JP3253992B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高濃度イオン注入に
より形成されるSOI(Silicon On Insulator)構造を
有する半導体装置およびその製造方法に関するもので、
特にSOI基板上にMOSFETを形成する場合におけ
るボディコンタクト(MOSFETのゲート電極下部の
チャネル領域の電位を一定の値に固定する)の形成に係
る。
【0002】
【従来の技術】酸素イオン注入によるSOI基板上にM
OSFETを形成した場合において、ゲート電極下のチ
ャネル領域に埋め込み絶縁層形成用イオンを注入しない
埋め込み絶縁層形成用イオン非注入領域を設けてボディ
コンタクトを形成した例について図4を用いて説明す
る。
【0003】まず、図4(a)に示すように、シリコン
単結晶基板32の(100)表面32Aに絶縁物によっ
てイオン注入のための注入マスク34を設け、シリコン
単結晶基板32の(100)表面32Aに酸素イオンビ
ーム36を例えばエネルギー180keV,ドーズ量2
×1018cm-2の条件で注入する。その後、窒素雰囲気
中で1150℃,2時間の条件でアニールし、注入マス
ク34を除去した後の状態を示すのが図4(b)であ
る。注入マスク34の無い部分には埋め込み酸化膜(埋
め込み絶縁層)38が形成され、その上部にはシリコン
単結晶基板32の一部よりなる表面シリコン層39が残
る。ところで、埋め込み酸化膜38が形成されると体積
膨張が生じ、埋め込み酸化膜38が形成されていない部
分との間、つまり注入マスク34のエッジ付近にエッジ
ガターと呼ばれる欠陥が発生する。
【0004】このエッジガター部40を有する表面シリ
コン層39の部分を含んでシリコン単結晶基板32上
に、図4(c)に示すように、MOSFET41を形成
する。MOSFET41の形成は通常のプロセスであ
り、活性領域を周辺絶縁物領域42で分離し、ソース・
ドレイン領域44を形成した後、ゲート酸化膜46とポ
リシリコンゲート電極48とを設け、絶縁膜50を堆積
した後アルミ配線52を形成する。54はMOSFET
41のゲート電極下のチャネル部に設けられたボディコ
ンタクト部である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来例では、埋め込み
酸化膜38を形成するための埋め込み絶縁層形成用イオ
ン注入領域と埋め込み絶縁層形成用イオン非注入領域
(ボディコンタクト用)との境界(注入の境界)および
エッジガター部40は、MOSFET41のゲート電極
下のうちソース・ドレイン領域間の最短チャネルを完全
に横切る形となる。このエッジガター部40は、体積膨
脹の差によるシリコン自体の変形が生じており、また注
入マスク34のマスクエッジからのイオンの回り込みに
よる照射損傷を受けるとともに高濃度の不純物が存在す
る。エッジガター部40はこのことにより抵抗が高く、
このエッジガター部40がチャネルを横切る形でボディ
コンタクトをとると、MOSFET41自体の性能が損
なわれる。
【0006】したがって、この発明の目的は、MOSF
ETの性能を損なうことなくチャネル領域にボディコン
タクトを設けることができる半導体装置およびその製造
方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
の製造方法は、埋め込み絶縁層形成用のイオン注入に
より、シリコン・オン・インシュレータ基板の表面シリ
コン層の下方に埋め込み絶縁層を設ける工程と、前記シ
リコン・オン・インシュレータ基板の上方に、ソース領
域とドレイン領域とを備えたシリコン活性領域を有する
MOSFETを形成する工程とを含む半導体装置の製造
方法であって、前記イオン注入を行うイオン注入領域
と、前記イオン注入領域の側方に配されたイオン非注入
領域との境界、前記ソース領域と前記ドレイン領域と
の間の最短チャネルの下方を除いた箇所に位置させ、前
記イオン非注入領域において、前記シリコン活性領域の
うちのチャネル領域と下層シリコン層とのボディコンタ
クトをとらせることを特徴とする。請求項2記載の半導
体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造
方法において、シリコン活性領域をゲート電極コンタク
ト部まで延長し、その延長した部位にボディコンタクト
をとるためのイオン非注入領域を設けことを特徴とす
る。請求項3記載の半導体装置は、埋め込み絶縁層およ
びエッジガター部を有するシリコン・オン・インシュレ
