JP5114844B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。更に具体的には、SOI構造を有する半導体装置、及びその製造方法に関するものである。
従来の、SOI(Silicon On Insulator)構造を有するトランジスタにおいて、SOI基板は、シリコン支持基板、埋め込み絶縁膜、SOI層が積層されて構成されている。SOI基板上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されている。SOI層は、部分分離絶縁膜により各活性領域に分離されている。部分分離絶縁膜は、SOI層を完全に貫通せずにSOI層中途部分にまで形成されたトレンチ内に、酸化膜等の絶縁膜を埋め込むことにより形成されている。部分分離絶縁膜下部に残されたSOI層は、ウエルとして機能する。
一方、SOI層の、ゲート電極の下の部分は、チャネル領域となる。このチャネル領域両側には、不純物拡散層(エクステンション、ソース/ドレイン)が形成される。一方、部分分離絶縁膜を挟んで、チャネル領域とは反対側に、ボディ電位を固定するためのボディ電位固定領域が形成される。チャネル領域と、ボディ電位固定領域とは、ウエルを介して電気的に接続されている。
ところで、ボディ電位固定領域と、ゲート電極両側の不純物拡散層との形成においては、それぞれ、逆の型のイオンが注入される。従って、ソース/ドレイン注入時には、ボディ電位固定領域はレジストによりマスクされた状態あり、一方、ボディ電位固定領域にイオン注入を行う際には、不純物拡散層側は、レジストによりマスクされた状態となる。
ここで、ゲート電極と、ボディ電位固定領域との間は、部分分離絶縁膜により分離されている。一般に、イオン注入を行う場合には、部分分離絶縁膜上には、レジストマスクを形成しない場合が多い。この場合、イオン注入の際、部分分離絶縁膜上にもイオン注入が行われる。
しかし、SOI構造の半導体装置においては、部分分離絶縁膜は非常に薄いものとなる。従って、部分分離絶縁膜上にマスクなしにイオンが注入された場合、イオンが部分分離絶縁膜を突き抜けて、その下層のウエルにまで注入されることが考えられる。ウエル領域に、イオンが注入された場合、ボディ電位固定領域からチャネル領域に至るウエルの抵抗が高くなり、分離特性の劣化を引き起こすことが考えられるため、問題である。
この対策として、例えば、ソース/ドレイン注入時のマスクとなるレジストマスクを、ボディ電位固定領域上だけでなく、ゲート電極とボディ電位固定領域間の部分分離絶縁膜上まで覆うように形成し、このレジストマスクをマスクとしてイオン注入することにより、ウエルに、不要な不純物が注入されないようにする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−208705号公報
しかし、特に、不純物拡散層(エクステンション、ソース/ドレイン)用のイオン注入時においては、ゲート電極両側の所定の位置に、確実にイオンを注入する必要がある。従って、上述のように、部分分離絶縁膜上にもレジストマスクを形成する場合に、ゲート電極とレジストマスクとの精密な位置合わせが必要となる。しかし、レジストを用いての正確な位置合わせは困難である。そして、レジストマスクを正確に形成できず、例えば、不要にゲート電極とレジストマスクが重なってしまうような場合、必要な位置に、十分にイオンを注入できない場合も考えられる。
従って、この発明は、部分分離絶縁膜の膜厚が薄い場合であっても、イオンの突き抜けを抑えて、不純物拡散層等形成のためのイオン注入を行うことができるように改良した半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
の発明の半導体装置の製造方法は、支持基板と、前記支持基板に形成された埋め込み絶縁膜と、前記埋め込み絶縁膜上に形成された半導体層とを備えるSOI基板の半導体層を、第1領域、第2領域に分離する第1絶縁膜を、前記半導体層上に形成する第1絶縁膜形成工程と、前記半導体層上に、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記第1領域上に第1ゲート電極を形成すると共に、前記第1絶縁膜上に、第1ダミーゲート電極を形成する電極形成工程と、前記第1ゲート電極と前記第1ダミーゲート電極との間を、絶縁膜で埋め込む工程と、前記第2領域を覆う第1レジストマスクを、前記第1ダミーゲート電極の一部を覆うように形成する第1レジストマスク形成工程と、前記第1レジストマスク及び前記第1ゲート電極及び前記第1ダミーゲート電極及び、前記第1ゲート電極と前記第1ダミーゲート電極との間の絶縁膜をマスクとして、前記第1領域に、第1導電型の不純物を注入する第1不純物注入工程と、前記第1レジストマスクを除去する第1レジストマスク除去工程と、前記第1領域を覆う第2レジストマスクを形成する第2レジストマスク形成工程と、前記第2レジストマスクをマスクとして、前記半導体層に、第2導電型の不純物を注入する第2不純物注入工程と、前記第2レジストマスクを除去する第2レジストマスク除去工程と、を備えるものである。

この発明においては、ゲート電極と、第2不純物拡散領域との間の第1絶縁膜上に、第2ゲート電極を形成する。そして、第1不純物拡散領域形成のためのイオン注入においては、このダミーゲートを、マスクとして用いる。従って、第1絶縁膜を突き抜けて、イオンが、第1絶縁膜下方の半導体層にまで注入されるのを抑えることができる。従って、分離特性劣化等を抑えることができ、半導体装置の製造における歩留まりの向上を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
また、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
また、図1〜図23の図2を除く各図において、(a)は、上面からみた状態を表したものであるが、特に説明した場合を除き、簡略化のため、電極側面のスペーサやサイドウォールを省略して表している。また、以下の説明において、便宜的に、各図の(a)における上下方向をY方向と称し、左右方向をX方向と称することとする。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1においては半導体装置を説明するための断面模式図であり、図1(a)は、半導体装置を上面から見たものであり、図1(b)は、図1(a)におけるY−Y´方向の断面を表すものである。
図1に表すように、半導体装置において、基板は、シリコン支持基板2と、埋め込み絶縁膜4(埋め込み絶縁膜)と、SOI(Silicon On Insulation)層6(半導体層)とが積層された構造のSOI基板となっている。なお、この明細書において、「SOI層」とは、SOI基板の最上の半導体層を称するものとする。
SOI層6には、部分分離絶縁膜8(第1絶縁膜)が形成され、各活性領域に分割されている。部分分離絶縁膜8は、SOI層6を下層にある程度残した深さに形成されている。
また、SOI層6上には、ゲート絶縁膜12を介して、ゲート電極14が形成されている。但し、ゲート電極14の長手方向(即ち、Y方向)の両端14a、14bは、共に、部分分離絶縁膜8上に形成されており、この部分においては、ゲート電極14(第1ゲート電極)とSOI層6との間にはゲート絶縁膜12は形成されていない。また、部分分離絶縁膜8上の、ゲート電極14に対して長手方向の延長上(即ち、Y方向)、即ち、ゲート電極端部14bに対向する位置には、ダミーゲート電極16(第2ゲート電極)が形成されている。なお、以下の実施の形態において、「ダミーゲート電極」という場合、実配線に結線されていない電極、あるいは、結線されていても、半導体装置の中で、ゲート電極として機能しない電極をいう。
図1(b)に示すY−Y´方向の断面形状において、部分分離絶縁膜8下部のSOI層6は、ウエル18となっている。ウエル18は、例えば、図示した隣接するトランジスタがnMOSの場合には、pウエルとなっている。また、SOI層6表面の、ゲート電極14の周辺部付近には、不純物拡散層(エクステンション及びソース/ドレイン)20(第1不純物拡散領域)が形成されている。不純物拡散層20は、例えば、トランジスタがnMOSの場合には、n型の不純物が注入された領域である。また、部分分離絶縁膜8を挟んで、ゲート電極14とは反対側の、SOI層6表面には、ボディ電位固定領域22(第2不純物拡散領域)が形成されている。ボディ電位固定領域22は、不純物拡散層20とは逆の型(すなわち、ゲート電極14下層のチャネル領域と同じ型)の不純物が注入された領域であり、例えば、トランジスタがnMOSの場合には、p型の不純物が注入された領域である。即ち、SOI層6のゲート電極14下部のチャネル領域と、ボディ電位固定領域22とは、ウエル18を介して、電気的に接続された状態となっている。そしてボディ電位固定領域22は、外部から、電位固定が可能な状態となっている。
ゲート電極14及びダミーゲート電極16の側面には、シリコン酸化膜からなるスペーサ24が形成されている。スペーサ24の両側には、サイドウォールとして、シリコン酸化膜26、シリコン窒化膜28が形成されている。ここで、ダミーゲート電極16とボディ電位固定領域22との距離は、スペーサ24とサイドウォール(26、28)とを合わせた幅と一致する。言い換えると、ダミーゲート電極16と、ボディ電位固定領域22との間は、スペーサ24とサイドウォール(26、28)により埋め込まれた状態となっている。
