JPH0684846A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0684846A
JPH0684846A JP23789092A JP23789092A JPH0684846A JP H0684846 A JPH0684846 A JP H0684846A JP 23789092 A JP23789092 A JP 23789092A JP 23789092 A JP23789092 A JP 23789092A JP H0684846 A JPH0684846 A JP H0684846A
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JP
Japan
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soi layer
photoresist pattern
soi
region
etching
Prior art date
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Application number
JP23789092A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Shinozaki
敏幸 篠崎
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To achieve that the good characteristic of an ultrathin-film SOI transistor is displayed and to form a gate electrode with good controllability by installing a process wherein impurities are introduced into only a region down to a prescribed depth from the surface of an SOI layer. CONSTITUTION:A first photoresist pattern(PP) 15 is formed on an SOI layer 3, the SOI layer is etched and separated by making use of the pattern as a mask, the first PP 15 is removed, and the difference in level of the SOI layer 13 is flattened by an insulating film 16. Then, a second PP 18 is formed on the insulating film 16, the insulating film 16 is etched by making use of the PP as a mask, a groove 17 is formed, and impurities are introduced, from the groove 17, into only a region 19 down to a prescribed depth from the surface of the SOI layer 13. Then, the second PP 18 is removed, only the region 19 into which the impurities have been introduced in the SOI layer 13 is removed selectively, a doped polysilicon film 22 is formed, and the doped polysilicon film 22 is etched back. Thereby, a gate electrode 14 is formed in a self-aligned manner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
より詳細には高速の大規模集積回路などに好適に実施さ
れる半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device,
More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, which is preferably implemented in a high-speed large-scale integrated circuit or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI基板を用いて作製したSOIMO
Sトランジスタの特性は、SOI膜厚を薄くすることに
より、移動度の向上・電流駆動能力の向上などバルクシ
リコン上に形成したMOSトランジスタの特性を凌ぐこ
とが知られている。
2. Description of the Related Art SOIMO manufactured using an SOI substrate
It is known that the characteristics of the S transistor exceed the characteristics of the MOS transistor formed on the bulk silicon by improving the mobility and the current driving capacity by reducing the SOI film thickness.

【0003】従来のこの種の超薄膜SOIトランジスタ
の製造方法の一例を図5を用いて説明する。図5(a)
〜(d)は、第1の従来例としての超薄膜SOIトラン
ジスタの製造工程を示した概略断面図である。
An example of a conventional method of manufacturing this kind of ultra-thin film SOI transistor will be described with reference to FIG. Figure 5 (a)
8D to 8D are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the ultrathin film SOI transistor as the first conventional example.

【0004】まず、シリコン基板41上に酸化膜42、
SOI層43が順次形成されたSOI基板40を作製す
る(図5(a))。このSOI基板40は、SIMOX
(Separation by IMplanted OXygen)法、ZMR(Zone
Melting Recrystalization)法、貼り合せ法等により作
製される。
First, an oxide film 42 is formed on a silicon substrate 41.
The SOI substrate 40 in which the SOI layer 43 is sequentially formed is manufactured (FIG. 5A). This SOI substrate 40 is SIMOX
(Separation by IMplanted OXygen) method, ZMR (Zone
It is manufactured by the Melting Recrystalization) method, the bonding method, or the like.

【0005】次にSOI層43をRIEによるエッチン
グあるいは熱酸化と酸化膜除去により1000Å以下の
厚さまで薄膜化する(図5(b))。
Next, the SOI layer 43 is thinned to a thickness of 1000 Å or less by etching by RIE or thermal oxidation and removal of the oxide film (FIG. 5B).

【0006】さらにフォトレジスト45をマスクとし
て、薄膜化したSOI層43をRIEによりエッチング
する(図5(c))。
Further, the thinned SOI layer 43 is etched by RIE using the photoresist 45 as a mask (FIG. 5C).

【0007】この後、通常のMOSトランジスタ製造プ
ロセスによりSOI層43上にゲート酸化膜51を形成
し、ゲート酸化膜51上にゲート電極44を形成し、シ
リコン基板41上全面に酸化膜53を形成した後、図示
しないフォトマスク等により酸化膜53をエッチング
し、エッチングした場所に金属配線54を形成し、超薄
膜SOIトランジスタを製造する(図5(d))。
Thereafter, a gate oxide film 51 is formed on the SOI layer 43, a gate electrode 44 is formed on the gate oxide film 51, and an oxide film 53 is formed on the entire surface of the silicon substrate 41 by a normal MOS transistor manufacturing process. After that, the oxide film 53 is etched by a photomask or the like (not shown), the metal wiring 54 is formed at the etched position, and the ultrathin film SOI transistor is manufactured (FIG. 5D).

【0008】またこの種の薄膜トランジスタにおいて
は、上記とは別にチャネルとなるシリコン領域を囲繞す
るようにゲート電極を形成した薄膜SOIトランジスタ
が存在する。チャネルとなるシリコン領域が完全に空乏
化するように膜厚を設定することにより、チャネルに対
するゲート電極の支配力を増大させ、前述の従来例で示
した超薄膜SOIトランジスタ同様の良好な特性を示す
だけでなく、より低いゲート電圧でチャネル領域の完全
な空乏化が達成され、より高速化が図れることが知られ
ている。
In addition to this, in this type of thin film transistor, there is a thin film SOI transistor in which a gate electrode is formed so as to surround a silicon region which becomes a channel. By setting the film thickness so that the silicon region serving as the channel is completely depleted, the control power of the gate electrode with respect to the channel is increased, and the same excellent characteristics as the ultra-thin film SOI transistor shown in the above-mentioned conventional example are exhibited. Not only that, it is known that the depletion of the channel region is achieved at a lower gate voltage and the speed can be further increased.

