JP2813710B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2813710B2
JP2813710B2 JP63089295A JP8929588A JP2813710B2 JP 2813710 B2 JP2813710 B2 JP 2813710B2 JP 63089295 A JP63089295 A JP 63089295A JP 8929588 A JP8929588 A JP 8929588A JP 2813710 B2 JP2813710 B2 JP 2813710B2
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茂 楠
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置に関し、特に動作速度及び信頼
性の高いMOSFETを得るためのソース,ドレイン領域の構
造に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a structure of a source / drain region for obtaining a MOSFET having high operation speed and high reliability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図は従来の半導体装置の構造を説明するための図
であり、第3図(a)は平面図、第3図(b)は第3図
(a)のC−C′線断面図である。
FIG. 3 is a view for explaining the structure of a conventional semiconductor device. FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. 3 (b) is a sectional view taken along line CC 'of FIG. 3 (a). It is.

図において、301はシリコン基板、302は該シリコン基
板301上に形成されたSOI分離シリコン酸化膜、304は該
酸化膜302上に形成された濃度約5×1016/cm3のP型半
導体層で、素子間分離酸化膜303により隣接するものと
分離されている。308は厚さ0.3μmの多結晶シリコンよ
りなるゲート電極で、上記P型半導体層304上に膜厚約3
0nmのゲート酸化膜307を介して形成されている。
In the figure, 301 is a silicon substrate, 302 is an SOI isolation silicon oxide film formed on the silicon substrate 301, and 304 is a P-type semiconductor layer formed on the oxide film 302 and having a concentration of about 5 × 10 16 / cm 3. , And is separated from the adjacent one by the inter-element isolation oxide film 303. Reference numeral 308 denotes a gate electrode made of polycrystalline silicon having a thickness of 0.3 μm.
It is formed via a 0 nm gate oxide film 307.

305,306はそれぞれ濃度約1×1020/cm3のN型半導体
層よりなるソース領域,ドレイン領域で、上記P型半導
体層304の、ゲート電極両側部分に形成されている。309
は上記P型半導体層304及び素子間分離酸化膜303上全面
に形成された層間絶縁膜で、ソース領域305,ドレイン領
域306,及びゲート電極308に対応する部分にはそれぞれ
コンタクトホール310−1,310−2,及び310−3が形成さ
れており、上記ソース領域305,ドレイン領域306,ゲート
電極308はそれぞれ上記各コンタクトホールを介してア
ルミニウム配線311−1,311−2,311−3に電気的に接続
されている。
Reference numerals 305 and 306 denote a source region and a drain region, each of which is an N-type semiconductor layer having a concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 , and are formed on both sides of the gate electrode of the P-type semiconductor layer 304. 309
Is an interlayer insulating film formed on the entire surface of the P-type semiconductor layer 304 and the device isolation oxide film 303. Contact holes 310-1, 310-310 are formed in portions corresponding to the source region 305, the drain region 306, and the gate electrode 308, respectively. 2, and 310-3 are formed, and the source region 305, the drain region 306, and the gate electrode 308 are electrically connected to the aluminum wirings 311-1, 311-2, 311-3 via the contact holes, respectively. .

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

上記のような構成のMOSFETでは、動作速度はトランジ
スタ構造内での寄生容量の増加と共に減少する。つまり
寄生容量を小さくすることにより動作速度は増す。ここ
で、寄生容量は大きく分類して次の3つに分けられ、具
体的には、 ゲート酸化膜による容量及びゲート電極に電界を加
えることによって広がる空乏層によるゲート容量と、 ソース領域またはドレイン領域とこれに隣接する半
導体層との接合近傍で広がる空乏層による接合容量と、 アルミ配線及びゲート電極辺在部と基板との間の容
量による配線容量とがある。
In the MOSFET configured as described above, the operation speed decreases as the parasitic capacitance in the transistor structure increases. That is, the operating speed increases by reducing the parasitic capacitance. Here, the parasitic capacitance is roughly classified into the following three types. Specifically, the capacitance due to the gate oxide film, the gate capacitance due to the depletion layer which spreads by applying an electric field to the gate electrode, and the source region or the drain region There is a junction capacitance due to a depletion layer spreading near the junction between the substrate and the adjacent semiconductor layer, and a wiring capacitance due to the capacitance between the aluminum wiring and the periphery of the gate electrode and the substrate.

ここで接合容量に着目すると、該接合容量は接合面積
に比例し、空乏層の厚さに反比例する。またソース,ド
レイン領域305,306が薄い場合、接合容量はソース,ド
レイン領域底部での接合容量とソース,ドレイン領域側
面部での接合容量との和となる。
Focusing on the junction capacitance here, the junction capacitance is proportional to the junction area and inversely proportional to the thickness of the depletion layer. When the source and drain regions 305 and 306 are thin, the junction capacitance is the sum of the junction capacitance at the bottom of the source and drain regions and the junction capacitance at the side of the source and drain regions.

