JPH0575114A - Soi型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Soi型半導体装置およびその製造方法

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JPH0575114A
JPH0575114A JP3262648A JP26264891A JPH0575114A JP H0575114 A JPH0575114 A JP H0575114A JP 3262648 A JP3262648 A JP 3262648A JP 26264891 A JP26264891 A JP 26264891A JP H0575114 A JPH0575114 A JP H0575114A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート絶縁膜の耐圧低下,歩留まり低下,配
線間短絡,断線などの致命的な問題を解決し、大規模集
積回路を高歩留まりで実現させる。 【構成】 能動層3上にゲート酸化膜8を有し、この能
動層3の側壁に絶縁膜9を設け、ゲート電極10はゲー
ト酸化膜8の薄くなる領域Pに直接接触しないように構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速動作を行うSOI
型半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図12は従来のSOI型半導体装置の構
成を示す断面図である。同図において、21は単結晶半
導体基板、22は第1の導電形として例えばp形の能動
層23と半導体基板21とを電気的に絶縁するための絶
縁膜、35は第2の導電形として例えばn形のソース領
域、36は第2の導電形として例えばn形のドレイン領
域、30はゲート電極、34はゲート電極30側壁の絶
縁膜、37は配線間を電気的に絶縁するための絶縁膜、
38はソース電極、39はドレイン電極である。
【0003】この種の半導体装置においては、ゲート電
極30側から広がりうる空乏層の厚さが能動層23の厚
さt1 よりも厚くなるように能動層23の不純物濃度を
設計し、SOI型半導体装置の動作時に能動層23の全
領域が空乏化するように構成する。
【0004】このように構成する理由は、能動層23内
の実効的な電界強度を低減することによるゲート絶縁膜
28直下の反転層キャリアの移動度劣化の抑制とこれに
よるドレイン電流の増大と、能動層23内の空乏層の電
荷量の減少に対応する反転層キャリアの増大によるドレ
イン電流の増大とを実現できるからである。
【0005】また、この構成によるSOI型半導体装置
では、能動層23内がゲート電界により空乏化されてい
るため、ドレイン接合から能動層23へのドレイン電界
の侵入を抑制でき、閾値電圧の短チャネル効果を抑制で
きる。さらにドレイン領域36直下の埋め込み絶縁膜2
2の厚さt3 を厚くすれば、寄生容量を低減できる。し
たがってこの種のSOI型半導体装置は、寸法の微細化
によるSOI型半導体装置の高集積化と高速動作との双
方を期待でき、近年、その将来性が注目されている。
【0006】なお、図12においては、能動層23の厚
さt1 に比べてソース領域35およびドレイン領域36
のシリコン層の厚さt2 を厚くしている。これは、能動
層23の薄層化に併せてソース領域35およびドレイン
領域36を薄層化すると、ソース領域35およびドレイ
ン領域36の寄生抵抗が増大してSOI型半導体装置の
駆動電流が減少するため、これを避けるべく能動層23
のみを薄くしている。
【0007】また、前述した従来のSOI型半導体装置
の構成では、図12のX1−X2線の断面を見ると、これ
までの製造方法によれば、図13(a)に示すように形
成される。ここで、まず、シリコン能動層23の側面が
埋め込み絶縁膜22の上面とほぼ垂直になるべく構成さ
れている理由を図14を用いて説明する。図14におい
て、21aは半導体基板、22aは絶縁膜、23aはシ
リコン能動層、28aはゲート絶縁膜、30aはゲート
電極である。同図では、シリコン能動層23aの端部側
面が絶縁膜22aとなす角度がシリコン能動層23a側
から見ると、90度以下の鋭角となっている。この場
合、シリコン能動層23aの角部B2 では、角部B1
よび平坦部B3 よりもゲート電極30aによる電界強度
が強くなり、シリコン能動層23aのうち、本来電流を
導通させる平坦部B3よりも先に導通してしまい、半導
