of the second conductivity type impurity can be further expanded to the inside of the region (element region) covered with the first oxidation-resistant film, so that the bird's beak can be formed even after the element isolation layer is formed. It becomes easy to keep the impurity concentration of the second conductivity type impurity below high. Therefore, formation of parasitic MOS can be further suppressed.
さらに、上記半導体装置の製造方法において、前記第1の耐酸化性の膜を形成する工程の前に、前記半導体層と前記第1の耐酸化性の膜との間に、前記半導体層の上面を覆うように酸化膜を形成する工程を有することを特徴としても良い。
上記半導体装置の製造方法によれば、半導体層の下層部に第2導電型の不純物を注入する際、形成した酸化膜が緩衝剤となり、半導体層が受けるダメージを軽減することができる。
さらに、上記半導体装置の製造方法において、前記第1の耐酸化性の膜及び前記第2の耐酸化性の膜は、それぞれシリコン窒化膜であることを特徴としても良い。
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device, before the step of forming the first oxidation resistant film, an upper surface of the semiconductor layer is interposed between the semiconductor layer and the first oxidation resistant film. The method may include a step of forming an oxide film so as to cover the surface.
According to the method for manufacturing a semiconductor device, when the second conductivity type impurity is implanted into the lower layer portion of the semiconductor layer, the formed oxide film serves as a buffer, and damage to the semiconductor layer can be reduced.
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device, the first oxidation resistant film and the second oxidation resistant film may each be a silicon nitride film.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
(1)第一の実施形態
図1(a)〜(i)は、本発明の実施形態に係るSOI−MOSFET100の製造方法を示す断面図である。図1(a)に示すように、まず、SOI基板1を用意する。このSOI基板1は、例えば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層(以下、BOX層ともいう。)3と、このBOX層3上に形成された単結晶シリコン層(以下、SOI層ともいう。)4と、を含んでいる。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、SIMOX(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つ用意し、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1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1を製造する方法である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
(1) First Embodiment FIGS. 1A to 1I are cross-sectional views showing a method for manufacturing an SOI-
次に、図1(b)に示すように、SOI層4上にパッド酸化膜(SiO2膜)5を形成する。パッド酸化膜(以下、単に、酸化膜ともいう。)5の形成は、例えば熱酸化により行う。次に、この酸化膜5上に、第1の耐酸化性の膜6aを形成する。第1の耐酸化性の膜6aは例えばシリコン窒化膜(Si3N4膜)であり、その形成は例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により行う。この後、第1の耐酸化性の膜6a上にフォトレジスト膜を塗布し、露光、現像することにより、素子分離領域の上方を開口したレジストパターン(図示せず)を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a pad oxide film (SiO 2 film) 5 is formed on the