以上のように構成された半導体装置100においては、ボディ電位固定領域22に、ボディコンタクト(図示せず)を介して接続された外部の配線から、ボディ電位固定領域22、ウエル18を介して、トランジスタのSOI基板の電位固定を、外部から行うことができる。
また、半導体装置100において、ゲート電極14の端部14aと、ボディ電位固定領域22との間の、部分分離絶縁膜8上に、ダミーゲート電極16が形成されおり、このダミーゲート電極16は、不純物拡散層20形成のためのイオン注入において、部分分離絶縁膜8のマスクとして機能する。従って、部分分離絶縁膜8内に注入されるイオン量は小さく抑えられており、部分分離絶縁膜8を突き抜けてウエル18に混入するイオンの量も、小さく抑えられている。
図2は、この発明の実施の形態1における半導体装置100の製造方法について説明するためのフロー図である。また、図3〜図9は、半導体装置100の製造過程における状態を説明するための模式図である。また、図3〜図11の各図において、(a)は、図1(a)に対応する上面であり、(b)は、図1(b)に対応する断面を表したものである。
また、この実施の形態1における方法は、CMOSを形成する場合に適用されるが、簡略化のため、nMOSトランジスタを形成する場合について中心に説明し、図においても、nMOSトランジスタを中心に表すこととする。
まず、シリコン支持基板2、埋め込み絶縁膜4、及び膜厚30〜200nm程度のSOI層6が形成されたSOI基板上に、シリコン酸化膜30、シリコン窒化膜32を形成する(ステップS2、S4)。その後、図3に示すように、写真製版技術(フォトリソグラフィ)により、トレンチ形成用のレジストパターン34を形成する(ステップS6)。レジストパターン34は、SOI層6の、部分分離絶縁膜8を形成する部分上に開口を有する。
次に、レジストパターン34をマスクとして、シリコン窒化膜32及びシリコン酸化膜30のエッチングを行い、SOI層6に所定の深さのトレンチを形成する(ステップS8)。このトレンチ形成においては、ある程度、トレンチ下部にSOI層6が残るようにエッチングする。その後、レジストパターン34を剥離し(ステップS10)、熱酸化を行う(ステップS12)。これにより、図4に示すように、トレンチ内壁のSOI層6が露出していた部分に、シリコン酸化膜8aが形成される。次に、図5に示すように、少なくともトレンチ内部に、シリコン酸化膜8bを埋め込んで(ステップS14)、アニールによる焼きしめを行う(ステップS16)。
なお、ここでは、熱酸化によりシリコン酸化膜8aを形成せずに、シリコン酸化膜を直接トレンチ内部に埋め込んでもよい。また、シリコン酸化膜8b埋め込み後のアニールによる焼きしめを行わなくてもよい。
次に、全面にレジスト膜を塗布して、エッチング用のレジストパターンを形成して、エッチングを行った後(ステップS18)、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化を行う(ステップS20)。その後、表面に残るシリコン窒化膜32を除去する(ステップS22)。これにより、図6に示すように、トレンチ内部がシリコン酸化膜8a、8bにより埋め込まれ、部分分離絶縁膜8が形成される。
次に、熱酸化によりゲート絶縁膜12を形成し(ステップS24)、ゲート電極14及びダミーゲート電極16形成用のポリシリコン膜を形成する(ステップS26)。
次に、ポリシリコン膜のパターニングを行う(ステップS28)。このとき、ゲート電極14とダミーゲート電極16との間隔は、ルール最小寸法となるようにする。そして、ボディ電位固定領域22とダミーゲート16との間隔は、スペーサ24及びサイドウォールを合わせた幅と同じになるようにする。
より具体的に、ポリシリコン膜のパターニングにおいては、まず、写真製版技術によりレジストパターンを形成した後、これをマスクとしてポリシリコン膜のエッチングを行う。これにより、図7に示すように、所望の形状のゲート電極14及びダミーゲート電極16とを形成する。
次に、ゲート電極14及びダミーゲート電極16の側面に、スペーサ24を形成する(ステップS30)。スペーサ24は、例えば、ゲート電極14及びダミーゲート電極16上に均一に酸化膜を積層し、その後、異方性エッチングを行うことにより形成する。
次に、不純物拡散層20のエクステンション形成のためのイオン注入を行う(ステップS32)。エクステンション形成のためのイオン注入においては、まず、ボディ電位固定領域22を覆うようにレジストマスク36を形成し、エクステンション形成用のイオン注入を行う。即ち、例えばnMOSを形成する場合には、n型のイオンを注入する。このイオン注入においては、レジストマスク36及びゲート電極14、ダミーゲート電極16がマスクとなる。従って、n型イオンは、ゲート電極14の両側のSOI層6に注入され、エクステンションが形成される。なお、イオン注入においては、ゲート電極14側面は、スペーサ24で保護されているため、イオン注入により、ゲート電極14がダメージを受けるのを抑えることができる。
また、このとき、部分分離絶縁膜8上には、ダミーゲート電極16が形成されており、ダミーゲート電極16がイオン注入時におけるマスクとなる。従って、ウエル18上の部分分離絶縁膜8中に注入されるイオンの量は抑えることができるため、ウエル18内に混入されるイオンの量も抑えられている。また、ボディ電位固定領域22側はレジストマスク36により覆われているため、イオンは注入されない。
その後、p型のイオンを注入し、エクステンション下方を取り囲むように、ポケット(図示せず)を形成する。この注入においても、エクステンション注入時と同様に、ゲート電極14、ダミーゲート電極16、レジストマスク36がマスクとなる。ポケット用のイオン注入後、レジストマスク36を除去する。
次に、ボディ電位固定領域22側にイオン注入を行う(ステップS34)。このイオン注入においては、図9に示すように、nMOSトランジスタを形成する領域を覆うレジストマスク38を形成する。その後、レジストマスク38をマスクとして、ボディ電位固定領域22側に、p型のイオンの注入を行う。なお、このとき、図示しない個所において、pMOSトランジスタを形成する場合には、pMOSトランジスタ用のゲート電極両側に、nMOSの場合と同様にエクステンションが形成される。またこの場合、必要に応じてn型のイオンを注入し、エクステンションを囲むポケットを形成する。その後、レジストマスク38を剥離する。
次に、図10に示すように、サイドウォールを形成する(ステップS36)。具体的に、まず、シリコン酸化膜26、シリコン窒化膜28を、順に積層する。その後、エッチバックにより、ゲート電極14及びダミーゲート電極16側面にのみシリコン酸化膜26及びシリコン窒化膜28を残す。これにより、サイドウォールが形成される。なお、エッチバックは、スペーサ24とサイドウォール(26、28)とを合わせた最も太い部分(即ち、図10(b)においては、サイドウォール下部の幅)が、ボディ電位固定領域22とダミーゲート電極16との間隔と一致するような幅になるように行う。言い換えると、ダミーゲート電極16とボディ電位固定領域22との間の表面部が、スペーサ24とサイドウォール(26、28)とにより埋め込まれた状態となるようにする。
次に、nMOSトランジスタの、不純物拡散層20のソース/ドレイン形成用のイオン注入を行う(ステップS38)。ここでは、図11に示すように、エクステンション形成時と同様に、ボディ電位固定領域22側を覆うレジストマスク40を形成する。ここでは、ボディ電位固定領域22上とダミーゲート電極16との間は、スペーサ24とサイドウォール(26、28)により埋め込まれている。即ち、スペーサ24とサイドウォールとが、イオン注入時における、ダミーゲート電極16とボディ電位固定領域22との間のマスクとなる。従って、レジストマスク40は、高い位置合わせ精度を要求されず、少なくともボディ電位固定領域22を覆うような形で形成すればよい。
その後、レジストマスク40と、ゲート電極14、ダミーゲート電極16及びそれらの側面のスペーサ24及びサイドウォール26、28をマスクとして、n型のイオン注入を行う。これにより、ゲート電極14両側のSOI層6に、接合深さが深く、比較的不純物濃度の高いソース/ドレインの注入が完了し、ゲート電極14周辺のSOI層6に、不純物拡散層20が形成される。なお、このとき、イオンは比較的、高濃度、高エネルギーで注入されるが、部分分離絶縁膜8上は、ダミーゲート電極16である程度覆われている。従って、部分分離絶縁膜8を突き抜けて、その下層のウエル18にまで注入されるイオンの量は、十分に小さく抑えることができるようになっている。イオン注入後、レジストマスク40を除去する。
次に、ボディ電位固定領域22側に、イオン注入を行う(ステップS40)。ここでは、ステップS34のnMOSトランジスタ側のイオン注入と同様、まず、p型イオンを注入しない領域を覆うレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクとダミーゲート電極16及びその側面に形成されたスペーサ24及びサイドウォール26、28とをマスクとして、p型のイオン注入を行う。これにより、ボディ電位固定領域22に、p型のイオンが高濃度に注入され、ボディ電位固定領域22が形成される。また、同時に、図示されていないpMOSトランジスタのソース/ドレインが形成される。その後、レジストマスクを除去する。また、必要に応じて、活性化のための熱処理等を行う。