また逆に上記ソース,ドレイン領域305,306が厚く、S
OI分離絶縁膜302と接している場合、接合容量はソー
ス,ドレイン領域側面部での接合容量のみと小さくな
り、この場合、SOI構造,つまり絶縁性下地層上に素子
形成用シリコン層を形成した構造のメリットがでてく
る。
Conversely, the source and drain regions 305 and 306 are thick,
When it is in contact with the OI isolation insulating film 302, the junction capacitance is only as small as the junction capacitance at the side surfaces of the source and drain regions. The merit of the structure comes out.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、従来の半導体装置では、P型半導体層304
の膜厚が薄い場合は、ソース,ドレイン領域305,306を
その底面がSOI分離絶縁膜に接する程度の厚さにするこ
とは問題ないが、P型半導体層304の膜厚が厚い場合に
は、ソース,ドレイン領域をその底面がSOI分離絶縁膜
に接触する程度の厚さにすると、プロセス上の弊害を招
くこととなる。即ち、不純物注入時のエネルギーを高く
すると、P型シリコン層のダメージが大きくなり、熱処
理時間を長くすると短チャネルトランジスタの作成が困
難となる。
However, in the conventional semiconductor device, the P-type semiconductor layer 304
When the thickness of the P-type semiconductor layer 304 is large, there is no problem in making the source and drain regions 305 and 306 such that the bottom surface thereof is in contact with the SOI isolation insulating film. If the drain region is so thick that its bottom surface is in contact with the SOI isolation insulating film, it will cause adverse effects on the process. That is, if the energy at the time of impurity implantation is increased, damage to the P-type silicon layer is increased, and if the heat treatment time is increased, it is difficult to form a short-channel transistor.

従って、チャネル領域の膜厚が大きくする必要のある
デバイスでは、SOI分離絶縁膜302上のP型半導体層304
の膜厚が厚くなるため、寄生容量の低減により動作速度
を高速化することは困難であるという問題があった。
Therefore, in a device in which the thickness of the channel region needs to be large, the P-type semiconductor layer 304 on the SOI isolation insulating film 302
Therefore, there is a problem that it is difficult to increase the operation speed by reducing the parasitic capacitance.

またソース,ドレイン領域を構成する拡散層とその周
辺の半導体層との接合深さの深いMOSFET等のデバイス
と、受光領域を構成する拡散層とその周辺の半導体層と
の接合深さの浅いフォトダイオード等のデバイスとを一
連のプロセスで作成する場合、不純物の導入深さをデバ
イスの種類に応じて変える必要が生じ、プロセスが複雑
になる等の欠点があった。
Devices such as MOSFETs with a deep junction depth between the diffusion layer forming the source / drain region and the semiconductor layer around the diffusion layer, and a photo with a shallow junction depth between the diffusion layer forming the light receiving region and the semiconductor layer around the diffusion layer. When a device such as a diode is formed by a series of processes, it is necessary to change the impurity introduction depth according to the type of the device, and there is a drawback that the process becomes complicated.

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、チャネル領域の膜厚が大きなものであって
も、不純物の注入エネルギーや熱処理時間を増大させる
ことなく、不純物拡散層をこれが絶縁性下地層に達する
まで厚く形成することができて、ソース領域及びドレイ
ン領域における接合容量を小さくでき、しかも不純物拡
散層の結晶性や表面モホロジーの劣化を防止でき、これ
により動作速度の高速化を図り、信頼性を向上すること
ができる半導体装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even if the channel region has a large film thickness, the impurity diffusion layer can be formed without increasing the impurity implantation energy and the heat treatment time. It can be formed thick enough to reach the insulating underlayer, reducing the junction capacitance in the source and drain regions, and preventing the deterioration of the crystallinity and surface morphology of the impurity diffusion layer, thereby increasing the operating speed. Accordingly, it is an object to obtain a semiconductor device capable of improving reliability.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明に係る半導体装置は、絶縁物質からなる絶縁
性下地層の表面上にこの表面と接して形成され、チャネ
ル領域となる第1の領域と、この第1の領域を挟み、そ
れぞれが表面から厚さ方向に広がる結晶欠陥領域を有す
る第2及び第3の領域とを有する第1導電型の単結晶半
導体層、この単結晶半導体層の第2及び第3の領域それ
ぞれに、その表面側からの第2導電型の不純物の導入に
より形成され、チャネル領域と接する側面と絶縁性下地
層の表面から所定距離離れた底面とを有する第1の不純
物拡散領域と、この第1の不純物拡散領域からチャネル
領域とは逆側に位置し、結晶欠陥領域の位置で絶縁性下
地層の表面と接する第2の不純物拡散領域とを有するソ
ース領域及びドレイン領域、およびこれらソース領域の
第1の不純物拡散領域の側面とドレイン領域の第1の不
純物拡散領域の側面との間に挟まれた単結晶半導体層の
チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲー
ト電極とを備えたものである。
A semiconductor device according to the present invention is formed on a surface of an insulating base layer made of an insulating material, in contact with the surface, and a first region serving as a channel region, and sandwiching the first region. A first-conductivity-type single-crystal semiconductor layer having second and third regions having crystal defect regions extending in the thickness direction; A first impurity diffusion region formed by the introduction of an impurity of the second conductivity type and having a side surface in contact with the channel region and a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the insulating base layer; A source region and a drain region which are located on the side opposite to the channel region and have a second impurity diffusion region in contact with the surface of the insulating underlayer at the position of the crystal defect region; and a first impurity diffusion region of the source region. Is obtained and a gate electrode formed through a gate insulating film on a channel region of a single crystal semiconductor layer sandwiched between the side surface and the first side surface of the impurity diffusion region of the drain region.

