JP5005224B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、複数種のデバイスに適応した構造の半導体装置、主としてSOI(Silicon On Insulator)構造の半導体装置及びその製造方法に関する。
図102〜図111はSOI基板上に形成される従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。以下、これらの図を参照して製造方法を説明する。
まず、図102に示すように、半導体基板であるシリコン支持基板1上に膜厚が10nm〜1000nmの埋込酸化膜2、膜厚が30nm〜200nmのシリコン層3を順次成膜することにより、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3よりなるSOI基板(構造)を得る。さらに、シリコン層3上に膜厚が5nm〜400nmのシリコン酸化膜7を形成し、シリコン酸化膜7上に膜厚が10nm〜200nmのシリコン窒化膜4を成膜する。
次に、図103に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、写真製版技術(フォトリソグラフィー)を用いてトレンチ形成用のレジストパターン9(素子分離用パターン)を形成する。
その後、図104に示すように、レジストパターン9をマスクとして、シリコン窒化膜4、シリコン酸化膜7及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の一部が残るように行う(パーシャルトレンチ分離(PTI(Partial Trench Isolation)))。さらに、シリコン層3のトレンチ内壁の酸化を行い膜厚が5nm〜50nmの内壁酸化膜25をシリコン層3の露出面に形成する。なお、内壁酸化膜25の形成処理は省略してもよい。
そして、図105に示すように、シリコン酸化膜10による埋め込みを行い、500℃〜1300℃のアニール処理を行い、シリコン窒化膜4をストッパとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を行いシリコン酸化膜10を平坦化する。なお、上記アニール処理は省略しても良い。
続いて、図106に示すように、シリコン酸化膜10に対しエッチングを行い、シリコン酸化膜10の膜厚を所定の膜厚に設定した後、図107に示すように、シリコン窒化膜4及びシリコン酸化膜6を除去する。
次に、図108に示すように、シリコン酸化膜10,10間のシリコン層3の露出面上にシリコン酸化膜12を形成する。
その後、図109に示すように、ポリシリコン膜を成膜し、フォトリソフグラフィーを用いてパターニングすることによりゲート電極13を形成し、ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成した後、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン15を注入し、後にエクステンション&ポケット領域となる拡散領域37を形成する。
そして、図110に示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の側面にシリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成し、ゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして、不純物イオンを注入しソース・ドレイン領域38を形成する。このとき、ソース・ドレイン領域38はシリコン層3を貫通してシリコン層3に到達し、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域37がエクステンション・ポケット領域37eとなる。さらに、ゲート電極13上及びソース・ドレイン領域38上にコバルト(Co)シリサイド等の金属シリサイド領域18及び29がそれぞれ形成する。
最後に、図111に示すように、全面にシリコン窒化膜42を形成し、シリコン窒化膜42上に層間絶縁膜19を形成した後、CMP処理を施し層間絶縁膜19を平坦化する。また、フォトリソフグラフィーを用いてエッチング用レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に金属を埋め込み金属プラグ20を形成し、さらに層間絶縁膜19上に金属プラグ20と電気的に接続して金属配線21を形成する。金属配線21の材料としてはAl(アルミ)、銅(Cu)等が考えられる。
このようにしてSOI基板上にMOSトランジスタが形成される。このMOSトランジスタのボディ領域は、シリコン酸化膜10下のシリコン層3を介して所定のボディ電位が付与されるボディコンタクト領域(図示せず)と電気的に接続されることにより、ボディ電位が固定される。
スケーリングによりSOI膜厚(シリコン層3の膜厚)の薄膜化が進むと、ボディ抵抗が高抵抗化し、I/O回路やアナログ回路に用いられるデバイスに要求される特性を満足できないという問題点があった。また、SOI膜厚が厚い場合は寄生容量が大きくなり速度性能が劣化し論理回路等に用いられるデバイスに要求される速度特性を満足てきないという問題点があった。
このような問題点を解決するための半導体装置として、例えば、特許文献1に開示されたSOI構造に形成されたトランジスタがある。特許文献1で開示された構造では、メモリセル領域の埋込絶縁膜の上に第1半導体層が設けられ、周辺回路領域の埋込絶縁膜上に第2半導体層が設けられたSOI構造が挙げられる。上記第1及び第2の半導体層の膜厚を異なる厚さにして、メモリセル領域のトランジスタが完全空乏型となり、周辺回路領域のトランジスタが部分空乏型となるように設定されている。
特開2005−19453号公報
しかしながら、単に2種類のSOI膜厚を有するSOI構造の半導体層を設けただけでは、様々な回路に用いられる多様なデバイス特性の要求を満足することができないという問題点があった。
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、多様なデバイス特性の要求を満足させることができる構造の半導体装置を得ることを目的とする。
この発明に係る請求項1記載の半導体装置は、半導体支持基板、埋込絶縁膜及び半導体層からなるSOI基板に形成される絶縁ゲート型の第1及び第2のトランジスタを含み、前記半導体層は第1及び第2の膜厚の第1及び第2のSOI領域を有し、前記第1の膜厚は前記第2の膜厚より厚く、前記第1及び第2のトランジスタは第1及び第2のSOI領域に形成され、それぞれ前記半導体層上に選択的に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極下の前記半導体層の領域であるボディ領域を挟み、前記半導体層を貫通して形成されるソース・ドレイン領域とを備え、前記第1のトランジスタの前記ソース・ドレイン領域は、その表面高さが前記ボディ領域の表面高さより低く配置されるリセス構造を有し、前記第1及び第2のトランジスタは、それぞれ前記埋込絶縁膜の近傍領域における、前記ボディ領域と前記ソース・ドレイン領域との界面において、前記ソース・ドレイン領域と同一導電型の低濃度化領域をさらに備えている。
この発明に係る請求項記載の半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型の第1及び第2のトランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、(a) 半導体支持基板、埋込絶縁膜及び半導体層からなるSOI基板を準備するステップと、(b) 前記半導体層の一部の膜厚を変化させ、第1の膜厚の第1SOI領域と前記第1の膜厚より薄い第2の膜厚の第2のSOI領域を設けるステップと、(c) 前記半導体層の上方において、前記第1及び第2のトランジスタの素子分離用パターンを形成するステップと、(d) 前記素子分離用パターンに基づき、前記第1及び第2のトランジスタ用の素子分離領域を形成するステップと、(e) 前記第1及び第2のSOI領域に第1及び第2のトランジスタを形成するステップとを含み、前記ステップ(e) は、(e-1) 前記第1及び第2のSOI領域それぞれ上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次選択的に形成するステップと、(e-2) 前記第1のSOI領域において、前記ゲート電極下のボディ領域の外側のおいてリセス部を形成するステップと、(e-3) 前記第1及び第2のSOI領域において、前記ボディ領域を挟み前記半導体層を貫通して形成されるソース・ドレイン領域を形成するステップとを備え、前記第1のSOI領域における前記ソース・ドレイン領域は少なくとも前記リセス部下に形成され、前記第1及び第2のSOI領域に形成される、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン領域により、前記第1及び第2のトランジスタが規定され、(f) 前記ステップ(b)後、前記ステップ(c) 前に実行され、前記半導体層上に形成され、前記第1及び第2のSOI領域上の形成高さを一致させ表面を平坦化する平坦化層を形成するステップをさらに備え、前記ステップ(c) は、前記平坦化層上に前記素子分離用パターンを形成するステップを含む
この発明における請求項1記載の半導体装置は同一SOI基板上に第1及び第2のトランジスタを形成している。
第1のトランジスタのボディ領域は第2の膜厚より厚い第1の膜厚で形成されるため、ボディ領域の低抵抗化を図ることができる分、ボディ電位の安定性の向上に伴う動作特性の向上を図ることができる。さらに、第1のトランジスタのソース・ドレイン領域はリセス構造を有している分、第1の膜厚より薄い膜厚で形成されるため、寄生容量の低抵抗化に伴う動作特性の向上を図ることができる。一方、第2のトランジスタの半導体層の膜厚(SOI膜厚)全体を第1の膜厚より薄い第2の膜厚で形成しているため、第1のトランジスタ以上の寄生容量の低抵抗化に伴う動作特性の向上を図ることができる。
その結果、請求項1記載の半導体装置は、第1及び第2のトランジスタを使い分けることにより、多様なデバイス(トランジスタ)特性の要求を満足させることができる効果を奏する。
この発明に係る請求項記載の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置は同一SOI基板上に第1及び第2のトランジスタを形成している。
第1のトランジスタのボディ領域は第2の膜厚より厚い第1の膜厚で形成されるため、ボディ領域の低抵抗化を図ることができる分、ボディ電位の安定性の向上に伴う動作特性の向上を図ることができる。さらに、第1のトランジスタのソース・ドレイン領域はリセス部下に形成される分、第1の膜厚より薄い膜厚で形成されるため、寄生容量の低抵抗化に伴う動作特性の向上を図ることができる。一方、第2のトランジスタのSOI膜厚全体を第1の膜厚より薄い第2の膜厚で形成しているため、寄生容量の優れた低抵抗化に伴う動作特性の向上を図ることができる。
その結果、請求項記載の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置は、第1及び第2のトランジスタを使い分けることにより、多様なデバイス特性の要求を満足させることができる効果を奏する。
<<実施の形態1>>
<第1の態様>
(製造方法)
図1〜図20はこの発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態1の第1の態様の製造方法を説明する。
