JP4807310B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
重金属汚染による半導体装置の上記特性劣化の対策として、いくつかのゲッタリング技術が用いられている。通常、CZ引き上げ法により製造されたシリコンウエハ内に含まれる酸素の析出を利用した内因性ゲッタリング(イントリンシックゲッタリング)技術が一般的に用いられている。
一方、ウエハの裏面に高濃度の不純物拡散層、多結晶シリコン、ダメージ層などを形成し、この領域に歪み場を形成して、重金属不純物原子を固着する外因性ゲッタリング(エクストリンシックゲッタリング)技術がある。
SOI基板は、半導体基板上に絶縁膜を介して、半導体層を形成した構造となっている。素子を形成する半導体層はSOI基板の製造工程の熱処理により、酸素濃度が5.0×1017原子/cm3以下に減少すると、第2の半導体層中には酸素の析出は起こらない。従って、半導体層内には、重金属は固着されない。
これを解決するために、例えば、特開平10−032209号公報に開示されているように、半導体層内の重金属をゲッターするためのゲッタリング層を形成する方法がある。この方法は、半導体層と絶縁層の間に高濃度の不純物拡散層を介在させて、この不純物拡散層に重金属を固着させる方法であり、この方法を用いて、半導体装置の耐圧特性などの電気的特性を向上させることができる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、半導体チップを小型化できて、高いゲッタリング領域を有する高耐圧の半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
前記半導体層にMOSFETを形成するためのウエル領域と不純物拡散ゲッタリング領域とを互いに離間して形成する工程と、
前記半導体層の表面に選択的に前記不純物拡散ゲッタリング領域を覆う第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜が形成されていない前記ウエル領域の表面に前記MOSFETのゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記MOSFETのソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜、前記ゲート電極および前記半導体層の表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にエッチングストップ膜を形成する工程と、
該エッチングストップ膜上にエッチングマスク膜を形成する工程と、
該エッチングマスク膜,前記エッチングストップ膜,前記第2の絶縁膜を選択的に開口する工程と、
前記エッチングマスク膜をマスクとして前記不純物拡散ゲッタリング領域を貫通して前記第1の絶縁膜に到達する分離溝を形成する工程とを有する製造方法とする。
また、半導体層表面の分離溝形成領域に事前に高濃度の不純物拡散領域を形成することにより、さらに、半導体装置のゲート耐圧およびソース・ドレイン間の耐圧を向上させることができて、その結果、これらの良品率を向上させることができる。
図1において、半導体基板1上に絶縁膜2を介してn形半導体層3を形成したSOI(Silocon On Insulator)基板200を用いて、半導体装置を製作する。さらに、具体的に説明すると、このSOI基板200は、半導体基板1と、予め表面に絶縁膜2を形成した厚いn形半導体層を結合し、この厚いn形半導体層を所望の厚さに加工して前記のn形半導体層3とすることで得られる。図では、n形半導体層3は島状にした後を示す。
このように、表面濃度を1×1018原子/cm3から5×1020原子/cm3の範囲を設定することで、半導体装置のゲート耐圧を確保し、ソース・ドレイン間の耐圧を高耐圧化することができる。
図3は、この発明の第2参考例の半導体装置における要部断面図である。図1との違いは、図1の絶縁膜による分離領域100が形成されていない点である。この参考例では素子分離には接合分離を用いている。この場合も図1と同様の効果が得られる。
まず、厚さ、630μm程度の半導体基板1上に厚さ1〜3μmの絶縁膜2を介して、厚さ5〜10μmの半導体層3が形成されたSOI基板を形成する(図4)。
このSOI基板に、厚さ1μm程度のエッチングマスク材21を形成する(図5)。
エッチングマスク材21をマスクとして、半導体層3表面から絶縁膜2に達する分離溝4を形成する(図7)。
さらに分離溝4に充填層6を埋め込む。この充填層6には多結晶シリコンを用いた(図9)。
分離領域100以外の領域の絶縁膜5を除去した後、pチャネルMOSFETの形成領域101a、nチャネルMOSFETの形成領域102aに、それぞれ、nウエル領域22、pウエル領域23を形成する(図10)。
この第3参考例では、高濃度の不純物拡散領域10をボロンで形成しているが、リン、ヒ素およびフッ素で形成してもよい。また、その場合、これらの原子を単独で形成しても、複数個混在させて形成してもよい。いずれの場合も、この不純物拡散領域10の表面濃度を1×1018原子/cm3〜5×1020原子/cm3の範囲になるように、イオン注入量を選定する。
図17は、この発明の第1実施例で、この発明の製造方法により製造された半導体装置の構成図を示し、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。尚、同図(a)は、半導体表面を基準にして描き、分離領域100については範囲のみを示した。