次に、このレジストパターンをマスクとして第1の耐酸化性の膜6aを、例えばドライエッチングする。これにより、図1(c)に示すように、所望の形状にパターニングされた第1の耐酸化性の膜6a(即ち、マスク6a’)を設ける。そして、マスク6a’を形成した後で、レジストパターンを除去する。
レジストパターンを除去した後に、マスク6a’により部分的に覆われているSOI層4に、第2導電型の不純物(以下、チャネルストッパーイオンともいう。)7を注入する。この際、チャネルストッパーイオン7を、例えばSOI基板1の上方からSOI層4の表面に向けて略垂直の角度で注入する。
Next, the first oxidation-
After removing the resist pattern, a second conductivity type impurity (hereinafter also referred to as channel stopper ions) 7 is implanted into the
これにより、チャネルストッパーイオン7は、BOX層3との境界領域である、SOI層4の下層部に注入され、その結果、チャネルストッパー領域7aが形成される(図1(d)を参照)。ここで、「チャネルストッパー領域7a」は、SOI層4において、チャネルストッパーイオン7の不純物濃度が高い領域を指す。なお、SOI層4にnチャネル型のMOSFETを形成する場合には、チャネルストッパーイオン7として、pチャネル型の導電性を有する不純物(例えばボロンなど)を注入する。また、SOI層4にpチャネル型のMOSFETを形成する場合には、nチャネル型の導電性を有する不純物(例えばリン、ヒ素など)を注入する。
Thereby, the
第2導電型の不純物7、つまり、チャネルストッパーイオン7を注入した後に、マスク6a’により部分的に覆われているSOI層4の全面を覆うように、第2の耐酸化性の膜6bを形成する(図1(e)を参照)。この第2の耐酸化性の膜6bとは、例えばシリコン窒化膜(Si3N4膜)である。第2の耐酸化性の膜6bの形成方法は、例えば、第1の耐酸化性の膜6aの形成方法と同様に、CVD法を用いることができる。この場合、第2の耐酸化性の膜6bの硬さは、第1の耐酸化性の膜6aのそれと同等とする。
After the implantation of the second
次に、この第2の耐酸化性の膜6bをエッチバックして、マスク6a’の側面に第2の耐酸化性の膜6bで形成されたサイドウォールスペーサー6b’を設ける。このサイドウォールスペーサー6b’を設ける際、図1(f)に示すように、少なくともマスク6a’の側面を連続して覆うようにする。このエッチバックは、例えばドライエッチングで行う。
Next, the second oxidation
次に、マスク6a’及びサイドウォールスペーサー6b’により部分的に覆われているSOI層4を熱酸化する。これにより、図1(g)に示すように、素子分離領域のBOX層3上にLOCOS層8を形成する。このLOCOS層8により、素子領域のSOI層4は周囲から電気的に分離される。
SOI層4を電気的に分離した後に、マスク6a’ 及びサイドウォールスペーサー6b’、そしてパッド酸化膜5を除去して、SOI基板1aを形成する。第1の耐酸化性の膜6aからなるマスク6a’の除去は、例えば熱リン酸を用いたウェットエッチングで行う。また、パッド酸化膜5の除去は、例えばフッ酸水溶液を用いたウェットエッチングで行う。なお、「SOI基板1a」は、図1(h)に示すように、支持基板2と、この支持基板2上に形成されたBOX層3と、このBOX層3上に形成されたSOI層4と、このSOI層4を電気的に分離するLOCOS層8と、チャネルストッパー領域7aとを含んだ基板を指す。
Next, the
After electrically isolating the
こうして形成したSOI基板1aに、MOSFETを形成する。例えば、図1(i)に示すように、SOI層4の表面上にゲート絶縁膜9を形成する。このゲート絶縁膜9は、SOI層4の熱酸化により形成されるゲート酸化膜であっても良いし、その他の絶縁膜(例えば、high−k膜)であっても良い。
さらに、ゲート絶縁膜9を含むSOI層4の全面を覆うようにして、例えばポリシリコン膜を堆積させる。その後、このポリシリコン膜をパターニングすることで、図1(i)に示すように、ゲート電極10を形成する。次に、ゲート電極10をマスクとしてSOI層4に、第1導電型の不純物(図示せず)をイオン注入し、熱拡散する。これにより、図2(a)〜(c)に示すように、ゲート電極10の両側下のSOI層4にソース領域11又はドレイン領域12を形成する。
A MOSFET is formed on the SOI substrate 1a thus formed. For example, a
Further, for example, a polysilicon film is deposited so as to cover the entire surface of the
ここで、SOI層4にnチャネル型のMOSFETを形成する場合は、第1導電型の不純物としてn型の不純物(例えばリン、ヒ素など)をイオン注入し、ソース領域11又はドレイン領域12を形成する。また、SOI層4にpチャネル型のMOSFETを形成する場合は、第1導電型の不純物としてp型の不純物(例えばボロンなど)をイオン注入し、ソース領域11又はドレイン領域12を形成する。なお、第1導電型の不純物は、第2導電型の不純物7とは異なる導電型の不純物である。このような方法により、部分空乏型のSOI−MOSFET100を形成する。
Here, when an n-channel MOSFET is formed in the