以上のような工程の後、基板上に形成されたゲート電極等を埋め込んで、絶縁膜を形成し、CMPによる平坦化を行う。即ち、ここでは、基板上には、ゲート電極14の他に、ダミーゲート電極16が形成された状態のまま、これらを埋め込む絶縁膜を形成してCMPを行う。従って、平坦性の高い平坦化を行うことができる。
その後、不純物拡散層20やボディ電位固定領域22に接続するコンタクトプラグ等を形成する。更にこの絶縁膜の上に、必要な多層配線層等を形成することにより、半導体装置を得ることができる。
以上説明したように、実施の形態1においては、不純物拡散層20形成のためのイオン注入において、部分分離絶縁膜8上に形成されたダミーゲート電極16がマスクとして機能する。従って、部分分離絶縁膜8に注入されるイオンを抑えることができ、イオンが部分分離絶縁膜8を突き抜けて、部分分離絶縁膜8下層のウエル18に注入されてしまうの抑えることができる。従って、チャネル領域とボディ電位固定領域22とを繋ぐウエル18の分離特性劣化等を抑え、デバイス特性の良好な半導体装置を得ることができる。
具体的に、チャネル領域とボディ電位固定領域22との間の抵抗を考える。例えば、従来の、ダミーゲート電極16を形成しない半導体装置においては、例えば、ゲート電極端部14b下部の半導体層の抵抗が、100Ω/シートで2シート、即ち、200Ω、また、部分分離絶縁膜8下部の領域のウエル18の抵抗が、1000Ω/シートで1シート、即ち、1000Ω程度と仮定すると、全体の抵抗は、1200Ωとなる。なお、ここで、部分分離絶縁膜8下部のウエル18のシート抵抗は、イオンの突き抜けがおきているため大きくなっている。
これに対して、同様の構造の半導体装置にダミーゲート電極16を形成して、部分分離絶縁膜8上を覆った場合、このダミーゲート電極16で覆われた部分のシート抵抗が、ゲート電極端部14b下部のSOI層6のシート抵抗と同じ、100Ω/シートとなる。また、部分分離絶縁膜8のダミーゲート電極16が形成されない部分では、同様にイオンの突き抜けが起きるため、シート抵抗が、1000Ω/シートであるとして、この部分は、従来の場合に比して小さく、0.5シート程度となる。従って、全体の抵抗は、ゲート電極端部14bの下部が200Ω、突き抜けの起きる部分の部分分離絶縁膜8下部の抵抗が500Ω、ダミーゲート電極16が形成されている部分の部分分離絶縁膜8下部の抵抗が100Ω程度、となり、全体で、800Ω程度の抵抗となる。
このように、ダミーゲート電極16を形成した場合には、ボディ電位固定領域22とチャネル領域との間の抵抗を小さく抑えることができる。
図12は、この発明の実施の形態1における半導体装置の他の例を説明するための模式図であり、図12(a)は、上面を表し、図12(b)は、図12(a)におけるY−Y´方向の断面を表す。
図12に示す半導体装置は、ダミーゲート電極116が、ボディ電位固定領域22上に、一部重なりあうよう配置されている点を除き、図1に示す半導体装置100と同じものである。
図12に示す半導体装置においては、ボディ電位固定領域22とダミーゲート電極116との隙間には、SOI層6が露出していない状態となる。このような構造にすることにより、トランジスタの不純物拡散層(エクステンション及びソース/ドレイン)20の注入時において、ボディ電位固定領域22を覆うレジストマスクを形成する場合に、レジストマスクとダミーゲート電極116との正確な位置合わせが不要となる。また、形成したレジストマスクに、合わせズレが起きていた場合にも、ダミーゲート電極116により、ボディ電位固定領域22への不要な不純物(即ち、逆の型の不純物)の注入を効果的に抑えることができる。従って、ボディ電位固定領域22と、ウエル18との分離特性劣化を起こすことなく、デバイス特性の良好な半導体装置を得ることができる。
なお、実施の形態1においては、便宜的に、nMOSトランジスタと、この電位を固定するp型のボディ電位固定領域22を図示して説明した。しかし、この発明は、CMOS等に適用することができるものであり、従って、他の領域に、pMOSトランジスタと、n型のボディ電位固定領域を同様の方法で、同時に形成することができる。
実施の形態2.
図13は、この発明の実施の形態2における半導体装置200を説明するための模式図である。図13(a)は、上面から見た状態、図13(b)は、図13(a)におけるY―Y´方向の断面、図13(c)は、図13(a)におけるX−X´方向の断面を表す。また、図14は、この発明の実施の形態2における半導体装置200の製造過程における状態を説明するための模式図であり、図14(a)〜図14(c)は、それぞれ、図13(a)〜図13(c)に対応する部分を表している。
実施の形態2における半導体装置200は、完全分離絶縁膜(完全分離領域)42を有する点を除き、図1の半導体装置100と同様の構造を有する。すなわち、半導体装置200は、半導体装置100と同様に、部分分離絶縁膜8上に、ダミーゲート電極16を有し、イオン注入において部分分離絶縁膜8をイオンが突き抜けることにより、その下層のウエル18へ混入するのを抑えることができる構造となっている。
半導体装置200の完全分離絶縁膜42は、ゲート電極14の端部14b、即ち、ボディ電位固定領域22側のゲート電極端部14bの両側に設けられている。完全分離絶縁膜42は、図13(c)に示すように、ゲート電極14bの両側のSOI層6が埋め込み絶縁膜4に至るまでエッチングされて、ここに、シリコン酸化膜が埋め込まれることにより形成された領域である。
このように、ゲート電極端部14bに、完全分離絶縁膜42を設けることにより、寄生容量の低減が可能となっている。
半導体装置200の製造方法は、半導体装置100の製造方法と類似する。但し、部分分離絶縁膜8を形成するためのトレンチを形成した後(ステップS6〜S10)、完全分離絶縁膜42形成のための溝を形成する。具体的には、図14(a)〜14(c)に示すように、完全分離絶縁膜42を形成する領域において開口を有するレジストマスク44を形成した後、このレジストマスク44をマスクとして、完全分離絶縁膜42を形成する領域のSOI層6を埋め込み絶縁膜4に至るまでエッチングする。その後は、実施の形態1のステップS12〜S22と同様に、SOI層6に形成されたトレンチ及びこの溝に、シリコン酸化膜を埋め込んで、平坦化することにより、部分分離絶縁膜8及び完全分離絶縁膜42を同時に形成する。
その後の製造方法は、実施の形態1において説明したステップS24〜S40と同様に行う。これにより、半導体装置200を製造することができる。
以上説明したように、実施の形態2においては、ゲート電極14端部の両側に完全分離絶縁膜42を形成する。これにより、ゲート電極14端部14bの両端が、完全に分離される。従って、ゲート電極14下部のチャネル領域と、ボディ電位固定領域22間の抵抗値を小さく抑えることができるため、より安定してボディ固定を行うことができる。
また、このように完全分離絶縁膜42を形成する場合にも、部分分離絶縁膜8の形成と同時に完全分離絶縁膜42を形成することができるため、半導体装置の製造工程数の増加は小さく抑えることができる。
なお、実施の形態2においては、完全分離絶縁膜42を、ゲート電極14の端部14bの両側に形成する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、ゲート電極14の他方の端部14a両側に、同様にして完全分離絶縁膜を形成したものであってもよい。このようにしても、トランジスタの低抵抗化を測ることができる。また、このように、部分的に選択して完全分離絶縁膜を形成するものに限らず、例えば、トランジスタ形成用のアクティブ領域とボディ電位固定領域22形成部分と、ゲート下のチャネル領域とボディ電位固定領域22とを接続するウエル18の形成領域等、SOI層6を残す必要がある部分を除き、全てのSOI層6を除去するように完全分離絶縁膜を形成するものであってもよい。これにより、更にトランジスタの低抵抗化を図ることができる。
図15は、実施の形態2における半導体装置の他の例を説明するための模式図であり、図15(a)は、上面、図15(b)、15(c)は、それぞれ、図15(a)におけるY−Y´方向、X−X´方向の断面を表す。
図15に示す半導体装置210は、ゲート電極14に代えて、図15に表すような形状のゲート電極114を有する点を除き、図13の半導体装置200と同じものである。ゲート電極114は、具体的には、その端部114bが、上から見た場合に横方向(即ち、X方向)に広がった形状となっている。ここでは、ゲート電極端部114bの幅を広くすることにより、完全分離絶縁膜42と重なる部分が大きくなっている。このように、ゲート電極端部114bの幅を大きくして、完全分離絶縁膜42と重なる部分を大きくすることにより、完全分離絶縁膜42やゲート電極114形成のための露光等における、完全分離絶縁膜42とゲート電極114との位置合わせのマージンを大きく取ることができる。また、アライメントズレが生じた場合にも、ゲート電極端部114bと、完全分離絶縁膜42とを確実オーバーラップさせることができる。従って、ゲート電極端部114bと完全分離絶縁膜42とのオーバーラップ分の寄生容量を、更に低減することができる。
実施の形態3.
