JPH0595094A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0595094A
JPH0595094A JP25348491A JP25348491A JPH0595094A JP H0595094 A JPH0595094 A JP H0595094A JP 25348491 A JP25348491 A JP 25348491A JP 25348491 A JP25348491 A JP 25348491A JP H0595094 A JPH0595094 A JP H0595094A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
substrate
semiconductor device
manufacturing
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JP25348491A
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English (en)
Inventor
Akira Uchiyama
章 内山
Toshiyuki Ochiai
利幸 落合
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 結晶性に優れた半導体層を有するSOI構造
の半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 Si基板30に、この基板の表面から所定の
深さの範囲内に高濃度となるようにリン(P)イオンを
注入する。次に、アニ−ルを行なって、Si基板中にn
+ 層36を形成し、その下側にSi基板30の層を残存
させると共にn+ 層の上側にSi結晶層38形成する。
Si結晶層38上にSi−N膜40パタ−ンを形成した
後、Si基板の残存層34の表面までエッチングしてS
i−N膜40、Si単結晶層38およびn+ 層36から
なる島状領域を形成する。然る後、酸化雰囲気中で熱酸
化処理を行なって、Si単結晶38とSi基板の残存層
34との間に酸化領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置、特にS
ilicon on insulator(SOI)構
造素子を含む装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、SOI構造は、半導体素子形
成のための能動領域を半導体基板から絶縁することがで
きることが知られている。このため、配線の寄生規制容
量の低減が図れる等の理由から、SIO構造を用いて半
導体層を構成した場合、半導体装置の動作速度の向上が
期待できる。また、このSIO構造を積み重ねることに
より、三次元構造の集積回路が得られるため、半導体装
置のより一層の高集積化が期待できる。
【0003】このようなSOI構造は、従来は、例えば
文献:『LSIハンドブック』電子通信学会編、オ−ム
社(昭和59年11月30日)p.388〜390に開
示されているように、堆積膜再結晶法、単結晶分離法、
エピタキシャル堆積法等のいずれかの方法を用いて製造
されていた。
【0004】例えば単結晶分離法の一種であるSIMO
X(Separation byImplanted
Oxygen)を用いSOI構造を形成し、その後その
半導体装置部分にMOSFETを製造する場合、以下の
ような方法がとられていた。図4の(A)および(B)
は、その説明に供する工程図であり、素子断面を用いて
示した工程図である。
【0005】まず、シリコン基板11の全面に、加速電
圧300keV、ド−ズ量(1018(10の18乗)/
cm2 (cmの2乗)程度の条件で、酸素イオン
(O+ )を注入する。次に、この酸素イオン含有のシリ
コン基板11を熱処理する。この熱処理において、シリ
コン基板11の表面から所定の深さの位置に、先に注入
された酸素の作用により埋込SiO2 層(即ち絶縁層)
13が形成され、また、シリコン基板11中の埋込Si
2 層13の上側の部分15(この部分を以下SOI半
導体装置15と称することもある。)の結晶性回復がな
されて図4の(A)に示す構造体を得る。
【0006】次に、このSOI半導体層に、通常のMO
SFET形成手順により、ゲ−ト酸化膜17およびゲ−
ト電極19を形成し、さらにこのSIO半導体層15
の、ゲ−ト電極19の両側部分にソ−ス・ドレイン領域
21をそれぞれ形成して図4の(B)に示すMOSFE
Tの構造体を得る。
【0007】SOI構造を有するこのようなMOSFE
Tでは、ソ−ス・ドレインの接合容量がSOI構造を有
さない通常のMOSFETより極端にい小さくなるの
で、動作速度の高速化が図れ、また、CMOSを構成し
た場合は、nMOSおよびpMOSが絶縁膜によってシ
リコン基板から分離されていることから、ラッチアップ
の問題等が生じないとういう利点が得られる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SIM
OX法によるSOI構造の製造方法では、シリコン基板
