JPH07221321A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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Publication number
JPH07221321A
JPH07221321A JP3648694A JP3648694A JPH07221321A JP H07221321 A JPH07221321 A JP H07221321A JP 3648694 A JP3648694 A JP 3648694A JP 3648694 A JP3648694 A JP 3648694A JP H07221321 A JPH07221321 A JP H07221321A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
semiconductor device
resist
ray
active layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3648694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keimei Himi
啓明 氷見
Shoki Asai
昭喜 浅井
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP3648694A priority Critical patent/JPH07221321A/en
Publication of JPH07221321A publication Critical patent/JPH07221321A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an electrode structure which does not require any aligning margin and has an aligning property by forming a first electrode of a metal having low transmissivity against X rays so that the electrode can have a self-aligning relation with other electrodes. CONSTITUTION:An X-ray resist 10 is irradiated with X rays from an Si substrate 100 side. The X rays are transmitted through the substrate 100 in areas where no X-ray absorbing material nor W electrode 5 which becomes a reflecting material exist and arrive at the resist 10. As a result, the resist 10 is exposed to the X rays and forms an exposed areas 10b. Since the area with the electrode 5 does not transmit the X rays, the resist 10 on the electrode 5 is not exposed. Since the polymer chain of the resist is cut and the resist becomes soluble in a developing solution in the exposed areas 10b, whereas the unexposed area 10a remains insoluble, when a positive resist is used as the resist 10, the resist 10 can be patterned in a self-aligning way with back gate electrodes 5 and 4. Therefore, the need of an aligning margin can be eliminated.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高速・低消費電力LS
I として用いられる薄膜SOI (Silicon On Insulator)型
LSI などに利用されるダブルゲート型MOS トランジスタ
に見られる複数の電極構造を有する半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に、半導体活性層の厚みが0.1 μ
m以下の完全空乏型薄膜SOI のダブルゲート型MOS トラ
ンジスタに適用されるダブルゲート構造の半導体装置と
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is a high speed, low power consumption LS.
Thin film SOI (Silicon On Insulator) type used as I
The present invention relates to a semiconductor device having a plurality of electrode structures found in a double-gate type MOS transistor used for LSIs and the manufacturing method thereof, and particularly when the thickness of the semiconductor active layer is 0.1 μm.
The present invention relates to a semiconductor device having a double-gate structure applied to a double-gate MOS transistor of a fully-depleted thin-film SOI of m or less, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜SOI(Silicon On Insulator) MOS ト
ランジスタにおいて、チャネルの下にもう一つの電極を
形成したダブルゲート構造は、ドレイン耐圧低下や、短
チャネル効果の抑止や相互コンダクタンス(信号伝達の
良好さの尺度)の増加という優れた特徴を持つことが知
られている。特に半導体活性層の厚みが0.1 μm以下の
完全空乏型薄膜SOIMOSトランジスタは、pn接合容量の低
減、ゲート容量の低減、ウエル分離領域削減が可能なこ
とから、高速・高集積化が図れる半導体装置として近年
盛んに研究されている。この薄膜 SOIMOS トランジスタ
の問題点は、ドレイン耐圧の低下にある。このドレイン
耐圧低下はチャネル長が短くなるにつれてますます重要
な問題となっている。それでこのドレイン耐圧の低下を
防ぐためにチャネル領域の不純物濃度を増加させること
が行われているが、このことはチャネル領域を走行する
電子または正孔に対する不純物散乱の影響を増加させ、
移動度の低下、さらにはドレイン電流の低下を招き、SO
IMOSのメリットを低下させる。
2. Description of the Related Art In a thin film SOI (Silicon On Insulator) MOS transistor, a double gate structure in which another electrode is formed under the channel has a drain withstand voltage reduction, short channel effect suppression, and mutual conductance (good signal transmission). It is known that it has an excellent feature that it has an increase in the (measure of length). In particular, the fully depleted thin film SOIMOS transistor with a semiconductor active layer thickness of 0.1 μm or less is a semiconductor device that can achieve high speed and high integration because it can reduce pn junction capacitance, gate capacitance, and well isolation region. Has been actively researched in recent years. The problem with this thin film SOIMOS transistor is the decrease in drain breakdown voltage. This decrease in drain breakdown voltage becomes an increasingly important problem as the channel length becomes shorter. Therefore, in order to prevent the decrease of the drain breakdown voltage, the impurity concentration of the channel region is increased, but this increases the influence of impurity scattering on the electrons or holes traveling in the channel region,
It causes a decrease in mobility and further a decrease in drain current.
Reduce the benefits of IMOS.

