JP5567247B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
層がLOCOS分離端で薄膜化するため、しきい値電圧の低い寄生MOSトランジスタが形成され、Id−Vg特性において瘤のような特性(以降この瘤をハンプとよぶ)を発生させる場合がある。図13(a)に従来の半導体装置の構造を示す平面図、(b)に(a)におけるE−E´方向に切断した断面図を示す。このハンプはNMOSで起こりやすくリーク電流の原因となる。
(1)半導体支持基板と半導体支持基板上に形成された埋め込み絶縁膜と埋め込み絶縁膜上に形成されたシリコン活性層からなるSOI型半導体基板の、シリコン活性層に形成されたMOSトランジスタにおいて、MOSトランジスタはLOCOS法により深さ方向で埋め込み絶縁膜に達する厚さを持つ素子分離絶縁膜で囲まれており、MOSトランジスタのゲート電極となる多結晶シリコンが、LOCOS分離端においては第一の導電型とし、チャネルとなる領域においては第二の導電型となるような構造を有していることを特徴とする半導体装置とした。
(2)MOSトランジスタにおいて、ゲート電極が第一及び第二の導電型の領域を有する前記多結晶シリコンと、高融点金属シリサイドの積層構造であることを特徴とする半導体装置とした。
(3)MOSトランジスタにおいて、ソース領域内に第一導電型と第二導電型となる不純物拡散層を有することを特徴とする半導体装置とした。
(4)SOI基板のシリコン活性層上に形成されたMOSトランジスタにおいて、MOSトランジスタをシリコン活性層上に形成すべく熱酸化による素子分離絶縁膜を前記埋め込み絶縁膜に達する厚さで形成する工程と、熱酸化により膜厚約5〜30nm程度のゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上に200〜400nmの厚さの多結晶シリコンを堆積する工程と、多結晶シリコン上にフォトレジストでパターニングしイオン注入により第一導電型の不純物を不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上となるようにドーピングを行い前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に第一導電型にする工程と、多結晶シリコン上にフォトレジストでパターニングしイオン注入により第二導電型の不純物を不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上となるようにドーピングを行い多結晶シリコンの導電型を部分選択的に第二導電型にする工程と、多結晶シリコンをエッチングしゲート電極を形成する工程と、前記MOSトランジスタのソースおよびドレインとなる領域をフォトレジストでパターニングしシリコン活性層に部分選択的に不純物をドーピングする工程と、SOI基板上に中間絶縁膜を形成する工程と、SOI基板上の前記中間絶縁膜にコンタクト孔を形成する工程と、コンタクト孔に金属配線を形成する工程と、保護膜を形成する工程を経ることで形成される半導体装置の製造方法とした。
(5)多結晶シリコン堆積後、酸化膜を300〜400nm程度堆積させ熱処理を行いハードマスクを作製する工程と、フォトレジストでパターニングし酸化膜をエッチングする工程と、不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上になるよう第一導電型もしくは第二導電型のプリデポジションにより前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に第一導電型もしくは第二導電型にする工程と、酸化膜を除去し全面イオン注入により逆導電型の不純物を不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上となるようにドーピングを行い多結晶シリコンの導電型を部分選択的に逆導電型にする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
(6)多結晶シリコン堆積後、酸化膜を300〜400nm程度堆積させ熱処理を行いハードマスクを作製する工程と、フォトレジストでパターニングし酸化膜をエッチングする工程と、不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上になるよう第一導電型もしくは第二導電型のプリデポジションにより多結晶シリコンの導電型を部分選択的に第一導電型もしくは第二導電型にする工程と、酸化膜を300〜400nm程度堆積させ熱処理を行い、ハードマスクを作製する工程と、フォトレジストでパターニングし酸化膜をエッチングする工程と、逆導電型のプリデポジションにより多結晶シリコンの導電型を部分選択的に逆導電型にする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