また、絶縁物質からなる絶縁性下地層の表面上にこの
表面と接して形成され、チャネル領域となる第1の領域
と、この第1の領域を挟み、それぞれが表面から厚さ方
向に広がり、かつチャネル領域に流れるチャネル電流の
方向と垂直な面欠陥からなる結晶欠陥領域をチャネル領
域近傍に有する第2及び第3の領域とを有する第1導電
型の単結晶半導体層、この単結晶半導体層の第2及び第
3の領域それぞれに、その表面側からの第2導電型の不
純物の導入により形成され、チャネル領域と接する側面
と絶縁性下地層の表面から所定距離離れた底面とを有す
る第1の不純物拡散領域と、この第1の不純物拡散領域
からチャネル領域とは逆側に位置し、結晶欠陥領域の位
置で絶縁性下地層の表面と接する第2の不純物拡散領域
とを有するソース領域及びドレイン領域、およびこれら
ソース領域の第1の不純物拡散領域の側面とドレイン領
域の第1の不純物拡散領域の側面との間に挟まれた単結
晶半導体層のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形
成されたゲート電極とを備えたものである。
A first region which is formed on the surface of the insulating base layer made of an insulating material and is in contact with the surface and serves as a channel region, and sandwiches the first region; A first-conductivity-type single-crystal semiconductor layer having second and third regions near the channel region having a crystal defect region formed by a plane defect perpendicular to the direction of a channel current flowing in the channel region; Formed in each of the second and third regions by introducing impurities of the second conductivity type from the surface side thereof and having a side surface in contact with the channel region and a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the insulating base layer. A source region having a first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region located on a side opposite to the channel region from the first impurity diffusion region and in contact with the surface of the insulating underlayer at the position of the crystal defect region; And a drain region, and a gate insulating film on the channel region of the single crystal semiconductor layer sandwiched between the side surface of the first impurity diffusion region of the source region and the side surface of the first impurity diffusion region of the drain region. And a gate electrode formed by the above method.

〔作用〕[Action]

この発明においては、絶縁性下地層上の単結晶半導体
層中に形成されるソース,ドレイン領域を、その表面か
ら厚さ方向に広がる面欠陥を有する構造としたから、上
記単結晶半導体層に導入された不純物が上記面欠陥部分
ではその他の部分に比べてより深い位置まで拡散するこ
ととなる。このため、絶縁性下地層上の単結晶半導体層
が厚い場合でも、不純物導入の際のイオン注入エネルギ
ーや不純物拡散のための熱処理時間を増大することな
く、ソース,ドレイン領域をその一部が単結晶半導体層
下側の絶縁性下地層に達するよう形成することができ、
これによりイオン注入によるダメージやチャネル領域へ
の不純物の漏れの製造プロセス上の問題なく、ソース,
ドレイン領域底面部分での接合容量の低減を図ることが
できる。
According to the present invention, the source and drain regions formed in the single crystal semiconductor layer on the insulating underlayer have a structure having plane defects extending from the surface in the thickness direction. The impurity thus diffused in the surface defect portion to a deeper position than in other portions. For this reason, even when the single crystal semiconductor layer on the insulating base layer is thick, the source and drain regions can be partially formed without increasing the ion implantation energy for impurity introduction and the heat treatment time for impurity diffusion. It can be formed to reach the insulating underlayer below the crystalline semiconductor layer,
As a result, there is no problem in the manufacturing process, such as damage due to ion implantation and leakage of impurities into the channel region.
The junction capacitance at the bottom of the drain region can be reduced.

また、この発明においては、上記ソース,ドレイン領
域の表面から厚さ方向に広がる面欠陥を、チャネル領域
近傍の位置にチャネル電流の方向と垂直になるよう形成
したので、ソース,ドレイン領域下側の半導体層が上記
面欠陥部分により仕切られることとなり、実質的に寄生
容量として働く接合容量を大きく低減することができ
る。つまりこの仕切られた半導体層の、チャネル領域と
反対側部分は、チャネル領域とは電気的に分離されるた
め、この部分とソース,ドレイン領域との接合容量は寄
生容量として作用せず、寄生容量として働く接合容量を
上記仕切られた半導体層のチャネル領域側部分の、ソー
ス,ドレイン領域との接合容量のみに低減することがで
きる。
Further, in the present invention, the surface defect extending in the thickness direction from the surface of the source / drain region is formed at a position near the channel region so as to be perpendicular to the direction of the channel current. Since the semiconductor layer is partitioned by the above-mentioned surface defect portion, the junction capacitance which substantially acts as a parasitic capacitance can be greatly reduced. In other words, the part of the semiconductor layer thus separated, which is opposite to the channel region, is electrically separated from the channel region. Therefore, the junction capacitance between this part and the source and drain regions does not act as a parasitic capacitance, Can be reduced to only the junction capacitance with the source and drain regions in the channel region side portion of the partitioned semiconductor layer.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について説明するが、実施例の
説明の前に、この発明の基本原理の説明を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Before describing the embodiments, the basic principle of the present invention will be described.