【0003】これに対し、チャネルの下に、もう一つの
ゲート電極(バックゲート、以下、BG電極と記す)を形
成したダブルゲート構造は、上記の問題を克服できる構
造として注目されている。即ち、ダブルゲート構造は、
通常のシングルゲート構造の薄膜SOIMOSトランジスタに
比べ、ゲートによるチャネルポテンシャルの制御性が向
上する結果、電界強度が最大となるドレイン端部におい
て電界集中が緩和され、短チャネル効果を抑制し、ドレ
イン耐圧の低下を抑制することができる。さらにまた、
上下に二つのゲート電極、すなわちフロントゲート(以
下、FG電極と記す)とBG電極とを設けることにより、電
流の通路が通常のシングルゲートの場合の二倍になるこ
とから、ドレイン電流を倍増させることができる。この
結果、信号伝達の良好さの尺度である相互コンダクタン
スを増加させることができる。
On the other hand, a double gate structure in which another gate electrode (back gate, hereinafter referred to as BG electrode) is formed under the channel is drawing attention as a structure capable of overcoming the above problems. That is, the double gate structure is
Compared to a normal single-gate thin film SOIMOS transistor, the controllability of the channel potential by the gate is improved, and as a result, the electric field concentration is relaxed at the drain edge where the electric field strength is maximized, the short channel effect is suppressed, and the drain breakdown voltage is reduced. The decrease can be suppressed. Furthermore,
By providing two gate electrodes on the upper and lower sides, that is, a front gate (hereinafter referred to as FG electrode) and a BG electrode, the current path becomes double that in the case of a normal single gate, and therefore the drain current is doubled. be able to. As a result, the transconductance, which is a measure of the goodness of signal transmission, can be increased.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
薄膜 SOIMOS トランジスタの製造方法で、このダブルゲ
ート構造を形成しようとすると、BG電極を形成した後ウ
エハ張り合わせ技術を用いて活性層を形成し、その上に
FG電極を形成するという段階を追うため、FG電極とBG電
極との位置合わせ、整合性を出すことが難しく、現在で
は、合わせ余裕(従来構成の製造工程図である図4のΔ
L)を持たせてBG電極を目標より大きめに作成し、その
結果ホトレジストなどのマスクによるFG電極の形成工程
において、マスクずれの許容誤差を抑えている。そのた
め、ゲートとソース・ドレイン間のオーバーラップ容量
が増加し、高周波特性が著しく悪化してしまうという問
題が知られている。例えば、田中ら(電子情報通信学会
技術研究報告SDM92-137 〜149 、第92巻、No.424、P.35
〜40、1993年1月)は、この合わせ余裕の程度がデバイ
スの高周波特性(遅延時間τd とカットオフ周波数ft)
に与える影響をシミュレーションにより検討し、その結
果、合わせ余裕ΔLが0.1 μmのとき、理想的なΔL=0
μmに対し、τd が三倍遅くなり、ftが1/2 以下に低下
すること、およびシングルゲートの特性を上回るために
は、ΔL=0.05μm以下に形成する必要があることを述べ
ているが、このような合わせ精度は、従来の技術、例え
ば良く知られたマスク合わせを必要とするフォトリソグ
ラフとエッチングを利用する形成方法で実現することは
不可能であるという問題があった。
However, when this double gate structure is to be formed by the conventional method for manufacturing a thin film SOIMOS transistor, after forming the BG electrode, the active layer is formed by using the wafer bonding technique. above
Since the step of forming the FG electrode is followed, it is difficult to align and match the FG electrode and the BG electrode, and at present, the alignment margin (Δ in FIG.
L) is provided to make the BG electrode larger than the target, and as a result, in the process of forming the FG electrode using a mask such as photoresist, the tolerance of mask misalignment is suppressed. Therefore, there is a known problem that the overlap capacitance between the gate and the source / drain increases, and the high frequency characteristics are significantly deteriorated. For example, Tanaka et al. (Technical report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers SDM92-137-149, Vol. 92, No.424, P.35)
~ 40, January 1993), the degree of this alignment margin is the high frequency characteristics of the device (delay time τd and cutoff frequency ft).
The effect of the above is investigated by simulation, and as a result, when the alignment margin ΔL is 0.1 μm, the ideal ΔL = 0
It is stated that τd is three times slower than μm, ft is reduced to 1/2 or less, and that ΔL = 0.05 μm or less is required to exceed the characteristics of a single gate. However, there is a problem that such alignment accuracy cannot be realized by a conventional technique, for example, a well-known forming method using photolithography and etching which requires mask alignment.