11に酸素イオンを1018/cm2 オ−ダという極めて
高いド−ズ量で注入して埋込SiO2 層13を形成する
ため、SOI半導体層15となる基板部分はイオン注入
の際に大きな損傷を受ける。このため、この部分の損傷
をその後の熱処理で完全に回復させることは不可能であ
った。SOI半導体層15は、これにMOSFETを形
成する場合であればチャネルが形成される領域となるか
ら、この層の結晶欠陥はMOSFETの駆動能力(すな
わち相互コンダクタンス:gm )の低下、リ−ク電流の
増大を招くといった問題があった。
【0009】また、SIMOX法以外の方法として、上
記文献にも開示されているように、シリコン基板上に形
成した絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積後、このポリシ
リコン膜をレ−ザで結晶化させSOI構造を得る、堆積
膜再結晶法もあるが、これにおいても堆積膜の再結晶化
を完全に行うことは不可能であった。
【0010】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、したがってこの発明の目的はSOI構造を有
する半導体装置の製造方法であって、半導体素子が作り
こまれる半導体層を結晶性良く形成できる方法を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、絶縁膜上に半導体層を備え該半
導体層に半導体素子が作りこまれている構成の半導体装
置を製造するにあたり、半導体下地の表面から所定深さ
の範囲にわたる領域にある部分に対して半導体層主面と
平行な方向へ酸化を進めて酸化領域を形成し、該酸化領
域により前記半導体下地から区分けされた半導体下地の
所定部分によって、前記半導体層を形成することを特徴
とする。
【0012】この発明の実施に当たり、好ましくは、前
述の酸化処理を行う前に、前述の半導体下地を、半導体
基板とし、その主面の所定部分の下方の該所定部分表面
から深さd1及びd2(ただし、d1、d2は、0<d
1<d2を満足する値である。)の範囲の部分の不純物
濃度を該範囲部分以外の部分より高くしておくのが好適
である。
【0013】
【作用】このような構成によれば、SOI構造における
半導体層は半導体基板の所定部分そのもので構成され
る。
【0014】また、半導体下地を、半導体基板であって
その所定部分の下方の該所定部分表面から深さd1及び
深さd2の範囲の部分の不純物濃度が該範囲部分以外の
部分より高くされている半導体基板とする構成によれ
ば、半導体基板の所定部分の周囲から酸化を行うと、酸
化は不純物濃度が高い部分で優先的に進むことになり、
上述の半導体下地主面と平行な方向の酸化を優位に起こ
させ得る。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の半導体装置
の製造方法について説明する。なお、説明に用いる各図
はこれら発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形
状、配置関係等を概略的に示してある。
【0016】図1、図2の(A)〜(C)及び図3の
(A)〜(C)はこの発明の実施例の製造方法の説明に
供する図である。ここで、図1は、この実施例の製造工
程を経た後に得られる半導体装置の構造の斜視図であ
り、図2の(A)〜(C)の各図は、実施例の製造工程
中の主な段階で得られた構造体の要部の様子を断面によ
り示してある。
【0017】はじめに、半導体下地としてシリコン(S
i)基板30を用意し、これに、例えばリン(P)イオ
ンを例えば加速エネルギ−500keV、ド−ズ量1X
1015(10の15乗)cm-2(cmのマイナス2乗)
程度の条件で注入する。これによりシリコン基板30に
リンイオン注入領域32とシリコン(Si)結晶の状態
で残存した領域(Si結晶残存層と称する。)34とが
形成され、図2の(A)に示す構造体(試料)を得る。
【0018】次に、この試料に対し、例えば900℃の
温度で所定時間熱処理を行なう。ここまでの工程が終了
すると、最初のSi基板30の表面から深さd1から深
さd2までの範囲の領域部分にn+ (nプラス)層36
が形成されるとともに,このn+ 層36の上側に結晶性
が回復されたSi結晶層38が形成されて図2の)
(B)に示す構造体を得る。この実施例ではd1を約
0.1μm、d2を約1.1μmとしている。もちろ
ん、d1、d2は設計に応じ変更できる。なお、この程
度のド−ズ量であればn+ プラス層36の上側のSi結
晶層38であるSi基板部分のイオン注入時の損傷は熱
処理により回復されているので、素子特性に影響するこ
とはない。さらにその後、このSi結晶層38上に、プ
ラズマCVD法等により絶縁膜として窒化シリコン(S
i−N)膜40を例えば0.1μm程度の膜厚で成膜
し、図2の(C)に示すような構造体を得る。
【0019】次に、図2の(C)に示す構造体のSi−
N膜40の表面の所定領域に対して、例えばレジスト等
からなるエッチングマスクを公知の方法で形成し(図示
せず)、窒化シリコン膜40、Si結晶層38、n+