体装置の漏れ電流として観測されることが良く知られて
いる。
【0008】これに対して図13(b)では、角部A1
と角部A2 とではゲート電界強度がほぼ等しく、さらに
平坦部A3 と比較しても著しく電界強度が高くなること
はないことが知られている。したがって図13(a)の
構造では、漏れ電流の発生を防止しやすい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成されたSOI型半導体装置は、図13(b)の
拡大図に示したようにシリコン能動層23の端部ではシ
リコン能動層23と絶縁膜22との境界となる領域Pの
ゲート絶縁膜28が薄くなる。このため、この部分の絶
縁膜の耐圧が低下し、歩留まりも低下するという問題が
あった。また、素子間分離を行うためにシリコン層を図
12に示すように絶縁膜に垂直にエッチングすると、シ
リコン層の厚さt2 が厚い場合、絶縁膜37がこの段差
を平坦化させることができず、金属配線を形成する場合
に段差部にエッチング残を発生させ、配線間短絡や断線
の原因になりやすいという問題があった。このようにこ
の種のSOI型半導体装置は、幾つかの大きな特徴を持
ちながらも同時に前述したような問題をもっていた。
【0010】したがって本発明は、前述した従来の問題
を解決するためになされたものであり、その目的は、ゲ
ート絶縁膜の耐圧低下,歩留まり低下,配線間短絡,断
線などの致命的な問題を解決し、大規模集積回路を高歩
留まりで実現できるSOI型半導体装置およびその製造
方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、シリコン能動層の側壁に新たに絶縁
膜を設けることによってSOI型半導体装置の能動層側
壁のゲート酸化膜の薄い領域を被覆する構成としたもの
である。
【0012】
【作用】本発明においては、能動層側壁のゲート酸化膜
の薄い部分を被覆することによってゲート耐圧劣化を防
止できるだけでなく、能動層の側面の傾きを緩和するこ
とによって半導体装置上の平坦化を容易にし、よって配
線形成が容易になるような構成をとることが可能である
ので、集積回路の大規模化と歩留まりの改善とをともに
実現できる。
【0013】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は本発明によるSOI型半導体装置の一
実施例としてnチャネル型半導体装置の構成を示す断面
図である。同図において、1は例えばシリコンからなる
単結晶半導体基板、2は第1の導電形として例えばp形
の能動層3と半導体基板1とを電気的に絶縁するための
例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜、8は例えばシリ
コン酸化膜からなるゲート絶縁膜、9はシリコン酸化膜
とは性質の異なる例えばシリコン窒化膜からなる絶縁
膜、10は多結晶シリコンからなるゲート電極、12は
シリコン層、13はゲート電極10上のシリコン酸化
膜、14は例えばシリコン酸化膜とは性質が異なるシリ
コン窒化膜からなる絶縁膜、15はn形のソース領域、
16はn形のドレイン領域、17は配線間を絶縁するた
めの絶縁膜、18はソース電極、19はドレイン電極で
ある。この場合、能動層3の厚さt3 はゲート絶縁膜8
直下から広がりうる空乏層の厚さより薄く設計する。
【0014】次にこのように構成されたSOI半導体装
置の動作を図2を用いて説明する。図2に示すように能
動層3上にゲート酸化膜8を有し、能動層3の側壁にシ
リコン窒化膜からなる絶縁膜9を設けた構成となってお
り、ゲート電極10は、図13(b)に示されるような
ゲート絶縁膜8の薄くなる領域Pに直接接触しない。こ
のため、ゲート電極10に高い電圧が印加されても局所
的に電界強度が高くなることがなく、半導体装置のゲー
ト耐圧を飛躍的に改善できる。絶縁膜9および絶縁膜1
4は能動層3の端部の段差を大幅に緩和し、絶縁膜17
を設けた後の電極配線の形成の難易度を飛躍的に改善す
る。
【0015】図3〜図11は本発明によるSOI半導体
装置の製造方法の一実施例を説明する工程の断面図であ
る。これらの図において、まず、図3に示すようにシリ
コンからなる単結晶半導体基板1中に例えばシリコン酸
化膜が埋め込まれた絶縁膜2上にシリコン能動層3を有
する半導体基板を用意する。
【0016】次に図4に示すように半導体基板の主面側
に例えばシリコン酸化膜4を形成し、引き続きこのシリ
コン酸化膜4上に例えばシリコン窒化膜による耐酸化性
の絶縁膜5を堆積する。