まず、図1に示すように、半導体基板であるシリコン支持基板1上に膜厚が10nm〜1000nmの埋込酸化膜2、膜厚(第1の膜厚)が30nm〜200nmのシリコン層3を順次成膜することにより、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3よりなるSOI基板(構造)を得る。さらに、シリコン層3上に膜厚が10nm〜200nmのシリコン窒化膜4を成膜する。
次に、図2に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン5を形成する。以降の処理において、このレジストパターン5で覆われる領域が厚膜SOI領域101(第1のSOI領域)として規定され、レジストパターン5が形成されない領域が薄膜SOI領域102(第2のSOI領域)として規定される。
その後、図3に示すように、レジストパターン5をマスクとして、シリコン窒化膜4をパターニングすることにより、シリコン層3の表面が露出した開口部40を得た後、レジストパターン5を除去する。
続いて、図4に示すように、開口部40からシリコン層3に対して酸化処理を行い、開口部40におけるシリコン層3の膜厚が所望の膜厚(第2の膜厚)にまで薄くなるようにシリコン酸化膜6を形成する。
そして、図5に示すように、シリコン窒化膜4及びシリコン酸化膜6を除去した後、図6に示すように、全面に膜厚が5nm〜400nmのシリコン酸化膜7を形成し、シリコン酸化膜7上に膜厚が10nm〜1000nmシリコン窒化膜8を形成する。
次に、図7に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン9(素子分離用パターン)を形成する。
その後、図8に示すように、レジストパターン9をマスクとして、シリコン窒化膜8、シリコン酸化膜7及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成した後、レジストパターン9を除去する。このとき、シリコン層3の一部が残るように行う(パーシャルトレンチ分離)。さらに、シリコン層3のトレンチ内壁の酸化を行い膜厚が5nm〜50nmの内壁酸化膜25をシリコン層3の露出面に形成する。なお、内壁酸化膜25はシリコン層3の界面へのダメージ緩和目的で形成されるが、内壁酸化膜25の形成処理は省略してもよい。
続いて、図9に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン50を形成し、このレジストパターン50及びシリコン窒化膜8をマスクして、内壁酸化膜25及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の全てを除去して(フルトレンチ分離(FTI(Full Trench Isolation)))、埋込酸化膜2の表面が露出した開口部41を得る。
そして、図10に示すように、レジストパターン50を除去した後、膜厚が15nm〜1000nmのシリコン酸化膜10を形成した後、500℃〜1300℃のアニール処理を行う。なお、このアニール処理は省略しても良い。
次に、図11に示すように、シリコン窒化膜8をストッパとしてCMP処理を行いシリコン酸化膜10を平坦化する。したがって、厚膜SOI領域101(第1のSOI領域)のシリコン窒化膜8の直上または少し研磨した位置高さでシリコン酸化膜10が平坦化される。
続いて、図12に示すように、シリコン酸化膜10に対しエッチングを行い、厚膜SOI領域101のシリコン酸化膜10の膜厚を所定の膜厚に設定する。
その後、図13に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いて、厚膜SOI領域101を覆うトレンチ形成用のレジストパターン11を得る。
そして、図14に示すように、レジストパターン11をマスクとして、シリコン酸化膜10の薄膜SOI領域102(第2のSOI領域)側の分離酸化膜厚が所望の膜厚になるようにエッチングを行う。
その後、図15に示すように、レジストパターン11を除去し、さらに、シリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜7を除去する。
次に、図16に示すように、シリコン酸化膜10,10間のシリコン層3の露出面上にシリコン酸化膜12を形成する。
その後、図17に示すように、ポリシリコン膜を成膜し、フォトリソフグラフィーを用いてパターニングすることによりゲート電極13を形成し、ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成した後、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン15を注入し、後にエクステンション&ポケット領域となる拡散領域31及び33を厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102にそれぞれ形成する。
なお、実際には、エクステンション領域となる拡散領域はソース・ドレイン領域と同一の導電型で形成され、ポケット領域となる拡散領域はソース・ドレイン領域と反対の導電型で、かつエクステンション領域よりさらにゲート電極13下側のシリコン層3の表面内に形成されるが、本明細書では説明の都合上、エクステンション領域及びポケット領域形成用のイオンとして不純物イオン15をまとめ、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102においてエクステンション領域及びポケット領域形成用の拡散領域をまとめて拡散領域31及び33として示している。
そして、図18に示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の側面にシリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成した後、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィー用いて、薄膜SOI領域102を覆うエッチング用のレジストパターン26を得る。このレジストパターン26並びに厚膜SOI領域101のゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして厚膜SOI領域101のシリコン層3に対してエッチングを施し、厚膜SOI領域101のシリコン層3の上層部にリセス部30を形成する。なお、図18において、便宜上、シリコン酸化膜スペーサ14及びシリコン酸化膜サイドウォール16を併せた構造を一の領域として示している。
続いて、図19に示すように、レジストパターン26を除去後、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102双方において、ゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして、不純物イオンを注入し、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102にソース・ドレイン領域32及び34を形成する。その後、ゲート電極13上及びソース・ドレイン領域38上にCoシリサイド等の金属シリサイド領域18及び29をそれぞれ形成する。
このとき、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102において、ソース・ドレイン領域32及び34は共にシリコン層3を貫通して埋込酸化膜2の表面に到達する。さらに、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域31及び33がエクステンション・ポケット領域31e及び33eとなる。なお、実際にはエクステンション・ポケット領域31e及び33eの先端部分(ゲート電極13の中心に近い部分)がポケット領域、それ以外の部分がエクステンション領域となる。
その結果、厚膜SOI領域101にはボディ領域のSOI膜厚(シリコン層3の膜厚)が厚く、リセス部30によってソース・ドレイン領域32のSOI膜厚が薄い構造のボディ厚膜トランジスタQ1(第1のトランジスタ)が形成され、薄膜SOI領域102には全体のSOI膜厚が薄い構造のボディ薄膜トランジスタQ2(第2のトランジスタ)が得られる。
最後に、図20に示すように、全面にシリコン窒化膜42を形成し、シリコン窒化膜42上に層間絶縁膜19を形成した後、CMP処理を施し層間絶縁膜19を平坦化する。また、フォトリソフグラフィーを用いてエッチング用レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に金属を埋め込み金属プラグ20を形成し、さらに層間絶縁膜19上に金属プラグ20と電気的に接続して金属配線21を形成する。金属配線21の材料としてはAl、Cu等が考えられる。上記したコンタクトホール形成時にはシリコン窒化膜42は層間絶縁膜19のエッチングストッパとして機能する。また、ストレスを有するシリコン窒化膜42の存在によってシリコン層3へのダメージ緩和やリーク電流の抑制を図ることができる。
上述した第1の態様の製造方法によってSOI基板上に実施の形態1のMOSトランジスタが形成される。このMOSトランジスタのボディ領域は、シリコン酸化膜10下のシリコン層3を介して所定のボディ電位が付与されるボディコンタクト領域(図示せず)と電気的に接続されることにより、ボディ電位が固定される。なお、ボディコンタクト領域によるボディ電位を固定する具体的構造は後述する図95及び図96で示した実施の形態5の構造と同様である。
厚膜SOI領域101に形成されるボディ厚膜トランジスタQ1のボディ領域のSOI膜厚ta1が100nm〜200nmの範囲に設定され、ソース・ドレイン領域のSOI膜厚ta2は40nm〜100nmの範囲に設定され、薄膜SOI領域102に形成されるボディ薄膜トランジスタQ2のSOI膜厚tbは40nm〜100nmの範囲に設定され、ta1>ta2,tbの関係となる。なお、SOI膜厚ta2及びSOI膜厚tbは同程度であればその大小関係はさほど重要でない。また、シリコン酸化膜10下に残存するシリコン層3の膜厚は10nm〜50nmに設定される。
(実施の形態1の効果)
実施の形態1の半導体装置は、同一のSOI基板(シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3)上に、ボディ膜厚の異なるボディ厚膜トランジスタQ1とボディ薄膜トランジスタQ2とを形成している。
ボディ厚膜トランジスタQ1はボディ膜厚(第1の膜厚)を比較的厚く形成することにより、低ボディ抵抗化を図りボディ電位の安定性の向上を図ることができる。一方、ボディ薄膜トランジスタQ2はSOI膜厚全体を比較的薄い膜厚(第2の膜厚)で形成することにより低寄生容量化に伴い高速処理を図ることができる。
さらに、ボディ厚膜トランジスタQ1は、ソース・ドレイン領域32の表面高さをボディ領域の表面高さ比べて低く配置したリセス構造を有することににより、ソース・ドレイン領域32のSOI膜厚をボディ薄膜トランジスタQ2のSOI膜厚と同程度に薄く形成することにより、低寄生容量化を図るができ、リセス構造でない場合に比べ高速処理が可能となる。
さらに、ボディ厚膜トランジスタQ1はリセス構造のソース・ドレイン領域32を形成し、ソース・ドレイン領域32の形成深さはボディ薄膜トランジスタQ2のソース・ドレイン領域34と同程度の形成深さとなるため、リセス構造を有さないソース・ドレイン領域を形成する場合に比べ、ソース・ドレイン領域形成用の不純物イオンの注入エネルギーの低エネルギー化を図ることができる。その結果、ソース・ドレイン領域32の形成時に横方向の拡散を抑制することができるため、ショートチャネル効果を効果的に抑制することができる。なお、上述した効果を以下の表1にまとめる。