第1図は本発明の基本原理を説明するための図であ
り、第1図(a)はMOSFETの構造を示す平面図、第1図
(b)は第1図(a)のA−A′線断面図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the basic principle of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view showing the structure of a MOSFET, and FIG. 1 (b) is a diagram AA in FIG. 1 (a). FIG.

図において101〜104及び107〜111は第3図に示す従来
の半導体装置と同一のものであり、すなわち101はシリ
コン基板、102はSOI分離絶縁膜、103は素子間分離絶縁
膜、104は濃度約5×1016/cm3のP型半導体層、107は膜
厚約30nmのゲート絶縁膜、108は厚さ0.3μmの多結晶シ
リコンよりなるゲート電極、109は層間絶縁膜、110−1,
110−2,110−3はコンタクトホール、111−1,111−2,11
1−3は金属配線である。
In the figure, 101 to 104 and 107 to 111 are the same as those of the conventional semiconductor device shown in FIG. 3, that is, 101 is a silicon substrate, 102 is an SOI isolation insulating film, 103 is an element isolation insulating film, and 104 is a concentration. A P-type semiconductor layer of about 5 × 10 16 / cm 3 , 107 is a gate insulating film having a thickness of about 30 nm, 108 is a gate electrode made of polycrystalline silicon having a thickness of 0.3 μm, 109 is an interlayer insulating film, 110-1,
110-2, 110-3 are contact holes, 111-1, 111-2, 11
1-3 are metal wirings.

そしてここでは、上記P型半導体層104の、ゲート電
極108両側部分は、多結晶シリコン層から構成すること
により結晶欠陥を導入した結晶欠陥領域112としてお
り、この欠陥領域とゲート電極直下の単結晶シリコン部
分との境界は、ゲート電極両端近傍に位置している。
Here, both sides of the gate electrode 108 of the P-type semiconductor layer 104 are formed as a crystal defect region 112 in which a crystal defect is introduced by being formed of a polycrystalline silicon layer. The boundary with the silicon portion is located near both ends of the gate electrode.

105,106は、上記ゲート電極両側に上記結晶欠陥領域1
12を含む範囲で不純物を導入して形成された、濃度約1
×1020/cm3のN型半導体層よりなるソース領域,ドレイ
ン領域である。
105 and 106 are the crystal defect regions 1 on both sides of the gate electrode.
A concentration of about 1 formed by introducing impurities in a range including 12
These are a source region and a drain region composed of an N-type semiconductor layer of × 10 20 / cm 3 .

ここで上記ソース,ドレイン領域105,106内の結晶欠
陥領域112、及びこれらの間のチャネル領域は、まず上
記SOI分離絶縁膜102上に多結晶シリコン層を形成し、そ
の後該多結晶シリコン膜の一部を単結晶化することによ
って形成したものである。
Here, the crystal defect regions 112 in the source / drain regions 105 and 106 and the channel region therebetween are formed by first forming a polycrystalline silicon layer on the SOI isolation insulating film 102, and then forming a part of the polycrystalline silicon film. Is formed by single crystallization.

このような構成の半導体装置では、不純物が結晶粒界
に沿って拡散する粒界拡散の拡散速度が、単結晶中での
不純物の拡散速度に比べて速いため、上記多結晶シリコ
ンからなる、結晶粒界が多数存在している結晶欠陥領域
112では、注入エネルギーが小さく、熱処理時間が短く
ても、注入された不純物が粒界拡散によって深くまで拡
散することとなって、半導体層104下側のSOI分離絶縁膜
102に達することとなる。すなわち、第1図(b)図示
から明らかなように、ソース領域105及びドレイン領域1
06はそれぞれ、単結晶半導体層104における単結晶化さ
れた部分に形成された、単結晶半導体層104のチャネル
領域と接する側面とSOI分離絶縁膜102の表面から所定距
離離れた底面とを有する第1の不純物拡散領域と、この
第1の不純物拡散領域からチャネル領域とは逆側に位置
し、単結晶半導体層104の結晶欠陥領域112の位置でSOI
分離絶縁膜102の表面と接する第2の不純物拡散領域と
を有した構造になっているものである。
In the semiconductor device having such a structure, the diffusion speed of the grain boundary diffusion in which the impurity diffuses along the crystal grain boundary is higher than the diffusion speed of the impurity in the single crystal. Crystal defect region where many grain boundaries exist
In 112, even if the implantation energy is small and the heat treatment time is short, the implanted impurities are diffused deep by grain boundary diffusion, so that the SOI isolation insulating film below the semiconductor layer 104 is formed.
It will reach 102. That is, as is clear from FIG. 1B, the source region 105 and the drain region 1
06 each have a side surface formed in a single crystallized portion of the single crystal semiconductor layer 104 and having a side surface in contact with the channel region of the single crystal semiconductor layer 104 and a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the SOI isolation insulating film 102. SOI at the position of the first impurity diffusion region and the crystal defect region 112 of the single crystal semiconductor layer 104 which is located on the opposite side of the channel region from the first impurity diffusion region.
The structure has a second impurity diffusion region in contact with the surface of the isolation insulating film 102.