【0009】図6(a)〜(f)は第2の従来例として
のチャネルとなるシリコン領域を囲繞するようにゲート
電極を形成した前記薄膜SOIトランジスタの製造工程
を示した概略断面図である。
FIGS. 6A to 6F are schematic sectional views showing a manufacturing process of the thin film SOI transistor in which a gate electrode is formed so as to surround a silicon region which becomes a channel as a second conventional example. .

【0010】まず、シリコン基板61上に酸化膜62、
SOI層63が順次形成されたSOI基板60を作製し
た後、SOI基板60のSOI層63をRIEによるエ
ッチングあるいは熱酸化と酸化膜除去により1000Å
以下の厚さまで薄膜化する(図6(a))。前記SOI
基板は、例えばSIMOX法、ZMR法、貼りあわせ法
等により作製される。
First, on the silicon substrate 61, an oxide film 62,
After manufacturing the SOI substrate 60 in which the SOI layer 63 is sequentially formed, the SOI layer 63 of the SOI substrate 60 is etched by RIE or thermally oxidized and oxide film is removed to 1000 Å.
The thickness is reduced to the following thickness (FIG. 6A). The SOI
The substrate is manufactured by, for example, the SIMOX method, the ZMR method, the bonding method, or the like.

【0011】次にフォトレジスト65をマスクとしてS
OI層63をエッチングする(図6(b))。
Next, using the photoresist 65 as a mask, S
The OI layer 63 is etched (FIG. 6B).

【0012】さらにフォトレジスト67をマスクにゲー
ト電極が形成されるべき領域の酸化膜62をフッ酸によ
りエッチングして空洞75を形成する(図6(c))。
Further, using the photoresist 67 as a mask, the oxide film 62 in the region where the gate electrode is to be formed is etched with hydrofluoric acid to form a cavity 75 (FIG. 6C).

【0013】続いてゲート酸化膜71を酸化膜62と接
していないSOI層63表面に形成した後、全面にドー
プドポリシリコン72を成膜して空洞75内にもドープ
ドポリシリコン72を埋め込む(図6(d))。
Subsequently, a gate oxide film 71 is formed on the surface of the SOI layer 63 not in contact with the oxide film 62, a doped polysilicon 72 is formed on the entire surface, and the cavity 75 is also filled with the doped polysilicon 72. (FIG.6 (d)).

【0014】次にフォトレジスト76をマスクとしてド
ープドポリシリコン72をエッチングしてゲート電極6
4を形成する(図6(e))。
Next, the doped polysilicon 72 is etched by using the photoresist 76 as a mask to etch the gate electrode 6.
4 is formed (FIG. 6E).

【0015】フォトレジスト76を除去した後、ソース
・ドレインとなるSOI層63内に不純物を導入し(図
6(f))、さらに通常の手順に従って金属配線(図示
せず)等を形成し、MOSFETを作製する。
After removing the photoresist 76, impurities are introduced into the SOI layer 63 to be the source / drain (FIG. 6 (f)), and metal wirings (not shown) and the like are formed according to the usual procedure. Make a MOSFET.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】第1の従来例において
は、ゲート電圧の関係からSOI層43の膜厚を100
0Å以下にする必要があり、必然的にソース・ドレイン
拡散層の厚さも薄くなる。ソース・ドレイン拡散層の厚
さを薄くすると、ソース・ドレイン拡散層における抵抗
が増加するため、電気的特性を悪化させる問題が生じて
いた。また、ソース・ドレイン拡散層が薄いため、コン
タクトホール開孔時のエッチングにより拡散層が消滅す
ることも生じ得るといった課題があった。
In the first conventional example, the film thickness of the SOI layer 43 is set to 100 because of the gate voltage relationship.
The thickness of the source / drain diffusion layer must be reduced to 0 Å or less. When the thickness of the source / drain diffusion layer is reduced, the resistance in the source / drain diffusion layer increases, which causes a problem of deteriorating the electrical characteristics. Further, since the source / drain diffusion layer is thin, there is a problem that the diffusion layer may disappear due to etching when the contact hole is opened.

【0017】また第2の従来例においては、SOI層6
3下の空洞75は酸化膜62のウエットエッチングによ
り形成しているが、等方性エッチングであることからエ
ッチングのばらつきが大きく線巾の制御が難しいため、
微細なゲート電極64を形成するのは困難であるという
課題があった。
Further, in the second conventional example, the SOI layer 6
The cavity 75 under 3 is formed by wet etching of the oxide film 62. However, since it is isotropic etching, variations in etching are large and it is difficult to control the line width.
There is a problem that it is difficult to form the fine gate electrode 64.

