JP2014175373A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
絶縁層上の半導体層が形成された基板としてSOI(Silicon on Insulator)基板が知られている。SOI基板を用いた半導体装置において、完全空乏型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)と、部分空乏型MOSFETが知られている。 An SOI (Silicon on Insulator) substrate is known as a substrate on which a semiconductor layer on an insulating layer is formed. In a semiconductor device using an SOI substrate, a fully depleted MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) and a partially depleted MOSFET are known.
チャネル領域の空乏化がBOX(buried oxide)層まで到達する場合を完全空乏型と呼び、空乏化が到達せずにBOX層上部に中性領域が残る場合を部分空乏型と呼ぶ。両者は電気的特性が異なるが、ともにソース領域及びドレイン領域の寄生容量が少ないというSOIデバイスの特徴がある。 A case where depletion of the channel region reaches a BOX (buried oxide) layer is called a complete depletion type, and a case where a neutral region remains above the BOX layer without reaching the depletion is called a partial depletion type. Both have different electrical characteristics, but both have the characteristics of SOI devices that have a small parasitic capacitance in the source region and the drain region.
チャネル領域に限って見れば、部分空乏型は一般的なMOSFETとほぼ同様の特性を示し、完全空乏型は部分空乏型よりも低しきい値化がやりやすく、ドレイン−ソース間電圧(VDS)の耐圧が低いという特徴がある。 As far as the channel region is concerned, the partial depletion type shows almost the same characteristics as a general MOSFET, and the full depletion type is easier to lower the threshold than the partial depletion type, and the drain-source voltage (VDS). The withstand voltage is low.
完全空乏型、部分空乏型は、どちらも適用すべき用途があり、回路内容に応じて使い分ける必要があるため、同一基板上に完全空乏型,部分空乏型の両者を作り分ける手法が考案されている。 Both the fully depleted type and the partially depleted type have applications that should be applied, and it is necessary to use them according to the circuit contents. Therefore, a method for creating both fully depleted and partially depleted types on the same substrate has been devised. Yes.
完全空乏型MOSFETと部分空乏型MOSFETは、それぞれに一長一短があるが、作り込むSOI層膜厚が異なる。そこで、それぞれの長所を生かすために、完全空乏型MOSFETと部分空乏型MOSFETを同一基板上に作り込む方法が知られている(例えば特許文献1を参照。)。 Fully depleted MOSFETs and partially depleted MOSFETs have their merits and demerits, but the SOI layer thickness to be formed is different. Therefore, in order to take advantage of each advantage, a method is known in which a fully depleted MOSFET and a partially depleted MOSFET are formed on the same substrate (see, for example, Patent Document 1).
しかし、完全空乏型MOSFETと部分空乏型MOSFETを同一のSOI基板上に作り込む従来の方法は、半導体装置の製造工程が大幅に増えてしまうという問題があった。 However, the conventional method in which the fully depleted MOSFET and the partially depleted MOSFET are formed on the same SOI substrate has a problem that the manufacturing process of the semiconductor device is greatly increased.
従来の方法として、例えば、部分空乏型MOSFETを作り込むためのSOI層膜厚のSOI基板に対して所定の領域に酸素イオン注入を行って、完全空乏型MOSFETのチャネル領域に対応する領域の埋込み酸化膜厚のみを分厚くする手法がある。 As a conventional method, for example, oxygen ions are implanted into a predetermined region of an SOI substrate having a film thickness of an SOI layer for forming a partially depleted MOSFET, and a region corresponding to the channel region of the fully depleted MOSFET is embedded. There is a method of thickening only the oxide film thickness.
また、部分空乏型MOSFETを作り込むためのSOI層膜厚のSOI基板に対して完全空乏型MOSFETの領域のSOI層膜厚を局所的に薄くする手法がある(例えば特許文献1を参照。)。特許文献1では、SOI層の表面側をLOCOS(local oxidation of silicon)酸化し、そのLOCOS酸化膜を除去することで、完全空乏型MOSFETの領域のSOI層膜厚を薄くしている。
In addition, there is a method of locally reducing the SOI layer thickness in the fully depleted MOSFET region with respect to the SOI substrate having the SOI layer thickness for forming the partially depleted MOSFET (see, for example, Patent Document 1). . In
図7及び図8は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。以下に説明する各工程のかっこ数字は図7及び図8の中のかっこ数字に対応している。 7 and 8 are schematic cross-sectional views for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS.