図16は、この発明の実施の形態3における半導体装置300を説明するための模式図であり、図16(a)は、上面を表し、図16(b)は、図16(a)におけるY−Y´方向の断面を表す。
図16に示す、実施の形態3における半導体装置300は、ゲート電極14とダミーゲート電極16との間が、シリコン酸化膜50により埋め込まれている点を除き、図1の半導体装置100と同じものである。
図17は、実施の形態3の半導体装置300の製造方法について説明するためのフロー図である。また、図18は、半導体装置300の製造過程における状態を説明するための断面模式図であり、図18(a)、18(b)は、それぞれ、図16(a)、16(b)に対応する部分を表す。
図17のフローチャートに示す製造工程は、図2のフローチャートの示す製造工程のステップS34とステップS38との間に実行される。すなわち、ステップS2〜S34と同様の工程が実行された後、ステップS36と同様に、サイドウォール(26、28)を形成する(ステップS302)。
次に、ゲート電極14とダミーゲート16との間に、シリコン酸化膜50を埋め込む(ステップS304)。具体的には、まず、サイドウォール(26、28)まで形成された状態の基板全面に、シリコン酸化膜50を形成する。形成するシリコン酸化膜50の膜厚T50は以下の式(1)を満たすようにする。
50≧(Y−2X)/2 ・・・・(1)
なお、ここで、Xは、サイドウォール(26、28)とスペーサ24との最も太い部分の幅を表し、Yは、ゲート電極14とダミーゲート電極16との間隔(あるいは、ダミーゲート電極16間の間隔)を表す。
その後、異方性エッチングによるエッチバックを行う(ステップS306)。このとき、ゲート電極14及びダミーゲート電極16の側面の、周囲の素子との間隔が広い個所では、スペーサ形状のシリコン酸化膜50が形成される。一方、ゲート電極14とダミーゲート電極16とが対向している個所のように、周囲の素子との間隔の狭い個所では、シリコン酸化膜50が埋め込まれた状態となる。このようにして、ゲート電極14とダミーゲート電極16との間が、シリコン酸化膜50により埋め込まれる。
その後、ゲート電極14及びダミーゲート電極16側面の、周囲の素子との間隔が広い個所に残ったスペーサ形状のシリコン酸化膜50を除去する(ステップS308)。これにより、ダミーゲート電極16とゲート電極14との間を埋め込むシリコン酸化膜50が形成される。
その後、実施の形態1と同様に、図2のステップS38において、不純物拡散層20の、ソース/ドレイン形成のためのイオン注入を行う。なお、このとき、ダミーゲート電極16とゲート電極14との間はシリコン酸化膜50により埋め込まれた状態となっている。従って、イオン注入において、ダミーゲート電極16と、ゲート電極14との間から、部分分離絶縁膜8にイオンが注入されるのを抑えることができるようになっている。
このようにして、図16に示す半導体装置300が形成される。
以上説明したように、この発明の実施の形態3においては、サイドウォール(26、28)形成後、ゲート電極14とダミーゲート電極16間を埋め込むシリコン酸化膜50を形成する。これにより、ソース/ドレイン注入の際、より確実に、部分分離絶縁膜8へのイオンの注入を抑えることができる。従って、ゲート電極14とダミーゲート電極16との間のSOI層6においても、部分分離絶縁膜8を突き抜けて、イオンが注入されるのを抑えることができ、半導体装置の分離特性劣化をより確実に防止することができる。
なお、実施の形態3においては、実施の形態1における半導体装置100のゲート電極14及びダミーゲート電極16間を、シリコン酸化膜50により埋め込んだ場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、実施の形態1の他の例において説明したように、ボディ電位固定領域22とダミーゲート電極16とが一部重なっているもの(図12)や、実施の形態2において説明した半導体装置200のように完全分離絶縁膜42を有するもの(図13)、更には、ゲート電極端部114bが幅広になっているもの(図15)など、実施の形態1,2において説明した他の半導体装置と組み合わせることもできる。
また、実施の形態3においては、式(1)に示す膜厚になるように、シリコン酸化膜50を形成する場合について説明した。しかし、この発明は、必ずしもこれに限るものではなく、確実に、ダミーゲート電極16とゲート電極14間を埋め込めるようにすれば、他の膜厚に形成したものであってもよい。
実施の形態4.
図19は、この発明の実施の形態4における半導体装置400を説明するための模式図であり、図19(a)は、上面、図19(b)は、図19(a)におけるY−Y´方向の断面を表す。
図19に示すように、実施の形態4における半導体装置400は、不純物拡散層20を取り囲むようにして形成されたダミーゲート電極52を有する点を除き、図1の半導体装置と同じものである。また、ダミーゲート電極52の側面は、ダミー電極16側面と同様に、シリコン酸化膜からなるスペーサ24、及び、シリコン酸化膜26とシリコン窒化膜28とからなるサイドウォールが形成されている。このスペーサ24と、サイドウォールとを合わせた幅は、ダミーゲート電極52と、不純物拡散層20との隙間の幅と一致する。即ち、ダミーゲート電極52と、不純物拡散層20との隙間は、スペーサ24及びサイドウォールにより埋め込まれた状態となっている。
半導体装置400は、半導体装置100の製造方法と同様の方法により製造することができる。但し、ゲート電極14形成用のポリシリコンを堆積した後、パターニングを行う際(ステップS28)に、ダミーゲート電極52を形成する部分上にもレジストマスクを形成し、これをマスクとしてエッチングを行う。これにより、ゲート電極14、ダミーゲート電極16と共に、ダミーゲート電極52をも形成することができる。ダミーゲート電極52側面の、スペーサ24の形成やサイドウォールは、ゲート電極14、ダミーゲート電極16のスペーサ24、サイドウォール(26、28)の形成と同時に形成することができる。このとき、スペーサ24とサイドウォールとの幅を、不純物拡散層20とダミーゲート電極52との間を埋め込む幅に調節する条件で行うとよい。
以上説明したように、半導体装置400においては、不純物拡散層20を取り囲むようにして、ダミーゲート電極52を形成する。これにより、不純物拡散層(エクステンション、ソース/ドレイン)20注入時において、イオンが、部分分離絶縁膜8を突き抜けるのを、より効果的に抑えることができる。従って、不純物拡散層20周辺においても、イオンの突き抜けを抑えて、SOI層6における分離特性劣化を効果的に防止することができる。
なお、実施の形態4においては、実施の形態1と同様の半導体装置100の周囲にダミーゲート電極52を形成する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、実施の形態1〜3に説明した他の半導体装置に、ダミーゲート電極52を組み合わせたものであってもよい。
図20は、実施の形態4における他の半導体装置410を説明するための模式図である。図20に示すように、半導体装置410には、ダミーゲート電極152が形成されている。但し、半導体装置410において、ダミーゲート電極152は、半導体装置400のダミーゲート電極52ように、1続きの電極ではなく、細分化された複数の小さなダミーゲート電極152が、ダミーゲート電極52と同様の範囲内を埋めるように、配列されている。また、この細分化されたダミーゲート電極152は、ルール最小寸法で形成されており、隣あうダミーゲート電極152の間は、サイドウォール等の形成時に、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等で埋め込まれた状態となっている。
このような形状にしても、半導体装置の低抵抗化を図ることができる。また、ダミーゲート電極152を細分化したものとすることにより、その後の、ゲート電極等を埋め込む絶縁膜の形成におけるCMPにおいて、より平坦性を向上させることができる。
図21は、この発明の実施の形態4における他の半導体装置420を説明するための模式図である。
図21に示す半導体装置420は、図13に示す半導体装置200と同様に、ゲート電極端部14bの両側に完全分離絶縁膜42を有する点を除き、図19の半導体装置400と同様の構造を有する。即ち、ゲート電極端部14bの両側のSOI層6は、埋め込み絶縁膜4に至るまでエッチングされてシリコン酸化膜が埋め込まれた状態となっている。また、図21に示すように、半導体装置420においては、完全分離絶縁膜42の両側に、ダミーゲート電極52の端部がそれぞれ重なるようになっている。このように、ダミーゲート電極52を有する半導体装置に、更に、完全分離絶縁膜42を形成することにより、寄生容量の低減を図ることができ、デバイス特性の良好な半導体装置を得ることができる。
実施の形態5.