図3は、本発明により製造されたSOI−MOSFET100のチャネル幅W1と従来技術により製造されたSOI−MOSFET200のチャネル幅W2とを比較する図である。図3(a)は、本発明により製造されたSOI−MOSFET100のチャネル幅W1を、図3(b)は、従来技術により製造されたSOI−MOSFET200のチャネル幅W2を、それぞれ断面図を用いて模式的に示したものである。図3(a)及び(b)に示すように、本発明の実施形態によれば、従来技術の場合と比較して、バーズビーク間に幅を持たせることができる。なお、図3(a)及び(b)では、ゲート絶縁膜及びゲート電極の記載を省略している。
これにより、寄生MOSの形成を抑制することができ、部分空乏型のSOI−MOSFETの特性に寄生MOSが影響することを防ぐことができる。即ち、メインMOSの特性に寄生MOSの特性が重なり合って現れることを防ぐことができる。さらに、SOI−MOSFETの狭チャネル化を回避することができ、所望の電気特性を得ることができる。
FIG. 3 is a diagram comparing the channel width W 1 of the SOI-
Thereby, formation of a parasitic MOS can be suppressed, and the influence of the parasitic MOS on the characteristics of the partially depleted SOI-MOSFET can be prevented. That is, it is possible to prevent the characteristics of the parasitic MOS from overlapping the characteristics of the main MOS. Further, narrowing of the channel of the SOI-MOSFET can be avoided, and desired electrical characteristics can be obtained.
(2)その他の実施形態
ところで、上記実施形態ではレジストパターンをマスクとして第1の耐酸化性の膜6aをドライエッチングする場合、図1(c)に示すように、第1の耐酸化性の膜6aのみをエッチングする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第1の耐酸化性の膜6aに加えてパッド酸化膜5もエッチングして、SOI層4の少なくとも一部を露出させても構わない。これにより、パッド酸化膜5を設けた場合と比較して、効率よくチャネルストッパーイオン7をSOI層4に注入し、チャネルストッパー領域7aを形成することができる。
(2) Other Embodiments In the above embodiment, when the first oxidation-
さらに、上記実施形態では、図1(d)に示すように、チャネルストッパーイオン7をSOI基板1の上方からSOI層4の表面に向けて略垂直の角度で注入する場合(つまり、第2導電型の不純物7をSOI基板1に含まれるSOI層4上面の略法線方向から注入する場合)について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図4(a)に示すように、SOI基板1の上方から半導体層の表面に向けて斜めの角度αで注入しても構わない(つまり、第2導電型の不純物7をSOI基板1に含まれるSOI層4表面の法線方向から所望の角度αだけ傾けて注入しても構わない)。角度αは、例えば0度〜11度の範囲とする。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 1D, the
これにより、SOI層4であって、マスク6a’で部分的に覆われた部分の内側にまでチャネルストッパー領域7aを拡大させることができる(図4(a)を参照)。こうしてチャネルストッパー領域7aを拡大させ、さらに、図4(b)に示すようにサイドウォールスペーサー6b’を設けることで、バーズビーク8a下のチャネルストッパーイオン7の不純物濃度を十分に保持することができる。これにより、寄生MOSの形成をさらに抑制することが可能となる。
As a result, the
また、上記実施形態では、第2の耐酸化性の膜6bの硬さと第1の耐酸化性の膜6aのそれとを同等にする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第2の耐酸化性の膜6bの硬さが第1の耐酸化性の膜6aのそれよりも高くても構わない。なお、第2の耐酸化性の膜6bの形成条件(例えば、温度、ガス種、真空度など)を調節することで、第2の耐酸化性の膜6bの硬さを第1の耐酸化性の膜6aのそれよりも高くすることができる。
In the above embodiment, the case where the hardness of the second oxidation-
これにより、サイドウォールスペーサー6b’の硬さ(剛性)をマスク6a’のそれよりも高めることができる。従って、バーズビーク8aを形成する際に伴うサイドウォールスペーサー6b’の変形量(変形の度合い)を、サイドウォールスペーサー6b’の硬さがマスク6a’と同等であった場合と比較して小さくすることができる(つまり、より変形しにくくすることができる。)。このため、SOI層4であって、マスク6a’及びサイドウォールスペーサー6b’によって部分的に覆われた部分の内側に向かって進行するバーズビーク8aの形成をさらに抑制することができる。これにより、断面視した場合、バーズビーク8a間に大きな幅を持たせることができ、寄生MOSの形成を抑制することが可能となる。