(1)支持基板101上に埋込み酸化膜102とSOI層103がその順に形成されたP型SOI基板を用いる。SOI層103の膜厚は例えば400nm(ナノメートル)程度である。SOI層103上にバッファ酸化膜を形成し、さらにその上に、CVD(化学気相成長)法によってシリコン窒化膜を形成する。該バッファ酸化膜及び該シリコン窒化膜をパターニングして、部分空乏型MOSFETの素子領域を覆うバッファ酸化膜パターン104及びシリコン窒化膜パターン105を形成する。
(1) A P-type SOI substrate in which a buried
(2)バッファ酸化膜パターン104及びシリコン窒化膜パターン105をマスクにしてLOCOS酸化を行ってLOCOS酸化膜106を形成する。LOCOS酸化膜106は、酸化時間が調整されることによって、埋込み酸化膜102まで到達しない厚みで形成される。LOCOS酸化膜106の膜厚は例えば600nm程度である。LOCOS酸化膜106下のSOI層103の膜厚は例えば100nm程度である。
(2) The LOCOS
(3)バッファ酸化膜パターン104、シリコン窒化膜パターン105及びLOCOS酸化膜106を除去する。完全空乏型MOSFETの素子領域のSOI層103の膜厚は、部分空乏型MOSFETの素子領域のSOI層103の膜厚よりも薄くなっている。
(3) The buffer
(4)バッファ酸化膜を形成した後、CVD法によってシリコン窒化膜を形成する。該バッファ酸化膜及び該シリコン窒化膜をパターニングして、完全空乏型MOSFETの素子領域及び部分空乏型MOSFETの素子領域をそれぞれ覆うバッファ酸化膜パターン107及びシリコン窒化膜パターン108を形成する。
(4) After forming the buffer oxide film, a silicon nitride film is formed by CVD. The buffer oxide film and the silicon nitride film are patterned to form a buffer
バッファ酸化膜パターン107及びシリコン窒化膜パターン108をマスクにしてLOCOS酸化を行ってLOCOS酸化膜109を形成する。LOCOS酸化膜109は、埋込み酸化膜102に到達する厚みで形成される。
The LOCOS
(5)寄生トランジスタを抑制するためのフィールドドーズを行うために、レジストパターン110を形成する。レジストパターン110をマスクにしてボロン注入を行って、SOI層103にP型領域111を形成する。
(5) A
(6)レジストパターン110、シリコン窒化膜パターン108及びバッファ酸化膜107を除去する。一般的なMOSFETの製造工程に沿って、ゲート酸化膜112、ゲート電極113、LDD(Lightly Doped Drain)領域114(N−)、サイドウォール115、ソース領域及びドレイン領域116を形成する。これにより、完全空乏型MOSFETの素子領域と部分空乏型MOSFETの素子領域にそれぞれNch(Negative Channel)MOSFETが形成される。
(6) The
従来の製造方法は、完全空乏型MOSFETの素子領域のSOI層(半導体層)を薄くするために、マスクパターンの形成工程、LOCOS酸化膜の形成工程、LOCOS酸化膜及びマスクパターンの除去工程を必要としていた。このように、従来の製造方法は、MOSFETの素子領域の半導体層を薄くするために多くの工程が必要であり、半導体装置の製造工程が大幅に増加し、ひいては製造コストが増大するという問題があった。 The conventional manufacturing method requires a mask pattern formation process, a LOCOS oxide film formation process, a LOCOS oxide film removal process, and a mask pattern removal process in order to thin the SOI layer (semiconductor layer) in the element region of the fully depleted MOSFET. I was trying. As described above, the conventional manufacturing method requires many steps in order to thin the semiconductor layer in the element region of the MOSFET, which greatly increases the manufacturing process of the semiconductor device, and thus increases the manufacturing cost. there were.
本発明は、製造工程をなるべく増やさずに製造コストの増大を抑えながら、MOSFETの素子領域の半導体層を薄くすることを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the thickness of a semiconductor layer in an element region of a MOSFET while suppressing an increase in manufacturing cost without increasing the number of manufacturing steps as much as possible.
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁層上の半導体層に形成されたLOCOS酸化膜と、該LOCOS酸化膜によって囲まれた素子領域の半導体層に形成されたMOSFETを備えた半導体装置の製造方法であって、上記LOCOS酸化膜を熱酸化処理によって形成する工程であって、上記素子領域に対応する領域に形成され、上記MOSFETのチャネル領域に対応する領域に凹部領域形成用隙間を有し、かつ上記凹部領域形成用隙間は上記熱酸化処理によって上記凹部領域形成用隙間内に形成される凹部領域形成用酸化膜が上記絶縁層に到達しない程度の寸法で形成されている耐酸化性膜パターンを用いて、上記熱酸化処理を行って、上記絶縁層に到達した上記LOCOS酸化膜を形成して上記素子領域を形成するのと同時に、上記絶縁層に到達していない上記凹部領域形成用酸化膜、及び上記素子領域内で上記半導体層の厚みが他の領域よりも薄くされた凹部領域を上記凹部領域形成用酸化膜の下に形成するLOCOS酸化膜形成工程と、上記凹部領域形成用酸化膜を除去する凹部領域形成用酸化膜除去工程と、上記凹部領域上に上記MOSFETのゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜工程と、上記ゲート絶縁膜上に上記MOSFETのゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、をその順に含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a LOCOS oxide film formed in a semiconductor layer on an insulating layer, and a semiconductor device including a MOSFET formed in a semiconductor layer in an element region surrounded by the LOCOS oxide film. A method for forming the LOCOS oxide film by thermal oxidation, wherein the LOCOS oxide film is formed in a region corresponding to the element region and has a recess region forming gap in a region corresponding to the channel region of the MOSFET. And the recess region forming gap is formed in such a dimension that the recess region forming oxide film formed in the recess region forming gap by the thermal oxidation treatment does not reach the insulating layer. Using the film pattern, the thermal oxidation treatment is performed to form the LOCOS oxide film reaching the insulating layer to form the element region. The recessed region forming oxide film that does not reach the insulating layer and the recessed region in which the thickness of the semiconductor layer in the element region is made thinner than other regions are formed under the recessed region forming oxide film. A LOCOS oxide film forming step, a recessed region forming oxide film removing step for removing the recessed region forming oxide film, a gate insulating film step for forming a gate insulating film of the MOSFET on the recessed region, and the gate A gate electrode forming step of forming the gate electrode of the MOSFET on the insulating film in that order.