Figure 0005005224
表1に示すように、論理(Logic)回路及びSRAM回路用にボディ薄膜トランジスタQ2を用いることにより高速処理の要求に応えることができる。一方、RF(高周波)回路用にボディ厚膜トランジスタQ1を用いてボディ電位を安定性良く固定することにより、低ジッター(及び小さい閾値電圧)の変動の要求に応えることができる。また、I/O回路及びアナログ(Analog)回路用にボディ厚膜トランジスタQ1を用いて低自己発熱及び高耐圧の要求に応えることができる。
さらに、実施の形態1の半導体装置は、シリコン層3を貫通して埋め込まれるシリコン酸化膜10よりなる完全分離領域によって厚膜SOI領域101に形成されるボディ厚膜トランジスタQ1と、薄膜SOI領域102に形成されるボディ薄膜トランジスタQ2との素子分離を分離精度良く行うことができる。
(第1の態様の効果)
また、第1の態様の製造方法は、図7,図8の工程で示すように、段差を有するシリコン窒化膜8を直接パターニングすることにより、製造工程数を必要最小限に抑えてボディ厚膜トランジスタQ1及びボディ薄膜トランジスタQ2を製造することができる。
<第2の態様>
(製造方法)
図21〜図44はこの発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態1の製造方法の第2の態様を説明する。
まず、図21に示すように、シリコン支持基板1上に膜厚が10nm〜1000nmの埋込酸化膜2、膜厚が30nm〜200nmのシリコン層3を順次成膜することにより、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3よりなるSOI構造を得る。さらに、シリコン層3上に膜厚が10nm〜200nmのシリコン窒化膜4を成膜する。
次に、図22に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン5を形成する。
その後、図23に示すように、レジストパターン5をマスクとして、シリコン窒化膜4をパターニングすることにより、シリコン層3の表面が露出した開口部40を得た後、レジストパターン5を除去する。
続いて、図24に示すように、開口部40からシリコン層3に対して酸化処理を行い、開口部40におけるシリコン層3の膜厚が所望の膜厚にまで薄くなるようにシリコン酸化膜6を形成する。そして、図25に示すように、シリコン窒化膜4及びシリコン酸化膜6を除去する。
その後、図26に示すように、全面に膜厚が5nm〜400nmの下敷き膜であるシリコン酸化膜7を形成し、このシリコン酸化膜7上に全面にポリシリコン膜22を堆積する。ポリシリコン膜22の膜厚はシリコン層3のSOI膜厚taとSOI膜厚tbとの差(ta−tb)より厚い膜厚で形成される。
次に、図27に示すように、シリコン酸化膜7をストッパとしてCMP処理を行うことによりポリシリコン膜22を平坦化する。したがって、薄膜SOI領域102上にのみポリシリコン膜22が残存し、ポリシリコン膜22は厚膜SOI領域101のシリコン酸化膜7の形成高さと同一の高さで平坦化される。すなわち、シリコン酸化膜7及びポリシリコン膜22は、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102上の形成高さを一致させて表面を平坦化する平坦化層として機能する。
その後、図28に示すように、シリコン酸化膜7上に膜厚が10nm〜1000nmシリコン窒化膜8を形成する。
次に、図29に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン9を形成する。
その後、図30に示すように、レジストパターン9をマスクとして、シリコン窒化膜8に対しエッチング処理を施し、シリコン窒化膜8をパターニングし、レジストパターン9を除去する。
そして、図31に示すように、シリコン窒化膜8をマスクとして、ポリシリコン膜22、シリコン酸化膜7及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の一部が残るように行う。さらに、シリコン層3のトレンチ内壁の酸化を行い膜厚が5nm〜50nmの内壁酸化膜25をシリコン層3の露出面に形成する。なお、内壁酸化膜25の形成処理は省略してもよい。
続いて、図32に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン50を形成し、このレジストパターン50及びシリコン窒化膜8をマスクして、内壁酸化膜25及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の全てを除去して埋込酸化膜2の表面が露出した開口部41を得る。
そして、図33に示すように、膜厚が15nm〜1000nmのシリコン酸化膜10を形成した後、500℃〜1300℃のアニール処理を行う。なお、このアニール処理は省略しても良い。
次に、図34に示すように、シリコン窒化膜8をストッパとしてCMP処理を行いシリコン酸化膜10を平坦化する。したがって、厚膜SOI領域101のシリコン窒化膜8の直上または少し研磨した形成高さでシリコン酸化膜10が平坦化される。
続いて、図35に示すように、シリコン酸化膜10に対しエッチングを行い、厚膜SOI領域101のシリコン酸化膜10の膜厚を所定の膜厚に設定する。
その後、図36に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン11を得る。そして、レジストパターン11をマスクとして、シリコン酸化膜10の薄膜SOI領域102側の分離酸化膜厚が所望の膜厚になるようにエッチングを行う。
そして、図37に示すように、レジストパターン11を除去した後、シリコン窒化膜8を除去する。
続いて、図38に示すように、ポリシリコン膜22を除去し、さらに、図39に示すように、シリコン酸化膜7を除去する。
次に、図40に示すように、シリコン酸化膜10,10間のシリコン層3の露出面上にシリコン酸化膜12を形成する。
その後、図41に示すように、ポリシリコン膜を成膜し、フォトリソフグラフィーを用いてパターニングすることによりゲート電極13を形成し、ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成した後、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン15を注入し、後にエクステンション&ポケット領域となる拡散領域31及び33を厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102に形成する。
そして、図42に示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の側面にシリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成した後、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィー用いて、薄膜SOI領域102を覆うエッチング用のレジストパターン26を得る。このレジストパターン26並びに厚膜SOI領域101のゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして厚膜SOI領域101のシリコン層3に対してエッチングを施し、厚膜SOI領域101のシリコン層3の上層部にリセス部30を形成する。
続いて、図43に示すように、レジストパターン26を除去後、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102双方において、ゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして、不純物イオンを注入し、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102にソース・ドレイン領域32及び34を形成する。その後、ゲート電極13上及びソース・ドレイン領域38上にCoシリサイド等の金属シリサイド領域18及び29をそれぞれ形成する。
このとき、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102において、ソース・ドレイン領域32及び34は共にシリコン層3を貫通して埋込酸化膜2の表面に到達する。さらに、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域31及び33がエクステンション・ポケット領域31e及び33eとなる。
その結果、第1の態様と同様、厚膜SOI領域101にはソース・ドレイン領域32のSOI膜厚が薄い構造のボディ厚膜トランジスタQ1が形成され、薄膜SOI領域102には全体のSOI膜厚が薄い構造のボディ薄膜トランジスタQ2が得られる。
最後に、図44に示すように、全面にシリコン窒化膜42を形成し、シリコン窒化膜42上に層間絶縁膜19を形成した後、CMP処理を施し層間絶縁膜19を平坦化する。また、フォトリソフグラフィーを用いてエッチング用レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に金属を埋め込み金属プラグ20を形成し、さらに層間絶縁膜19上に金属プラグ20と電気的に接続して金属配線21を形成する。金属配線21の材料としてはAl、Cu等が考えられる。
上述した第2の態様の製造方法によってSOI基板上に実施の形態1のMOSトランジスタが形成される。
(第2の態様の効果)
第2の態様の製造方法では、図27〜図30に示すように、ポリシリコン膜22を形成した全面を平坦化した後に、シリコン窒化膜8のパターニング処理を行っているため、シリコン窒化膜8のパターニング精度向上を図ることにより、形成されるMOSトランジスタの寸法精度向上が実現する効果を奏する。
また、図27に示すように、下敷き膜であるシリコン酸化膜7をストッパとした研磨処理によりポリシリコン膜22を平坦化することにより、精度良く平坦化することができる。
<第3の態様>
(製造方法)
図45〜図63はこの発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態1の第3の態様の製造方法を説明する。
まず、図45に示すように、シリコン支持基板1上に膜厚が10nm〜1000nmの埋込酸化膜2、膜厚が30nm〜200nmのシリコン層3を順次成膜することにより、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3よりなるSOI構造を得る。さらに、シリコン層3上に膜厚が10nm〜1000nmのシリコン窒化膜4を成膜する。
次に、図46に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン5を形成する。
その後、図47に示すように、レジストパターン5をマスクとして、シリコン窒化膜4をパターニングすることにより、シリコン層3の表面が露出した開口部40を得た後、レジストパターン5を除去する。
続いて、図48に示すように、開口部40からシリコン層3に対して酸化処理を行い、開口部40におけるシリコン層3の膜厚が所望の膜厚にまで薄くなるようにシリコン酸化膜6を形成する。そして、図49に示すように、シリコン窒化膜4及びシリコン酸化膜6を除去する。