【0017】次に図5に示すようにこの半導体基板の主
面側にレジストを塗布した後に露光して所定の寸法のレ
ジストの溝パタンを形成する。その後、このレジストを
マスクとして絶縁膜5を例えばECRストリームエッチ
ング法などの異方性プラズマエッチングによりエッチン
グし、さらにシリコン酸化膜4を例えば弗化水素酸によ
りエッチングしてシリコン能動層3を露出させ、その
後、この半導体基板を酸化性雰囲気に晒して所定の厚さ
のシリコン酸化膜6を形成する。
【0018】次に図6に示すように例えば燐酸により絶
縁膜5を除去し、引き続きシリコン酸化膜6およびシリ
コン酸化膜4を例えば弗化水素酸などで除去して能動層
3を露出させる。その後、能動層3の表面に例えばシリ
コン酸化膜7を形成してこのシリコン酸化膜7上にレジ
ストを塗布して露光し、半導体装置の所定に寸法に合わ
せてシリコン酸化膜7を例えば弗化水素酸でエッチング
し、引き続きシリコン能動層3を異方性プラズマエッチ
ング法でエッチングして半導体素子領域を形成する。引
き続き能動層3中に閾値電圧を設定するための所定量の
第1導電形の不純物を例えばイオン注入法などにより、
導入する。
【0019】次に図7に示すようにシリコン酸化膜7を
除去した後、この半導体基板を酸化して能動層3上にゲ
ート酸化膜20を形成する。引き続きこの半導体基板の
主面側にシリコン酸化膜と異なる性質の例えばシリコン
窒化膜からなる絶縁膜9を堆積する。
【0020】次に図8に示すように異方性プラズマエッ
チング法によりこの半導体基板の主面側の絶縁膜9をエ
ッチングして能動層3の側壁にのみ絶縁膜9を残す。そ
の後、この半導体基板の主面側にゲート電極として使用
するシリコン層10aを堆積する。
【0021】次に図9に示すように異方性プラズマエッ
チング法によりシリコン層10aを所定寸法に加工して
ゲート電極10を形成する。この場合、能動層3の側壁
にシリコン層10aの残さがシリコン層12として残っ
ても構わない。その後、ゲート電極10の側面を酸化し
てシリコン酸化膜13を形成し、その後、例えばシリコ
ン酸化膜とは異なる性質の例えばシリコン窒化膜からな
る絶縁膜14を半導体基板の主面側に堆積する。
【0022】次に図11に示すように異方性プラズマエ
ッチング法により絶縁膜14をエッチングしてゲート電
極10の側壁に絶縁膜14として残す。このとき、能動
層3の側壁に存在するシリコン層12の上部にも絶縁膜
14として残す。その後、ソース領域およびドレイン領
域を形成するため、例えばイオン注入法により、n形の
不純物を導入し、ソース領域15およびドレイン領域1
6を形成する。
【0023】最後に図12に示すようにこの半導体基板
の主面側に絶縁膜17を堆積した後、コンタクトホール
を開口してソース電極18およびドレイン電極19を形
成する。
【0024】なお、図6の工程においては、酸化膜7は
用いなくても良い。また、閾値電圧を設定する不純物の
イオン注入は、図8の工程において、絶縁膜9を形成し
た直後に行っても良い。この場合、ゲート酸化膜20を
除去した後、改めて能動層3上にゲート酸化膜を形成す
る。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
以下のような極めて優れた効果が得られる。 半導体装置間を電気的に分離するために能動層側面が
埋め込み酸化膜とほぼ垂直になるように構成することに
よって生じた段差をゲート酸化膜と比べて厚い絶縁膜で
覆うため、能動層端部でのゲート耐圧劣化を防止でき
る。半導体装置間を電気的に分離するために能動層側
面が埋め込み酸化膜とほぼ垂直になるようにエッチング
することによって生じた段差をまず第1に絶縁膜で覆
い、この段差領域に後に発生するゲートシリコンのエッ
チング残さをゲート電極側面に絶縁膜を形成する工程で
自動的に絶縁膜を覆うため、シリコン残さが他の導電体
と接触することを防止できる。 半導体装置間を電気的に分離するために能動層側面が
埋め込み酸化膜とほぼ垂直になるようにエッチングする
ことによって生じた段差を厚い絶縁膜を用いて緩い角度
で覆うため、電極配線の加工時に問題となる断線などを
防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるSOI型半導体装置の一実施例に
よる構成を示す断面図である。
【図2】図1に示すSOI型半導体装置のY1−Y2線の
断面図である。