ータ基板と、前記シリコン・オン・インシュレータ基板
の上方に形成された、ソース領域とドレイン領域とを備
えたシリコン活性領域を有するMOSFETとを具備す
る半導体装置であって、前記エッジガター部が、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域との間の最短チャネルを通
過しないこと、および、前記シリコン活性領域が、前記
埋め込み絶縁層の上方以外の箇所に延長された延長部位
を有し、前記延長部位の下方において、前記シリコン活
性領域のうちのチャネル領域と前記シリコン・オン・イ
ンシュレータ基板のシリコンとのボディコンタクトをと
ることを特徴とする。
【0008】
【0009】
【作用】SOI基板の形成に用いる埋め込み絶縁層形成
用イオン注入の境界がSOI基板上のMOSFETを構
成するシリコン活性領域のうちのソース・ドレインの最
短チャネルを通過すると抵抗の高いエッジガター部に起
因するトランジスタ特性の劣化が生じるが、埋め込み絶
縁層形成用イオン注入領域と埋め込み絶縁層形成用イオ
ン非注入領域との境界が前記MOSFETを構成するシ
リコン活性領域のうちのソース・ドレイン間の最短チャ
ネルを通過しないようにして、シリコン活性領域のうち
のチャネル領域の下に埋め込み絶縁層形成用イオン非注
入領域を設けてチャネル領域にボディコンタクトを設け
ているので、上記のようなエッジガター部に起因するト
ランジスタ特性の劣化を生じることなく、特別な配線無
しでチャネル領域にボディコンタクトを形成することが
可能となる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。以下にシリコン単結晶基板(100)面
に注入マスクを設けて窒素イオンを注入した後、n型M
OSFETを形成した実施例について図1ないし図3を
用いて説明する。
【0011】まず、図1(a)の平面図および同図
(b)の断面図に示すように、シリコン単結晶基板2の
(100)表面2Aに絶縁層、例えばCVDSiO2
を堆積した後、CVDSiO2 層をエッチングして被注
入領域が前記CVDSiO2 層により取り囲まれる形に
注入マスク4を形成する。被注入領域が注入マスク4で
取り囲まれることにより、マスク角部3において発生す
る表面シリコン層2Aの割れを防止することができる。
【0012】このように注入マスク4を形成した後、シ
リコン単結晶基板2の(100)表面2Aから窒素イオ
ンビーム5を照射する。この照射は例えばエネルギー1
50keV,ドーズ量1.5×1018cm-2で行う。こ
のようなイオン注入を行うと、図2(a)の平面図およ
び同図(b)の断面図に示すように、注入マスク4の無
い部分にはシリコン単結晶基板2の内部に埋め込み窒化
膜(埋め込み絶縁層)7が形成され、その上部にはシリ
コン単結晶基板2の一部からなる表面シリコン層9が残
る。また、埋め込み窒化膜7の形成時に同時に体積膨張
が生じるため、注入マスク4のエッジ部分には、引き伸
ばされて変形したエッジガター部10が発生する。エッ
ジガター部10は、従来例で述べたように、シリコン自
体の変形とともに多くの注入に伴う欠陥が内在してお
り、甚だしい場合は断線に至る。ただし、この実施例中
で述べている窒素イオンビームを用いると、以下の理由
で酸素イオンビームを用いた場合(従来例)と比べて体
積膨張が少なく、エッジガターの程度が小さい。
【0013】 密度が大きい。 ストイキオメトリ(化学量論的組成)に要する窒素
量が少ないため、注入ドーズ量を小さくできる。 このシリコン単結晶基板2の熱処理は、例えばN2 中1
150℃,2時間の条件で行う。
【0014】このようにして形成されたSOI基板(埋
め込み窒化膜7の形成後のシリコン単結晶基板2)にM
OSFETを構成する際、図3(a)の平面図および同
図(b)の断面図に示すように以下の点を特徴として行
う。 LOCOS領域12により分離されたシリコン活性
領域26の一部を凸部19とし埋め込み窒化膜7の無い
領域に設ける。
【0015】 エッジガター部10はソース・ドレイ
ン領域14の最短チャネルを通過しないようにする。つ
まり、MOSFETのチャネル領域は、矩形のシリコン
活性領域26を縦断するように設け、その両側にソース
・ドレイン領域14を設け、チャネル領域をエッジガタ
ー部10の外側まで延長した状態に凸部19を設けてい
る。
【0016】 シリコン活性領域26の凸部19はポ
リシリコンゲート電極18の下部に設けてソース・ドレ
イン領域14への高濃度のイオン注入時のイオンを自己