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、製造工程をなるべく増やさずに製造コストの増大を抑えながら、MOSFETの素子領域の半導体層を薄くすることができる。 The semiconductor device manufacturing method according to the present invention can reduce the semiconductor layer in the element region of the MOSFET while suppressing an increase in manufacturing cost without increasing the number of manufacturing steps as much as possible.
本発明の半導体装置の製造方法において、例えば、上記凹部領域形成用隙間の幅寸法及び長さ寸法のうち少なくとも一方の寸法は0.6μm以下である。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, for example, at least one of the width dimension and the length dimension of the recess region forming gap is 0.6 μm or less.
本発明の半導体装置の製造方法において、例えば、上記耐酸化性膜パターンにおいて、上記チャネル領域に対応する領域に複数の上記凹部領域形成用隙間が形成されているようにしてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, for example, in the oxidation resistant film pattern, a plurality of the recess region forming gaps may be formed in a region corresponding to the channel region.
また、上記LOCOS酸化膜形成工程において、例えば、上記耐酸化性膜パターンは、上記素子領域とは異なる位置で上記LOCOS酸化膜によって囲まれた、第2MOSFETを形成するための第2素子領域に対応する領域にも形成されており、上記熱酸化処理を行って上記LOCOS酸化膜、上記素子領域、上記凹部領域形成用酸化膜及び上記凹部領域を形成するのと同時に、上記凹部領域を含んでいない上記第2素子領域を形成するようにしてもよい。 In the LOCOS oxide film forming step, for example, the oxidation-resistant film pattern corresponds to a second element region for forming a second MOSFET surrounded by the LOCOS oxide film at a position different from the element region. The LOCOS oxide film, the element region, the recess region forming oxide film, and the recess region are formed at the same time as the thermal oxidation treatment is performed, and the recess region is not included. The second element region may be formed.
また、上記ゲート絶縁膜形成工程において、例えば、上記ゲート絶縁膜の形成と同時に、上記第2素子領域の上記半導体層上に上記第2MOSFETのゲート絶縁膜を形成するようにしてもよい。 In the gate insulating film forming step, for example, the gate insulating film of the second MOSFET may be formed on the semiconductor layer in the second element region simultaneously with the formation of the gate insulating film.
また、上記ゲート電極形成工程において、例えば、上記ゲート電極の形成と同時に、上記第2素子領域の上記半導体層上にゲート絶縁膜を介して上記第2MOSFETのゲート電極を形成するようにしてもよい。 In the gate electrode formation step, for example, the gate electrode of the second MOSFET may be formed on the semiconductor layer in the second element region via a gate insulating film simultaneously with the formation of the gate electrode. .
本発明にかかる半導体装置は、絶縁層上の半導体層に形成されたLOCOS酸化膜と、該LOCOS酸化膜によって囲まれた素子領域の半導体層に形成されたMOSFETを備えた半導体装置であって、上記MOSFETのチャネル領域の少なくとも一部は、上記素子領域内で上記半導体層の厚みが他の領域よりも薄くされた領域を含むことを特徴とするものである。 A semiconductor device according to the present invention includes a LOCOS oxide film formed in a semiconductor layer on an insulating layer, and a MOSFET formed in a semiconductor layer in an element region surrounded by the LOCOS oxide film, At least a part of the channel region of the MOSFET includes a region in which the thickness of the semiconductor layer is thinner than other regions in the element region.
本発明の半導体装置において、上記MOSFETは、例えば完全空乏型MOSFETとして機能するものである。 In the semiconductor device of the present invention, the MOSFET functions as, for example, a fully depleted MOSFET.
