JPH05121681A - Cmos回路素子及びsoimosfetの製造方法 - Google Patents

Cmos回路素子及びsoimosfetの製造方法

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JPH05121681A
JPH05121681A JP3306577A JP30657791A JPH05121681A JP H05121681 A JPH05121681 A JP H05121681A JP 3306577 A JP3306577 A JP 3306577A JP 30657791 A JP30657791 A JP 30657791A JP H05121681 A JPH05121681 A JP H05121681A
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JP
Japan
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oxide film
ion implantation
channel transistor
charges
film
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JP3306577A
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English (en)
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Rishiyou Kou
俐昭 黄
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SOICMOSFETによりCMOS回路を
構成する場合に、トランジスタの導電型に応じて下地酸
化膜中の電荷を再適化する。 【構成】 ゲート電極18、ゲート酸化膜19、n(プ
ラス)拡散層21により構成するnチャネルトランジス
タの下地酸化膜12には負の固定電荷15を導入し、ゲ
ート電極18,ゲート酸化膜19,p(プラス)拡散層
20により構成するpチャネルトランジスタの下地酸化
膜12には正の固定電荷17を導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、メモリ,論理回路等の
高集積性を要求されるCMOS回路素子及びSOIMO
SFETの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SOIMOSFETにおいては、短チャ
ネル効果を低減するために、下地酸化膜を薄くし、チャ
ネルの反転を防ぐ方向の電圧を下地基板に与える方法が
知られている(例えば、中村他電子情報通信学会論文誌
CII,J74巻3号,147ページ参照)。この構造
を図7に示す。
【0003】図7において、この構造は、下地基板とし
てのシリコン基板56上に、0.01μm〜1.0μm
の厚さに下地酸化膜55を介してn(プラス)拡散層5
3が形成され、トランジスタ形成領域にSOI膜54を
設け、SOI膜54上をまたがってn(プラス)拡散層
53上にゲート電極51及びゲート電極51を形成した
ものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなSOIMO
SFETにおいて、短チャネル効果を低減するために、
下地酸化膜55を薄くし、チャネルの反転を防ぐ方向の
電圧(すなわち、nチャネルMOSFETに対して負,
pチャネルMOSFETに対して正)を下地基板55に
与える方法が知られている(例えば、中村他電子情報通
信学会論文誌CII,J74巻3号,147ページ)。
【0005】しかしこの場合ドレインと、基板間の寄生
容量が増加し、動作速度の低下を招く。また、寄生容量
を低下させるために、ソース,ドレイン部において下地
酸化膜厚を大きくする方法もあるが(福間1968 シ
ンポジウム オンブイエルエスアイ テクノロジ p.
7[1968 Sympo.on VLSI Tech
p.7]),プロセスが複雑になる。CMOSプロセ
スにおいては、下地基板56にチャネルタイプに応じて
異なる電圧を印加するためにウェルを設ける必要が生じ
る。
【0006】SOIMOSFETの長所の1つとして、
ウェル形成が不要であることによる素子面積低減,工程
数の節減があり、ウェルを設けるとこの長所が失われ
る。
【0007】また、SOIMOSFETにおいては、S
OI膜54と下地絶縁膜である酸化膜55との界面、あ
るいは、下地絶縁膜中に、SOI形成プロセスに応じて
電荷が存在することがある。CMOSにおいては、異な
る導電型のFETに対して、同一符号の電荷が影響を及
ぼすことになり、しきい値電圧,たて方向電界などの特
性の非対称性を生じる。
【0008】したがって、各導電型のトランジスタに対