【0018】本発明は上記課題に鑑み発明された方法で
あって、超薄膜SOIトランジスタの良好な特性を発揮
させることができ、制御性よくゲート電極を形成するこ
とができる半導体装置の製造方法を提供することを目的
としている。
The present invention is a method invented in view of the above problems, which is a method for manufacturing a semiconductor device capable of exhibiting excellent characteristics of an ultrathin film SOI transistor and forming a gate electrode with good controllability. It is intended to be provided.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体装置の製造方法は、SOI層上に
第1フォトレジストパターンを形成する工程と、該第1
フォトレジストパターンをマスクとしてSOI層をエッ
チングして分離する工程と、前記第1フォトレジストパ
ターンを除去した後エッチングによるSOI層の段差を
絶縁膜で平坦化する工程と、該絶縁膜上に第2フォトレ
ジストパターンを形成し、該第2フォトレジストパター
ンをマスクに前記絶縁膜をエッチングして溝を形成する
工程と、該溝より不純物を前記SOI層表面から所定の
深さまでの領域にのみ導入する工程と、前記第2フォト
レジストパターンを除去した後前記SOI層の不純物を
導入した領域のみを選択的にエッチング除去する工程
と、ドープドポリシリコン膜を形成した後、該ドープド
ポリシリコン膜をエッチバックすることにより前記SO
I層の選択的にエッチングされた領域及び前記絶縁膜に
形成した溝内部にゲート電極をセルフアラインで形成す
る工程とを含んでいることを特徴とし(1)、また本発
明に係る半導体装置の製造方法は、SOI層上に第1フ
ォトレジストパターンを形成する工程と、該第1フォト
レジストパターンをマスクとしてSOI層をエッチング
して分離する工程と、前記第1フォトレジストパターン
を除去した後エッチングによるSOI層の段差を絶縁膜
で平坦化する工程と、該絶縁膜上に第2フォトレジスト
パターンを形成し、該第2フォトレジストパターンをマ
スクに前記絶縁膜をエッチングして溝を形成する工程
と、該溝より不純物を前記SOI層の所定の深さから前
記SOI層底面までの領域に導入する工程と、前記第2
フォトレジストパターンを除去した後前記SOI層の不
純物を導入した領域のみを選択的にエッチング除去する
工程と、ドープドポリシリコン膜を形成した後、該ドー
プドポリシリコン膜をエッチバックすることにより前記
SOI層の選択的にエッチングされた領域及び前記絶縁
膜に形成した溝内部にゲート電極をセルフアラインで形
成する工程とを含んでいることを特徴とし(2)、また
上記した(1)及び(2)の方法において、SOIの所
定の深さに導入する不純物として、リン・ヒ素イオンを
用いることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a first photoresist pattern on an SOI layer, and a step of forming the first photoresist pattern.
A step of etching and separating the SOI layer using a photoresist pattern as a mask; a step of removing the first photoresist pattern and planarizing a step of the SOI layer by etching with an insulating film; and a second step on the insulating film. Forming a photoresist pattern, etching the insulating film using the second photoresist pattern as a mask to form a groove, and introducing impurities from the groove to a region from the surface of the SOI layer to a predetermined depth A step of selectively removing only the impurity-doped region of the SOI layer after removing the second photoresist pattern, forming a doped polysilicon film, and then removing the doped polysilicon film. By etching back the SO
And (1) the step of forming a gate electrode by self-alignment in the selectively etched region of the I layer and inside the groove formed in the insulating film (1), and the semiconductor device according to the present invention. The manufacturing method includes a step of forming a first photoresist pattern on the SOI layer, a step of etching and separating the SOI layer using the first photoresist pattern as a mask, and an etching after removing the first photoresist pattern. A step of flattening the step of the SOI layer with an insulating film by the method, and a step of forming a second photoresist pattern on the insulating film and etching the insulating film using the second photoresist pattern as a mask to form a groove. And a step of introducing impurities from the groove into a region from a predetermined depth of the SOI layer to a bottom surface of the SOI layer, the second
After the photoresist pattern is removed, only the impurity-doped region of the SOI layer is selectively removed by etching, and after the doped polysilicon film is formed, the doped polysilicon film is etched back to remove the impurities. The method further comprises the step of forming a gate electrode by self-alignment in the selectively etched region of the SOI layer and the inside of the groove formed in the insulating film (2), and the above (1) and (). The method 2) is characterized in that phosphorus / arsenic ions are used as impurities to be introduced into the SOI at a predetermined depth.

【0020】[0020]

【作用】上記(1)記載の方法によれば、不純物をSO
I層表面から所定の深さまでの領域にのみ導入する工程
を含んでいるので、厚いSOI層を有する基板を用いて
チャネルとなるシリコン領域のみを選択的に薄膜化する
ことができ、そのためソース・ドレイン拡散層の厚みを
厚くすることにより、これら拡散層の抵抗が低減され
る。また、前記SOI層の選択的にエッチングされた領
域、すなわちチャネルとなるシリコン領域直上にのみセ
ルフアラインでゲート電極が精度よく形成される。
According to the method described in the above (1), the impurity is SO
Since the step of introducing into the region from the surface of the I layer to a predetermined depth is included, only the silicon region to be the channel can be selectively thinned by using the substrate having the thick SOI layer. By increasing the thickness of the drain diffusion layers, the resistance of these diffusion layers is reduced. In addition, the gate electrode is accurately formed by self-alignment only in the selectively etched region of the SOI layer, that is, just above the silicon region which becomes the channel.