本発明の半導体装置において、例えば、上記素子領域とは異なる位置で上記LOCOS酸化膜によって囲まれた第2素子領域の上記半導体層に形成された第2MOSFETを備えているようにしてもよい。ここで、上記第2MOSFETのチャネル領域は、上記薄くされた領域を含んでいない上記半導体層に形成されている。 The semiconductor device of the present invention may include, for example, a second MOSFET formed in the semiconductor layer of the second element region surrounded by the LOCOS oxide film at a position different from the element region. Here, the channel region of the second MOSFET is formed in the semiconductor layer not including the thinned region.
さらに、上記第2MOSFETは、例えば部分空乏型MOSFETとして機能するものである。 Further, the second MOSFET functions as a partially depleted MOSFET, for example.
本発明は、LOCOS酸化を行うためのマスクとして用いられる耐酸化性膜パターンの間隔の大きさに起因して、成膜されるLOCOS酸化膜厚が異なることを利用する。本来、埋込み酸化膜(絶縁層)までLOCOS酸化膜が達するところを、耐酸化性膜パターンに凹部領域形成用隙間を設けて、凹部領域形成用隙間においてSOI層の途中まででLOCOS酸化膜を止める。これにより、凹部領域形成用隙間の位置に対応して、素子領域内で半導体層の厚みが他の領域よりも薄くされた凹部領域が形成される。 The present invention utilizes the fact that the LOCOS oxide film thickness to be formed is different due to the size of the interval of the oxidation resistant film pattern used as a mask for performing LOCOS oxidation. Originally, when the LOCOS oxide film reaches the buried oxide film (insulating layer), a recess region forming gap is provided in the oxidation resistant film pattern, and the LOCOS oxide film is stopped halfway through the SOI layer in the recess region forming gap. . Accordingly, a recessed region in which the thickness of the semiconductor layer is made thinner than the other regions in the element region is formed corresponding to the position of the recessed region forming gap.
以下に、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図1は、半導体装置の一実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図1において、断面図は平面図のA−A’位置に対応している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining an embodiment of a semiconductor device. In FIG. 1, the cross-sectional view corresponds to the AA ′ position in the plan view.
SOI基板1は支持基板3、埋込み酸化膜5(絶縁層)及びSOI層7(半導体層)によって構成される。SOI層7に素子分離用のLOCOS酸化膜9が形成されている。
The
LOCOS酸化膜9によって囲まれた素子領域11a,13aが形成されている。素子領域11aに、完全空乏型MOSFET11が形成されている。素子領域13a(第2素子領域)に部分空乏型MOSFET13(第2MOSFET)が形成されている。
完全空乏型MOSFET11及び部分空乏型MOSFET13は例えばNchMOSFETである。これらのNchMOSFETは、一対のN型のソース領域及びドレイン領域15,15(N+)、一対のLDD領域17,17(N−)、P型のチャネル領域19、ゲート絶縁膜21、ゲート電極23、及びサイドウォール25をそれぞれ備えている。
The fully depleted
素子領域11a,13aのSOI層7にそれぞれ一対のソース領域及びドレイン領域15,15が互いに間隔をもって形成されている。ソース領域及びドレイン領域15,15の間のSOI層7にチャネル領域19が形成されている。ソース領域及びドレイン領域15とチャネル領域19との間のSOI層7にLDD領域17が形成されている。
A pair of source and drain
完全空乏型MOSFET11の素子領域11aにおいて、完全空乏型MOSFET11のチャネル領域19は、素子領域11a内でSOI層7の厚みが他の領域よりも薄くされた凹部領域7aを含む領域に形成されている。
In the
凹部領域7aは、LOCOS酸化膜9と同時に、チャネル領域19のSOI層7の表面側に形成された凹部領域形成用酸化膜が除去されることによって形成されたものである。したがって、製造工程をなるべく増やさずに製造コストの増大を抑えながら、完全空乏型MOSFET11の素子領域11aのSOI層7を薄くすることができる。
The recessed
部分空乏型MOSFET13のチャネル領域19は、完全空乏型MOSFET11の動作時に完全には空乏化されない。
完全空乏型MOSFET11のチャネル領域19は、凹部領域7aによってSOI層7が薄くされているので、完全空乏型MOSFET11の動作時に完全に空乏化する。
The
The
したがって、この実施例は、製造工程をなるべく増やさずに製造コストの増大を抑えながら、同一のSOI層7に、完全空乏型MOSFET11と部分空乏型MOSFET13を作り込むことができる。
Therefore, in this embodiment, the fully depleted
また、この実施例では、完全空乏型MOSFET11と部分空乏型MOSFET13において、ソース領域及びドレイン領域15におけるSOI層7の膜厚は同じである。これに対し、例えば図8に示されるように、一般的な完全空乏型MOSFETは、ソース領域及びドレイン領域を構成するSOI層の膜厚の減少により、ソース領域及びドレイン領域の抵抗値が増加する。
In this embodiment, in the fully depleted
この実施例では完全空乏型MOSFET11と部分空乏型MOSFET13においてソース領域及びドレイン領域15におけるSOI層7の膜厚は同じなので、従来技術のような完全空乏型MOSFET11のソース領域及びドレイン領域15の抵抗値増加はない。
In this embodiment, since the film thickness of the
なお、完全空乏型MOSFET11及び部分空乏型MOSFET13はNchMOSFETであるが、N型とP型を入れ替えれば、完全空乏型MOSFET及び部分空乏型MOSFETがPchMOSFETである場合にも同様の作用及び効果が得られる。
The fully depleted
図2及び図3は、半導体装置の製造方法の一実施例を説明するための概略的な断面図である。この製造方法の実施例は、図1に示された半導体装置の実施例を形成するための製造方法例の一例である。図2及び図3の断面は、図1の平面図のA−A’位置に対応している。以下に説明する各工程のかっこ数字は図2及び図3の中のかっこ数字に対応している。 2 and 3 are schematic cross-sectional views for explaining an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. This embodiment of the manufacturing method is an example of a manufacturing method example for forming the embodiment of the semiconductor device shown in FIG. 2 and 3 correspond to the A-A ′ position in the plan view of FIG. 1. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS.