して、上記電荷の符号及び量を制御することが望ましい
が、従来技術ではこれは不可能である。
【0009】本発明の目的は、SOIMOSFETによ
りCMOS回路を構成する場合に、トランジスタの導電
型に応じて下地酸化膜中の電荷を再通化したCMOS回
路素子及びSOIMOSFETの製造方法を提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるCMOS回路素子においては、下地酸
化膜上の領域にnチャネルトランジスタ及びpチャネル
トランジスタが形成されたCMOS回路素子であって、
nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタ形
成領域の少なくとも一方の領域の下地酸化膜に電荷が導
入されたものであり、nチャネルトランジスタ領域に対
して導入された電荷は、負電荷であり、pチャネルトラ
ンジスタ領域に対して導入された電荷は、正電荷であ
る。
【0011】本発明によるSOIMOSFETの製造方
法においては、イオン注入工程を有し、酸化膜上の半導
体膜上にSOIMOSFETを形成するSOIMOSF
ETの製造方法であって、イオン注入工程は、半導体膜
上、あるいは半導体膜上に設けたゲート電極は他の構造
上から酸化膜にイオン注入を行ない、酸化膜中に正又は
負の電荷を形成する工程である。
【0012】また、負電荷を導入する場合に、イオン注
入工程で注入するイオンは、アルミイオンである。
【0013】また、正電荷を導入する場合に、イオン注
入工程で注入するイオンは、シリコンイオンである。
【0014】
【作用】本発明においては、異なる伝導型のトランジス
タに対し、下地絶縁膜中の電荷量を別々に制御し、下地
電荷トランジスタ特性に与える影響を伝導型に応じて最
適化したものである。
【0015】SOIMOSFETの製造方法において
は、下地酸化膜にイオンを注入することにより下地酸化
膜中に正又は負電荷を導入するものである。
【0016】イオン注入工程は、半導体膜形成の前後に
正,負の電荷をチャネル領域の一部又は全部の下地を含
む酸化膜中に導入し、しきい値電圧,たて方向電界の最
適化を図り、あるいは半導体膜形成の前後、ゲート電極
形成後に、ソース,ドレインの一方又は両方の下地に導
入し、ソース,ドレインからトランジスタのチャネル部
に向かう電界を弱めるものである。
【0017】酸化膜中に負電荷を導入するときにはアル
ミイオンを用い、正電荷を導入するときには、シリコン
イオンを用いる。
【0018】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明す
る。
【0019】(実施例1)図1〜図3は、本発明の第1
の実施例を示す工程図である。
【0020】図1に示すように、シリコン基板11上に
厚さ5000Åの酸化膜12を挾んで積層した厚さ50
0ÅのSOI膜13上に第1のフォトレジスト14をパ
ターニングする。
【0021】第1のフォトレジスト14をマスクとし
て、アルミを酸化膜中にイオン注入し、酸化膜中にアル
ミ原子15を導入する。
【0022】第1のフォトレジスト14を除去後に、図
2のように第2のフォトレジスト16をパターニング
し、これをマスクにしてシリコンをイオン注入すること
により、アルミ原子15が存在する領域とは別の領域に
おいて、酸化膜12の中に過剰なシリコン原子17を導
入する。
【0023】第2のフォトレジスト16を除去後、85
0度で10分間窒素中でアニールを行い、その後、通常
のSOIMOSFET形成プロセスにより、ゲート電極
18,ゲート酸化膜19,p(プラス)拡散層20,n
(プラス)拡散層21を形成し、アルミ原子15を導入
した領域にはnチャネルMOSFET、過剰なシリコン
原子17を導入した領域にはpチャネルMOSFETを
形成する。
【0024】(実施例2)図4は、本発明の第2の実施
例を示す図である。
【0025】図4に示す通り、シリコン基板31上に厚
さ5000Åの酸化膜32を介して積層されたSOI膜
34をパターニングした上で、ゲート酸化膜35を熱酸
化により形成し、ゲート電極36をパターニングする。
次にゲート電極36をマスクにアルミイオンを酸化膜3
2中にイオン注入し、アルミ原子33を導入する。その
後、通常のプロセスによりnチャネルMOSFETを作
製する。
【0026】(実施例3)図5,図6は、本発明の第3
の実施例を示す図である。
【0027】図5に示す通り、シリコン基板41を熱酸
化することにより、酸化膜42を形成し、アルミイオン
をイオン注入することにより、酸化膜42中にアルミ原
子43を導入する。続いて酸化膜42に開口し、ここに
シリコン単結晶を選択成長させることにより、図6のよ
うにシード44を形成し、続いてトンネルエピタキシー
(アプライド・フィジックス・レター,21巻,220
5ページ Appl.Phys.Lett.Vol.2