このようにソース,ドレイン領域の形成を、不純物の
粒界拡散を利用して行うことにより、SOI分離絶縁膜上
の半導体層104の膜厚が厚い場合でも、注入エネルギー
も熱処理時間を増大することなく、ソース,ドレイン領
域をその底面がSOI分離絶縁膜102と接するよう厚く形成
することができ、寄生容量が小さく、動作速度の速い半
導体装置が得られる。
As described above, the source and drain regions are formed by utilizing the grain boundary diffusion of impurities, so that even when the thickness of the semiconductor layer 104 on the SOI isolation insulating film is large, the implantation energy also increases the heat treatment time. In addition, the source and drain regions can be formed thick so that their bottom surfaces are in contact with the SOI isolation insulating film 102, and a semiconductor device with small parasitic capacitance and high operation speed can be obtained.

次に、本発明の一実施例を図について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例による半導体装置を説明す
るための図であり、第2図(a)はMOSFETの構造を示す
平面図、第2図(b)は第2図(a)のB−B′線断面
図である。
FIG. 2 is a view for explaining a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, wherein FIG. 2 (a) is a plan view showing the structure of a MOSFET, and FIG. 2 (b) is FIG. 2 (a). 13 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG.

図において、201〜204及び207〜211は第1図に示す半
導体装置と同一のものである。そして本実施例では、ソ
ース,ドレイン領域205,206を、その表面から厚さ方向
に広がる、チャネル電流の方向と垂直な面欠陥212をチ
ャネル領域近傍位置と、チャネル領域から離れた位置と
に有し、該面欠陥部分で上記絶縁性下地層に接する構造
としている。
In the figure, 201 to 204 and 207 to 211 are the same as the semiconductor device shown in FIG. In this embodiment, the source and drain regions 205 and 206 have plane defects 212 extending from the surface in the thickness direction and perpendicular to the direction of the channel current at a position near the channel region and a position away from the channel region. The surface defect portion is configured to be in contact with the insulating underlayer.

ここでは言うまでもないが、上記ソース,ドレイン領
域205,206は単結晶半導体から構成されている。これは
上記ソース,ドレイン領域205,206内の一部に面欠陥212
が存在しているということは、面欠陥212の両側部分は
結晶欠陥のない結晶構造,つまり単結晶構造となってい
なければならないからである。
Needless to say, the source and drain regions 205 and 206 are made of a single crystal semiconductor. This is because a surface defect 212 exists in a part of the source and drain regions 205 and 206.
Is present because both sides of the plane defect 212 must have a crystal structure without crystal defects, that is, a single crystal structure.

次に作用効果について説明する。 Next, the operation and effect will be described.

このような構成の本実施例では、SOI分離絶縁膜202上
の半導体層204中に形成されるソース,ドレイン領域20
5,206を、その表面から厚さ方向に広がる面欠陥212を有
する構造としたので、上記半導体層204に導入された不
純物が上記面欠陥部分ではその他の部分に比べてより深
い位置まで拡散することとなる。すなわち、第2図
(b)図示から明らかなように、ソース領域205及びド
レイン領域206はそれぞれ、単結晶半導体層204における
単結晶化された部分に形成された、単結晶半導体層104
のチャネル領域と接する側面とSOI分離絶縁膜102の表面
から所定距離離れた底面とを有する第1の不純物拡散領
域と、この第1の不純物拡散領域からチャネル領域とは
逆側に位置し、単結晶半導体層104のチャネル領域に流
れるチャネル電流の方向と垂直な面欠陥からなる結晶欠
陥領域212の位置でSOI分離絶縁膜202の表面と接する第
2の不純物拡散領域とを有した構造になっているもので
ある。このため、SOI分離絶縁膜202上の半導体層204が
厚い場合でも、不純物導入の際のイオン注入エネルギー
や不純物拡散のための熱処理時間を増大することなく、
ソース,ドレイン領域205,206をその一部が単結晶半導
体層下側の絶縁性下地層202の表面に接して形成するこ
とができ、これによりイオン注入によるダメージやチャ
ネル領域への不純物の漏れの製造プロセス上の問題な
く、ソース,ドレイン領域底面部分での接合容量の低減
を図ることができる。
In this embodiment having such a configuration, the source / drain regions 20 formed in the semiconductor layer 204 on the SOI isolation insulating film 202 are formed.
5,206 has a structure having a surface defect 212 extending from the surface in the thickness direction, so that the impurity introduced into the semiconductor layer 204 diffuses to a deeper position in the surface defect portion than in other portions. Become. That is, as is apparent from FIG. 2B, the source region 205 and the drain region 206 are each formed in a single crystallized portion of the single crystal semiconductor layer 204,
A first impurity diffusion region having a side surface in contact with the channel region and a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the SOI isolation insulating film 102; and a single impurity diffusion region located on a side opposite to the channel region from the first impurity diffusion region. A structure having a second impurity diffusion region in contact with the surface of the SOI isolation insulating film 202 at a position of a crystal defect region 212 consisting of a plane defect perpendicular to the direction of a channel current flowing in the channel region of the crystal semiconductor layer 104 Is what it is. Therefore, even when the semiconductor layer 204 on the SOI isolation insulating film 202 is thick, without increasing the ion implantation energy at the time of impurity introduction and the heat treatment time for impurity diffusion,
The source and drain regions 205 and 206 can be partially formed in contact with the surface of the insulating base layer 202 below the single crystal semiconductor layer, thereby making it possible to prevent damage due to ion implantation and leakage of impurities to the channel region. Without the above problems, it is possible to reduce the junction capacitance at the bottom of the source and drain regions.