(1)例えば、P型のSOI基板1を用いる。SOI基板1は、支持基板3と、支持基板3上に形成された埋込み酸化膜5と、埋込み酸化膜5上に形成されたSOI層7を備えている。埋込み酸化膜5の膜厚は例えば300nm程度である。SOI層7の膜厚は例えば400nm程度である。
(1) For example, a P-
SOI層7の表面にバッファ酸化膜を形成する。さらにその上に、CVD法によって、例えば膜厚が100nm程度のシリコン窒化膜を形成する。該バッファ酸化膜及び該シリコン窒化膜をパターニングして、バッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29(耐酸化性膜パターン)を形成する。
A buffer oxide film is formed on the surface of the
図1も参照して説明すると、バッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29は、完全空乏型MOSFET11の素子領域11a及び部分空乏型MOSFET13の素子領域13aに対応する領域に形成されている。
Referring also to FIG. 1, the buffer
完全空乏型MOSFET11の素子領域11aに対応する領域において、バッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29は、完全空乏型MOSFET11のチャネル領域19に対応する領域に凹部領域形成用隙間29aを有している。凹部領域形成用隙間29aは、後工程で行われる熱酸化処理によって凹部領域形成用隙間29a内に形成される凹部領域形成用酸化膜9aが埋込み酸化膜5に到達しない程度の寸法で形成されている。
In a region corresponding to the
例えば、凹部領域形成用隙間29aの幅寸法(チャネル長方向の寸法)は、0.6μm以下である。なお、凹部領域形成用隙間29aの幅寸法は、凹部領域形成用隙間29a内に形成される凹部領域形成用酸化膜9aが埋込み酸化膜5に到達しない程度の寸法であれば、0.6μmよりも大きくてもよい。
For example, the width dimension (dimension in the channel length direction) of the recess area forming gap 29a is 0.6 μm or less. The width dimension of the recess area forming gap 29a is 0.6 μm as long as the recess area forming
部分空乏型MOSFET13の素子領域13aに対応する領域において、バッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29は該領域を覆っている。該領域において、バッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29に凹部領域形成用隙間29aは形成されていない。
In a region corresponding to the
(2)LOCOS酸化(熱酸化処理)を行って、LOCOS酸化膜9及び凹部領域形成用酸化膜9aを形成する。LOCOS酸化は、例えば、1000℃のウェット酸化により、形成される酸化膜の膜厚換算で800nm程度行う。埋込み酸化膜5に到達したLOCOS酸化膜9が形成され、素子領域11a,13a(図1を参照。)が形成される。
(2) LOCOS oxidation (thermal oxidation treatment) is performed to form the
LOCOS酸化膜9の形成と同時に、凹部領域形成用隙間29a内に、埋込み酸化膜5に到達していない凹部領域形成用酸化膜9aが形成される。凹部領域形成用酸化膜9aの形成に起因して、完全空乏型MOSFET11の素子領域内11aでSOI層7の厚みが他の領域よりも薄くされた凹部領域7aが凹部領域形成用酸化膜9aの下に形成される。
Simultaneously with the formation of the
このLOCOS酸化において、凹部領域形成用酸化膜9aが埋込み酸化膜5まで到達しないことが重要である。凹部領域形成用酸化膜9aの下の凹部領域7aにおけるSOI層7の膜厚が例えば100nm程度になるように酸化時間が調整される。
In this LOCOS oxidation, it is important that the recessed region forming
(3)寄生トランジスタを抑制するためのフィールドドーズを行うために、レジストパターン31を形成する。レジストパターン31をマスクにして、例えば20keV、8×1012cm-2の条件でボロン注入を行って、SOI層7にP型領域33を形成する。
(3) A resist
(4)レジストパターン31を除去する。シリコン窒化膜パターン29及びバッファ酸化膜パターン27を除去する。完全空乏型MOSFETのチャネル領域に対応する領域に開口をもつレジストパターン35を形成する。レジストパターン35をマスクにして酸化膜ウェットエッチを行って、凹部領域形成用酸化膜9aを除去する。
(4) The resist
(5)レジストパターン35を除去する。一般的なMOSFETの製造工程に沿って、ゲート絶縁膜21、ゲート電極23、LDD領域17、サイドウォール25、ソース領域及びドレイン領域15を形成する。これにより、完全空乏型MOSFET11と部分空乏型MOSFET13が形成される。
(5) The resist
例えば、凹部領域7aの表面を含むSOI層7の表面に、920℃のウェット酸化により、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜21を15nm程度の膜厚で形成する。LP−CVD(減圧CVD)法により、膜厚が350nm程度のポリシリコン膜を成膜する。写真製版技術及びエッチング技術により、ポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極23を形成する。ポリシリコン膜のエッチングは、例えば、HBrとHClガスを混合したドライエッチング法によって行う。