25を順次エッチングすることで島状領域42を形成す
る。
【0020】次に、例えば900℃から1000℃程度
までの適当な温度で、酸素雰囲気中で酸化を行い、これ
により図3の(A)に示す構造体中のシリコン(Si)
を酸化する。ここで、酸化は窒化シリコン膜40に覆わ
れている部分以外のシリコン表面から進行し、またn+
領域36においてはその酸化速度は速い。例えば900
℃の温度で100分程度の酸化で、Si結晶残存層34
での酸化膜厚が400A°(オングストロ−ム)となる
のに対し、n+領域36の酸化膜厚は900A°(オン
グストロ−ム)にもなる。この酸化速度の差異により、
酸化シリコン(SiO2 )部分44を上部シリコン(S
i)部分46を囲む形状で形成することができる。この
構造体を図3の(B)に示す。尚、この上部Si部分4
6は、酸化処理によりSi結晶層38の酸化されないで
残存した部分である。また、図3の(B)の図中の破線
は酸化される前の、図3の(A)の構造体の各領域の境
界を表している。このようにして得られた上部Si部分
46がSOI部分となるのである。
【0021】その後、窒化シリコン膜40を除去し、S
OI部分46に対して公知の方法でゲ−ト絶縁膜50、
ゲ−ト電極52、ソ−ス・ドレイン領域54を形成する
ことでSOI構造を有する電界効果トランジスタが得ら
れる。
【0022】ここで、図3の(C)における装置を斜め
上から眺めた概略図を図1に示す。配線については図示
していないが、公知の方法を用いることができることは
言うまでもない。
【0023】この発明は上述した実施例にのみ限定され
るものではなく、種々の変形または変更を行ない得る。
例えば、上述した実施例では、イオン注入を用いてn+
層を形成したが、このn+ 層は例えば次のように形成す
ることも可能である。まずシリコン基板表面から所定深
さに至る範囲例えばリン拡散等によりn+ 層を形成した
後、このシリコン基板上に公知のエピタキシャル結晶成
長技術により上部シリコン層を形成するのである。ま
た、製造上の諸条件も、設計に応じて他の条件に変更で
きる。
【0024】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の半導体装置の製造方法によれば、SOI構造に
おける素子形成用半導体層は、半導体下地の当該素子形
成用半導体層としたい部分(所定部分)の下方部分を該
所定部分を残したまま横方向に酸化することで該半導体
下地から前記所定部分を区分けすることにより形成す
る。
【0025】このため、SOI構造における絶縁膜を形
成するための高ド−ズ条件による酸素注入を行なう必要
がなくなるので、結晶性に優れる半導体層に半導体素子
が形成された半導体装置が得られる。従って、半導体素
子がFETである場合で考えると、駆動能力の低下、長
期信頼性の低下、リ−ク電流の増大が従来より小さい半
導体装置の提供が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による半導体装置の製法の説明に供す
る半導体装置の要部構造を示す斜視図である。
【図2】(A)〜(C)は、この発明の半導体装置の工
程の前半の説明に供する工程図である。
【図3】(A)〜(C)は、この発明の半導体装置の工
程の、図2の(C)の後工程を示す工程図である。
【図4】(A)および(B)は従来の工程図である。
【符号の説明】
30:シリコン基板 46:SOI部分 36:n+ 層 40:窒化シリコン膜 44:酸化シリコン部分 50:ゲ−ト酸化膜 52:ゲ−ト電極 54:ソ−ス・ドレイン領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜上に半導体層を備え該半導体層に
    半導体素子が作りこまれている構成の半導体装置を製造
    するに当たり、 半導体下地の主面の所定部分の周囲の少なくとも一部か
    ら、該所定部分の下方領域であって、所定の深さの範囲
    にわたる部分を前記主面と平行方向に酸化を進行させる
    ことにより酸化領域を形成し、該酸化領域によって前記
    半導体下地から区分けされた当該所定部分により前記半
    導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記酸化を行う前に、前記半導体下地の主面の所定の部
    分の下方の、該所定部分表面から深さd1および深さd
    2(ただし、d1、d2は、0<d1<d2を満足する
    値である。)の範囲の部分の不純物濃度を該範囲部分以
    外の部分より高くしておくことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
JP25348491A 1991-10-01 1991-10-01 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH0595094A (ja)

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Effective date: 19990107