Thereby, the hardness (rigidity) of the
1 SOI基板、1a SOI基板、2 支持基板、3 BOX層、4 SOI層、5 パッド酸化膜、6a 第1の耐酸化性の膜、6a’ マスク、6b 第2の耐酸化性の膜、6b’ サイドウォールスペーサー、7 第2導電型の不純物、7a チャネルストッパー領域、8 LOCOS層、8a バーズビーク、9 ゲート絶縁膜、10 ゲート電極、11 ソース領域、12 ドレイン領域、100 部分空乏型のSOI−MOSFET、200 部分空乏型のSOI−MOSFET、201 寄生MOS、202 支持基板、203 BOX層、204 SOI層、208 LOCOS層、208a バーズビーク、209 ゲート絶縁膜、210 ゲート電極、211 ソース領域、212 ドレイン領域、W1 本発明に係るSOI基板におけるチャネル幅、W2 従来例に係るSOI基板におけるチャネル幅、α 角度
1 SOI substrate, 1a SOI substrate, 2 support substrate, 3 BOX layer, 4 SOI layer, 5 pad oxide film, 6a first oxidation resistant film, 6a ′ mask, 6b second oxidation resistant film, 6b 'Sidewall spacer, 7 Second conductivity type impurity, 7a Channel stopper region, 8 LOCOS layer, 8a Bird's beak, 9 Gate insulating film, 10 Gate electrode, 11 Source region, 12 Drain region, 100 Partially depleted SOI-
Claims (6)
前記SOI基板に含まれる前記半導体層上に、所望の形状にパターニングされた第1の耐酸化性の膜を形成する工程と、
前記第1の耐酸化性の膜をマスクにして、前記第1導電型の不純物とは導電性の異なる、第2導電型の不純物を前記半導体層に注入する工程と、
前記第2導電型の不純物を前記半導体層に注入する工程の後、前記第1の耐酸化性の膜の側面に第2の耐酸化性の膜を形成する工程と、
前記第1の耐酸化性の膜及び前記第2の耐酸化性の膜をマスクにして、前記半導体層を熱酸化することにより、素子分離層を形成する工程と、
前記素子分離層を形成する工程の後、前記第1の耐酸化性の膜及び前記第2の耐酸化性の膜を前記半導体層上から除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor for forming a transistor having a source region and a drain region of a first conductivity type on an SOI substrate including a supporting substrate, an insulating layer formed on the supporting substrate, and a semiconductor layer formed on the insulating layer A device manufacturing method comprising:
Forming a first oxidation-resistant film patterned into a desired shape on the semiconductor layer included in the SOI substrate;
Injecting into the semiconductor layer a second conductivity type impurity having a conductivity different from that of the first conductivity type impurity, using the first oxidation resistance film as a mask;
Forming a second oxidation-resistant film on a side surface of the first oxidation-resistant film after injecting the second conductivity type impurity into the semiconductor layer;
Forming a device isolation layer by thermally oxidizing the semiconductor layer using the first oxidation-resistant film and the second oxidation-resistant film as a mask;
And a step of removing the first oxidation resistant film and the second oxidation resistant film from the semiconductor layer after the step of forming the element isolation layer. Manufacturing method.
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