For example, the
ゲート電極23を形成した後、SOI層7に対して、例えば70keV、2.5×1013cm-2のドーズ量の条件でN型不純物であるリンの注入を行って、LDD領域17を形成する。例えばHTO(high temperature oxide)膜を250nm程度の膜厚で形成する。HTO膜に対してエッチバック処理を行って、サイドウォール25を形成する。
After the formation of the
SOI層7に対して、例えば30keV、5.8×1015cm-2のドーズ量の条件でN型不純物であるリンの注入を行って、ソース領域及びドレイン領域15を形成する。このとき、ゲート電極23を構成するポリシリコンパターンにもN型不純物が同時に導入される。
For example, phosphorus which is an N-type impurity is implanted into the
ここでは、完全空乏型MOSFET11のゲート絶縁膜21と部分空乏型MOSFET13のゲート絶縁膜を同時に形成しているが、これらのゲート絶縁膜を別々に形成してもよい。
また、完全空乏型MOSFET11のゲート電極23と部分空乏型MOSFET13のゲート電極23を同時に形成しているが、これらのゲート電極を別々に形成してもよい。
Here, the
Further, although the
また、N型とP型を入れ替えれば、PchMOSFETからなる完全空乏型MOSFET及び部分空乏型MOSFETを形成することができる。 If the N-type and P-type are interchanged, a fully depleted MOSFET and a partially depleted MOSFET made of Pch MOSFET can be formed.
このように、一般的なプロセスに対して完全空乏型MOSFETのSOI層の膜厚調整のために別途拡散工程を増やすことなく、凹部領域形成用酸化膜除去工程(上記工程(4))を追加するだけで、MOSFETの素子領域のSOI層7を薄くすることができる。ひいては、同一のSOI層7に、製造工程をなるべく増やさずに製造コストの増大を抑えながら、完全空乏型MOSFET11と部分空乏型MOSFET13を作り分けることができる。
In this way, a recess region forming oxide film removing step (step (4) above) is added to the general process without increasing the number of diffusion steps for adjusting the film thickness of the SOI layer of the fully depleted MOSFET. Only by doing so, the
図4は、半導体装置の他の実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図4において、断面図は平面図のB−B’位置に対応している。図4において、図1と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 4 is a schematic plan view and sectional view for explaining another embodiment of the semiconductor device. In FIG. 4, the cross-sectional view corresponds to the B-B ′ position in the plan view. In FIG. 4, parts having the same functions as those in FIG.
この実施例の完全空乏型MOSFET11は、図1に示された完全空乏型MOSFET11に比べて、チャネル領域19のチャネル長の寸法、及びSOI層7の凹部領域7aのチャネル方向の長さ寸法が長く形成されている。
Compared with the fully depleted
図4において図示されていないが、図1に示された実施例と同様に、完全空乏型MOSFET11の素子領域11aとは異なる位置の素子領域13aに部分空乏型MOSFET13が形成されていてもよい。
Although not shown in FIG. 4, the partially depleted
図5及び図6は、半導体装置の製造方法の他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この製造方法の実施例は、図4に示された半導体装置の実施例を形成するための製造方法例の一例である。図5及び図6の断面は、図4の平面図のB−B’位置に対応している。以下に説明する各工程のかっこ数字は図2及び図3の中のかっこ数字に対応している。 5 and 6 are schematic cross-sectional views for explaining another embodiment of the semiconductor device manufacturing method. This embodiment of the manufacturing method is an example of a manufacturing method example for forming the embodiment of the semiconductor device shown in FIG. 5 and 6 correspond to the B-B 'position in the plan view of FIG. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS.