また、上記のように粒界拡散では、不純物の拡散速度
が速いことから、3次元素子における、素子形成領域を
積層化した構造を形成するときのように、熱処理時間を
短くしたい場合でも、各素子形成領域での寄生容量の小
さな半導体装置を容易に作成することができる。
Further, as described above, in the grain boundary diffusion, since the diffusion rate of impurities is high, even when it is desired to shorten the heat treatment time, such as when forming a structure in which element formation regions are stacked in a three-dimensional element, A semiconductor device with small parasitic capacitance in an element formation region can be easily manufactured.

また、結晶欠陥が上記面欠陥の場合のように、異方性
がある場合は横方向拡散を抑え、深さ方向のみ拡散させ
ることもできる。さらに接合の形状を抑制することもで
き、一度のソース・ドレインのイオン注入により、深さ
の異なる接合を同時に形成することもできる。
Further, when the crystal defect is anisotropic as in the case of the above-mentioned plane defect, the diffusion in the lateral direction can be suppressed, and the diffusion can be performed only in the depth direction. Furthermore, the shape of the junction can be suppressed, and junctions having different depths can be simultaneously formed by ion implantation of the source and drain once.

また、上記ソース,ドレイン領域の表面から厚さ方向
に広がる面欠陥212が、チャネル領域近傍の位置にチャ
ネル電流の方向と垂直になるよう形成されているため、
ソース,ドレイン領域下側の半導体層204が上記面欠陥2
12部分により仕切られることとなり、実質的に寄生容量
として働く接合容量を大きく低減することができる。つ
まり上記チャネル領域近傍側の面欠陥212により仕切ら
れた半導体層204の、チャネル領域と反対側部分は、チ
ャネル領域とは電気的に分離されるため、この部分とソ
ース,ドレイン領域205,206との接合容量は寄生容量と
して作用せず、寄生容量として働く接合容量を、上記仕
切られた半導体層のチャネル領域側部分の、ソース,ド
レイン領域との接合容量のみに低減することができる効
果がある。
In addition, since the surface defect 212 extending in the thickness direction from the surface of the source and drain regions is formed at a position near the channel region so as to be perpendicular to the direction of the channel current,
The semiconductor layer 204 below the source / drain regions has the surface defect 2
As a result, the junction capacitance is substantially divided by the twelve portions, and the junction capacitance that substantially serves as a parasitic capacitance can be greatly reduced. In other words, the portion of the semiconductor layer 204 separated by the surface defect 212 near the channel region on the side opposite to the channel region is electrically separated from the channel region, so that this portion is bonded to the source / drain regions 205 and 206. The capacitance does not act as a parasitic capacitance, and there is an effect that the junction capacitance acting as the parasitic capacitance can be reduced to only the junction capacitance with the source / drain regions in the channel region side portion of the partitioned semiconductor layer.

さらに、上記ソース,ドレイン領域205,206は単結晶
半導体層から構成されているため、多結晶半導体層によ
り構成したものに比べて結晶性がよく、抵抗を小さく抑
えて良好な素子特性を得ることができ、さらに上記ソー
ス,ドレイン領域の結晶性が良いため、その表面モホロ
ジーが良好となり、配線層とソース,ドレイン領域との
接触部分を、コンタクト抵抗が低く、構造上の信頼性の
高いものとできる。
Further, since the source and drain regions 205 and 206 are composed of a single crystal semiconductor layer, they have better crystallinity than those composed of a polycrystalline semiconductor layer, and can reduce resistance and obtain good device characteristics. Further, since the crystallinity of the source and drain regions is good, the surface morphology is good, and the contact portion between the wiring layer and the source and drain regions can have low contact resistance and high structural reliability.

なお、上記実施例では面欠陥をチャネル電流の方向
(電界の方向)に垂直な方向,つまり第2図(b)の紙
面の横方向に垂直な方向に形成した場合について述べた
が、面欠陥は、上記チャネル電流の方向に平行な面とし
てもよく、この場合は特にバイアス電圧が高い状態で接
合容量が低減されることとなる。これは、バイアス電圧
が高くなると、ソース,ドレイン領域底面のPN接合から
空乏層がSOI分離絶縁膜202へ延びることとなり、これに
よりソース,ドレイン領域下側の半導体層204が実質的
に絶縁性の領域となるからである。
In the above embodiment, the case where the surface defect is formed in the direction perpendicular to the direction of the channel current (the direction of the electric field), that is, in the direction perpendicular to the lateral direction of the paper surface of FIG. May be a plane parallel to the direction of the channel current. In this case, the junction capacitance is reduced particularly when the bias voltage is high. This is because, when the bias voltage is increased, the depletion layer extends from the PN junction at the bottom of the source and drain regions to the SOI isolation insulating film 202, thereby causing the semiconductor layer 204 below the source and drain regions to be substantially insulative. This is because it becomes an area.