そして、図50に示すように、全面に膜厚が5nm〜400nmのシリコン酸化膜7を形成し、シリコン酸化膜7上に膜厚が10nm〜1000nmのシリコン窒化膜8を形成する。さらに、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いて、薄膜SOI領域102を覆ったトレンチ形成用のレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして、厚膜SOI領域101のシリコン窒化膜8に対してエッチング処理を行い、厚膜SOI領域101上のシリコン窒化膜8の上層部にプリエッチ開口部23を形成する。
次に、図51に示すように、CMP処理を行うことによりシリコン窒化膜8を平坦化する。シリコン窒化膜8は厚膜SOI領域101,薄膜SOI領域102間に段差が形成されているが、厚膜SOI領域101に予めプリエッチ開口部23が形成されているため、シリコン窒化膜8を平坦性よく研磨することができる。このように、シリコン窒化膜8は厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102上の形成高さを一致させ表面を平坦化する平坦化層として機能する。さらに、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン9を形成する。
その後、図52に示すように、レジストパターン9をマスクとして、シリコン窒化膜8に対しエッチング処理を施し、シリコン窒化膜8をパターニングし、レジストパターン9を除去する。さらに、シリコン窒化膜8をマスクとして、シリコン酸化膜7及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の一部が残るように行う。さらに、シリコン層3のトレンチ内壁の酸化を行い膜厚が5nm〜50nmの内壁酸化膜25をシリコン層3の露出面に形成する。なお、内壁酸化膜25の形成処理は省略してもよい。
続いて、図53に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン50を形成し、このレジストパターン50及びシリコン窒化膜8をマスクして、内壁酸化膜25及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の全てを除去して埋込酸化膜2の表面が露出した開口部41を得る。
そして、図54に示すように、膜厚が15nm〜1000nmのシリコン酸化膜10を形成した後、500℃〜1300℃のアニール処理を行う。なお、このアニール処理は省略しても良い。その後、シリコン窒化膜8をストッパとしてCMP処理を行いシリコン酸化膜10を平坦化する。
続いて、図55に示すように、シリコン酸化膜10に対しエッチングを行い、厚膜SOI領域101のシリコン酸化膜10の膜厚を所定の膜厚に設定する。
その後、図56に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン11を得る。そして、レジストパターン11をマスクとして、シリコン酸化膜10の薄膜SOI領域102側の分離酸化膜厚が所望の膜厚になるようにエッチングを行う。
そして、図57に示すように、レジストパターン11を除去し、シリコン窒化膜8を除去した後、図58に示すように、シリコン酸化膜7を除去する。
次に、図59に示すように、シリコン酸化膜10,10間のシリコン層3の露出面上にシリコン酸化膜12を形成する。
その後、図60に示すように、ポリシリコン膜を成膜し、フォトリソフグラフィーを用いてパターニングすることによりゲート電極13を形成し、ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成した後、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン15を注入し、後にエクステンション&ポケット領域となる拡散領域31及び33を厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102に形成する。
そして、図61に示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の側面にシリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成した後、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィー用いて、薄膜SOI領域102を覆うエッチング用のレジストパターン26を得る。このレジストパターン26並びに厚膜SOI領域101の厚膜SOI領域101の厚膜SOI領域101のゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして厚膜SOI領域101のシリコン層3に対してエッチングを施し、厚膜SOI領域101のシリコン層3の上層部にリセス部30を形成する。
続いて、図62に示すように、レジストパターン26を除去後、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102双方におけるゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして、不純物イオンを注入し、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102にソース・ドレイン領域32及び34を形成する。その後、ゲート電極13上及びソース・ドレイン領域38上にCoシリサイド等の金属シリサイド領域18及び29をそれぞれ形成する。
このとき、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102において、ソース・ドレイン領域32及び34は共にシリコン層3を貫通して埋込酸化膜2の表面に到達する。さらに、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域31及び33がエクステンション・ポケット領域31e及び33eとなる。
その結果、第1及び第2の態様と同様、厚膜SOI領域101にはソース・ドレイン領域32のSOI膜厚が薄い構造のボディ厚膜トランジスタQ1が形成され、薄膜SOI領域102には全体のSOI膜厚が薄い構造のボディ薄膜トランジスタQ2が得られる。
最後に、図63に示すように、全面にシリコン窒化膜42を形成し、シリコン窒化膜42上に層間絶縁膜19を形成した後、CMP処理を施し層間絶縁膜19を平坦化する。また、フォトリソフグラフィーを用いてエッチング用レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に金属を埋め込み金属プラグ20を形成し、さらに層間絶縁膜19上に金属プラグ20と電気的に接続して金属配線21を形成する。金属配線21の材料としてはAl、Cu等が考えられる。
上述した第3の態様の製造方法によってSOI基板上に実施の形態1のMOSトランジスタが形成される。
(第3の態様の効果)
第3の態様の製造方法では、図50〜図52に示すように、シリコン窒化膜8を直接を平坦化した後に、シリコン窒化膜8のパターニング処理を行っているため、シリコン窒化膜8のパターニング精度向上を図るとともに、製造工程数を必要最小限に抑えることができる。
さらに、図50に示す工程でシリコン窒化膜8の上層部にプリエッチ開口部23を設けた後、図51で示す工程で、CMP処理を施すことによりシリコン窒化膜8を精度良く平坦化することができる。
<<実施の形態2>>
<第1の態様>
(製造方法)
図64〜図67はこの発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法の第1の態様の一部を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態2の製造方法を説明する。
図64に示すように、実施の形態1の第1の態様における図1〜図16で示す工程、第2の態様における図21〜図40で示す工程、あるいは第3の態様における図45〜図59で示す工程を経た後、実施の形態1の第1〜第3の態様と同様、ゲート電極13を形成し、ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成する。
そして、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン24を注入して埋込酸化膜2の(シリコン層3との)界面付近の厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102に低濃度化領域27及び28を形成する。
不純物イオン24は、ソース・ドレイン領域と同一の導電型の不純物イオンであり、ソース・ドレイン領域とボディ領域とのPN接合形成予定領域で、かつ埋込酸化膜2の界面付近に不純物濃度がピークになる注入エネルギー(SOI膜厚に依存)及び注入角度(0゜〜15゜)で打ち込まれる。なお、不純物イオン24の不純物としては、NMOSトランジスタではリン等、PMOSトランジスタではボロン等が考えられる。
その後、実施の形態1の第1〜第3の態様と同様、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン15を注入し、後にエクステンション&ポケット領域となる拡散領域31及び33を厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102に形成する。
そして、図65に示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の側面にシリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成した後、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィー用いて、薄膜SOI領域102を覆うエッチング用のレジストパターン26を得る。このレジストパターン26並びに厚膜SOI領域101のゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして厚膜SOI領域101のシリコン層3に対してエッチングを施し、厚膜SOI領域101のシリコン層3の上層部にリセス部30を形成する。
続いて、図66に示すように、レジストパターン26を除去後、ゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして、不純物イオンを注入し、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102にソース・ドレイン領域32及び34を形成する。その後、ゲート電極13上及びソース・ドレイン領域38上にCoシリサイド等の金属シリサイド領域18及び29をそれぞれ形成する。
このとき、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102において、ソース・ドレイン領域32及び34は共にシリコン層3を貫通して埋込酸化膜2の表面に到達する。さらに、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域31及び33がエクステンション・ポケット領域31e及び33eとなる。
加えて、実施の形態2の構造では、厚膜SOI領域101及び薄膜SOI領域102において、ソース・ドレイン領域32及び34と低濃度化領域27及び28とが、埋込酸化膜2の界面上において一部重複する。
その結果、実施の形態1と同様、厚膜SOI領域101にはボディ厚膜トランジスタQ1が形成され、薄膜SOI領域102にはボディ薄膜トランジスタQ2が得られる。