図22〜24は、この発明の実施の形態5における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。図22〜24の各図において、(a)、(b)は、それぞれ、図1(a)、図1(b)に対応する部分を表す。
実施の形態5の半導体装置500は、ゲート電極60の形状が異なる点を除き、図1に示す半導体装置100と同様のものである。
具体的に、半導体装置500において形成するゲート電極60は、半導体装置100に比べて、長手方向の長さが長くなっている。但し、両側に不純物拡散層20が形成される部分のY方向の長さは同じであり、この長さに対して、不純物拡散層20が両側に形成されない部分である、ゲート電極端部60bの長さが、長くなっている。
図22に示す半導体装置500の製造方法は、ステップS32、S34、S38、S40における各イオン注入時のレジストマスクの形状が異なる点を除き、図2に示す半導体装置100の製造方法と同じものである。具体的に、不純物拡散層20のエクステンション形成時(ステップS32)においては、ボディ電位固定領域22側に形成するレジストマスク62は、図22に示すように、長く形成されたゲート電極60の端部60bの一部をも覆うように形成される。このゲート電極端部60bは、通常のゲート電極よりも長く形成されており、ゲート電極端部60bの両側には、不純物が形成されない領域があっても問題はない。
また、図23に示すように、ボディ電位固定領域22側にイオン注入を行う場合(ステップS34)、そのレジストマスク64は、ダミーゲート電極16の、ゲート電極60に対向する側の一部分まで覆うように形成する。ダミーゲート電極16下部は、部分分離絶縁膜8が形成されており、本来、イオン注入が行わなくてよい領域であるから、このようにレジストマスク64を形成しても問題がなく、また、ダミーゲート電極16の一部にまで、レジストマスク64を重ねることにより、ボディ電位固定領域22に注入するイオンが、部分分離絶縁膜8に注入され、これを突き抜けてウエルが高抵抗になるのを抑えることもできる。
また、図24に示すように、サイドウォール形成後、不純物拡散層20のソース/ドレイン用イオンの注入においても、同様に、レジストマスク66を、ゲート電極60bの先端部にまで覆うように形成してイオン注入を行う。更に、その後、ボディ電位固定領域22へのイオン注入においても、図22と同様にレジストマスクを形成してイオン注入を行えばよい。
以上説明したように、レジストマスク62、66を、ゲート電極60b上にまで重ねて形成することにより、イオン注入時において、レジストマスクが常に形成される領域が存在する。この領域は、部分分離絶縁膜8上の一部の領域であり、イオンの突き抜けを抑える必要がある領域である。従って、この部分に常にレジストマスクが形成される状態にすることにより、イオン注入時において部分分離絶縁膜8を突き抜けSOI層6にまでイオンが注入されるのを抑え、SOI層6の分離特性劣化等の発生を、抑えることができる。
なお、ここでは、ゲート電極60の長手方向の長さを長くして、レジストマスクとの重ね合わせの裕度を大きく取っている。従って、レジストマスク62、66とゲート電極60との重ね合わせずれを抑えることができ、より確実に高抵抗化を抑えた半導体装置を得ることができる。
なお、ここでは、実施の形態1における半導体装置100を形成する場合を例にとって説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、実施の形態1〜4において説明した他の半導体装置と組み合わせて、各製造過程において、レジストマスクをオーバーラップさせて形成することも可能である。このようにすることにより、部分分離絶縁膜8のイオンの突き抜けをより確実に抑え、半導体装置の低抵抗化を図ることができる。
実施の形態6.
図25は、この発明の実施の形態6における半導体装置600を説明するための上面図であり、電気的な接続を表すため、配線、電極、拡散層のみを表したものである。また、図26、図27は、半導体装置600の断面図であり、それぞれ、図25における、X−X´方向、Y−Y´方向の断面を表す。
図25に示すように、半導体装置600は、実施の形態1において説明した半導体装置100に、配線70、72、74をそれぞれ接続したものである。
具体的に、図26、27を参照して、半導体装置600においては、実施の形態1と同様に、シリコン支持基板2、埋め込み絶縁膜4、SOI層6からなるSOI基板に、部分分離絶縁膜8が形成され、ゲート絶縁膜12を介して、ゲート電極14が形成されている。また、部分分離絶縁膜8上には、ダミーゲート電極16が形成されている。また、SOI層6の所定の個所には、不純物拡散層20、ボディ電位固定領域22が形成されている。また、ゲート電極14及びダミーゲート電極16の側面は、スペーサ24、シリコン酸化膜26及びシリコン窒化膜28が形成されている。これらの構造は、実施の形態1において説明したものと同様であり、ダミーゲート電極16により、部分分離絶縁膜8の直下へのイオンの突き抜けが抑えられている。
このように構成されたゲート電極14、ダミーゲート電極16の表面、不純物拡散層20の表面の一部、及び、ボディ電位固定領域22の表面は、それぞれ、シリサイド化されており、金属シリサイド層80、82、84、86が形成されている。また、ゲート電極14、ダミーゲート電極16等を埋め込んで、SOI層6上には、層間膜88が形成されている。層間膜88には、コンタクト90が形成されている。そして、コンタクト90により、不純物拡散層20はアルミ配線70にそれぞれ接続され、ゲート電極14はアルミ配線72に接続され、ボディ電位固定領域22はアルミ配線74に接続されている。
なお、実施の形態6においては、半導体装置100上層に配線を接続した構造の1例を示した。しかし、この発明において、ゲート電極14や、不純物拡散層20との配線の接続は、この例に限るものではなく、他の構造であってもよい。また、この発明において、このような配線は、当然に、実施の形態2〜5における半導体装置200〜500においても形成され得るものである。即ち、実施の形態1〜5において説明した各半導体装置200〜500においては、必要な個所において配線やプラグ等が形成され、ゲート電極や不純物拡散層、ボディ電位固定領域に電気的に接続される。
なお、例えば、実施の形態1〜6において、シリコン支持基板2、埋め込み絶縁膜4、SOI層6からなるSOI基板は、それぞれ、この発明の、「シリコン支持基板」、「埋め込み絶縁膜」、「半導体層」からなる「基板」に該当し、ゲート電極14あるいは60は、「ゲート電極」、ダミーゲート電極16あるいは116は、「ダミーゲート電極」に該当し、不純物拡散層20、ボディ電位固定領域22は、部分分離絶縁膜8は、それぞれ、「不純物拡散層」、「第2不純物拡散領域」、「第1絶縁膜」に該当する。また、例えば、実施の形態2の、完全分離絶縁膜42は、この発明の「完全分離絶縁膜」に該当し、実施の形態2の他の例におけるゲート電極端部114bは、この発明の「完全分離絶縁膜上に接して形成された部分」に該当する。また、例えば、実施の形態3のシリコン酸化膜50は、この発明の「絶縁膜」に該当し、実施の形態4の、ダミーゲート電極52、152は、この発明の「第3ゲート電極」に該当する。
また、例えば、ステップS2〜S20を実行することにより、「第1絶縁膜形成工程」が実行され、ステップS26〜S28を実行することにより「電極形成工程」が実行され、ステップS30あるいはS32を実行することにより、「第1レジストマスク形成工程」、「第1不純物注入工程」、「第1レジストマスク除去工程」が実行され、ステップS32あるいはS34を実行することにより、「第2レジストマスク形成工程」、「第2不純物注入工程」及び「第2レジストマスク除去工程」が実行される。
実施の形態7.