(1)図2を参照して説明した上記工程(1)と同様の工程によって、SOI層7上にバッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29を形成する。図4も参照して説明すると、バッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29は、完全空乏型MOSFET11のチャネル領域19に対応する領域に複数の凹部領域形成用隙間29aを有している。
(1) A buffer
各凹部領域形成用隙間29aは、後工程で行われる熱酸化処理によって凹部領域形成用隙間29a内に形成される凹部領域形成用酸化膜9aが埋込み酸化膜5に到達しない程度の寸法で形成されている。
Each recess region forming gap 29a is formed in such a size that the recess region forming
また、隣り合う凹部領域形成用隙間29a,29aの間のバッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29も、後工程で形成される凹部領域形成用酸化膜9aが埋込み酸化膜5に到達しない程度の寸法で形成されている。
In addition, the buffer
また、隣り合う凹部領域形成用隙間29a,29aの間のバッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29の寸法は、後工程で形成される凹部領域形成用酸化膜9aの底面に凹凸が形成されない程度であることが好ましい。
Further, the size of the buffer
なお、隣り合う凹部領域形成用隙間29a,29aの間のバッファ酸化膜パターン27及びシリコン窒化膜パターン29に起因して凹部領域形成用酸化膜9aの底面に凹凸が形成されてもよい。この場合、凹部領域形成用酸化膜9aの底面の凹凸に起因して、SOI層7の凹部領域7aに凹凸が形成される。凹部領域形成用酸化膜9aの底面の凹凸、ひいてはSOI層7の凹部領域7aは、完全空乏型MOSFET11の動作時に、チャネル領域19に空乏化されない領域が形成されない程度であることが好ましい。
Note that unevenness may be formed on the bottom surface of the recess region forming
(2)図2を参照して説明した上記工程(2)と同様にして、LOCOS酸化(熱酸化処理)を行って、LOCOS酸化膜9、凹部領域形成用酸化膜9a、及びSOI層7の凹部領域7aを形成する。
(2) LOCOS oxidation (thermal oxidation treatment) is performed in the same manner as the above-described step (2) described with reference to FIG. 2, and the
このLOCOS酸化において、凹部領域形成用酸化膜9aが埋込み酸化膜5まで到達しないことが重要である。凹部領域形成用酸化膜9aの下の凹部領域7aにおけるSOI層7の膜厚が例えば100nm程度になるように酸化時間が調整される。
In this LOCOS oxidation, it is important that the recessed region forming
(3)図2を参照して説明した上記工程(3)と同様にして、レジストパターン31を形成し、SOI層7にP型領域33を形成する。
(3) A resist
(4)図3を参照して説明した上記工程(4)と同様にして、レジストパターン31を除去した後、レジストパターン35を形成し、凹部領域形成用酸化膜9aを除去する。
(4) In the same manner as in the above step (4) described with reference to FIG. 3, after removing the resist
(5)図3を参照して説明した上記工程(5)と同様にして、レジストパターン35を除去した後、ゲート絶縁膜21、ゲート電極23、LDD領域17、サイドウォール25、ソース領域及びドレイン領域15を形成する。これにより、完全空乏型MOSFET11が形成される。
(5) In the same manner as in the above step (5) described with reference to FIG. 3, after removing the resist
なお、N型とP型を入れ替えれば、PchMOSFETからなる完全空乏型MOSFETを形成することができる。 If the N-type and P-type are interchanged, a fully depleted MOSFET made of Pch MOSFET can be formed.
この実施例も、図2及び図3を参照して説明した実施例と同様に、一般的なプロセスに対して凹部領域形成用酸化膜除去工程(上記工程(4))を追加するだけで、MOSFETの素子領域のSOI層7を薄くすることができる。
Similarly to the embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3, this embodiment also includes a step of removing the recessed region forming oxide film (the above step (4)) with respect to a general process. The
さらに、この実施例は、図2及び図3を参照して説明した実施例に比べて、完全空乏型MOSFET11のチャネル長を長くすることができる。
Further, in this embodiment, the channel length of the fully depleted
この実施例では、完全空乏型MOSFET11の形成工程について説明したが、図2及び図3を参照して説明した実施例と同様に、完全空乏型MOSFET11の素子領域とは異なる位置の素子領域に部分空乏型MOSFET13を同時に形成してもよい。
In this embodiment, the process of forming the fully depleted
以上、本発明の実施例が説明されたが、上記実施例で示された寸法、材料、配置、形状等は一例であり、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, the dimension, material, arrangement | positioning, shape, etc. which were shown by the said Example are examples, and this invention is not limited to the said Example. The present invention can be variously modified within the scope of the present invention described in the claims.
例えば、上記実施例ではSOI層7としてP型シリコンが用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、半導体層は、N型シリコンであってもよいし、ノンドープであってもよいし、シリコン以外の半導体層であってもよい。
For example, although P-type silicon is used as the
また、製造方法の上記実施例では、凹部領域形成用隙間29aは、チャネル幅方向に長手方向をもつ矩形で形成されているが、本発明の製造方法において、凹部領域形成用隙間の形状はこれに限定されない。例えば、凹部領域形成用隙間は、チャネル長方向に長手方向をもつ矩形であってもよいし、矩形以外の形状であってもよい。 In the above embodiment of the manufacturing method, the recess region forming gap 29a is formed in a rectangle having a longitudinal direction in the channel width direction. However, in the manufacturing method of the present invention, the shape of the recess region forming gap is It is not limited to. For example, the recess region forming gap may be a rectangle having a longitudinal direction in the channel length direction, or may have a shape other than a rectangle.