【0005】従って本発明の目的は、上記の点を鑑み、
埋込み電極とそれに重なった別の電極を有する構造の半
導体装置において、合わせ余裕の不要な、より整合性の
ある電極構造を有して電気的特性のよい半導体装置とそ
の製造方法を提供することである。
Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to
To provide a semiconductor device having a structure having an embedded electrode and another electrode overlapping with the buried electrode and having a more consistent electrode structure with no need for alignment margin and having good electrical characteristics, and a method for manufacturing the same. is there.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、絶縁膜もしくは絶縁分離された半導
体活性層を介して対向した、第一電極と少なくとも一つ
以上の少なくとも一層からなる他の電極とを有する半導
体装置において、前記第一電極がX線透過率の低い金属
を有し、前記他の電極と前記第一電極とが自己整合配置
関係にあることである。別の発明の構成は、分離絶縁膜
で基板と絶縁分離された半導体活性層の下面に第一絶縁
薄膜を介して前記分離絶縁膜の内部に埋め込まれて形成
された第一電極と、前記半導体活性層を挟んだ上面で前
記第一電極と対向する位置に第二絶縁薄膜を介して形成
された第二電極とを備えてなる半導体装置において、前
記第一電極がX線透過率の低い金属を有し、前記第二電
極が前記第一電極と自己整合で形成されて同一幅で重な
った配置関係にあることを特徴とする。それに関連する
発明の構成は、前記第一電極がタングステン(W) または
タンタル(Ta)またはチタン(Ti)またはモリブデン(Mo)の
いずれか、もしくはポリシリコン(p-Si)と各前記金属と
の多層膜から成る電極でバックゲート電極であり、前記
第二電極がフロントゲート電極であって、前記半導体装
置がダブルゲート型SOIMOSトランジスタであることを特
徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the structure of the present invention comprises a first electrode and at least one or more layers which are opposed to each other with an insulating film or a semiconductor active layer separated from each other. In the semiconductor device having the other electrode, the first electrode has a metal having a low X-ray transmittance, and the other electrode and the first electrode have a self-aligned arrangement relationship. According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor active layer that is insulated and separated from a substrate by an isolation insulating film, a first electrode embedded in the isolation insulating film via a first insulating thin film, and the semiconductor. In a semiconductor device comprising a second electrode formed via a second insulating thin film at a position facing the first electrode on an upper surface sandwiching an active layer, the first electrode is a metal having a low X-ray transmittance. And the second electrode is formed in a self-aligned manner with the first electrode and has an arrangement relationship of overlapping with the same width. In the structure of the invention related thereto, the first electrode is either tungsten (W) or tantalum (Ta) or titanium (Ti) or molybdenum (Mo), or polysilicon (p-Si) and each of the metals. An electrode formed of a multilayer film is a back gate electrode, the second electrode is a front gate electrode, and the semiconductor device is a double gate type SOIMOS transistor.

【0007】この半導体装置を製造する方法の発明とし
ての構成は、絶縁膜もしくは絶縁された半導体活性層を
介して対向した、第一電極、第一電極と異なる他の電極
を有する半導体装置の製造方法において、前記第一電極
をX線透過率の低い金属を成分として形成する第一電極
形成工程と、第一電極形成後、該第一電極をX線マスク
とした自己整合なX線露光法で他の電極を形成する他電
極形成工程とを有することである。そして別の方法の発
明の構成は、分離絶縁膜で基板と絶縁分離された半導体
活性層の下面で第一絶縁薄膜を介して前記分離絶縁膜の
内部に埋め込まれて形成された埋込み電極と、前記半導
体活性層を挟んだ上面で前記埋込み電極と対向する位置
に第二絶縁薄膜を介して形成された表面電極とを備えて
なる半導体装置の製造方法において、X線透過率の低い
金属を含む埋込み電極を形成する埋込み電極形成工程
と、前記埋込み電極形成後、前記基板の背後からX線を
照射し、表面側のX線レジストを前記埋込み電極をマス
クとして用いて自己整合で感光させて表面電極を形成す
る表面電極形成工程とを有することである。
This invention of the method for manufacturing a semiconductor device is intended to manufacture a semiconductor device having a first electrode and another electrode different from the first electrode facing each other with an insulating film or an insulated semiconductor active layer interposed therebetween. In the method, a first electrode forming step of forming the first electrode with a metal having a low X-ray transmittance as a component, and a self-aligned X-ray exposure method using the first electrode as an X-ray mask after forming the first electrode. And another electrode forming step of forming another electrode. And the structure of the invention of another method is a buried electrode formed by being buried inside the isolation insulating film through the first insulating thin film on the lower surface of the semiconductor active layer which is insulated and separated from the substrate by the isolation insulating film, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a front surface electrode formed via a second insulating thin film at a position facing the embedded electrode on an upper surface sandwiching the semiconductor active layer, and including a metal having a low X-ray transmittance. A step of forming a buried electrode, in which a buried electrode is formed, and after the buried electrode is formed, X-rays are irradiated from behind the substrate, and the X-ray resist on the surface side is exposed in a self-aligned manner using the buried electrode as a mask. And a front surface electrode forming step of forming an electrode.