また、上記実施例では、面欠陥がSOI分離絶縁膜202に
まで達している場合を示したが、上記面欠陥はSOI分離
絶縁膜202まで達していなくてもよく、この場合もバイ
アス電圧が高い状態で、ソース,ドレイン領域底面下側
の半導体層が空乏化されることにより、接合容量が低減
されることとなる。
Further, in the above embodiment, the case where the surface defect reaches the SOI isolation insulating film 202 is shown, but the surface defect does not have to reach the SOI isolation insulating film 202, and in this case, the bias voltage is high. In this state, the junction capacitance is reduced by depleting the semiconductor layer below the bottom of the source and drain regions.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように絶縁性下地層上に形成された単結晶半導
体層に形成されるMOSトランジスタを備えたものにおい
て、MOSトランジスタのソース領域及びドレイン領域そ
れぞれを、単結晶半導体層のチャネル領域と接する側面
と絶縁下地層の表面から所定距離離れた底面とを有する
第1の不純物拡散領域と、この第1の不純物拡散領域か
らチャネル領域とは逆側に位置し、単結晶半導体層の結
晶欠陥領域の位置で絶縁性下地層の表面と接する第2の
不純物拡散領域とを有するものとしたので、絶縁性下地
層の表面に接して形成される単結晶半導体層の膜厚が厚
いものにおいて、不純物導入の際のイオン注入エネルギ
ーや不純物拡散のための熱処理時間を増大することな
く、ソース,ドレイン領域をその一部が単結晶半導体層
下側の絶縁性下地層に達するよう形成することができ、
これによりイオン注入によるダメージやチャネル領域へ
の不純物の漏れの製造プロセス上の問題なく、ソース,
ドレイン領域底面部分での接合容量の低減を図ることが
できる効果がある。
In the case where the MOS transistor is formed in the single crystal semiconductor layer formed on the insulating base layer as described above, each of the source region and the drain region of the MOS transistor is in contact with the channel region of the single crystal semiconductor layer. And a first impurity diffusion region having a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the insulating base layer, and a first impurity diffusion region located on a side opposite to the channel region from the first impurity diffusion region and having a crystal defect region of the single crystal semiconductor layer. Since the semiconductor device has the second impurity diffusion region in contact with the surface of the insulating base layer at the position, the impurity introduction is performed when the thickness of the single crystal semiconductor layer formed in contact with the surface of the insulating base layer is large. Part of the source and drain regions reach the insulating underlayer below the single crystal semiconductor layer without increasing the ion implantation energy and the heat treatment time for impurity diffusion during the process. It can be formed as,
As a result, there is no problem in the manufacturing process, such as damage due to ion implantation and leakage of impurities into the channel region.
This has the effect of reducing the junction capacitance at the bottom of the drain region.