図28は、この発明の実施の形態7の半導体装置700を説明するための模式図であり、図28(a)は上面を表し、図28(b)は、図28(a)の楕円aで囲まれた部分のX−X´方向の断面を表す。実施の形態7においては、ゲート電極714(a、b)と不純物拡散層720(a、b)を含むトランジスタを複数有する場合に、ダミーゲート電極716を配置した半導体装置700について説明する。図28においては、電極等の接続構造を説明するため、電極、配線及び必用な不純物注入領域のみを透視して表している。なお、図28において、細い実線はSOI層706に形成された各不純物注入領域を表し、太い実線はゲート電極714(a、b)、ダミーゲート電極716及び、その上の第1層目のメタル配線層に形成された配線770を表している。また、点線は、2層目以上のメタル配線層に形成された配線772を表している。なお、図28に示す半導体装置700は、SOI基板にpMOSFETとnMOSFETとが形成されたcMOSFETである。
具体的に、図28(a)、28(b)に示すように、半導体装置700は、Si支持基板702上に、BOX層(埋め込み絶縁膜)704、SOI層(半導体層)706が積層されたSOI基板を有し、SOI基板は、nMOS、pMOS形成用の複数の活性領域に、完全分離絶縁膜710により分離されている。なお、完全分離絶縁膜710は、SOI層706を完全にエッチングし、その部分に酸化膜を埋め込むことにより構成されている。活性領域のそれぞれには、ゲート絶縁膜712を介してゲート電極714a、714bが形成されている。ゲート電極714a、714b周囲の活性領域には、それぞれ、不純物拡散層(エクステンション及びソース/ドレイン)720a、720b(第1不純物拡散領域)が形成されている。
半導体装置700の外周部には、ウエル電位固定領域722(第2不純物拡散領域)が形成されている。pMOS側のウエル電位固定領域722は、ゲート電極714a、714b下部のチャネル領域(ボディ)にウエル718a、718bを介して接続され、ボディ部の電位を固定するための領域である。従って、ウエル電位固定領域722には、pMOSのゲート電極714a、714b下部のボディと同じようにn型のイオンが注入されている。一方、nMOS側のウエル電位固定領域722は、ゲート電極714a、714b下部のチャネル領域(ボディ)にウエル718a、718bを介して接続し、ボディの電位を固定するための領域である。従って、ウエル電位固定領域722には、nMOSのゲート電極714a、714b下部のボディと同様に、p型のイオンが注入されている。また、ウエル718a、718bは、SOI層706の膜厚の中途部までエッチングされた、薄いSOI層にイオンを注入することにより構成されている。またウエル718a、718b上には、完全分離絶縁膜710形成時に同時に、部分分離絶縁膜708が形成されている。
ところで、実施の形態1〜6において説明したように、部分分離絶縁膜708下に形成されたSOI層(すなわち、ウエル718a、718b)に、不純物拡散層720a、720bあるいはウエル電位固定部領域722の形成時のイオン注入において、イオンが注入されると、ウエルの分離特性が劣化する場合がある。このため、半導体装置700においても、部分分離絶縁膜708の下部にSOI層706が形成されたPTI領域(Partial Trench Isolation)に、イオンが注入されないように、この領域にダミーゲート電極を設ける。
しかしながら、全てのPTI領域上にダミーゲート電極を形成しようとすると、半導体装置700の微細化の妨げとなることが考えられる。すなわち、半導体装置700に形成される各トランジスタの不純物拡散層720a、720bの大きさはトランジスタによって異なっている。このため、ウエル電位固定領域722と不純物拡散層720a、720bとの距離はトランジスタごとに異なるものとなる。従って、ウエル電位固定領域722と全てのゲート電極714a、714bとの間を埋めるようにダミーゲート電極を形成しようとしても、ゲート電極714a、714bとウエル電位固定領域722との隙間が微小な場合には、そのレイアウトルールに従うと、ダミーゲート電極716を配置するスペースが確保できないことが考えられる。このような場合に、半導体装置全体を大きくしてダミーゲート電極716形成用のスペースを確保することも可能であるが、半導体装置の微細化に対する要求を満足することはできず好ましいものではない。
一方、イオン注入におけるイオンの突き抜けによる影響はPTI領域が大きい(長い)場合に特に大きなものとなり、PTI領域が小さなものである場合にはその抵抗値の増大は比較的小さな物となる。従ってイオン注入時には、PTI領域が広い場合には特にダミーゲート電極716を用いてイオンの突き抜け防止を図ることが好ましい。
以上より半導体装置700においては、ウエル電位固定領域722との距離が長い、ゲート電極714bとウエル電位固定領域722との間のPTI領域上にのみダミーゲート電極716を配置し、ウエル電位固定領域22との距離が短いゲート電極714aとの間には、ダミーゲート電極を形成していない。これにより、半導体装置全体の大きさを増大させることなく、イオン突き抜けによる接続破壊を抑えることができる。なお、ダミーゲート電極716の周辺の、広く電極が形成されない部分分離絶縁膜708上の領域には、ダミー電極774が形成され、後のCMPにおける平坦性が確保される。
図29は、この発明の半導体装置700の製造方法について説明するためのフローチャートである。また、図30〜図38は、この発明の半導体装置700の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。図30〜図38は、図28(b)に対応する断面を表したものである。
まず、図30に示すように、Si支持基板702上にBOX層704、SOI層706が積層されたSOI基板上に、シリコン酸化膜730、ポリシリコン膜732、シリコン窒化膜734が順に形成され(ステップS702〜706)、シリコン窒化膜734上にレジストパターン736が形成される(ステップS708)。レジストパターン736は、部分分離絶縁膜708を埋め込む部分において開口するようにフォトリソグラフィにより形成される。
次に、図31に示すように、レジストパターン736をマスクとして、異方性エッチングが行われる(ステップS710)。これにより、シリコン窒化膜734、ポリシリコン膜732及びシリコン酸化膜730がエッチングされ、更に、SOI層706の一部を残し、途中までエッチングされて、SOI層706にトレンチが形成される。その後、不要なレジストパターン736が除去される(ステップS712)。
次に、図32に示すように、形成したトレンチの内壁部を酸化して、酸化膜708aを形成する(ステップS714)。次に、完全分離絶縁膜710を形成する領域にレジストパターン738を形成する(ステップS716)。つまり、SOI層を全て残して活性領域を形成する領域と、SOI層の一部を残してウエル718a、718bを形成する領域(PTI)を覆うようにレジストパターン738を形成する。次に、レジストパターンをマスクとして、表面に形成された酸化膜710aと共に、SOI層706のエッチングを行う(ステップS718)。その後、不要なレジストパターンを除去する(ステップS720)。
次に、図33に示すように、プラズマシリコン酸化膜708を埋め込み(ステップS722)、CMPを行う(ステップS724)。CMPは、シリコン窒化膜734の表面で停止する。その後、不要部分のプラズマシリコン酸化膜708及び、シリコン窒化膜734、ポリシリコン膜732を除去する(ステップS726〜S728)。
次に、図34に示すように、チャネル注入を行う(ステップS730)。半導体装置700は、n型、p型のトランジスタを有するcMOSであるから、pMOS領域のチャネルを注入の際にはnMOS領域を覆うレジストを形成し、これをマスクとしてチャネル注入を行い、nMOS領域のチャネル注入の際にはpMOS領域を覆うレジストを形成して、これをマスクとしてチャネルの注入を行う。
次に、図35に示すように、ゲート絶縁膜712を形成し(ステップS732)、ゲートポリシリコン740を成膜する(ステップS734)。更に、ゲート電極714a、714b、及びダミーゲート電極716、ダミー電極774を形成する部分を覆うレジストパターンをフォトレジストにより形成する(ステップS736)。
次に、図36に示すように、レジストパターン742をマスクとして、ゲートポリシリコン740のエッチングを行う(ステップS738)。その結果、ゲート電極714a、714b、ダミーゲート電極716及びダミー電極774が必要な箇所に形成される。その後、不要なレジストパターンを除去する(ステップS740)。
次に、図37に示すように、ゲート電極714a、714b、ダミーゲート電極716、ダミー電極774の側面にスペーサ724を形成する(ステップS742)。スペーサ724は、シリコン酸化膜を成膜した後、異方性エッチングを行うことにより形成される。次に、ポケットの注入(ステップS744)、エクステンションの注入を行う(ステップS746)。pMOS領域のポケット、エクステンション注入においては、nMOS領域を覆うレジストを形成し、このレジストと、ゲート電極714a、714b及びダミーゲート電極716、ダミー電極774をマスクとして、ポケット形成用のイオン注入を行い、その後エクステンション形成用のイオン注入を行う。その後、レジストを除去する。一方、nMOS領域のポケットとエクステンションの注入においては、pMOS領域を覆うレジストを形成し、このレジストとゲート電極714a、714b及びダミーゲート電極716、ダミー電極774をマスクとして、ポケット形成用のイオン注入を行い、その後、エクステンション形成用のイオン注入を行う。その後レジストを除去する。これにより、ポケット及びエクステンションが、ゲート電極714a、714bの周囲に形成される。なお、SOI層706上の部分分離絶縁膜708には、ダミーゲート電極716が形成されている。従って、イオン注入したイオンが部分分離絶縁膜を突き抜けて、その下層のSOI層706に注入されるのを防ぐことができる。