【0021】また上記(2)記載の方法によれば、不純
物を前記SOI層の所定の深さから前記SOI層底面ま
での領域に導入する工程を含んでおり、チャネルとなる
シリコン領域のみ薄膜化することができ、ソース・ドレ
インとなるシリコン領域は厚く形成することが可能とな
る。またチャネルとなるシリコン領域を囲繞するように
ゲート電極が形成される。従って、チャネルとなるシリ
コン領域が精度良く薄膜化され、ソース・ドレイン層の
高抵抗化やコンタクトホール形成時におけるソース・ド
レイン層の消滅が防止される。さらにはSOI層下方に
形成されるゲート電極の線巾制御性が向上し、ゲートの
支配力も向上する。
Further, according to the method described in (2) above, the method includes the step of introducing an impurity into a region from a predetermined depth of the SOI layer to the bottom surface of the SOI layer, and thins only a silicon region to be a channel. Therefore, the silicon regions to be the source / drain can be formed thick. Further, a gate electrode is formed so as to surround the silicon region which will be the channel. Therefore, the silicon region serving as the channel is accurately thinned, and the resistance of the source / drain layer is prevented from increasing and the source / drain layer is prevented from disappearing when the contact hole is formed. In addition, the line width controllability of the gate electrode formed below the SOI layer is improved, and the gate power is also improved.

【0022】また上記した(1)及び(2)記載の方法
において、SOIの所定の深さに導入する不純物とし
て、リンまたはヒ素イオンを用いる場合、注入エネルギ
ー等、不純物注入条件の調節により、所望の深さに不純
物注入層を形成することが容易となる。
In the methods described in (1) and (2) above, when phosphorus or arsenic ions are used as impurities to be introduced into the SOI at a predetermined depth, it is desired to adjust the impurity implantation conditions such as implantation energy. It becomes easy to form the impurity-implanted layer at the depth of.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の
実施例を図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1(a)〜(i)は実施例に係る半導体
装置の製造方法の各工程を示した断面図及び平面図であ
る。図2は図1の方法により製造された半導体装置を示
した模式的斜視図である。まず、シリコン基板11に膜
厚1μmの酸化膜12、膜厚3000ÅのSOI層13
が順次形成されたSOI基板10を作製する(図1
(a))。SOI基板10は例えばSIMOX法、ZM
R法、貼りあわせ法等により作製される。
1A to 1I are a sectional view and a plan view showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment. FIG. 2 is a schematic perspective view showing a semiconductor device manufactured by the method of FIG. First, an oxide film 12 having a film thickness of 1 μm and an SOI layer 13 having a film thickness of 3000 Å are formed on a silicon substrate 11.
The SOI substrate 10 in which the layers are sequentially formed is manufactured (FIG. 1).
(A)). The SOI substrate 10 is, for example, SIMOX method, ZM
It is produced by the R method, the laminating method, or the like.

【0025】続いて、SOI層13上にフォトレジスト
パターン15を形成し、これをマスクとしてRIEによ
りSOI層13をエッチングし、素子の分離を行なう
(図1(b))。
Subsequently, a photoresist pattern 15 is formed on the SOI layer 13, and the SOI layer 13 is etched by RIE using the photoresist pattern 15 as a mask to separate the elements (FIG. 1B).

【0026】続いて、フォトレジストパターン15を除
去した後、SOI層13の形成されていない酸化膜12
上及びSOI層13上に酸化膜16を形成し、図1
(b)のSOI層13のエッチング工程により発生した
段差を例えばエッチバック法等を用いることにより平坦
化する(図1(c))。
Subsequently, after removing the photoresist pattern 15, the oxide film 12 on which the SOI layer 13 is not formed is formed.
An oxide film 16 is formed on the SOI layer 13 and the SOI layer 13 as shown in FIG.
The step generated in the etching step of the SOI layer 13 in (b) is flattened by using, for example, an etch back method (FIG. 1C).

【0027】続いて酸化膜16上にフォトレジストパタ
ーン18を形成し、フォトレジストパターン18をマス
クとして平坦化した酸化膜16をRIEによりエッチン
グし、溝17を形成する(図1(d))。
Next, a photoresist pattern 18 is formed on the oxide film 16, and the flattened oxide film 16 is etched by RIE using the photoresist pattern 18 as a mask to form a groove 17 (FIG. 1 (d)).

【0028】このときのフォトレジストパターン18は
後の工程で形成するゲート電極のパターンであり、図1
(d)の平面図を図1(d’)に示す。図1(d’)に
示したように、前記ゲート電極のパターンはSOI層1
3と交差するように形成されている。
The photoresist pattern 18 at this time is a pattern of a gate electrode formed in a later step, and is shown in FIG.
A plan view of (d) is shown in FIG. As shown in FIG. 1D ', the pattern of the gate electrode is the SOI layer 1
It is formed so as to intersect with 3.

【0029】続いて、フォトレジストパターン18及び
酸化膜16をマスクとしてSOI層13に例えば80k
eV、4×1015cm-2の条件でn型不純物としてリン
イオンを注入する。続いて、熱処理を施すことによりS
OI層13内にn型不純物を拡散させ、n型不純物注入
層19をSOI層13表面から深さ2000Åの範囲に
まで形成する(図1(e))。
Then, the SOI layer 13 is patterned, for example, with a thickness of 80 k using the photoresist pattern 18 and the oxide film 16 as a mask.
Phosphorus ions are implanted as an n-type impurity under the conditions of eV and 4 × 10 15 cm −2 . Then, heat treatment is performed to obtain S
An n-type impurity is diffused in the OI layer 13 to form an n-type impurity injection layer 19 from the surface of the SOI layer 13 to a depth of 2000Å (FIG. 1E).