【図3】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図4】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図5】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図6】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図7】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図8】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図9】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図10】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法
の一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図11】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法
の一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図12】従来のSOI型半導体装置の構成を示す断面
図である。
【図13】(a)は図12のX1−X2線の断面図、
(b)は(a)のB部の拡大断面図である。
【図14】従来のSOI型半導体装置の断面構造の一例
を示す図である。
【符号の説明】
1 単結晶半導体基板 2 絶縁膜 3 能動層 4 絶縁膜 5 絶縁膜 6 シリコン酸化膜 7 シリコン酸化膜 8 ゲート絶縁膜 9 絶縁膜 10 ゲート電極 10a シリコン層 12 シリコン層 13 シリコン酸化膜 14 絶縁膜 15 n形ソース領域 16 n形ドレイン領域 17 絶縁膜 18 ソース電極 19 ドレイン電極 20 ゲート酸化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン半導体中に第1の絶縁膜が埋め
    込まれ、前記第1の絶縁膜上に第1のシリコン半導体層
    を有する半導体基板と、 前記第1のシリコン半導体層を覆う第2の絶縁膜と、 前記第2の絶縁膜で覆われた第1のシリコン半導体層の
    側面のうち、第1の絶縁膜と接触することなく、隣接す
    る二面上の第2の絶縁膜上に形成された第3の絶縁膜
    と、 前記第2の絶縁膜上に形成された所定の寸法を有する第
    1の導電体層と、 前記第1の導電体層の側面のうち、前記第2の絶縁膜と
    接触することなく、二面上および前記第1のシリコン半
    導体層の側面のうち、前記第1の絶縁膜と接触すること
    なく、隣接する二面上に形成された第3の絶縁膜および
    その他の物質上の第4の絶縁膜と、 からなることを特徴としたSOI型半導体装置。
  2. 【請求項2】 シリコン半導体中に第1の絶縁膜が埋め
    込まれ、前記第1の絶縁膜上に第1のシリコン半導体層
    を有する半導体基板を形成する工程と、 前記第1のシリコン半導体層を異方性プラズマエッチン
    グにより所定の寸法にエッチングして前記第1の絶縁膜
    を露出させる工程と、 前記第1のシリコン半導体層を第2の絶縁膜で覆う工程
    と、 前記第2の絶縁膜で覆われた第1のシリコン半導体層の
    側面のうち、前記第1の絶縁膜と接触することなく隣接
    する二面上の前記第2の絶縁膜上にそれぞれ第3の絶縁
    膜を形成する工程と、 前記第1のシリコン半導体層上に第4の絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第4の絶縁膜上に所定寸法の第1の導電体層を形成
    する工程と、 前記半導体基板の主面側に第5の絶縁膜を堆積する工程
    と、 前記半導体基板の主面側を異方性プラズマエッチングす
    ることによって前記第1の導電体層の側面のうち、前記
    第4の絶縁膜と接触することなく、隣接する二面上およ
    び前記第1のシリコン半導体層の側面のうち、前記第1
    の絶縁膜と接触することなく、隣接する二面上に存在す
    る第3の絶縁膜および他の物質上にそれぞれ第5の絶縁
    膜を形成する工程と、 からなるSOI半導体装置の製造方法。
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