【0008】[0008]

【作用】絶縁分離された半導体活性層を挟んで電極を対
向配置させる場合の半導体装置で、一つの電極をタング
ステン(W) などのX線透過率の低い金属を用いて形成し
ておき、それに自己整合させて他の電極を通常周知のL
SIプロセスで形成する。具体的には、まずX線透過率
の低い金属もしくは多結晶シリコンとこれらの金属より
成る多膜層を用いた埋込み電極を通常周知のLSIプロ
セスで形成しておく。表面電極の形成は、多結晶シリコ
ンが堆積された主面にX線レジストを塗布しておき、基
板の裏側からX線を照射する。すると、X線透過率の低
い金属膜を含んで構成された埋込み電極領域はX線を透
過しないので、埋込み電極上部のレジストは感光され
ず、他の領域はX線が透過して、表面に塗布したレジス
トは感光される。レジストとしてポジ型を用いることに
より、現像後に埋込み電極上のレジストはそのまま残っ
てレジストパターンが埋込み電極領域と自己整合的に形
成される。この残ったレジストパターンをマスクとして
多結晶シリコンをエッチングして表面電極を形成する。
[Function] In a semiconductor device in which electrodes are arranged to face each other with a semiconductor active layer separated by insulation interposed therebetween, one electrode is formed using a metal having a low X-ray transmittance such as tungsten (W). The other electrode is self-aligned and the other electrode is commonly known L
It is formed by the SI process. Specifically, first, a buried electrode using a metal or polycrystalline silicon having a low X-ray transmittance and a multi-layered film made of these metals is formed by a generally known LSI process. To form the surface electrode, an X-ray resist is applied to the main surface on which polycrystalline silicon is deposited, and X-rays are irradiated from the back side of the substrate. Then, since the embedded electrode region including the metal film having a low X-ray transmittance does not transmit X-rays, the resist on the embedded electrode is not exposed, and the other regions transmit X-rays to the surface. The applied resist is exposed. By using the positive type as the resist, the resist on the buried electrode remains as it is after development, and the resist pattern is formed in self-alignment with the buried electrode region. Using the remaining resist pattern as a mask, the polycrystalline silicon is etched to form a surface electrode.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は、本発明を適用したダブルゲート電極構
造を有する薄膜SOIMOSトランジスタの模式的構造断面図
である。このトランジスタの基本的な構造は周知の構造
であるが、本発明では形成される電極材料が特定されて
おり、この構成が従来では成しえなかった自己整合(セ
ルフアライン)構造を実現している。
EXAMPLES The present invention will be described below based on specific examples. FIG. 1 is a schematic structural sectional view of a thin film SOIMOS transistor having a double gate electrode structure to which the present invention is applied. Although the basic structure of this transistor is a well-known structure, the electrode material to be formed is specified in the present invention, and this structure realizes a self-aligned structure that could not be achieved in the past. There is.

【0010】基板100の上に設けられた接合用ポリSi
層7に、さらに分離絶縁層6が設けられ(SOI 構造)、
その内部に第一電極5および4が形成されている。この
第一電極5の部分は、タングステン(W) などのX線透過
率の低い金属で構成され、その上にポリSi第一電極4が
設けられている。第一電極5、4上は、この第一電極を
絶縁分離する第一絶縁薄膜3があり、さらに周囲に絶縁
膜2と、その内部に半導体活性層1a、とソース・ドレ
イン領域1bが形成されている。この半導体活性層1
a、ソース・ドレイン領域1bを含めたこの領域の上
は、周知の MOS型トランジスタ構造に形成され、ソース
電極およびドレイン電極13があり、これらの電極間に
第二電極9aが層間絶縁膜12で保護分離されて、第一
電極5、4と自己整合に形成されている。
Bonding poly-Si provided on the substrate 100
The layer 7 is further provided with the isolation insulating layer 6 (SOI structure),
First electrodes 5 and 4 are formed therein. The portion of the first electrode 5 is made of a metal having a low X-ray transmittance such as tungsten (W), and the poly-Si first electrode 4 is provided thereon. On the first electrodes 5 and 4, there is a first insulating thin film 3 that insulates and separates the first electrode, and further, an insulating film 2 is formed around the semiconductor active layer 1a and source / drain regions 1b. ing. This semiconductor active layer 1
a, a source / drain region 1b is formed on this region, which has a well-known MOS type transistor structure, and has a source electrode and a drain electrode 13, and a second electrode 9a is an interlayer insulating film 12 between these electrodes. It is protected and separated, and is formed in self-alignment with the first electrodes 5 and 4.

【0011】この構造は半導体活性層1aを上下から挟
み込む二つの電極、第一電極5、4と第二電極9aのダ
ブルゲート電極が、この活性層を上下から同電位の電界
を印加するため、半導体活性層1aは充分にその影響を
受け、完全に空乏層化させることができ、効率良くトラ
ンジスタの機能を果たす。即ち、ドレイン耐圧低下や、
短チャネル効果の防止、信号伝達の良好さの尺度である
相互コンダクタンスの増加という優れた効果がある。従
来は前述のように、製造上の理由に由来する二つのゲー
ト電極の大きさの不一致によってその効果が妨げられて
いた。従って本発明の適用により、自己整合でダフルゲ
ート構造が形成できるので、ほぼ理想的な特性のダフル
ゲート構造SOIMOSトランジスタが実現する。
In this structure, the two electrodes sandwiching the semiconductor active layer 1a from above and below, the double gate electrodes of the first electrodes 5 and 4 and the second electrode 9a, apply an electric field of the same potential from above and below the active layer. The semiconductor active layer 1a is sufficiently affected by it, and can be completely depleted to efficiently function as a transistor. That is, the drain breakdown voltage is reduced,
It has the excellent effects of preventing short channel effects and increasing transconductance, which is a measure of good signal transmission. Conventionally, as described above, the effect is hindered by the size mismatch between the two gate electrodes due to manufacturing reasons. Therefore, by applying the present invention, a self-aligned duffle gate structure can be formed, so that a SOI transistor having a duffle gate structure with almost ideal characteristics can be realized.