最後に、図67に示すように、全面にシリコン窒化膜42を形成し、シリコン窒化膜42上に層間絶縁膜19を形成した後、CMP処理を施し層間絶縁膜19を平坦化する。また、フォトリソフグラフィーを用いてエッチング用レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に金属を埋め込み金属プラグ20を形成し、さらに層間絶縁膜19上に金属プラグ20と電気的に接続して金属配線21を形成する。金属配線21の材料としてはAl、Cu等が考えられる。
上述した実施の形態2の第1の態様の製造方法によってSOI基板上にMOSトランジスタが形成される。
(実施の形態2の効果)
実施の形態2の半導体装置は、実施の形態1と同様、同一のSOI基板上に、ボディ膜厚の異なるボディ厚膜トランジスタQ1とボディ薄膜トランジスタQ2とを形成している。その結果、実施の形態1と同等の効果を奏する。
さらに、実施の形態2の半導体装置では、ソース・ドレイン領域32及び34の埋込酸化膜2の界面付近において、CD(チャネルドーズ)濃度が低くなるように、チャネルの導電型と反対の導電型の低濃度化領域27及び28を設けることにより、低濃度化領域27及び28において空乏層を伸ばすことができるため、実施の形態1以上に低寄生容量化を図ることができる。
(第1の態様の効果)
また、第1の態様の製造方法は、図64の工程で示すように、シリコン酸化膜サイドウォール16,シリコン窒化膜サイドウォール17の形成前であるシリコン酸化膜スペーサ14の形成直後の状態で、不純物イオン24を注入して低濃度化領域27及び28を形成しているため、例えば、注入角度を0゜で不純物イオン24を打ち込むことにより位置精度良く低濃度化領域27及び28を形成することができる。
<第2の態様>
第1の態様では、図64の工程で示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の形成直後の状態で不純物イオン24を注入しているが、図65,図66に示すように、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17並びにリセス部30を形成後に、第1の態様と同様な不純物プロファイルの低濃度化領域27及び28が形成可能な注入エネルギー及び注入角度(0゜〜60゜)で、不純物イオン24を注入することもできる。
(第2の態様の効果)
また、第2の態様の製造方法は、図65,図66で示す状態、すなわち、シリコン酸化膜サイドウォール16,シリコン窒化膜サイドウォール17並びにリセス部30の形成後の状態で、不純物イオン24を注入して低濃度化領域27及び28を形成しているため、リセス部30を形成している分、注入エネルギーを低く抑えることができる効果を奏する。
<<実施の形態3>>
図68はこの発明の実施の形態3である半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3からあるSOI基板上にボディ厚膜トランジスタQ1及びQ3を形成している。
ボディ厚膜トランジスタQ1(第1のトランジスタ)は実施の形態1及び実施の形態2で示したように、ソース・ドレイン領域32にリセス部30が設けられ、ソース・ドレイン領域32はシリコン層3を貫通し埋込酸化膜2に到達する。
一方、ボディ厚膜トランジスタQ3(第2のトランジスタ)のソース・ドレイン領域36はリセス部30を有することなくシリコン層3の上層部に貫通することなく形成される。なお、ボディ厚膜トランジスタQ1と同様、シリコン酸化膜スペーサ14下のシリコン層3の表面にはエクステンション・ポケット領域33eが形成されている。
また、ボディ厚膜トランジスタQ1,Q3間を含む素子分離はシリコン酸化膜10とシリコン酸化膜10の下方に残存するシリコン層3(部分半導体領域)とからなる部分分離領域によって行われている。この部分分離領域に代えて実施の形態1のボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ薄膜トランジスタQ2間のように完全分離領域を用いても良い。なお、他の構成は、実施の形態1の半導体装置の同様であるため、実施の形態1の半導体装置と同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。
(実施の形態3の効果)
このように、実施の形態3の半導体装置はSOI構造に同一SOI膜厚のシリコン層3にリセス部30を有しソース・ドレイン領域32がシリコン層3を貫通して形成されるボディ厚膜トランジスタQ1と、リセス部30を有さずソース・ドレイン領域34がシリコン層3を貫通することなく形成されるボディ厚膜トランジスタQ3とを併せて形成している。
ボディ厚膜トランジスタQ1,Q3は実施の形態1で述べた通り、SOI膜厚が比較的厚く形成されるため、低ボディ抵抗化を図りボディ電位の安定性の向上を図ることができる。
さらに、ボディ厚膜トランジスタQ1はリセス構造にすることにより、ソース・ドレイン領域32のSOI膜厚をボディ薄膜トランジスタQ2のSOI膜厚と同程度に薄く形成することにより、低寄生容量化を図るができる分、高速処理が可能となる。
一方、ボディ厚膜トランジスタQ3は寄生容量の点ではボディ厚膜トランジスタQ1に劣るが、ソース・ドレイン領域36下にシリコン層3が残存している分、ボディ電位の安定性に優れ、動作耐圧が向上とするという効果を奏する。以下、ボディ厚膜トランジスタQ3の高耐圧性について説明する。
一般に、SOI基板上に形成するMOSトランジスタでは、ボディ電位が浮遊状態かボディ電位を固定していても抵抗が高いため、動作耐圧が例えば2Vと低い。ボディ厚膜トランジスタQ1のようにボディ領域のSOI膜厚を比較的厚くしてボディ抵抗を下げても耐圧の上昇には限界がある。
これに対し、ボディ厚膜トランジスタQ3は、ドレイン電界によるインパクトイオン化で発生したホールがボディ領域で発生しても、ソース・ドレイン領域36の下部にもボディ領域と同じ導電型の領域が存在するため、ホールを効果的に引き抜くことができる。このように、ボディ厚膜トランジスタQ3は耐圧性に優れている。
したがって、低電圧動作回路はボディ厚膜トランジスタQ1を用いて構成し、高電圧動作回路はボディ厚膜トランジスタQ3を用いて構成することにより、高電圧動作回路と低電圧動作回路とが混載した半導体集積回路を動作特性良く得ることができる。
システムLSIにおいては、様々な回路を混載する必要がある。例えば、高電圧アナログ回路や3.3V等の高耐圧I/O回路等が挙げられる。また、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリの混載も必須であり、5V以上の動作電圧に耐えるMOSトランジスタが必要なる。
したがって、実施の形態3の半導体装置のように、2種類のボディ厚膜トランジスタQ1,Q3を同一SOI基板上に形成することにより、様々な回路に用いられる多様なデバイス特性の要求を満足することができる。
(製造方法)
図69〜図71は実施の形態3の半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態3の半導体装置の製造方法を説明する。
まず、図69に示すように、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3からなSOI基板上において、シリコン層3を部分分離領域(シリコン酸化膜10+シリコン酸化膜10下のシリコン層3)によって素子分離されたリセスTr形成領域103及び非リセスTr形成領域104それぞれにおいて、シリコン層3上にゲート酸化膜12g及びゲート電極13を形成し、ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成した後、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとして不純物イオンを注入して拡散処理を行うことにより、リセスTr形成領域103及び非リセスTr形成領域104に拡散領域31及び35を形成する。その後、シリコン酸化膜スペーサ14の側面に、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成する。
そして、図70に示すように、非リセスTr形成領域104を覆うようにレジストパターン39を形成した後、レジストパターン39並びにリセスTr形成領域103におけるゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとしてプラズマドライエッチング法によるエッチング処理を行い、拡散領域31を含むシリコン層3の上層部を一部除去することにより、リセスTr形成領域103にリセス部30を形成する。例えば、シリコン層3の膜厚が100nmである、エッチング処理により30nm除去し、70nmのSOI膜厚に薄膜化する。
その後、図71に示すように、リセスTr形成領域103及び非リセスTr形成領域104双方において、レジストパターン39を除去した後、ゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして不純物イオンを注入して拡散処理を行うことにより、リセスTr形成領域103にシリコン層3を貫通したソース・ドレイン領域32を形成するとともに、非リセスTr形成領域104にシリコン層3を貫通しないソース・ドレイン領域36を形成する。
以降、実施の形態1の半導体装置と同様にして、金属シリサイド領域18,39の形成、層間絶縁膜19の形成、金属プラグ20及び金属配線21を形成することにより、図68で示す構造を得ることができる。
<<実施の形態4>>
(第1の態様)
図72はこの発明の実施の形態4である半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3からあるSOI基板上にボディ厚膜トランジスタQ1を形成している。
ただし、図20で示す実施の形態1のように、ボディ厚膜トランジスタQ1を含む全面を層間絶縁膜19で覆うことはせず、リセス部30を含む全面に薄膜(1〜200nm)のシリコン酸化膜51を形成し、シリコン酸化膜51上に薄膜(1〜100nm)のシリコン窒化膜52を形成している。なお、図72では、素子分離はシリコン酸化膜10とシリコン酸化膜10の下方に残存するシリコン層3とからなる部分分離領域によって行われている。この部分分離領域に代えて実施の形態1のボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ薄膜トランジスタQ2間のように完全分離領域を用いても良い。
このような構造の実施の形態4の半導体装置は、実施の形態1のボディ厚膜トランジスタQ1と同様、ソース・ドレイン領域はリセス構造を有していることから、ボディ領域におけるSOI膜厚より薄い膜厚で形成されるため、寄生容量の低抵抗化に伴う動作特性の向上を図ることができる。
加えて、実施の形態4の半導体装置は、リセス部30に形成されるシリコン窒化膜52はボディ厚膜トランジスタQ1のゲート酸化膜12g直下のシリコン層3(ボディ領域)の表面であるチャネル表面と同程度の形成高さに位置しており、チャネル表面の側面方向からシリコン窒化膜52による応力を直接加えることができるため、キャリア移動度の向上効果を発揮させることができる。以下、この点を詳述する。