【0030】次にフォトレジスト18を除去した後、フ
ッ酸・酢酸・硝酸を混合したエッチング液を用いて、n
型不純物注入層19を選択的にエッチング除去し、空洞
20を形成する(図1(f))。これにより、SOI層
13のチャネルとなるシリコン領域は厚さ1000Åま
で薄膜化される。
Next, after the photoresist 18 is removed, n is removed by using an etching solution containing a mixture of hydrofluoric acid, acetic acid and nitric acid.
The type impurity implantation layer 19 is selectively removed by etching to form a cavity 20 (FIG. 1 (f)). As a result, the silicon region serving as the channel of the SOI layer 13 is thinned to a thickness of 1000Å.

【0031】続いて、ゲート酸化膜21をSOI層13
の空洞20の底部及び側壁部に形成し、n型不純物が導
入されたドープドポリシリコン膜22を5000Å形成
する(図1(g))。このとき空洞20内にもドープド
ポリシリコン膜22が形成される。
Subsequently, the gate oxide film 21 is formed on the SOI layer 13
Then, a doped polysilicon film 22 having n-type impurities introduced therein is formed on the bottom and side walls of the cavity 20 to form 5000 Å (FIG. 1 (g)). At this time, the doped polysilicon film 22 is also formed in the cavity 20.

【0032】さらにドープドポリシリコン膜22をRI
Eにより全面エッチングし、酸化膜16が露出したとこ
ろでエッチングを停止する。これにより、空洞20内に
のみドープドポリシリコン膜22が残され、ゲート電極
14が形成される(図1(h))。
Further, the doped polysilicon film 22 is RI
The entire surface is etched by E, and the etching is stopped when the oxide film 16 is exposed. As a result, the doped polysilicon film 22 is left only in the cavity 20 and the gate electrode 14 is formed (FIG. 1 (h)).

【0033】続いて、RIEにより酸化膜16のみをエ
ッチングし、SOI層13の表面を露出させる(図1
(i)、図2)。この後は通常のMOSトランジスタと
同様に作製する。
Then, only the oxide film 16 is etched by RIE to expose the surface of the SOI layer 13 (FIG. 1).
(I), FIG. 2). After that, it is manufactured in the same manner as a normal MOS transistor.

【0034】以上説明した本実施例に係る半導体装置の
製造方法にあっては、n型不純物をSOI層13表面か
ら2000Åの深さまでの領域にのみ導入することによ
り、ソース・ドレイン領域となるSOI層13全体は厚
く形成することができながら、チャネルとなるシリコン
領域のみを精度良く薄膜化することができ、ソース・ド
レイン拡散層における抵抗を低減させることができる。
また薄くしたチャネルとなるシリコン領域直上ににのみ
セルフアラインでゲート電極14を精度良く形成するこ
とができ、電気的特性を向上させることができ、質の良
いSOIMOSトランジスタを作製することができる。
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment described above, the n-type impurity is introduced only into the region from the surface of the SOI layer 13 to a depth of 2000 Å to form the source / drain regions of the SOI. Although the entire layer 13 can be formed thick, only the silicon region to be the channel can be accurately thinned, and the resistance in the source / drain diffusion layer can be reduced.
Further, the gate electrode 14 can be formed with high accuracy by self-alignment only directly above the silicon region which becomes the thinned channel, the electrical characteristics can be improved, and a high-quality SOIMOS transistor can be manufactured.

【0035】図3(a)〜(i)は本発明に係る半導体
装置の別の製造工程を示した断面図及び平面図である。
図4は図3の方法により製造された半導体装置を示した
模式的斜視図である。まず、シリコン基板31に膜厚1
μmの酸化膜32、膜厚3000ÅのSOI層33が順
次形成されたSOI基板30を作製する(図3
(a))。
FIGS. 3A to 3I are a sectional view and a plan view showing another manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a semiconductor device manufactured by the method of FIG. First, the silicon substrate 31 has a film thickness of 1
An SOI substrate 30 in which an oxide film 32 having a thickness of μm and an SOI layer 33 having a film thickness of 3000 Å are successively formed (FIG.
(A)).

【0036】続いて、フォトレジストパターン35を形
成し、これをマスクとしてSOI層33をRIEにより
エッチングすることにより、素子間分離を行なう(図3
(b))。
Subsequently, a photoresist pattern 35 is formed, and the SOI layer 33 is etched by RIE using the photoresist pattern 35 as a mask to separate elements (FIG. 3).
(B)).

【0037】続いて、フォトレジストパターン35を除
去した後、SOI層33をエッチングすることにより発
生した段差を例えばエッチバック法等を用いて形成した
酸化膜36で平坦化する(図3(c))。
Subsequently, after removing the photoresist pattern 35, the step generated by etching the SOI layer 33 is flattened by an oxide film 36 formed by using, for example, an etch back method (FIG. 3C). ).

【0038】続いて、酸化膜36上にフォトレジストパ
ターン38を形成し、フォトレジストパターン38をマ
スクとして酸化膜36をRIEによりエッチングし、溝
37を形成する(図3(d))。このときのフォトレジ
ストパターン38はゲート電極のパターンであり、図3
(d)の平面図を図3(d’)に示す。図3(d’)に
示したように溝37はSOI層33と交差するように形
成されており、フォトレジストパターン38によりマス
クされていない酸化膜36がエッチングされている。
Subsequently, a photoresist pattern 38 is formed on the oxide film 36, and the oxide film 36 is etched by RIE using the photoresist pattern 38 as a mask to form a groove 37 (FIG. 3D). At this time, the photoresist pattern 38 is the pattern of the gate electrode.
A plan view of (d) is shown in FIG. As shown in FIG. 3D ', the groove 37 is formed so as to intersect with the SOI layer 33, and the oxide film 36 not masked by the photoresist pattern 38 is etched.