【0012】以下、このダブルゲート電極構造を有する
薄膜SOIMOSトランジスタの製造方法について述べる。 (1) 図2(a) に示すように、まず初めに、Si基板1に周
知の通常のICプロセスによりLOCOS 酸化膜2とゲート
酸化膜3を形成し、さらにその上にポリSi4を堆積し、
その上に、W(タングステン)金属(もしくはTi(チタ
ン)など、特に露光用X線に対する吸収係数の大きな金
属)電極5を堆積し、そしてドライエッチングなどの方
法で所定のバックゲート(BG)電極形状にパターニングす
る。このゲート酸化膜3は第一絶縁薄膜、およびW電極
5とポリSi4は第一電極(埋込み電極)である。
A method of manufacturing the thin film SOIMOS transistor having the double gate electrode structure will be described below. (1) As shown in FIG. 2 (a), first, a LOCOS oxide film 2 and a gate oxide film 3 are formed on a Si substrate 1 by a well-known normal IC process, and poly Si4 is further deposited thereon. ,
A W (tungsten) metal (or Ti (titanium) or other metal having a large absorption coefficient for X-rays for exposure) electrode 5 is deposited thereon, and a predetermined back gate (BG) electrode is formed by a method such as dry etching. Pattern into a shape. The gate oxide film 3 is a first insulating thin film, and the W electrode 5 and the poly-Si4 are first electrodes (embedded electrodes).

【0013】(2) 次に、LPCVD 法などにより、SiO2など
の絶縁膜6と、さらに接合面形成用としてポリSi7を堆
積する。そして、ポリSi7の表面を研削研磨により平坦
化する(図2(b))。 (3) 次に、平坦化したポリSi7の表面と、他の鏡面研磨
したSi基板100の鏡面とをいわゆるウエハ直接接合法
を用い、接着して高温熱処理を行って貼り合せる。そし
て、基板1の裏面側から研削研磨を行い、LOCOS 酸化膜
2をストッパとして選択研磨を行い、膜厚1μm以下の
Si活性層1aを形成する(図2(c))。 (4) 次に、酸化によりSi活性層1aの表面にゲート酸化
膜8を形成する。このゲート酸化膜8はフロントゲート
(FG)酸化膜(第二絶縁薄膜)となるものである。その
後、フロントゲート電極用のポリSi9を堆積し、その上
にX線レジスト10を塗布する(図2(d))。
(2) Next, an insulating film 6 such as SiO 2 and poly-Si 7 for forming a bonding surface are deposited by the LPCVD method or the like. Then, the surface of the poly-Si 7 is flattened by grinding and polishing (FIG. 2 (b)). (3) Next, the flattened surface of the poly-Si 7 and the mirror surface of the other mirror-polished Si substrate 100 are bonded by a so-called wafer direct bonding method, and high-temperature heat treatment is performed to bond them. Then, the back surface side of the substrate 1 is ground and polished, and the LOCOS oxide film 2 is used as a stopper to selectively polish the film to a thickness of 1 μm or less.
The Si active layer 1a is formed (FIG. 2 (c)). (4) Next, the gate oxide film 8 is formed on the surface of the Si active layer 1a by oxidation. This gate oxide film 8 is the front gate
(FG) It becomes an oxide film (second insulating thin film). Then, poly-Si 9 for the front gate electrode is deposited, and an X-ray resist 10 is applied on it (FIG. 2 (d)).

【0014】(5) ここで、図3(e) に示す如く、Si基板
100側から露光用X線を照射すると、X線は、X線吸
収材・反射材となるW電極5が無い領域では基板を透過
し、X線レジスト10に到達して感光させ、感光領域1
0bが形成される。一方、W電極5が形成された領域で
はX線が透過しないためにW電極5上のレジスト10は
感光しない。X線レジスト10としてポジ型を用いれ
ば、感光領域10bではレジストの高分子鎖が切れて現
像液に対して可溶となり、一方未感光領域10aは不溶
であるため、X線レジスト10aが図3(f) に示す如く
バックゲート(BG)5、4に対して自己整合(セルフアラ
イン)でパターニングされる。
(5) Here, as shown in FIG. 3E, when X-rays for exposure are irradiated from the Si substrate 100 side, the X-rays are in an area where there is no W electrode 5 serving as an X-ray absorber / reflector. Then, the light passes through the substrate, reaches the X-ray resist 10, and is exposed to light.
0b is formed. On the other hand, in the region where the W electrode 5 is formed, X-rays are not transmitted, so that the resist 10 on the W electrode 5 is not exposed. If a positive type is used as the X-ray resist 10, the polymer chains of the resist are broken in the exposed area 10b to be soluble in the developing solution, while the unexposed area 10a is insoluble, so that the X-ray resist 10a is formed as shown in FIG. As shown in (f), the back gates (BG) 5 and 4 are patterned by self-alignment.