次に、図38に示すように、ゲート電極714a、714b及びダミーゲート電極716、ダミー電極774の側面に、サイドウォール728を形成する(ステップS748)。サイドウォール728は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを成膜し、異方性エッチングを行うことにより形成する。
その後、ソース/ドレインの注入が行われる(ステップS750)。ここでは、pMOS領域にソース/ドレインを形成する場合には、nMOS領域を覆うレジストを形成し、このレジストと、サイドウォール728が形成されたゲート電極714a、714b及びダミーゲート電極716、ダミー電極774とをマスクとしてイオン注入が行われる。一方、nMOS領域にソース/ドレインを形成す場合には、pMOS領域を覆うレジストを形成し、このレジストと、サイドウォール728が形成されたゲート電極714a、714b及びダミーゲート電極716、ダミー電極774とをマスクとしてイオン注入が行われる。これにより、nMOS,pMOSの各領域に、ソース/ドレインが形成される。その後、不要なレジストが除去された後、必要に応じて、各層に配線等が形成され、図28に示す半導体装置700が形成される。
なお、実施の形態7において説明した配線の配置パターンは、この発明を拘束するものではない。この発明は、配線のレイアウトルールと、ルール最小寸法に従って、ダミーゲート電極716を形成可能なPTI領域を選択し、適切にダミーゲート電極716を配置したものであればよい。また、実施の形態7において説明したダミーゲート電極716の配置のレイアウトに、実施の形態1〜6において説明した各トランジスタの構成を適用することもできる。
また、この発明において、SOI層706は、活性領域、ウエル電位固定領域722、ウエル形成領域を除き、完全にエッチングして完全分離絶縁膜710を形成する場合について説明した。しかし、この発明は、このように完全分離絶縁膜710を形成するものに限るものではなく、例えば、実施の形態1のように部分分離絶縁膜708の下部全体に薄くSOI層706を残した構造としたものであってもよい。このような半導体装置を製造する場合、例えば、図29のステップS716〜S720を実行せず、図39に示すように、ステップS714において酸化膜708aを形成した後に、すぐにプラズマシリコン酸化膜708bを埋め込み(ステップS722)、CMPを行い(ステップS724)、部分分離絶縁膜708下部全体にSOI層706が残るようにすればよい。
実施の形態8.
図40(a)、40(b)は、この発明の実施の形態8における半導体装置を説明するための模式図であり、図40(a)は上面を表し、図40(b)は、図40(a)のX−X´方向の断面を表している。また、図40(a)は、図28の楕円aで囲われた部分に相当する部分を模式的に表したものである。
図40に示す半導体装置800は、ダミーゲート電極716の両側にダミー電極774に代えてダミー電極874(第4ゲート電極)を有し、更に、ダミー電極874下層のSOI層706に、アクティブダミー876(第3不純物拡散領域)を有する点を除き、図28の半導体装置700と同じものである。具体的にアクティブダミー876は、SOI層706にSOIと部分分離絶縁膜とにより形成されたドットパターンであり、SOI層706に規則的に完全分離絶縁膜810を形成することにより構成されている。
一方、ダミー電極874は、ダミーゲート電極716と同じ層の、アクティブダミー876上に形成されたドットパターンである。アクティブダミー876とダミー電極874とは上方から見た場合に重なっておらず、所定の方向にずらして配置されている。つまり、1つのダミー電極874の4角付近のそれぞれにおいて、異なるアクティブダミー876に接するように配置されている。なお、アクティブダミー876は、ダミーゲート電極716下部のPTI領域のSOI層706とは所定の距離を開けて配置されており、ダミーゲート電極716下部のPTI領域には、アクティブダミー876は形成されていない。
以上説明したように、図40に示す半導体装置800においては、ダミーゲート電極716の両側のスペースに、ダミー電極874及びアクティブダミー876を配置するようにする。これにより、広い平坦なスペースがゲート電極により埋め込まれるため、CMPにおける平坦性を確保することができる。
実施の形態9.
図41は、この発明の実施の形態9における半導体装置について説明するための模式図である。図41は、図28の700のうちダミーゲート電極の部分とその周辺のみを表している。すなわち実施の形態9の半導体装置900は、ダミーゲート電極の構造が異なる点を除き図28の半導体装置700と同じものである。
図41に示すように、ダミーゲート電極916は、ダミーゲート電極716と同様の位置に形成される。具体的には、図41の半導体装置900においては、ウエル電位固定領域722と不純物拡散領域720との間のPTI領域のうち、ダミーゲート電極を形成できるだけのスペースが確保できる部分に、ダミーゲート電極916が形成されている。つまり、実施の形態7と同様に、半導体装置全体に複数のトランジスタが形成されている場合に、不純物拡散層720とウエル電位固定領域722との間のスペースが長く、ダミーゲート電極を形成可能な部分のみを選択してダミーゲート電極916が形成されている。
ダミーゲート電極916は、1つの大きな平面パターンではなく、ドットパターン716aが集合して構成されたものである。ダミーゲート電極916を構成する各ドットパターンのサイズはレイアウトルールに従って均等に配列されたパターンとなっている。また、隣合うドットパターン916aの間は、サイドウォール928により埋め込まれている。つまり、ドットパターン間のスペースは、サイドウォール928を形成した場合に、そのサイドウォール928により埋め込まれる範囲内でレイアウトルールに従って決定されている。
図42〜図44は、この発明の実施の形態9における半導体装置900の製造方法について説明するための模式図である。図42〜図44は、図28の楕円aで囲った部分に相当する部分の断面を表している。実施の形態9の半導体装置900の製造方法は、図29のフローチャートにおいて説明した工程と同じものである。
但し、図42に示すように、図29のステップS736において、ゲートポリシリコン940をエッチングするためのレジストパターン942を形成する際、ダミーゲート電極916のドットパターン916aを形成する部分に対応して、ドット状のレジストパターン942が形成される。
次に、ステップS738におおいてゲートポリシリコン940がダミーゲート電極916の各ドットパターン916aの形状にエッチングされ、レジストパターン942が除去されると、図43に示すように、全ドットパターン916aのそれぞれの側面と、ゲート電極714、ダミー電極774の側面とにスペーサ924が形成される。その後、イオン注入を行った後、サイドウォール928を形成する際にも、図44に示すように、全ドットパターン916aのそれぞれの側面と、ゲート電極714、ダミー電極774の側面とに、サイドウォール928が形成される。その結果、ダミーゲート電極916を構成するドットパターン916aとドットパターン916aとの間は、スペーサ924サイドウォール928により埋め込まれる。
以上のように、ダミーゲート電極916を、ドットパターン916aの集合体として構成することにより、後の工程の、絶縁膜等のCMPにおける平坦性を向上させることができる。また、ダミーゲート電極916のドットパターン916a間の隙間は、サイドウォール928等により埋め込まれる間隔になるように設計されている。従って、ソース/ドレインや、ウエル電位固定領域722にイオン注入を行う場合にも、これらのイオンが部分分離絶縁膜708と突き抜けて、部分分離絶縁膜708下層のSOI層706にまで達するのを防ぐことができる。
なお、実施の形態9においては、SOI層706に完全分離絶縁膜710が形成され、ボディとウエル電位固定領域722とを接続する部分にのみ、SOI層を残したPTI領域を有する構造の半導体装置900について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、完全分離絶縁膜710を形成しないものであってもよい。
また、実施の形態9のダミーゲート電極916の形状は、実施の形態8に適用することものできる。すなわち、実施の形態8の半導体装置800のダミーゲート電極716を、実施の形態9のドットパターン916aのようなパターンとすればよい。この場合、ダミーゲート電極のドットパターンの寸法、ピッチと、部分分離絶縁膜に形成されるアクティブダミー876及びダミー電極874のドットパターンの寸法、ピッチとは、異なるものであってもよい。
また、図41に示したドットパターン916aの配列の個数や、ドットパターン916aの形状はこの発明を拘束するものではない。更にドットパターン916aは、ダミーゲート電極916の形成領域に必ずしも均等に配列されているものに限るものでもない。
実施の形態10.