【0039】続いて、フォトレジストパターン38及び
酸化膜36をマスクとし、SOI層33に例えばリンイ
オンを200keV、4×1015cm-2の条件でn型不
純物として注入し、n型不純物の注入後、熱処理を施す
ことによりn型不純物注入層39を形成する。このとき
n型不純物注入層39の上面は、SOI層33表面から
1000Åに位置し、n型不純物注入層39の底面はS
OI層33底面にまで達するように形成する(図3
(e))。
Then, using the photoresist pattern 38 and the oxide film 36 as a mask, phosphorus ions are implanted into the SOI layer 33 as n-type impurities under the conditions of 200 keV and 4 × 10 15 cm -2. By performing heat treatment, the n-type impurity implantation layer 39 is formed. At this time, the upper surface of the n-type impurity implantation layer 39 is located 1000 Å from the surface of the SOI layer 33, and the bottom surface of the n-type impurity implantation layer 39 is S.
The OI layer 33 is formed so as to reach the bottom surface (FIG. 3).
(E)).

【0040】次にフォトレジスト38を除去した後、フ
ッ素・酢酸・硝酸を混合したエッチング液を用いて、n
型不純物注入層39を選択的にエッチング除去し、空洞
40を形成する(図3(f))。このときエッチング液
は、図3(d)の工程でエッチングした際、酸化膜36
がエッチングされて酸化膜36に形成された溝37より
侵入し、SOI層33のn型不純物注入層39を側面よ
りエッチングする。これにより、SOI層33のチャネ
ルとなるシリコン領域は厚さ1000Åまで薄膜化され
る。
Next, after removing the photoresist 38, n is removed by using an etching solution in which fluorine, acetic acid and nitric acid are mixed.
The type impurity implantation layer 39 is selectively removed by etching to form a cavity 40 (FIG. 3F). At this time, the etching solution is the oxide film 36 when the etching is performed in the process of FIG.
Is etched into the groove 37 formed in the oxide film 36, and the n-type impurity implantation layer 39 of the SOI layer 33 is etched from the side surface. As a result, the silicon region serving as the channel of the SOI layer 33 is thinned to a thickness of 1000Å.

【0041】続いて、露出しているSOI層33全面に
ゲート酸化膜41を形成し、その後、n型不純物が導入
されたドープドポリシリコン42を5000Å形成する
(図3(g))。このとき溝37をへてドープドポリシ
リコン42が空洞40内にも回りこむように減圧CVD
法を用い、SOI層33下方に存在する空洞40内にド
ープドポリシリコン42を形成する。
Subsequently, a gate oxide film 41 is formed on the entire surface of the exposed SOI layer 33, and then, a doped polysilicon 42 having an n-type impurity introduced therein is formed in a thickness of 5000 .ANG. (FIG. 3 (g)). At this time, the low pressure CVD is performed so that the doped polysilicon 42 extends into the cavity 40 through the groove 37.
Method is used to form the doped polysilicon 42 in the cavity 40 existing below the SOI layer 33.

【0042】さらにドープドポリシリコン42をRIE
により全面エッチングし、酸化膜36が露出したところ
でエッチングを停止する。これにより、空洞40及び溝
37内にのみドープドポリシリコン32が残り、ゲート
電極34が形成される(図3(h))。
Further, the doped polysilicon 42 is subjected to RIE.
Then, the entire surface is etched, and the etching is stopped when the oxide film 36 is exposed. As a result, the doped polysilicon 32 remains only in the cavity 40 and the groove 37, and the gate electrode 34 is formed (FIG. 3 (h)).

【0043】続いて、RIEにより酸化膜36をエッチ
ングし、SOI層33の表面を露出させる(図3
(i)、図4)。後は、通常のMOSトランジスタと同
様に作製する。
Then, the oxide film 36 is etched by RIE to expose the surface of the SOI layer 33 (FIG. 3).
(I), FIG. 4). After that, it is manufactured in the same manner as a normal MOS transistor.