【0015】(6) この後、ドライエッチングを行って、
ポリSi9をエッチングしてフロントゲート電極9aを形
成し(図3(g))、さらに通常のICプロセスでソース・
ドレイン拡散層1b、BPSG等の層間絶縁膜12、アルミ
電極13を形成して、フロントゲート(FG)とバックゲー
ト(BG)とが自己整合的に形成されたダブルゲート型薄膜
SOIMOSトランジスタ(図1)を得る。
(6) After that, dry etching is performed,
The front gate electrode 9a is formed by etching the poly-Si9 (Fig. 3 (g)), and the source
A double gate type thin film in which a front gate (FG) and a back gate (BG) are formed in a self-aligned manner by forming a drain diffusion layer 1b, an interlayer insulating film 12 such as BPSG, and an aluminum electrode 13.
Obtain a SOIMOS transistor (Fig. 1).

【0016】以上の工程をまとめて記述すると、このダ
ブルゲート型薄膜SOIMOSトランジスタ半導体装置の製造
方法は、 Si基板に絶縁分離用の LOCOS絶縁膜および埋込みゲー
ト絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 X線低透過率金属を用いた埋込みゲート電極形成工程
と、 分離絶縁膜形成工程後にポリSi膜形成工程を実施し、
その後ポリSi膜上にウエハを貼合せ接着するウエハ直接
接合工程と、 研磨で1μm以下の厚さの半導体活性層を形成し、そ
の上にフロントゲート絶縁膜を形成するSi活性層形成工
程と、 X線レジストを用いて自己整合でX線露光し、表面電
極を形成するフロントゲート電極形成工程と、 表面ゲート電極を絶縁層で覆い、コンタクトホールを
形成してソース、ドレイン電極を形成するソース・ドレ
イン電極形成工程と、から成ることを特徴とすることに
なる。以上をX線自己整合法と呼ぶことができる。
Summarizing the above steps, the method of manufacturing a double gate type thin film SOIMOS transistor semiconductor device includes an insulating film forming step of forming a LOCOS insulating film for insulation separation and a buried gate insulating film on a Si substrate, A buried gate electrode formation process using a low X-ray transmittance metal and a poly-Si film formation process after the isolation insulating film formation process,
After that, a wafer direct bonding step of laminating and adhering the wafer on the poly-Si film, and a Si active layer forming step of forming a semiconductor active layer with a thickness of 1 μm or less by polishing and forming a front gate insulating film on it A front gate electrode formation step of forming a front surface electrode by self-aligned X-ray exposure using an X-ray resist, and a source / drain electrode forming a contact hole by covering the front surface gate electrode with an insulating layer. And a drain electrode forming step. The above can be called the X-ray self-alignment method.

【0017】なお、半導体活性層の下部に、該半導体活
性層および下地基板と絶縁分離する分離絶縁膜の中に形
成された第一電極(埋込み電極)と、前記半導体活性層
を挟んで、前記第一電極と対向する位置に、前記半導体
活性層の主面側に絶縁薄膜を介して形成された、第一電
極とは異なる、複数材料からなる第二電極(表面電
極)、もしくは少なくとも一つ以上の複電極、とを備え
てなる半導体装置において、前記第一電極がX線に対す
る透過率の低い金属からなり、前記一つ以上の複電極と
前記第一電極、もしくは前記第二電極と前記第一電極と
が同一幅で自己整合配置関係にあることを特徴とする半
導体装置、というような構成でも同様な効果を持つ。こ
れは表面電極が一つとは限らない場合、例えば EPROMの
フローティングゲートなどの構造のように自己整合で形
成したい場合である。
The semiconductor active layer is sandwiched between a first electrode (embedded electrode) formed in a separation insulating film for insulatingly separating the semiconductor active layer and the underlying substrate, below the semiconductor active layer. A second electrode (surface electrode), which is formed on the main surface side of the semiconductor active layer via an insulating thin film at a position facing the first electrode, and which is different from the first electrode and is made of a plurality of materials, or at least one In the semiconductor device including the above multiple electrodes, the first electrode is made of a metal having a low X-ray transmittance, and the one or more multiple electrodes and the first electrode, or the second electrode and the The same effect can be obtained even in a structure such as a semiconductor device characterized by having the same width as the first electrode and having a self-aligned arrangement relationship. This is the case where the number of surface electrodes is not limited to one, and it is desired to form the electrodes in a self-aligned manner such as the structure of a floating gate of EPROM.