図45〜図47は、この発明の実施の形態10における半導体装置を説明するための模式図であり、図45は上面を表し、図46は図45におけるX―X´方向の断面、図47はY−Y´方向の断面を表している。また、図45〜図47に示す半導体装置1000は、ダミーゲート電極1016のパターン形状が異なる点を除き、図28に示す半導体装置700と同じものである。図45〜図47においては、図28の左側のように、ゲート電極714bとウエル電位固定領域722との間に、ダミーゲート電極を形成する場合のレイアウトを表している。
具体的に、図45〜図47に示すようにダミーゲート電極1016は、ゲート電極714bの端部を取り囲むように配置されている。また、ダミーゲート電極1016とゲート電極との間は、スペーサ1024とサイドウォール1028とにより埋め込まれている。また、図47を参照して、ダミーゲート電極1016と、ウエル電位固定領域722とは一部においてオーバーラップしている。一方、ダミーゲート電極1016の端部と、不純物拡散層720bとはオーバーラップしないように配置されている。これによりリーク電流の発生が防止されている。
このように構成されたダミーゲート電極1016は、図28のダミーゲート電極716に代えて配置される。但し、この発明においてはこれに限るものではなく、このような形状のダミーゲート電極1016を他の部分の全てまたは一部のゲート電極714の端部を囲むように配置することもできる。
また、図45~図47においては、ダミーゲート電極1016とゲート電極714bとの間がサイドウォール1028で埋め込まれる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。すなわち、レイアウトルール等の問題から、ダミーゲート電極1016とゲート電極714との間がサイドウォール1028のみでは埋まらない場合がある。図48〜図51は、このような場合の適用する他の例を説明するための模式図である。尚図48〜図51の各図において(a)は、図45のX―X´断面に相当する部分を表し、(b)は、Y―Y´断面に相当する部分を表している。
具体的に、ダミーゲート電極1016とゲート電極714bとの間が広く、サイドウォール1028のみでは埋まらない場合には、更に酸化膜サイドウォール1030を形成し、ゲート電極714bとダミーゲート電極1016間を埋め込むようにする。
具体的には、ステップS748において、図48(a)、48(b)に示すようサイドウォールを形成した後、エクステンション注入の前に、図49(a)、49(b)に示すように、全体にプラズマシリコン酸化膜1030aを形成する。このとき、プラズマシリコン酸化膜1030aの膜厚は、サイドウォール1028間の距離の少なくとも半分以上となるようにする。次に、図50(a)、50(b)に示すように、異方性ドライエッチによりエッチバックを行い、酸化膜サイドウォール1030を形成する。更に、図51(a)、51(b)に示すように、等方性エッチングを行い、不必要なシリコン酸化膜1030aを除去する。ここでは、不純物拡散層720a、720bや、ウエル電位固定領域722のシリコン酸化膜1030を除去し、かつ、ダミーゲート電極1016とゲート電極714間の酸化膜サイドウォール1030がなくならない条件に設定してエッチングを行う。その結果、ゲート電極、ダミーゲート電極間は酸化膜サイドウォールにより埋め込まれる。
なお、サイドウォール形成後、更に酸化膜サイドウォール1030を用いて埋め込む手法は、例えば、実施の形態9においてダミーゲート電極916を構成するドットパターン916a間が、サイドウォールだけでは埋め込まれなかった場合など、実施の形態1〜9の場合にも適用することができる。
この発明の実施の形態1における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態1における半導体装置の他の例を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態2における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態2における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態2における半導体装置の他の例を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態3における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態3における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態4における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態4における半導体装置の他の例を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態4における半導体装置の他の例を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態5における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態5における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態5における半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態6における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態6における半導体装置を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態6における半導体装置を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態7における他の半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態8における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態9における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態9における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態9における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態9における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。 この発明の実施の形態10における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態10における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態10における半導体装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態10における他の半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態10における他の半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態10における他の半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態10における他の半導体装置の製造過程における状態を説明するための模式図である。
符号の説明
100、200、300、400、410、420、500、600、700、800、900、1000 半導体装置
2、702 シリコン支持基板
4、704 埋め込み絶縁膜
6、706 SOI層(半導体層)
8、708 部分分離絶縁膜(第1絶縁膜)
8a、8b、708a シリコン酸化膜
710 完全分離絶縁膜
12、712 ゲート絶縁膜
14、114、714a、714b ゲート電極(第1ゲート電極)
14a、14b、114b ゲート電極端部
16、116、716、916、1016 ダミーゲート電極(第2ゲート電極)
18、718 ウエル
20、720a、720b 不純物拡散層(エクステンション、ソース/ドレイン)(第1不純物拡散領域)
22、722 ボディ電位固定領域(第2不純物拡散領域)
24、724、1024 スペーサ
26 シリコン酸化膜(サイドウォール)
28、728、1028 シリコン窒化膜(サイドウォール)
30 シリコン酸化膜
32 シリコン窒化膜
34〜40 レジストマスク
42 完全分離絶縁膜(完全分離領域)
44 レジストマスク
50 シリコン酸化膜
52、152 ダミーゲート電極(第3ゲート電極)
60 ゲート電極
62〜66 レジストマスク
70〜74 アルミ配線
80〜86 金属シリサイド
88 層間膜
90 コンタクト
774 ダミー電極
874 ダミー電極(第4ゲート電極)
876 アクティブダミー(第3不純物拡散領域)
1030 酸化膜サイドウォール

Claims (2)

  1. 支持基板と、前記支持基板に形成された埋め込み絶縁膜と、前記埋め込み絶縁膜上に形成された半導体層とを備えるSOI基板の半導体層を、第1領域、第2領域に分離する第1絶縁膜を、前記半導体層上に形成する第1絶縁膜形成工程と、
    前記半導体層上に、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
    前記第1領域上に第1ゲート電極を形成すると共に、前記第1絶縁膜上に、第1ダミーゲート電極を形成する電極形成工程と、
    前記第1ゲート電極と前記第1ダミーゲート電極との間を、絶縁膜で埋め込む工程と、
    前記第2領域を覆う第1レジストマスクを、前記第1ダミーゲート電極の一部を覆うように形成する第1レジストマスク形成工程と、
    前記第1レジストマスク及び前記第1ゲート電極及び前記第1ダミーゲート電極及び、前記第1ゲート電極と前記第1ダミーゲート電極との間の絶縁膜をマスクとして、前記第1領域に、第1導電型の不純物を注入する第1不純物注入工程と、
    前記第1レジストマスクを除去する第1レジストマスク除去工程と、
    前記第1領域を覆う第2レジストマスクを形成する第2レジストマスク形成工程と、
    前記第2レジストマスクをマスクとして、前記半導体層に、第2導電型の不純物を注入する第2不純物注入工程と、
    前記第2レジストマスクを除去する第2レジストマスク除去工程と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第2レジストマスクは、前記第1ダミーゲート電極の一部を覆うように形成することを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。
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