【0044】以上説明したように、上記実施例に係る半
導体装置の製造方法にあっては、n型不純物をSOI層
33の表面から1000Åの深さからSOI層33底面
までの領域に導入することにより、ソース・ドレイン領
域となるSOI層33全体は厚く形成することができな
がら、チャネルとなるシリコン領域のみを精度良く薄膜
化することができ、チャネルとなるシリコン領域を囲繞
するようにゲート電極34を形成することができる。従
って、上記第1の実施例における効果に加え、より低い
ゲート電圧でチャネル領域の空乏化が達成され、より高
速化が図られたSOIMOSトランジスタを作製するこ
とができる。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the above-described embodiment, the n-type impurity is introduced into the region from the surface of the SOI layer 33 to a depth of 1000Å to the bottom surface of the SOI layer 33. As a result, the entire SOI layer 33 serving as the source / drain region can be formed thick, but only the silicon region serving as the channel can be accurately thinned, and the gate electrode 34 surrounds the silicon region serving as the channel. Can be formed. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment described above, depletion of the channel region is achieved with a lower gate voltage, and an SOIMOS transistor with a higher speed can be manufactured.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
装置の製造方法においては、SOI層上に第1フォトレ
ジストパターンを形成する工程と、該第1フォトレジス
トパターンをマスクとしてSOI層をエッチングして分
離する工程と、前記第1フォトレジストパターンを除去
した後エッチングによるSOI層の段差を絶縁膜で平坦
化する工程と、該絶縁膜上に第2フォトレジストパター
ンを形成し、該第2フォトレジストパターンをマスクに
前記絶縁膜をエッチングして溝を形成する工程と、該溝
より不純物を前記SOI層表面から所定の深さまでの領
域にのみ導入する工程と、前記第2フォトレジストパタ
ーンを除去した後前記SOI層の不純物を導入した領域
のみを選択的にエッチング除去する工程と、ドープドポ
リシリコン膜を形成した後、該ドープドポリシリコン膜
をエッチバックすることにより前記SOI層の選択的に
エッチングされた領域及び前記絶縁膜に形成した溝内部
にゲート電極をセルフアラインで形成する工程とを含ん
でいるので、チャネルとなるシリコン領域のみを制御よ
く薄膜化でき、ソース・ドレイン拡散層の厚みを厚くし
てソース・ドレイン層における抵抗を低減できる。また
コンタクトホール形成時のエッチングにより拡散層が消
滅することもなく、制御性の良いゲート電極を形成する
ことができる。
As described above in detail, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming a first photoresist pattern on the SOI layer, and the step of forming the SOI layer using the first photoresist pattern as a mask. A step of etching and separating, a step of removing the first photoresist pattern and planarizing a step of the SOI layer by etching with an insulating film, a second photoresist pattern formed on the insulating film, 2 a step of forming a groove by etching the insulating film using the photoresist pattern as a mask, a step of introducing impurities from the groove only into a region from the surface of the SOI layer to a predetermined depth, and the second photoresist pattern And then removing only the impurity-doped region of the SOI layer by etching, and forming a doped polysilicon film. And then etching back the doped polysilicon film to form a gate electrode by self-alignment in the selectively etched region of the SOI layer and inside the trench formed in the insulating film. Therefore, only the silicon region to be the channel can be thinned with good control, and the resistance of the source / drain layer can be reduced by increasing the thickness of the source / drain diffusion layer. Further, the gate electrode having good controllability can be formed without the diffusion layer disappearing due to etching when forming the contact hole.

【0046】また本発明に係る半導体装置の製造方法に
おいて、SOI層上に第1フォトレジストパターンを形
成する工程と、該第1フォトレジストパターンをマスク
としてSOI層をエッチングして分離する工程と、前記
第1フォトレジストパターンを除去した後エッチングに
よるSOI層の段差を絶縁膜で平坦化する工程と、該絶
縁膜上に第2フォトレジストパターンを形成し、該第2
フォトレジストパターンをマスクに前記絶縁膜をエッチ
ングして溝を形成する工程と、該溝より不純物を前記S
OI層の所定の深さから前記SOI層底面までの領域に
導入する工程と、前記第2フォトレジストパターンを除
去した後前記SOI層の不純物を導入した領域のみを選
択的にエッチング除去する工程と、ドープドポリシリコ
ン膜を形成した後、該ドープドポリシリコン膜をエッチ
バックすることにより前記SOI層の選択的にエッチン
グされた領域及び前記絶縁膜に形成した溝内部にゲート
電極をセルフアラインで形成する工程とを含んでいる場
合、ソース・ドレイン領域となる前記SOI層全体は厚
く形成することができながら、チャネルとなるシリコン
領域のみを精度良く薄膜化することができ、チャネルと
なるシリコン領域を囲繞するようにゲート電極を形成す
ることができる。従って、上記第1の実施例における効
果に加え、より低いゲート電圧でチャネル領域の空乏化
が達成され、より高速化が図られたSOIMOSトラン
ジスタを作製することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a first photoresist pattern on the SOI layer, a step of etching and separating the SOI layer using the first photoresist pattern as a mask, Removing the first photoresist pattern and planarizing the step of the SOI layer by etching with an insulating film; forming a second photoresist pattern on the insulating film;
A step of forming a groove by etching the insulating film using a photoresist pattern as a mask;
Introducing into a region from a predetermined depth of the OI layer to the bottom surface of the SOI layer; and removing the second photoresist pattern and selectively etching away only the region of the SOI layer into which impurities have been introduced. After forming the doped polysilicon film, the gate electrode is self-aligned in the selectively etched region of the SOI layer and inside the trench formed in the insulating film by etching back the doped polysilicon film. In the case of including the step of forming, the entire SOI layer to be the source / drain region can be formed thick, but only the silicon region to be the channel can be accurately thinned, and the silicon region to be the channel can be formed. A gate electrode can be formed to surround the. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment described above, depletion of the channel region is achieved with a lower gate voltage, and an SOIMOS transistor with a higher speed can be manufactured.

【0047】また上記した方法において、SOIの所定
の深さに導入する不純物として、リンまたはヒ素イオン
を用いる場合、エネルギー等不純物注入条件の調節によ
り、所望の深さに不純物注入層を形成することができ
る。
Further, in the above method, when phosphorus or arsenic ions are used as impurities to be introduced at a predetermined depth of SOI, an impurity implantation layer is formed at a desired depth by adjusting impurity implantation conditions such as energy. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)〜(i)は本発明に係る半導体装置の製
造方法の一実施例における工程を順に示した模式的断面
図である。
1A to 1I are schematic cross-sectional views sequentially showing steps in an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】実施例における半導体装置を示した模式的斜視
図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a semiconductor device in an example.