整合的に防ぐ。なお、16はゲート酸化膜、24は凸部
19に設けたボディコンタクト部である。28はアルミ
配線系とのコンタクトホール部である。
【0017】以上のようにMOSFETを形成すると、
抵抗の大きいエッジガター部10がソース・ドレイン領
域14間の最短チャネルを通過しないため、MOSFE
Tの性能を損うことなく凸部19を介して、配線無しに
ボディコンタクト部24を設けることができる。また、
ポリシリコンゲート電極18とアルミ配線系とのコンタ
クト設置部の下部に凸部19とそれに伴うボディコンタ
クト部24を設けたことにより、デッドスペースの利用
となり、面積的に影響を与えずにボディコンタクトを形
成することができる。
【0018】
【発明の効果】この発明によれば、SOI基板上のMO
SFETの性能を損うことなく、配線などの仲介なしに
チャネル領域にボディコンタクト部を設けることが可能
となる。また、ボディコンタクト部をゲート電極上のア
ルミ配線系とのコンタクトホール部の下部に設ければ、
デバイス面積に全く影響を与えずにボディコンタクト部
を設置し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はこの発明の一実施例の半導体装置およ
びその製造方法を示す第1工程の平面図、(b)は同じ
く第1工程の断面図である。
【図2】(a)はこの発明の一実施例の半導体装置およ
びその製造方法を示す第2工程の平面図、(b)は同じ
く第2工程の断面図である。
【図3】(a)はこの発明の一実施例の半導体装置およ
びその製造方法を示す第3工程の平面図、(b)は同じ
く第3工程の断面図である。
【図4】(a)〜(c)は半導体装置の従来例を示す工
程順断面図である。
【符号の説明】
2 シリコン単結晶基板 2A (100)面 3 マスク角部 4 注入マスク 5 窒素イオンビーム 7 埋め込み窒化膜 9 表面シリコン層 10 エッジガター部 12 LOCOS領域 14 ソース・ドレイン領域 16 ゲート酸化膜 18 ポリシリコンゲート電極 19 凸部 24 ボディコンタクト部 26 シリコン活性領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 29/786

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 埋め込み絶縁層形成用のイオン注入によ
    、シリコン・オン・インシュレータ基板の表面シリコ
    ン層の下方に埋め込み絶縁層を設ける工程と、 前記シリコン・オン・インシュレータ基板の上方に、ソ
    ース領域とドレイン領域とを備えたシリコン活性領域を
    有するMOSFETを形成する工程とを含む半導体装置
    の製造方法であって、 前記イオン注入を行うイオン注入領域と、前記イオン注
    入領域の側方に配されたイオン非注入領域との境界
    前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の最短チャネ
    ルの下方を除いた箇所に位置させ、 前記イオン非注入領域において、前記シリコン活性領域
    のうちのチャネル領域と下層シリコン層とのボディコン
    タクトをとらせることを特徴とする半導体装置の製造方
  2. 【請求項2】 シリコン活性領域をゲート電極コンタク
    ト部まで延長し、その延長した部位にボディコンタクト
    をとるためのイオン非注入領域を設けことを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置の製造方法
  3. 【請求項3】埋め込み絶縁層およびエッジガター部を有
    するシリコン・オン・インシュレータ基板と、 前記シリコン・オン・インシュレータ基板の上方に形成
    された、ソース領域とドレイン領域とを備えたシリコン
    活性領域を有するMOSFETとを具備する半導体装置
    であって、 前記エッジガター部が、前記ソース領域と前記ドレイン
    領域との間の最短チャネルを通過しないこと、および、 前記シリコン活性領域が、前記埋め込み絶縁層の上方以
    外の箇所に延長された延長部位を有し、前記延長部位の
    下方において、前記シリコン活性領域のうちのチャネル
    領域と前記シリコン・オン・インシュレータ基板のシリ
    コンとのボディコンタクトをとることを特徴とする半導
    体装置。
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