また、上記実施例ではゲート絶縁膜21としてシリコン酸化膜が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、ゲート絶縁膜は、例えばONO膜とよばれる、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層膜など、他の材料からなるものであってもよい。
In the above embodiment, a silicon oxide film is used as the
また、上記実施例ではSOI基板1が用いられているが、本発明における絶縁層上の半導体層の構成はこれに限定されるものではない。本発明において、絶縁層上の半導体層の構成は、例えばサファイア基板上に形成された半導体層など、他の構成であってもよい。
Although the
また、上記実施例ではゲート電極23の材料としてポリシリコンが用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、ゲート電極の材料はアモルファスシリコンであってもよい。ゲート電極の材料としてアモルファスシリコンが用いられた場合であっても、ポリシリコンが用いられた場合と同じ作用及び効果が得られる。
In the above embodiment, polysilicon is used as the material of the
5 埋込み酸化膜(絶縁層)
7 SOI層(半導体層)
7a 凹部領域(薄くされた領域)
9 LOCOS酸化膜
9a 凹部領域形成用酸化膜
11 完全空乏型MOSFET(MOSFET)
11a 素子領域
13 部分空乏型MOSFET(第2MOSFET)
13a 素子領域(第2素子領域)
19 チャネル領域
21 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極
29 耐酸化性膜パターン
29a 凹部領域形成用隙間
5 buried oxide film (insulating layer)
7 SOI layer (semiconductor layer)
7a Recessed area (thinned area)
9
13a Element region (second element region)
19
Claims (10)
前記LOCOS酸化膜を熱酸化処理によって形成する工程であって、前記素子領域に対応する領域に形成され、前記MOSFETのチャネル領域に対応する領域に凹部領域形成用隙間を有し、かつ前記凹部領域形成用隙間は前記熱酸化処理によって前記凹部領域形成用隙間内に形成される凹部領域形成用酸化膜が前記絶縁層に到達しない程度の寸法で形成されている耐酸化性膜パターンを用いて、前記熱酸化処理を行って、前記絶縁層に到達した前記LOCOS酸化膜を形成して前記素子領域を形成するのと同時に、前記絶縁層に到達していない前記凹部領域形成用酸化膜、及び前記素子領域内で前記半導体層の厚みが他の領域よりも薄くされた凹部領域を前記凹部領域形成用酸化膜の下に形成するLOCOS酸化膜形成工程と、
前記凹部領域形成用酸化膜を除去する凹部領域形成用酸化膜除去工程と、
前記凹部領域上に前記MOSFETのゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記MOSFETのゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、をその順に含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a LOCOS oxide film formed in a semiconductor layer on an insulating layer and a MOSFET formed in a semiconductor layer in an element region surrounded by the LOCOS oxide film,
A step of forming the LOCOS oxide film by thermal oxidation, wherein the LOCOS oxide film is formed in a region corresponding to the element region, has a recess region forming gap in a region corresponding to the channel region of the MOSFET, and the recess region; The formation gap is formed by using an oxidation-resistant film pattern formed in such a size that the recessed region forming oxide film formed in the recessed region forming gap by the thermal oxidation treatment does not reach the insulating layer. Performing the thermal oxidation process to form the LOCOS oxide film reaching the insulating layer to form the element region, and simultaneously forming the recess region forming oxide film not reaching the insulating layer; and A LOCOS oxide film forming step of forming a recessed region in which the thickness of the semiconductor layer is made thinner than other regions in the element region under the recessed region forming oxide film;
A recess region forming oxide film removing step of removing the recess region forming oxide film;
Forming a gate insulating film of the MOSFET on the recessed region; and
And a gate electrode formation step of forming a gate electrode of the MOSFET on the gate insulating film in that order.
前記MOSFETのチャネル領域の少なくとも一部は、前記素子領域内で前記半導体層の厚みが他の領域よりも薄くされた領域を含むことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device comprising a LOCOS oxide film formed in a semiconductor layer on an insulating layer, and a MOSFET formed in a semiconductor layer in an element region surrounded by the LOCOS oxide film,
At least a part of the channel region of the MOSFET includes a region in which the thickness of the semiconductor layer is thinner than other regions in the element region.
前記第2MOSFETのチャネル領域は、前記薄くされた領域を含んでいない前記半導体層に形成されている請求項7又は8に記載の半導体装置。 A second MOSFET formed in the semiconductor layer of the second element region surrounded by the LOCOS oxide film at a position different from the element region;
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein a channel region of the second MOSFET is formed in the semiconductor layer that does not include the thinned region.
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