(7)多結晶シリコンの導電型を第一および第二の導電型とした後、多結晶シリコン上に500Å〜2500Åからなる高融点金属シリサイドを堆積する工程と、多結晶シリコンと高融点金属シリサイドをエッチングしゲート電極を形成する工程を有することを特長とする半導体装置の製造方法とした。
(8)ゲート電極形成後、MOSトランジスタのソースおよびドレインとなる領域をフォトレジストでパターニングしシリコン活性層に部分選択的に第一導電型の不純物をドーピングする工程と、フォトレジストでパターニングしソース領域内に部分選択的に第二導電型の不純物をドーピングする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
縁膜103に接する厚さのフィールド絶縁膜105によって周りと電気的に絶縁されている。ここで、LOCOS法を用いることにより、シリコン活性層104はLOCOS分離端で薄膜化する。その様子を図4に示す。そして膜厚約5〜30nm程度のゲート絶縁膜106を介して、膜厚約200〜300nmの多結晶シリコンにN型不純物領域108とP型不純物領域109と、多結晶シリコン上に積層された高融点金属シリサイド110からなるゲート電極111が形成されている。このゲート電極のN型領域108とP型領域109は図1に示すようにチャネルとなる領域ではN型に、LOCOS分離端ではP型になるように、多結晶シリコンに不純物を導入する際にイオン種を変えて形成されている。このN型及びP型の領域を持つ多結晶シリコン上に積層された高融点金属シリサイド110は膜厚約100nm程度であり、ゲート電極111のシート抵抗を低減させている。
102 シリコン支持基板
103 埋め込み絶縁層
104 シリコン活性層
105 フィールド絶縁膜
106 ゲート絶縁膜
107 多結晶シリコン
108 ゲート電極N型領域
109 ゲート電極P型領域
110 高融点金属シリサイド
111 ゲート電極
112 N型ソース領域
113 N型ドレイン領域
114 フォトレジスト
115 ボディコンタクト領域
201 SOI型半導体基板
202 シリコン支持基板
203 埋め込み絶縁層
204 シリコン活性層
205 フィールド絶縁膜
206 ゲート絶縁膜
207 ゲート電極
208 ソース領域
209 ドレイン領域
Claims (7)
- 半導体支持基板と前記半導体支持基板上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シリコン活性層からなるSOI型半導体基板の、前記シリコン活性層に形成された第一導電型のMOSトランジスタであって、前記MOSトランジスタは、周囲をLOCOS法により深さ方向で前記埋め込み絶縁膜に達する厚さを持つ素子分離絶縁膜で囲まれているとともに、第一導電型のソース領域の中央に第二導電型であるボディコンタクト領域を有し、前記MOSトランジスタのゲート電極は、前記シリコン活性層の厚さが減じるLOCOS分離端においては第二の導電型であり、前記シリコン活性層の厚さが一定であるチャネルとなる領域においては第一の導電型である多結晶シリコンからなることを特徴とする半導体装置。
- 前記MOSトランジスタにおいて、前記ゲート電極は第一及び第二の導電型の領域を有する前記多結晶シリコンと、さらに高融点金属シリサイドとの積層構造であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- SOI基板の埋め込み絶縁膜上に設けられたシリコン活性層上に形成された第一導電型のMOSトランジスタの製造方法であって、
前記MOSトランジスタを前記シリコン活性層上に形成すべく熱酸化による素子分離絶縁膜を前記埋め込み絶縁膜に達する厚さで形成する工程と、
前記素子分離絶縁膜で囲まれた領域に熱酸化によりゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコンを堆積する工程と、
前記多結晶シリコンのゲート電極となる部分の導電型を、前記シリコン活性層の厚さが減じるLOCOS分離端においては第二の導電型、前記シリコン活性層の厚さが一定であるチャネルとなる領域においては第一の導電型となるように、不純物をドーピングする第1の工程と、
ドーピングされた前記多結晶シリコンをエッチングしゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の形成後に前記MOSトランジスタのソースおよびドレインとなる領域の前記シリコン活性層に部分選択的に不純物をドーピングする第2の工程と、
フォトレジストのパターンを用いて、前記ソース領域内中央に部分選択的に不純物をドーピングし、前記MOSトランジスタのボディコンタクト領域を形成する第3の工程と、
前記ソースおよびドレイン領域と前記ボディコンタクト領域が形成されたMOSトランジスタを有する前記SOI基板上に中間絶縁膜を形成する工程と、
前記SOI基板上の前記中間絶縁膜にコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔に金属配線を形成する工程と、