また、単結晶半導体層の結晶欠陥領域として単結晶半
導体層のチャネル領域に流れるチャネル電流の方向と垂
直な面欠陥からなるものとすれば、ソース領域及びドレ
イン領域それぞれにおいて、結晶欠陥領域によりチャネ
ル側の領域とその逆側の領域とに仕切られることとな
り、実質的に寄生容量として働く接合容量を大きく低減
することができる。つまりこの仕切られた半導体層の、
チャネル領域と反対側部分は、チャネル領域とは電気的
に分離されるため、この部分とソース,ドレイン領域と
の接合容量は寄生容量として作用せず、寄生容量として
働く接合容量を上記仕切られた半導体層のチャネル領域
側部分の、ソース,ドレイン領域との接合容量のみに低
減することができる効果がある。
In addition, if the single crystal semiconductor layer has a plane defect perpendicular to the direction of the channel current flowing in the channel region of the single crystal semiconductor layer, the source region and the drain region each have a channel defect due to the crystal defect region. And a region on the opposite side thereof, and the junction capacitance which substantially acts as a parasitic capacitance can be greatly reduced. In other words, of this partitioned semiconductor layer,
Since the portion opposite to the channel region is electrically separated from the channel region, the junction capacitance between this portion and the source / drain region does not act as a parasitic capacitance, and the junction capacitance acting as a parasitic capacitance is partitioned as described above. This has the effect of reducing only the junction capacitance of the portion of the semiconductor layer on the channel region side with the source and drain regions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の基本原理を説明するための図で、第
1図(a)は平面図、第1図(b)は第1図(a)のA
−A′断面図である。第2図はこの発明の一実施例によ
る半導体装置を示す図で、第2図(a)は平面図、第2
図(b)は第2図(a)のB−B′断面図である。第3
図は従来の半導体装置を示す図で、第3図(a)は平面
図、第3図(b)は第3図(a)のC−C′断面図であ
る。 101はシリコン基板、102はSOI分離絶縁膜、103は素子間
分離絶縁膜、104はP型半導体層、105,106はそれぞれソ
ース領域,ドレイン領域、107はゲート電極、110−1,11
0−2,110−3はコンタクトホール、112は結晶欠陥であ
る。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a view for explaining the basic principle of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is a view A of FIG. 1 (a).
It is -A 'sectional drawing. FIG. 2 is a view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG.
FIG. 2B is a sectional view taken along the line BB 'of FIG. 2A. Third
3A and 3B are views showing a conventional semiconductor device. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line CC 'of FIG. 3A. 101 is a silicon substrate, 102 is an SOI isolation insulating film, 103 is an element isolation insulating film, 104 is a P-type semiconductor layer, 105 and 106 are source and drain regions, 107 is a gate electrode, 110-1 and 11
0-2 and 110-3 are contact holes, and 112 is a crystal defect. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁物質からなる絶縁性下地層の表面上に
この表面と接して形成され、チャネル領域となる第1の
領域と、この第1の領域を挟み、それぞれが表面から厚
さ方向に広がる結晶欠陥領域を有する第2及び第3の領
域とを有する第1導電型の単結晶半導体層、 この単結晶半導体層の第2及び第3の領域それぞれに、
その表面側からの第2導電型の不純物の導入により形成
され、上記チャネル領域と接する側面と上記絶縁性下地
層の表面から所定距離離れた底面とを有する第1の不純
物拡散領域と、この第1の不純物拡散領域から上記チャ
ネル領域とは逆側に位置し、上記結晶欠陥領域の位置で
上記絶縁性下地層の表面と接する第2の不純物拡散領域
とを有するソース領域及びドレイン領域、 これらソース領域の第1の不純物拡散領域の側面とドレ
イン領域の第1の不純物拡散領域の側面との間に挟まれ
た上記単結晶半導体層のチャネル領域上にゲート絶縁膜
を介して形成されたゲート電極とを備えた半導体装置。
1. A first region which is formed on a surface of an insulating base layer made of an insulating material and is in contact with the surface and serves as a channel region, and sandwiches the first region. A first-conductivity-type single-crystal semiconductor layer having second and third regions each having a crystal defect region extending to the first and second regions.
A first impurity diffusion region formed by introducing impurities of the second conductivity type from the surface side and having a side surface in contact with the channel region and a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the insulating underlayer; A source region and a drain region which are located on the opposite side of the channel region from the first impurity diffusion region and have a second impurity diffusion region in contact with the surface of the insulating base layer at the position of the crystal defect region; A gate electrode formed via a gate insulating film on a channel region of the single crystal semiconductor layer sandwiched between a side surface of the first impurity diffusion region of the region and a side surface of the first impurity diffusion region of the drain region A semiconductor device comprising:
【請求項2】絶縁物質からなる絶縁性下地層の表面上に
この表面と接して形成され、チャネル領域となる第1の
領域と、この第1の領域を挟み、それぞれが表面から厚
さ方向に広がり、かつ上記チャネル領域に流れるチャネ
ル電流の方向と垂直な面欠陥からなる結晶欠陥領域を上
記チャネル領域近傍に有する第2及び第3の領域とを有
する第1導電型の単結晶半導体層、 この単結晶半導体層の第2及び第3の領域それぞれに、
その表面側からの第2導電型の不純物の導入により形成
され、上記チャネル領域と接する側面と上記絶縁性下地
層の表面から所定距離離れた底面とを有する第1の不純
物拡散領域と、この第1の不純物拡散領域から上記チャ
ネル領域とは逆側に位置し、上記結晶欠陥領域の位置で
上記絶縁性下地層の表面と接する第2の不純物拡散領域
とを有するソース領域及びドレイン領域、 これらソース領域の第1の不純物拡散領域の側面とドレ
イン領域の第1の不純物拡散領域の側面との間に挟まれ
た上記単結晶半導体層のチャネル領域上にゲート絶縁膜
を介して形成されたゲート電極とを備えた半導体装置。
2. A first region formed on a surface of an insulating base layer made of an insulating material and in contact with the surface and serving as a channel region, and each of the first region is sandwiched between the first region and a thickness direction. A first-conductivity-type single-crystal semiconductor layer having a second and a third region having a crystal defect region near the channel region, the crystal defect region including a plane defect perpendicular to the direction of the channel current flowing in the channel region, In each of the second and third regions of the single crystal semiconductor layer,
A first impurity diffusion region formed by introducing impurities of the second conductivity type from the surface side and having a side surface in contact with the channel region and a bottom surface separated by a predetermined distance from the surface of the insulating underlayer; A source region and a drain region which are located on the opposite side of the channel region from the first impurity diffusion region and have a second impurity diffusion region in contact with the surface of the insulating base layer at the position of the crystal defect region; A gate electrode formed via a gate insulating film on a channel region of the single crystal semiconductor layer sandwiched between a side surface of the first impurity diffusion region of the region and a side surface of the first impurity diffusion region of the drain region A semiconductor device comprising:
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