1,p.2205参照)、又は通常の横方向気相成長に
よりSOI膜45を酸化膜43の上に成長させる。
【0028】以上、実施例1〜3に述べた各層の膜の膜
厚は限定されるものではない。また、酸化膜上の半導体
は、単結晶でなくとも良い。また、実施例2,3におい
てpチャネルMOSFETは、アルミに代えてシリコン
をイオン注入する。
【0029】アルミ又はシリコンのイオン注入後のアニ
ールは、アニール工程として特別に実施しなくても後続
の熱処理を兼用しても良い。
【0030】また、イオン注入をLDD側壁酸化膜の形
成後に行っても良く、あるいはMOSFETのソース,
ドレインの一方だけに導入しても良い。イオン注入は、
ゲートのパターニングに用いるフォトレジストが残って
いる状態で行っても良く、ない状態で行っても良い。
【0031】また、実施例1においては、最終形状であ
る図3においても、イオン注入したシリコン原子が過剰
なシリコン原子17として存在する状態を示したが、熱
処理の影響により酸化膜中に過剰なシリコン原子17が
存在する領域は、酸素空孔が多く存在する領域となるこ
ともある。但し、この場合も効果は同じである。
【0032】
【発明の効果】本発明のCMOS回路素子によれば、C
MOSを構成する異なる伝導型のSOIMOSFETに
対し、それぞれに対して下地絶縁膜中の電荷を最適化で
きる。
【0033】また、本発明方法による負電荷の導入は、
シリコン酸化膜中のアルミ原子が負電荷を帯びること
(月刊セミコンダクターワールド 1988年10月号
81ページ参照)を利用して下地酸化膜中に負の電荷
を形成するものであり、正電荷の導入は、シリコン酸化
膜中に過剰なシリコン原子を導入し、シリコン原子の過
剰な結合手がホールをトラップして正に帯電する(E′
センタ)ことを利用したものである。
【0034】本発明方法により、半導体膜の形成後にイ
オン注入を行えば、ドレイン下部の電荷によりドレイン
電界を終端し、短チャネル効果を抑制するとともに、チ
ャネル領域の下地に電荷が存在することにより、チャネ
ル領域でたて方向電界が大きくなることを防ぐことがで
き、また、酸化膜へのイオン注入後に半導体膜を形成す
れば、半導体中にイオン注入による欠陥の発生を防止で
きる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の工程を示す図である。
【図2】本発明の実施例1の工程を示す図である。
【図3】本発明の実施例1の工程を示す図である。
【図4】本発明の実施例2の工程を示す図である。
【図5】本発明の実施例3の工程を示す図である。
【図6】本発明の実施例3の工程を示す図である。
【図7】従来例を示す図である。
【符号の説明】
11,31,41 シリコン基板 12,32,42 酸化膜 13,34,45 SOI膜 14 第1のフォトレジスト 15,33,43 アルミ原子 16 第2のフォトレジスト 17 過剰なシリコン原子 18,36 ゲート電極 19,35 ゲート酸化膜 20 p(プラス)拡散層 21 n(プラス)拡散層 44 シード

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地酸化膜上の領域にnチャネルトラン
    ジスタ及びpチャネルトランジスタが形成されたCMO
    S回路素子であって、 nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタ形
    成領域の少なくとも一方の領域の下地酸化膜に電荷が導
    入されたものであり、 nチャネルトランジスタ領域に対して導入された電荷
    は、負電荷であり、 pチャネルトランジスタ領域に対して導入された電荷
    は、正電荷であることを特徴とするCMOS回路素子。
  2. 【請求項2】 イオン注入工程を有し、酸化膜上の半導
    体膜上にSOIMOSFETを形成するSOIMOSF
    ETの製造方法であって、 イオン注入工程は、半導体膜上、あるいは半導体膜上に
    設けたゲート電極は他の構造上から酸化膜にイオン注入
    を行ない、酸化膜中に正又は負の電荷を形成する工程で
    あることを特徴とするSOIMOSFETの製造方法。
  3. 【請求項3】 イオン注入工程は、半導体膜の形成に先
    立って酸化膜にイオン注入を行なうものである請求項2
    に記載のSOIMOSFETの製造方法。
  4. 【請求項4】 負電荷を導入する場合に、イオン注入工
    程で注入するイオンは、アルミイオンである請求項2,
    3に記載のSOIMOSFETの製造方法。
  5. 【請求項5】 正電荷を導入する場合に、イオン注入工
    程で注入するイオンは、シリコンイオンである請求項
    2,3,4に記載のSOIMOSFETの製造方法。
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