厚さ約630μmの半導体基板1上に厚さ1〜3μmの第1の絶縁層2を介してn形半導体層3が厚さ5〜10μmで形成されたSOI基板に厚さ20nm〜40nmのバッファ酸化膜30(スクリーン酸化膜ともいう)を熱酸化法により形成し、pチャネルMOSFETを形成する領域101a、nチャネルMOSFETを形成する領域101aにそれぞれnウエル領域22、pウエル領域23を、それぞれフォトリソグラフ技術を用いて選択的にイオン注入した後、熱処理を施し形成する(図18)。
続いて、バッファ酸化膜30を除去した後、選択酸化法により、絶縁膜7を形成した後、pチャネルMOSFETを形成する領域101a、nチャネルMOSFETを形成する領域102aにゲート酸化膜25a、25bとゲート電極24a24bを形成する。さらに、nウエル領域22の表面層にpソース領域26aとnドレイン領域26bを形成し、pウエル領域23の表面層にnソース領域27aとnドレイン領域27bを形成する(図20)。
続いて、この分離溝4の内部に絶縁膜5を形成した後、充填層6によりこの分離溝4内を充填する(図25)。絶縁膜5は化学気相成長法により形成した酸化シリコン膜であり、膜厚は0.4〜1.0μmである。充填層6は化学気相成長法により形成した多結晶シリコンであり、膜厚は0.5〜1.0μmである。このとき、分離溝4の幅と絶縁膜5の膜厚を最適化すれば、絶縁膜5のみでこの分離溝4の内部を完全に充填することができる。
続いて、エッチングストップ膜31をドライエッチング法により除去し、層間絶縁膜8aを露出させ、充填層6の表面高さを層間絶縁膜8a表面高さと同一になるように、充填層6の凸部を除去して平坦化し(図27)、続いて、この層間絶縁膜8a上、絶縁膜5上および充填層6上に、層間絶縁膜8を形成する(図28)。
この実施例では、pチャネルMOSFET101、nチャネルMOSFET102の例を用いて説明したが、その他の構成素子としてバイポーラトランジスタ,ダイオードおよび高耐圧MOSFETであっても、高濃度の不純物拡散領域10や分離領域100の構成およびそれらの製造方法は同様である。
2 絶縁膜
3 n形半導体層
4 分離溝
4a 開口部
5 絶縁膜
6 充填層
7 絶縁膜
8 層間絶縁膜
8a 層間絶縁膜
9a、9c ソース電極
9b、9d ドレイン電極
10 高濃度の不純物拡散領域
21 エッチングマスク材
22 nウエル領域
23 pウエル領域
24a、24b ゲート電極
25a、25b ゲート酸化膜
26a pソース領域
26b pドレイン領域
27a nソース領域
27b nドレイン領域
30 バッファ酸化膜
31 エッチングストップ膜
32 エッチングスマスク膜
33 コンタクト孔
101 pチャネルMOSFET
101a pチャネルMOSFETを形成する領域
102 nチャネルMOSFET
102a nチャネルMOSFETを形成する領域
200 SOI基板
Claims (3)
- 半導体基板上に第1の絶縁膜を介して半導体層を形成したSOI基板の前記半導体層に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法において、
前記半導体層にMOSFETを形成するためのウエル領域と不純物拡散ゲッタリング領域とを互いに離間して形成する工程と、
前記半導体層の表面に選択的に前記不純物拡散ゲッタリング領域を覆う第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜が形成されていない前記ウエル領域の表面に前記MOSFETのゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記MOSFETのソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜、前記ゲート電極および前記半導体層の表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にエッチングストップ膜を形成する工程と、
該エッチングストップ膜上にエッチングマスク膜を形成する工程と、
該エッチングマスク膜,前記エッチングストップ膜,前記第2の絶縁膜を選択的に開口する工程と、
前記エッチングマスク膜をマスクとして前記不純物拡散ゲッタリング領域を貫通して前記第1の絶縁膜に到達する分離溝を形成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。 - 前記分離溝形成後、分離溝内に絶縁膜を形成する前に、前記エッチングストップ膜が露出するまで前記エッチングマスク膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記分離溝形成後、前記分離溝の側壁に第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜が形成された前記分離溝内部を多結晶シリコン若しくは絶縁膜からなる充填層で充填する工程と、
前記エッチングストップ膜が露出するまで前記半導体基板表面に付着した前記充填層を除去する工程とを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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