【図3】(a)〜(i)は本発明に係る半導体装置の製
造方法の別の実施例における工程を順に示した模式的断
面図である。
3 (a) to 3 (i) are schematic cross-sectional views sequentially showing steps in another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図4】実施例における半導体装置を示した模式的斜視
図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a semiconductor device in an example.

【図5】(a)〜(d)は従来の半導体装置の製造方法
の工程の一例を順に示した模式的断面図である。
5A to 5D are schematic cross-sectional views sequentially showing an example of steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図6】(a)〜(f)は従来の半導体装置の別の製造
方法の工程の一例を順に示した模式的断面図である。
6A to 6F are schematic cross-sectional views sequentially showing an example of steps of another conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13、33 SOI層 14、32 ゲート電極 15、35 フォトレジストパターン(第1のフォトレ
ジストパターン) 16、36 酸化膜 17、37 溝 18、38 フォトレジストパターン(第2のフォトレ
ジストパターン) 20、40 空洞(選択的にエッチングされた領域) 22、42 ドープドポリシリコン膜
13, 33 SOI layer 14, 32 Gate electrode 15, 35 Photoresist pattern (first photoresist pattern) 16, 36 Oxide film 17, 37 Groove 18, 38 Photoresist pattern (second photoresist pattern) 20, 40 Cavity (selectively etched region) 22, 42 Doped polysilicon film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SOI(Silicon On Insulator)層上に第
1フォトレジストパターンを形成する工程と、該第1フ
ォトレジストパターンをマスクとしてSOI層をエッチ
ングして分離する工程と、前記第1フォトレジストパタ
ーンを除去した後エッチングによるSOI層の段差を絶
縁膜で平坦化する工程と、該絶縁膜上に第2フォトレジ
ストパターンを形成し、該第2フォトレジストパターン
をマスクに前記絶縁膜をエッチングして溝を形成する工
程と、該溝より不純物を前記SOI層表面から所定の深
さまでの領域にのみ導入する工程と、前記第2フォトレ
ジストパターンを除去した後前記SOI層の不純物を導
入した領域のみを選択的にエッチング除去する工程と、
ドープドポリシリコン膜を形成した後、該ドープドポリ
シリコン膜をエッチバックすることにより前記SOI層
の選択的にエッチングされた領域及び前記絶縁膜に形成
した溝内部にゲート電極をセルフアラインで形成する工
程とを含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A step of forming a first photoresist pattern on an SOI (Silicon On Insulator) layer, a step of etching and separating the SOI layer using the first photoresist pattern as a mask, and the first photoresist. After the pattern is removed, a step of flattening the step of the SOI layer by etching with an insulating film, a second photoresist pattern is formed on the insulating film, and the insulating film is etched using the second photoresist pattern as a mask. Forming a groove by introducing the impurity into the region from the surface of the SOI layer to a predetermined depth from the groove, and removing the second photoresist pattern from the region into which the impurity is introduced. A step of selectively etching away only
After forming a doped polysilicon film, the doped polysilicon film is etched back to form a gate electrode in the selectively etched region of the SOI layer and inside the trench formed in the insulating film by self-alignment. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 SOI層上に第1フォトレジストパター
ンを形成する工程と、該第1フォトレジストパターンを
マスクとしてSOI層をエッチングして分離する工程
と、前記第1フォトレジストパターンを除去した後エッ
チングによるSOI層の段差を絶縁膜で平坦化する工程
と、該絶縁膜上に第2フォトレジストパターンを形成
し、該第2フォトレジストパターンをマスクに前記絶縁
膜をエッチングして溝を形成する工程と、該溝より不純
物を前記SOI層の所定の深さから前記SOI層底面ま
での領域に導入する工程と、前記第2フォトレジストパ
ターンを除去した後前記SOI層の不純物を導入した領
域のみを選択的にエッチング除去する工程と、ドープド
ポリシリコン膜を形成した後、該ドープドポリシリコン
膜をエッチバックすることにより前記SOI層の選択的
にエッチングされた領域及び前記絶縁膜に形成した溝内
部にゲート電極をセルフアラインで形成する工程とを含
んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a first photoresist pattern on the SOI layer, a step of etching and separating the SOI layer using the first photoresist pattern as a mask, and a step of removing the first photoresist pattern. A step of flattening the step of the SOI layer by etching with an insulating film, and forming a second photoresist pattern on the insulating film, and etching the insulating film using the second photoresist pattern as a mask to form a groove A step of introducing impurities from the groove to a region from a predetermined depth of the SOI layer to a bottom surface of the SOI layer, and a step of removing impurities of the second photoresist pattern only in a region of the SOI layer having impurities introduced. A step of selectively removing the doped polysilicon film, and after forming the doped polysilicon film, etching back the doped polysilicon film. And a step of forming a gate electrode by self-alignment in the selectively etched region of the SOI layer and inside the trench formed in the insulating film.
【請求項3】 SOIの所定の深さに導入する不純物と
して、リンまたはヒ素イオンを用いることを特徴とする
請求項1または請求項2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein phosphorus or arsenic ions are used as impurities introduced to a predetermined depth of SOI.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005229107A (en) * 2004-02-10 2005-08-25 Samsung Electronics Co Ltd Field effect transistor and manufacturing method thereof

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