【0018】またさらに目的とする半導体基板によって
は、露光用X線に対する吸収係数の大きな金属(X線低
透過率金属)を電極に用いず、単に電極形成のための遮
蔽マスクとして形成して(遮蔽マスク工程)、これを元
に第一電極および第二電極をX線露光法で形成しても良
い。この場合通常のX線露光法と異なるのは、第一電極
と第二電極とを遮蔽マスクで自己整合に形成する点にあ
る。
Further, depending on the intended semiconductor substrate, a metal having a large absorption coefficient for X-rays for exposure (a metal having a low X-ray transmittance) is not used as an electrode, but is simply formed as a shield mask for electrode formation ( (Shield mask step), and the first electrode and the second electrode may be formed by X-ray exposure based on this. In this case, the difference from the usual X-ray exposure method is that the first electrode and the second electrode are formed in a self-aligned manner by a shield mask.

【0019】なお、第一電極がタングステン(W) または
タンタル(Ta)またはチタン(Ti)またはモリブデン(Mo)の
いずれか、もしくはポリシリコン(p-Si)と各前記金属と
の多層膜から成る電極であるということは、タングステ
ン単層、タンタル単層、チタン単層、またはモリブデン
単層のいずれか、あるいはこれらの任意の金属の複数合
成層、合金層、もしくはp-Si層とタングステン層との組
合せ、p-Si層とタンタル層との組合せ、p-Si層とチタン
層との組合せ、p-Si層とモリブデン層との組合せ、さら
には、これらの全ての組合せが含まれている。
The first electrode is composed of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti) or molybdenum (Mo), or a multilayer film of polysilicon (p-Si) and each metal. Being an electrode means either a tungsten single layer, a tantalum single layer, a titanium single layer, or a molybdenum single layer, or a composite layer of any of these metals, an alloy layer, or a p-Si layer and a tungsten layer. , A p-Si layer and a tantalum layer, a p-Si layer and a titanium layer, a p-Si layer and a molybdenum layer, and all combinations thereof.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように、ダブルゲート構造などの
半導体装置で、本発明に係わる製造方法により第一電
極、埋込み電極に対して、自己整合で上部の第二電極、
表面電極を形成できる。この実施例で示したダブルゲー
ト型薄膜SOIMOSトランジスタのような構造および製造方
法によれば、自己整合なダブルゲート構造本来の効果、
つまりドレイン耐圧低下の抑止、短チャネル効果の抑
止、相互コンダクタンスの増加という優れた特性を発揮
させることができ、半導体装置の高集積化、高速化が実
現する。
As described above, in a semiconductor device having a double gate structure or the like, by the manufacturing method according to the present invention, the first electrode and the buried electrode are self-aligned with the upper second electrode,
A surface electrode can be formed. According to the structure and the manufacturing method such as the double gate type thin film SOIMOS transistor shown in this embodiment, the original effect of the self-aligned double gate structure,
That is, excellent characteristics such as suppression of drain breakdown voltage reduction, suppression of short channel effect, and increase of mutual conductance can be exhibited, and high integration and speedup of a semiconductor device can be realized.

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

【図1】本発明のダブルゲート型SOIMOSトランジスタの
模式的構造断面図。
FIG. 1 is a schematic structural sectional view of a double gate type SOIMOS transistor of the present invention.

【図2】本発明の図1のトランジスタの製造工程図(そ
の1)。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram (1) of the transistor of FIG. 1 of the present invention.

【図3】本発明の図1のトランジスタの製造工程図(そ
の2)。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram (2) of the transistor of FIG. 1 of the present invention.