シリコン窒化膜52は内部ストレスを有しているが、リセス部30が形成されない従来構造のMOSトランジスタ上にシリコン窒化膜が形成される場合は、チャネル表面より高い位置に形成されるため、チャネル表面に与えることができるシリコン窒化膜52による応力はごく僅かであった。しかし、実施の形態4のように、シリコン支持基板1の表面より低い形成高さのリセス部30上にシリコン窒化膜52を形成することにより、チャネル表面と同程度に形成することができることができ、従来構造に比べ、シリコン窒化膜52による応力を効果的にチャネル表面に与えることができる。
なお、図72で示した例では、シリコン窒化膜52下にシリコン酸化膜51を形成することにより、シリコン窒化膜52によるストレスによるシリコン層3へのダメージ緩和やリーク電流の抑制を図ることができる。
加えて、シリコン酸化膜51を形成することにより、シリコン窒化膜52内に含まれる水素等のボディ厚膜トランジスタQ1への拡散によるホットキャリア信頼性の劣化等の抑制効果も発揮することができる。
一方、シリコン酸化膜51を形成することなく直接シリコン窒化膜52を形成する構造にすることもできる。この場合、シリコン酸化膜51を設ける場合に比べ、より大きな応力をチャネル表面に与えることができる効果を奏する。
なお、シリコン窒化膜には圧縮型と伸縮型があるが、NMOSトランジスタには伸長型のシリコン窒化膜、PMOSトランジスタには圧縮型のシリコン窒化膜を用いることにより、それぞれキャリア移動度の向上、駆動電流の増加効果を奏する。なお、シリコン窒化膜による応力は窒化膜成膜条件により変わり、水素含有量とSiH4ガスの圧力等がパラメータとなっている。なお、シリコン窒化膜による応力及び応力によるトランジスタ特性の影響に関しては例えば文献「Shinya Ito et al.,IEDM Tech. Dig.,pp.247-250(2000),"Mechanical Stress Effect of Etch-Stop Nitride and its Impact on Deep Submicron Transistor Design"」に開示されている。
このように、実施の形態4の第1の態様では、SOI基板上において、リセス部30にシリコン窒化膜52を形成することにより、ボディ厚膜トランジスタQ1の動作特性の向上を図ることができる。
(第2の態様)
図73はこの発明の実施の形態4である半導体装置の第2の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、バルクSi基板である単体構造の半導体基板61が分離絶縁膜62により素子分離された素子形成領域にリセス型トランジスタQ5を設けている。
半導体基板61の表面上にゲート酸化膜70を介してゲート電極65が設けられ、ゲート電極65の側面にスペーサ66が設けられ、スペーサ66の側面にサイドウォール67が設けられ、サイドウォール67,シリコン酸化膜10間の半導体基板61の上部にリセス部78が設けられ、スペーサ66及びサイドウォール67下の半導体基板61の表面にエクステンション・ポケット領域68が設けられ、リセス部78下からエクステンション・ポケット領域68の一部下にかけてソース・ドレイン領域69が設けられる。
リセス型トランジスタQ5はSOI基板上でなくバルク基板上に形成された点において第1の態様のボディ厚膜トランジスタQ1とは異なる。このような第2の態様のリセス型トランジスタQ5においても、第1の態様と同様の理由で、リセス型トランジスタQ5の動作特性の向上を図ることができる。
(第3の態様)
図74はこの発明の実施の形態4である半導体装置の第3の態様の構造を示す断面図である。同図に示すように、サイドウォール67の側面にさらに第2スペーサ71を設けた点が第2の態様との大きな相違点である。
このように、第3の態様では、スペーサ66,サイドウォール67よりなる第1のサイドウォール部に加え、第2スペーサ71よりなる第2のサイドウォール部をさらに設けている。さらに、ソース・ドレイン領域74は、ゲート電極65下のボディ領域を基準として、第2スペーサ71下より外側の領域において、リセス部75を有していることを特徴としている。
(製造方法)
図75〜図80は実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下、これらの図を参照して、第3の態様の構造の製造方法の説明を行う。
まず、図75に示すように、半導体基板61の上層部に選択的に分離絶縁膜62を形成して素子形成領域を設けた後、分離絶縁膜62,62間の半導体基板61の表面上にゲート酸化膜70を形成し、ゲート酸化膜70上にゲート電極65を形成し、ゲート電極65の側面にスペーサ66を形成し、ゲート電極65及びスペーサ66をマスクとして不純物イオンを注入して拡散することにより、半導体基板61の表面内に拡散領域72を形成した後、スペーサ66の側面にサイドウォール67を形成する。
そして、図76に示すように、ゲート電極65、スペーサ66及びサイドウォール67をマスクとして不純物イオン15を注入して拡散することにより拡散領域73を形成する。この際、主としてスペーサ66及びサイドウォール67下の拡散領域72がエクステンション・ポケット領域72eとなる。
その後、図77に示すように、サイドウォール67の側面にさらに第2スペーサ71を形成する。第2スペーサ71の形成は例えば以下のようにして行うことができる。膜厚が20nmのシリコン酸化膜をLPCVD法により全面に堆積し、その後シリコン酸化膜に対するドライエッチング法により、エッチバックして第2スペーサ71を形成する。なお、第2スペーサ71は、シリコン酸化膜でなくても、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の複合膜でも良い。
続いて、図78に示すように、ゲート電極65、スペーサ66、サイドウォール67及び第2スペーサ71をマスクとして、拡散領域73の表面をエッチングすることにより拡散領域73の上部にリセス部75を形成する。
さらに、図79に示すように、ゲート電極65、スペーサ66、サイドウォール67及び第2スペーサ71をマスクとして、不純物イオンを注入して拡散することにより、リセス部75の下方にソース・ドレイン領域74を形成する。この際、主として第2スペーサ71下の拡散領域73が部分ソース・ドレイン領域73sdとなる。なお、ソース・ドレイン領域74の形成時の方が拡散領域73形成時に比べ、注入する不純物イオンのドーズ量が大きく、不純物濃度のピーク深さが深くなるように行われる。
最後に、図80に示すように、ゲート電極65の表面にシリサイド領域76を形成し、ソース・ドレイン領域74の表面にシリサイド領域77を形成し、全面にシリコン酸化膜63を形成し、シリコン酸化膜63上にシリコン窒化膜64を形成することにより、第3の態様の半導体装置が完成する。
このように、第3の態様の半導体装置は、リセス部75の下方において深く形成されるソース・ドレイン領域74,74間の距離が第2スペーサ71を設ける分長くなるため、ソース・ドレイン領域74がゲート電極65下方に延びて形成されることに伴う、短チャネル効果による閾値電圧の低下現象を効果的に抑制することができる効果を奏する。
なお、第3の態様の第2スペーサ71を設ける構造を図72で示した第1の態様に適用(第4の態様)とすることもできる。さらに、実施の形態1〜実施の形態3の構造及び後述する実施の形態5に適用することもできる。ただし、リセス部を有しないボディ薄膜トランジスタQ2やボディ厚膜トランジスタQ3には第2スペーサは不要なため形成する必要はない。ただし、製造工程が複雑化するのを避けるべく、駆動電流等の問題がボディ薄膜トランジスタQ2やボディ厚膜トランジスタQ3に生じないことを条件に、第2スペーサを設ける構成も考えられる。
<<実施の形態5>>
(製造方法)
図81〜図94はこの発明の実施の形態5である半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態5の半導体装置の製造方法を説明する。
まず、図1〜図6で示した実施の形態1の製造方法の第1の態様と同様にして図81で示す構造を得る。
次に、図82に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン9(素子分用パターン)を形成する。
その後、図83に示すように、レジストパターン9をマスクとして、シリコン窒化膜8、シリコン酸化膜7及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成した後、レジストパターン9を除去する。このとき、シリコン層3の一部が残るように行う。さらに、シリコン層3のトレンチ内壁の酸化を行い膜厚が5nm〜50nmの内壁酸化膜25をシリコン層3の露出面に形成する。なお、内壁酸化膜25の形成処理は省略してもよい。
続いて、図84に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いてトレンチ形成用のレジストパターン50を形成し、このレジストパターン50及びシリコン窒化膜8をマスクして、内壁酸化膜25及びシリコン層3に対しエッチング処理を施しトレンチを形成する。このとき、シリコン層3の全てを除去して、埋込酸化膜2の表面が露出した開口部41を得る。
そして、図85に示すように、レジストパターン50を除去した後、膜厚が15nm〜1000nmのシリコン酸化膜10を形成した後、500℃〜1300℃のアニール処理を行う。なお、このアニール処理は省略しても良い。
次に、図86に示すように、シリコン窒化膜8をストッパとしてCMP処理を行いシリコン酸化膜10を平坦化する。したがって、厚膜SOI領域101のシリコン窒化膜8の直上または少し研磨した位置高さでシリコン酸化膜10が平坦化される。
続いて、図87に示すように、シリコン酸化膜10に対しエッチングを行い、厚膜SOI領域101のシリコン酸化膜10の膜厚を所定の膜厚に設定する。
その後、図88に示すように、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィーを用いて、厚膜SOI領域101を覆うトレンチ形成用のレジストパターン11を得た後、レジストパターン11をマスクとして、シリコン酸化膜10の薄膜SOI領域102側の分離酸化膜厚が所望の膜厚になるようにエッチングを行う。
その後、図89に示すように、レジストパターン11を除去し、さらに、シリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜7を除去する。
次に、図90に示すように、薄膜SOI領域102及び厚膜SOI領域101のリセスTr形成領域103におけるシリコン酸化膜10,10間のシリコン層3の露出面上に比較的薄膜のシリコン酸化膜45を形成し、厚膜SOI領域101の非リセスTr形成領域104におけるシリコン酸化膜10,10間のシリコン層3の露出面上に比較的厚膜のシリコン酸化膜46を形成する。
その後、図91に示すように、ポリシリコン膜を成膜し、フォトリソフグラフィーを用いてパターニングすることにより、薄膜SOI領域102、リセスTr形成領域103及び非リセスTr形成領域104にそれぞれゲート電極13を形成する。この際、残存したシリコン酸化膜45及び46が薄膜ゲート酸化膜45g及び厚膜ゲート酸化膜46gとなる。そして、各ゲート電極13の側面にシリコン酸化膜スペーサ14を形成した後、ゲート電極13及びシリコン酸化膜スペーサ14をマスクとしてシリコン層3内に不純物イオン15を注入し、後にエクステンション&ポケット領域となる拡散領域31、33及び35をリセスTr形成領域103、薄膜SOI領域102及び非リセスTr形成領域104に形成する。