前記金属配線の上に保護膜を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。 - 前記不純物をドーピングする第1の工程は、
前記多結晶シリコン上にフォトレジストを塗布後パターニングしイオン注入により第一導電型の不純物を不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上となるようにドーピングを行い前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に第一導電型にする工程と、
前記多結晶シリコン上にフォトレジストを塗布後パターニングしイオン注入により第二導電型の不純物を不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上となるようにドーピングを行い前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に第二導電型にする工程とからなる請求項3記載の半導体装置の製造方法。 - 前記不純物をドーピングする第1の工程は、
前記多結晶シリコンの表面に酸化膜を作製する工程と、
フォトレジストのパターンを用いて前記多結晶シリコンのうち一導電型となる領域の前記酸化膜をエッチングする工程と、
不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上になるよう前記一導電型の不純物のプリデポジションにより前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に前記一導電型にする工程と、
酸化膜を除去し全面イオン注入により逆導電型の不純物を不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上となるようにドーピングを行い前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に逆導電型にする工程とからなる請求項3記載の半導体装置の製造方法。 - 前記不純物をドーピングする第1の工程は、
前記多結晶シリコンの表面に第一の酸化膜を作製する工程と、
フォトレジストのパターンを用いて前記多結晶シリコンのうち一導電型となる領域の前記第一の酸化膜をエッチングする工程と、
不純物濃度が1×1018atoms/cm3以上になるよう前記一導電型の不純物プリデポジションにより前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に前記一導電型にする工程と、
前記多結晶シリコンの表面に第二の酸化膜を作製する工程と、
フォトレジストのパターンを用いて前記多結晶シリコンのうち逆導電型となる領域の前記第二の酸化膜をエッチングする工程と、
前記逆導電型の不純物のプリデポジションにより前記多結晶シリコンの導電型を部分選択的に逆導電型にする工程とからなる請求項3記載の半導体装置の製造方法。 - SOI基板の埋め込み絶縁膜上に設けられたシリコン活性層上に形成された第一導電型のMOSトランジスタの製造方法であって、
前記MOSトランジスタを前記シリコン活性層上に形成すべく熱酸化による素子分離絶縁膜を前記埋め込み絶縁膜に達する厚さで形成する工程と、
前記素子分離絶縁膜で囲まれた領域に熱酸化によりゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコンを堆積する工程と、
前記多結晶シリコンのゲート電極となる部分の導電型を前記シリコン活性層の厚さが減じるLOCOS分離端においては第二の導電型であり、前記シリコン活性層の厚さが一定であるチャネルとなる領域においては第一の導電型となるように、不純物をドーピングする第1の工程と、
ドーピングされた前記多結晶シリコン上に高融点金属シリサイドを堆積する工程と、
前記多結晶シリコンと高融点金属シリサイドをエッチングしゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の形成後に前記MOSトランジスタのソースおよびドレインとなる領域の前記シリコン活性層に部分選択的に不純物をドーピングする第2の工程と、
フォトレジストのパターンを用いて、前記ソース領域内中央に部分選択的に不純物をドーピングし、前記MOSトランジスタのボディコンタクト領域を形成する第3の工程と、
前記ソースおよびドレイン領域と前記ボディコンタクト領域が形成されたMOSトランジスタを有する前記SOI基板上に中間絶縁膜を形成する工程と、
前記SOI基板上の前記中間絶縁膜にコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔に金属配線を形成する工程と、
保護膜を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。
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