【図4】従来のダブルゲート型SOIMOSトランジスタの製
造工程図。
FIG. 4 is a manufacturing process drawing of a conventional double-gate SOIMOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 1a シリコン活性層(半導体活性層) 1b ソース・ドレイン拡散層 2 LOCOS 酸化膜 3 ゲート酸化膜(第一絶縁膜) 4 ポリシリコン(第一電極) 5 タングステン(W、X線の透過率が低い金属、バ
ックゲート(BG)、第一電極、埋込み電極) 6 分離絶縁層 7 ポリシリコン(接合面形成用) 8 ゲート酸化膜 9 ポリシリコン(フロントゲート(FG)、第二電極、
表面電極) 10 X線レジスト(ポジタイプ) 10a X線レジスト(未感光領域) 10b X線レジスト(感光領域) 11 露光X線 12 層間絶縁膜 13 アルミ電極(ソース・ドレイン電極) 100 基板
1 Silicon substrate 1a Silicon active layer (semiconductor active layer) 1b Source / drain diffusion layer 2 LOCOS oxide film 3 Gate oxide film (first insulating film) 4 Polysilicon (first electrode) 5 Tungsten (W, X-ray transmittance Low metal, back gate (BG), first electrode, buried electrode 6 Separation insulating layer 7 Polysilicon (for forming junction surface) 8 Gate oxide film 9 Polysilicon (front gate (FG), second electrode,
Surface electrode 10 X-ray resist (positive type) 10a X-ray resist (unexposed area) 10b X-ray resist (exposed area) 11 Exposure X-ray 12 Interlayer insulating film 13 Aluminum electrode (source / drain electrode) 100 Substrate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁膜もしくは絶縁分離された半導体活性
層を介して対向した、第一電極と少なくとも一つ以上の
少なくとも一層からなる他の電極とを有する半導体装置
において、 前記第一電極がX線透過率の低い金属を有し、 前記他の電極と前記第一電極とが自己整合配置関係にあ
ることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a first electrode and another electrode composed of at least one or more layers, which are opposed to each other with an insulating film or a semiconductor active layer separated from each other insulated, wherein the first electrode is X. A semiconductor device comprising a metal having a low linear transmittance, wherein the other electrode and the first electrode are in a self-aligned arrangement relationship.
【請求項2】分離絶縁膜で基板と絶縁分離された半導体
活性層の下面に第一絶縁薄膜を介して前記分離絶縁膜の
内部に埋め込まれて形成された第一電極と、前記半導体
活性層を挟んだ上面で前記第一電極と対向する位置に第
二絶縁薄膜を介して形成された第二電極とを備えてなる
半導体装置において、 前記第一電極がX線透過率の低い金属を有し、 前記第二電極が前記第一電極と自己整合で形成されて同
一幅で重なった配置関係にあることを特徴とする半導体
装置。
2. A first electrode formed by being embedded in the inside of the isolation insulating film via a first insulating thin film on the lower surface of the semiconductor active layer which is insulated and separated from the substrate by the isolation insulating film, and the semiconductor active layer. In a semiconductor device comprising a second electrode formed via a second insulating thin film at a position facing the first electrode on both sides of the first electrode, the first electrode includes a metal having a low X-ray transmittance. The semiconductor device is characterized in that the second electrode is formed in a self-aligned manner with the first electrode and has an arrangement relationship in which the second electrode has the same width and overlaps.
【請求項3】前記第一電極がタングステン(W) またはタ
ンタル(Ta)またはチタン(Ti)またはモリブデン(Mo)のい
ずれか、もしくはポリシリコン(p-Si)と各前記金属との
多層膜から成る電極でバックゲート電極であり、前記第
二電極がフロントゲート電極であって、前記半導体装置
がダブルゲート型SOIMOSトランジスタであることを特徴
とする請求項2に記載の半導体装置。
3. The first electrode is made of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), or a multilayer film of polysilicon (p-Si) and each metal. The semiconductor device according to claim 2, wherein the electrode is a back gate electrode, the second electrode is a front gate electrode, and the semiconductor device is a double-gate SOIMOS transistor.
【請求項4】絶縁膜もしくは絶縁された半導体活性層を
介して対向した、第一電極、第一電極と異なる他の電極
を有する半導体装置の製造方法において、 前記第一電極をX線透過率の低い金属を成分として形成
する第一電極形成工程と、 第一電極形成後、該第一電極をX線マスクとした自己整
合なX線露光で他の電極を形成する他電極形成工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A method for manufacturing a semiconductor device having a first electrode and another electrode different from the first electrode, which are opposed to each other with an insulating film or an insulating semiconductor active layer interposed therebetween, wherein the first electrode has an X-ray transmittance. A first electrode forming step of forming a low metal as a component, and another electrode forming step of forming another electrode by self-aligned X-ray exposure using the first electrode as an X-ray mask after forming the first electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項5】分離絶縁膜で基板と絶縁分離された半導体
活性層の下面で第一絶縁薄膜を介して前記分離絶縁膜の
内部に埋め込まれて形成された埋込み電極と、前記半導
体活性層を挟んだ上面で前記埋込み電極と対向する位置
に第二絶縁薄膜を介して形成された表面電極とを備えて
なる半導体装置の製造方法において、 X線透過率の低い金属を含む埋込み電極を形成する埋込
み電極形成工程と、 前記埋込み電極形成後、前記基板の背後からX線を照射
し、表面側のX線レジストを前記埋込み電極をマスクと
して用いて自己整合で感光させて表面電極を形成する表
面電極形成工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
5. An embedded electrode formed by being embedded in the inside of the isolation insulating film through a first insulating thin film on the lower surface of the semiconductor active layer that is insulated and separated from the substrate by the isolation insulating film, and the semiconductor active layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a surface electrode formed via a second insulating thin film at a position facing the embedded electrode on the sandwiched upper surface; forming an embedded electrode containing a metal having low X-ray transmittance. A step of forming a buried electrode, and a surface on which a X-ray is irradiated from the back of the substrate after the buried electrode is formed and a surface side X-ray resist is exposed in a self-aligned manner using the buried electrode as a mask to form a surface electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an electrode forming step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6562547B2 (en) 1999-12-03 2003-05-13 Austria Mikro Systeme International Aktiengesellschaft Method for producing structure in chips
CN106571389A (en) * 2015-10-10 2017-04-19 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 Transistor and formation method thereof

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