そして、図92に示すように、シリコン酸化膜スペーサ14の側面にシリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17を順次形成した後、全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソフグラフィー用いて、薄膜SOI領域102及び非リセスTr形成領域104を覆うエッチング用のレジストパターン26を得る。このレジストパターン26並びにリセスTr形成領域103のゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとしてリセスTr形成領域103のシリコン層3に対してエッチングを施し、リセスTr形成領域103のシリコン層3の上層部にリセス部30を形成する。なお、図92において、便宜上、シリコン酸化膜スペーサ14及びシリコン酸化膜サイドウォール16を併せた構造を一の領域として示している。
続いて、図93に示すように、レジストパターン26を除去後、薄膜SOI領域102、リセスTr形成領域103及び非リセスTr形成領域104それぞれにおいて、ゲート電極13、シリコン酸化膜スペーサ14、シリコン酸化膜サイドウォール16及びシリコン窒化膜サイドウォール17をマスクとして、不純物イオンを注入して拡散することにより、ソース・ドレイン領域32、34及び36を形成する。その後、ゲート電極13上及びソース・ドレイン領域38上にCoシリサイド等の金属シリサイド領域18及び29をそれぞれ形成する。
このとき、ソース・ドレイン領域32及び34は共にシリコン層3を貫通して埋込酸化膜2の表面に到達し、ソース・ドレイン領域36はシリコン層3を貫通することなく、シリコン層3の上層部に形成される。なお、ソース・ドレイン領域32,34及び36の形成は不純物イオンを同じ注入エネルギーで注入することにより行われる。上記注入エネルギーとして、ソース・ドレイン領域32及び34がシリコン層3を貫通して埋込酸化膜2に到達し、ソース・ドレイン領域36がシリコン層3を貫通しない注入エネルギーが用いられる。
さらに、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域31及び33がエクステンション・ポケット領域31e及び33eとなり、主としてシリコン窒化膜サイドウォール17下の拡散領域35がエクステンション35eとなる。
その結果、厚膜SOI領域101のリセスTr形成領域103にはボディ領域のSOI膜厚(シリコン層3の膜厚)が厚く、ソース・ドレイン領域32のSOI膜厚が薄い構造のボディ厚膜トランジスタQ1(第1のトランジスタ)が形成され、薄膜SOI領域102には全体のSOI膜厚が薄い構造のボディ薄膜トランジスタQ2(第2のトランジスタ)が形成され、厚膜SOI領域101の非リセスTr形成領域104には全体のSOI膜厚が厚く、ソース・ドレイン領域36がシリコン層3を貫通しない構造のボディ厚膜トランジスタQ3(第3のトランジスタ)が形成される。
最後に、図94に示すように、全面にシリコン窒化膜42を形成し、シリコン窒化膜42上に層間絶縁膜19を形成した後、CMP処理を施し層間絶縁膜19を平坦化する。また、フォトリソフグラフィーを用いてエッチング用レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に金属を埋め込み金属プラグ20を形成し、さらに層間絶縁膜19上に金属プラグ20と電気的に接続して金属配線21を形成する。金属配線21の材料としてはAl、Cu等が考えられる。
厚膜SOI領域101に形成されるボディ厚膜トランジスタQ1,Q3のボディ領域のSOI膜厚ta1が100nm〜200nmの範囲に設定され、ボディ厚膜トランジスタQ1のソース・ドレイン領域32のSOI膜厚ta2は40nm〜100nmの範囲に設定され、薄膜SOI領域102に形成されるボディ薄膜トランジスタQ2のSOI膜厚tbは40nm〜100nmの範囲に設定され、ta1>ta2,tbの関係となる。なお、SOI膜厚ta2及びSOI膜厚tbは同程度であればその大小関係はさほど重要でない。また、シリコン酸化膜10下に残存するシリコン層3の膜厚は10nm〜50nmに設定される。

(平面構造)
図95は実施の形態5の半導体装置の平面構造を示す平面図である。同図のA−A断面が図93に相当する。なお、図95では、トランジスタQ1〜Q3がNMOSトランジスタで構成される場合を示している。また、金属シリサイド領域18,29は説明の都合上、図95では図示していない。
同図に示すように、ボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ薄膜トランジスタQ2間、ボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ厚膜トランジスタQ3間、ボディ厚膜トランジスタQ1の周辺の大部分、ボディ薄膜トランジスタQ2の周辺の大部分は完全分離領域57(埋込酸化膜2に到達するシリコン酸化膜10による素子分離領域;FTI)により、素子分離される。
したがって、ボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ薄膜トランジスタQ2間、及びボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ厚膜トランジスタQ3間それぞれの素子分離を分離精度良く行うことができる効果を奏する。
一方、ボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ薄膜トランジスタQ2のボディコンタクト部分及びボディ厚膜トランジスタQ3の周辺部分は部分分離領域56(シリコン酸化膜10とシリコン酸化膜10下に残存するシリコン層3による素子分離領域;PTI)により、素子分離される。
ボディ厚膜トランジスタQ1,Q3及びボディ薄膜トランジスタQ2は、それぞれボディ領域が部分分離領域56下のシリコン層3を介して対応のボディコンタクト領域55に電気的に接続されることによりボディ電位の固定を行うことができる。
図96は図95のB−B断面を示す断面図である。以下、同図を参照してボディ薄膜トランジスタQ2のボディ電位固定内容について説明する。なお、図96においては、説明の都合上、ゲート酸化膜12gの図示を省略している。
同図に示すように、ゲート電極13直下のボディ領域54はシリコン酸化膜10下のシリコン層3を介してボディコンタクト領域55と電気的に接続されている。したがって、ボディコンタクト領域55に所定のボディ電位を付与することにより、ボディ薄膜トランジスタQ2のボディ電位を設定することができる。
なお、ボディ厚膜トランジスタQ1もボディ薄膜トランジスタQ2と全く同様にしてボディ電位設定される。また、ボディ厚膜トランジスタQ3もボディ薄膜トランジスタQ2とほぼ同様にボディ電位設定されるが、部分分離領域56の形成領域がボディ厚膜トランジスタQ1,ボディ薄膜トランジスタQ2より大きいため、より安定性良くボディ電位設定を行うことができる。
このように、実施の形態5の半導体装置のボディ厚膜トランジスタQ1、ボディ薄膜トランジスタQ2及びボディ厚膜トランジスタQ3は、ボディコンタクト領域55から部分分離領域56の部分半導体領域(シリコン酸化膜10下に残存するシリコン層3)を介してボディ領域の電位固定を行うことにより、トランジスタQ1〜Q3それぞれの素子分離特性を劣化させることなく、ボディ領域の電位設定を行うことができる。
(実施の形態5の効果)
実施の形態5の半導体装置は、同一のSOI基板(シリコン支持基板1、埋込酸化膜2及びシリコン層3)上に、ボディ膜厚の異なるボディ厚膜トランジスタQ1,Q3とボディ薄膜トランジスタQ2とを形成し、さらに、ボディ厚膜トランジスタQ1,Q3のソース・ドレイン領域32,36間を異なる構造にしている。すなわち、ソース・ドレイン領域32はリセス構造を有しシリコン層3を貫通するのに対し、ソース・ドレイン領域36はリセス構造を有さずシリコン層3を貫通させていない。
ボディ厚膜トランジスタQ1,Q3はボディ膜厚を比較的厚く形成することにより、低ボディ抵抗化を図りボディ電位の安定性の向上を図ることができる。一方、ボディ薄膜トランジスタQ2はボディ膜厚全体を比較的薄く形成することにより低寄生容量化に伴い高速処理を図ることができる。
さらに、ボディ厚膜トランジスタQ1はソース・ドレイン領域32をリセス構造にすることにより、ソース・ドレイン領域32のSOI膜厚をボディ薄膜トランジスタQ2のSOI膜厚と同程度に薄く形成することにより、低寄生容量化を図るができ、リセス構造でない場合に比べ高速処理が可能となる。
さらに、ボディ厚膜トランジスタQ1はリセス構造のソース・ドレイン領域32を形成し、ソース・ドレイン領域32の形成深さはボディ薄膜トランジスタQ2のソース・ドレイン領域34と同程度の形成深さとなるため、リセス構造を有さずシリコン層3を貫通するソース・ドレイン領域を形成する場合に比べ、ソース・ドレイン領域形成用の不純物イオンの注入エネルギーの低エネルギー化を図ることができる。その結果、ソース・ドレイン領域32の形成時に横方向の拡散を抑制することができるため、ショートチャネル効果を効果的に抑制することができる。
一方、ボディ厚膜トランジスタQ3は寄生容量の点ではボディ厚膜トランジスタQ1に劣るが、ソース・ドレイン領域36下にシリコン層3が残存している分、ボディ電位の安定性に優れ、動作耐圧が向上とするという効果を奏する。
このように、実施の形態5の半導体装置は、ボディ厚膜トランジスタQ1及びボディ薄膜トランジスタQ2に加え、ボディ厚膜トランジスタQ3を同一SOI基板上に形成している。
これら3つのトランジスタQ1〜Q3は上述したように各々のトランジスタ特性が異なるため、実施の形態5の半導体装置は、ボディ厚膜トランジスタQ1、ボディ薄膜トランジスタQ2及びボディ厚膜トランジスタQ3使い分けることにより、より多様なデバイス(トランジスタ)特性の要求を満足させることができる効果を奏する。
(応用例)
図97は実施の形態5の半導体装置を用いて構成される半導体集積回路の構成例を示す説明図である。
同図に示すように、半導体チップ80に薄膜トランジスタ形成領域81、厚膜リセストランジスタ形成領域82、及び厚膜高耐圧トランジスタ形成領域83が設けられ、これらの領域81、82及び83に形成される回路は、ボディ薄膜トランジスタQ2、ボディ厚膜トランジスタQ1及びボディ厚膜トランジスタQ3を用いて構成される。
薄膜トランジスタ形成領域81にはコア論理回路84及びSRAM回路85が形成され、厚膜リセストランジスタ形成領域82にはコア論理回路84及びアナログ回路86が形成され、厚膜高耐圧トランジスタ形成領域83には高電圧I/O回路87、ESD(ElectroStaticDischarge;静電気放電)回路88及び不揮発性メモリ回路89が構成される。なお、コア論理回路84はその目的によって薄膜トランジスタ形成領域81あるいは厚膜リセストランジスタ形成領域82に形成される。
図98はSRAM回路85の内部構成の一部を示す回路図である。同図に示すように、PMOSトランジスタQ11及びNMOSトランジスタQ12よりなるインバータI1と、PMOSトランジスタQ13及びNMOSトランジスタQ14よりなるインバータI2との交叉接続によりメモリセルが構成され、インバータI1の出力部(インバータI2の入力部)がNMOSトランジスタQ15を介してビット線BLに接続され、インバータI2の出力部(インバータI1の入力部)がNMOSトランジスタQ16を介して反転ビット線バーBLに接続される。NMOSトランジスタQ15,Q16のゲートは共通にワード線WLに接続される。
SRAM回路85は高速性が要求されるため、上述したMOSトランジスタQ11〜Q16は実施の形態5のボディ薄膜トランジスタQ2を用いて構成される。
図99はアナログ回路86の一例である電圧制御発振回路の内部構成を示す回路図である。同図に示すように、電源Vcc,ノードN0間に抵抗R1が設けられ、ノードN0,N1間にインダクタL1が設けられ、ノードN0,N2間にインダクタL2が設けられ、ノードN1,N3間にNMOSトランジスタQ17が設けられ、ノードN2,N3間にNMOSトランジスタQ18が設けられる。そして、ノードN1に可変容量であるバラクタC1の一方電極が接続され、ノードN2にバラクタC2の一方電極が接続され、ノードN3,接地レベル(Vss)間に電流源91が設けられる。
このような構成の電圧制御発振器は比較的高い耐圧及び比較的早い処理速度が要求されるため、双方の要求を満足すべく、上述したNMOSトランジスタQ17,Q18は、実施の形態5のボディ厚膜トランジスタQ1を用いて構成される。
図100は不揮発性メモリ回路89の内部構成の一部を示す回路図である。同図に示すように、不揮発な記憶が可能なMONOS型のメモリトランジスタQMの一方電極はNMOSトランジスタQ19を介してビット線BLに接続され、NMOSトランジスタQ19のゲートはワード線WLに接続される。
このような構成の不揮発性メモリは高耐圧性が強く要求されるため、上述したメモリトランジスタQMの選択用に用いられるNMOSトランジスタQ19は、実施の形態5のボディ厚膜トランジスタQ3を用いて構成される。
図101はESD回路88の内部構成の概略を示す説明図である。同図に示すように、入力端子P1に付与される外部信号が内部回路90に与えられる場合に、入力端子P1から内部回路90に至る信号経路上のノードN4にNMOSトランジスタQ21及びPMOSトランジスタQ22のソースが接続される。
NMOSトランジスタQ21はドレインが電源Vccに接続され、ゲート及びソースが共通にノードN4に接続され、PMOSトランジスタQ22はドレインが接地され、ゲート及びソースが共通にノードN4に接続される。
このような構成のESD回路は高耐圧性が最も要求されるため、上述したNMOSトランジスタQ21及びPMOSトランジスタQ22は、実施の形態5のボディ厚膜トランジスタQ3を用いて構成される。
図97〜図101で示した応用例から明らかなように、実施の形態5の半導体装置は、同一SOI基板上に特性の異なる、ボディ厚膜トランジスタQ1、ボディ薄膜トランジスタQ2及びボディ厚膜トランジスタQ3を設けることにより、多様なデバイス特性の要求を満足させることができる効果を奏する。
この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第2の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造方法の第3の態様を示す断面図である。 この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態2である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態2である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 実施の形態2である半導体装置の製造方法の第1の態様を示す断面図である。 この発明の実施の形態3である半導体装置の構造を示す断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。 この発明の実施の形態4である半導体装置の第1の態様の構造を示す断面図である。 実施の形態4である半導体装置の第2の態様の構造を示す断面図である。 実施の形態4である半導体装置の第3の態様の構造を示す断面図である。 実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態4における第3の態様の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5である半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態5の半導体装置の平面構造を示す平面図である。 図95のB−B断面を示す断面図である。 実施の形態5の半導体装置を用いて構成される半導体集積回路の構成例を示す説明図である。 SRAM回路の内部構成の一部を示す回路図である。 電圧制御発振回路の内部構成を示す回路図である。 不揮発性メモリ回路の内部構成の一部を示す回路図である。 ESD回路の内部構成の概略を示す説明図である。 SOI基板上に形成される従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。 従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断面図である。
符号の説明
1 シリコン支持基板、2 埋込酸化膜、3 シリコン層、4,8,52 シリコン窒化膜、5,9,11,26,50 レジストパターン、6,7,10,12,51 シリコン酸化膜、12g ゲート酸化膜、13 ゲート電極、14 シリコン酸化膜スペーサ、15,24 不純物イオン、16 シリコン酸化膜サイドウォール、18,29 金属シリサイド領域、19 層間絶縁膜、20 金属プラグ、21 金属配線、22 ポリシリコン膜、23 プリエッチ開口部、25 内壁酸化膜、27,28 低濃度化領域、31,33,35 拡散領域、31e エクステンション・ポケット領域、32,34 ソース・ドレイン領域、41 開口部、61 半導体基板、71 第2スペーサ、Q1,Q3 ボディ厚膜トランジスタ、Q2 ボディ薄膜トランジスタ、Q5 リセス型トランジスタ。

Claims (8)

  1. 半導体支持基板、埋込絶縁膜及び半導体層からなるSOI基板に形成される絶縁ゲート型の第1及び第2のトランジスタを含む半導体装置であって、
    前記半導体層は第1及び第2の膜厚の第1及び第2のSOI領域を有し、前記第1の膜厚は前記第2の膜厚より厚く、
    前記第1及び第2のトランジスタは第1及び第2のSOI領域に形成され、それぞれ
    前記半導体層上に選択的に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
    前記ゲート電極下の前記半導体層の領域であるボディ領域を挟み、前記半導体層を貫通して形成されるソース・ドレイン領域とを備え、
    前記第1のトランジスタの前記ソース・ドレイン領域は、その表面高さが前記ボディ領域の表面高さより低く配置されるリセス構造を有し、
    前記第1及び第2のトランジスタは、それぞれ
    前記埋込絶縁膜の近傍領域における、前記ボディ領域と前記ソース・ドレイン領域との界面において、前記ソース・ドレイン領域と同一導電型の低濃度化領域をさらに備えることを特徴とする、
    半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置であって、
    前記第1のSOI領域に形成される第3のトランジスタをさらに備え、
    前記第3のトランジスタは、
    前記半導体層上に選択的に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
    前記ゲート電極下の前記半導体層の領域であるボディ領域を挟み、前記リセス構造を有さず、前記半導体層を貫通することなく下方に前記半導体層の一部を残して形成されるソース・ドレイン領域とを備える、
    半導体装置。
  3. 請求項2記載の半導体装置であって、
    前記第1ないし第3のトランジスタは、それぞれ
    ボディ電位が付与されるボディコンタクト領域と、
    前記半導体層の上層部に形成された絶縁物とその下層の半導体層である部分半導体領域とよりなる部分分離領域を備え、
    前記ボディコンタクト領域は前記部分分離領域の前記部分半導体領域を介して前記ボディ領域と電気的に接続される、
    半導体装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
    前記第1及び第2のSOI領域間において前記半導体層を貫通した絶縁膜よりなる完全分離領域をさらに備える、
    半導体装置。
  5. 請求項2あるいは請求項3記載の半導体装置であって、
    前記第1及び第3のトランジスタの形成領域間の前記第1のSOI領域を貫通した絶縁膜よりなる完全分離領域をさらに備える、
    半導体装置。
  6. 絶縁ゲート型の第1及び第2のトランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、
    (a) 半導体支持基板、埋込絶縁膜及び半導体層からなるSOI基板を準備するステップと、
    (b) 前記半導体層の一部の膜厚を変化させ、第1の膜厚の第1SOI領域と前記第1の膜厚より薄い第2の膜厚の第2のSOI領域を設けるステップと、
    (c) 前記半導体層の上方において、前記第1及び第2のトランジスタの素子分離用パターンを形成するステップと、
    (d) 前記素子分離用パターンに基づき、前記第1及び第2のトランジスタ用の素子分離領域を形成するステップと、
    (e) 前記第1及び第2のSOI領域に第1及び第2のトランジスタを形成するステップとを含み、
    前記ステップ(e) は、
    (e-1) 前記第1及び第2のSOI領域それぞれ上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順次選択的に形成するステップと、
    (e-2) 前記第1のSOI領域において、前記ゲート電極下のボディ領域の外側のおいてリセス部を形成するステップと、
    (e-3) 前記第1及び第2のSOI領域において、前記ボディ領域を挟み前記半導体層を貫通して形成されるソース・ドレイン領域を形成するステップとを備え、前記第1のSOI領域における前記ソース・ドレイン領域は少なくとも前記リセス部下に形成され、
    前記第1及び第2のSOI領域に形成される、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン領域により、前記第1及び第2のトランジスタが規定され、
    (f) 前記ステップ(b)後、前記ステップ(c) 前に実行され、前記半導体層上に形成され、前記第1及び第2のSOI領域上の形成高さを一致させ表面を平坦化する平坦化層を形成するステップをさらに備え、
    前記ステップ(c) は、前記平坦化層上に前記素子分離用パターンを形成するステップを含む、
    半導体装置の製造方法
  7. 請求項6記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記平坦化層は、
    下敷き膜と、
    前記下敷き膜上に形成されたポリシリコン膜とを含み、
    前記ステップ(f) は、
    (f-1) 前記下敷き膜及び前記ポリシリコン膜を順次形成するステップと、
    (f-2) 前記下敷き膜をストッパとした研磨処理により前記ポリシリコン膜を平坦化するステップとを含む、
    半導体装置の製造方法
  8. 請求項6記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記平坦化層は窒化膜を含み、
    前記ステップ(f) は、
    (f-1) 前記第1のSOI領域上における前記窒化膜の上層部を除去し開口部を設けるステップと、
    (f-2) 研磨処理により前記開口部を有する前記窒化膜を平坦化するステップとを含む、
    半導体装置の製造方法
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