JPH0794741A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0794741A
JPH0794741A JP23286593A JP23286593A JPH0794741A JP H0794741 A JPH0794741 A JP H0794741A JP 23286593 A JP23286593 A JP 23286593A JP 23286593 A JP23286593 A JP 23286593A JP H0794741 A JPH0794741 A JP H0794741A
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JP
Japan
Prior art keywords
region
layer
channel region
soi
mosfet
Prior art date
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Pending
Application number
JP23286593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Tsuruta
和弘 鶴田
Shoki Asai
昭喜 浅井
Seiji Fujino
誠二 藤野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP23286593A priority Critical patent/JPH0794741A/en
Publication of JPH0794741A publication Critical patent/JPH0794741A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device having a MOSFET which employs a SOI structure in which a minority carrier draw-out layer is formed without enlarging the size of a device. CONSTITUTION:An SOI layer 15 is formed through separation by LOCOS on an insulating film 14 formed on the surface of a silicon substrate 11 via a polycrystal silicon layer 12. This SOI layer 15 forms a source region 152 and a drain region 153 by holding a channel region 151 in between to construct a MOSFET, at the bottom of which a low-resistance polycrystal silicon layer 13 is formed as a minority carrier draw-out layer. This polycrystal silicon layer 13 connects to the channel region of the SOI layer 15 and connects to another SOI layer 18 formed on the insulating film 14, thus being derived form a substrate electrode 19. A bird beak region with a higher concentration of impurity, as compared with a flat part in the center is formed in the periphery of the channel region 151.

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、特にSOI(Silicon
On Insualtor)構造を採用したMOSFETを備えて構
成される半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is particularly applicable to SOI (Silicon
The present invention relates to a semiconductor device that includes a MOSFET that adopts an on-insulator structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高速化並びに高集積化が進
められている中で、絶縁体層上の単結晶シリコン層(S
OI層)に形成したMOSFETについて、各種の研究
が行われている。特に、SOI層の厚さがMOSFET
のチャネル領域の最大空乏層幅よりも薄く、チャネル形
成時にSOI層が完全に空乏化するような場合には、バ
ルクシリコン基板上に形成したMOSFETに比較して
ショートチャネル効果が抑制できると共に、チャネル中
の垂直方向の電界が緩和されるために実効移動度が向上
し、低浮遊容量のために高速動作が可能となる等の優れ
た特性が示されることが知られている。また、同一基板
上にSOIによって形成された複数のMOSFETは、
絶縁物によって完全に分離されるようにしているもの
で、このためバルクシリコン基板上の相補型MOS回路
において問題とされるラッチアップ現象が起こらない。
2. Description of the Related Art Amid the progress of high speed and high integration of semiconductor devices, a single crystal silicon layer (S
Various studies have been conducted on MOSFETs formed in the OI layer). In particular, the thickness of the SOI layer is MOSFET
In the case where the SOI layer is completely depleted when the channel is formed and is thinner than the maximum depletion layer width of the channel region, the short channel effect can be suppressed as compared with the MOSFET formed on the bulk silicon substrate, and the channel It is known that since the vertical electric field in the inside is relaxed, effective mobility is improved, and excellent characteristics such as high speed operation due to low stray capacitance are exhibited. In addition, a plurality of MOSFETs formed by SOI on the same substrate,
It is designed to be completely separated by an insulator, so that the latch-up phenomenon which is a problem in the complementary MOS circuit on the bulk silicon substrate does not occur.

【0003】この様に複数のMOSFETが絶縁物によ
って完全に電気的に分離されるようになると、MOSF
ETのチャネル領域は電気的にフローティングな状態と
なっている。チャネル領域が電気的にフローティングな
状態となっていると、ドレイン近傍で高電界によって起
こるインパクトイオン化により発生した少数キャリア
(NチャネルMOSFETの場合は正孔)が、チャネル
領域の電位を変化させて寄生バイポーラ動作を起こす。
このため、この寄生バイポーラ動作によってドレイン電
流が急増し、同じ素子サイズのバルクシリコン基板上に
形成したMOSFETに比較して、極端にソース・ドレ
イン耐圧が低下するようになる。
When a plurality of MOSFETs are completely electrically separated by the insulator in this way, the MOSF
The ET channel region is in an electrically floating state. When the channel region is in an electrically floating state, minority carriers (holes in the case of N-channel MOSFET) generated by impact ionization caused by a high electric field near the drain change the potential of the channel region and are parasitic. Causes bipolar operation.
Therefore, the drain current rapidly increases due to this parasitic bipolar operation, and the source / drain breakdown voltage becomes extremely low as compared with a MOSFET formed on a bulk silicon substrate having the same element size.

【0004】この様な問題点を解決する手段として、例
えば特開平3−129777号公報に示された半導体装
置が提案されている。図15の(A)〜(C)はその構
造を示すもので、シリコン基板51の表面上に絶縁膜52を
形成し、この絶縁膜52上に単結晶シリコン層53を形成し
ているもので、この単結晶シリコン層53においてソース
領域54およびドレイン領域55が形成され、その相互間に
チャネル領域56が形成されSOIによるMOSFETが
構成されるようにしている。
As means for solving such a problem, for example, a semiconductor device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-129777 has been proposed. 15A to 15C show the structure, in which an insulating film 52 is formed on the surface of a silicon substrate 51 and a single crystal silicon layer 53 is formed on the insulating film 52. A source region 54 and a drain region 55 are formed in the single crystal silicon layer 53, and a channel region 56 is formed between the source region 54 and the drain region 55, so that an SOI MOSFET is formed.

【0005】単結晶シリコン層53の上面にはゲート絶縁
膜57が形成され、このゲート絶縁膜57を介してチャネル
領域56の上には、ゲート電極58が形成されている。単結
晶シリコン層53の側面部にもゲート絶縁膜57が形成さ
れ、その外周部には多結晶シリコン層59が形成されてい
るもので、この多結晶シリコン層59はゲート絶縁膜の一
部が取り除かれたソース領域54の側面に接続されるよう
にしている。60はソース電極、61はドレイン電極であ
る。
A gate insulating film 57 is formed on the upper surface of the single crystal silicon layer 53, and a gate electrode 58 is formed on the channel region 56 via the gate insulating film 57. The gate insulating film 57 is formed also on the side surface of the single crystal silicon layer 53, and the polycrystalline silicon layer 59 is formed on the outer peripheral portion thereof. In the polycrystalline silicon layer 59, a part of the gate insulating film is formed. It is arranged to be connected to the side surface of the removed source region 54. Reference numeral 60 is a source electrode, and 61 is a drain electrode.

【0006】すなわち、この様に構成される半導体装置
にあっては、ソース領域54と多結晶シリコン層59を金属
配線に接続するために、素子領域からはみ出したコンタ
クトホールを形成する必要があり、金属配線パターンの
合わせ余裕を考えると、素子サイズが必然的に大きくな
る。また、少数キャリア引き出し電極は、ソース電極60
と共通のコンタクトをとる形式でしか配置できない。
That is, in the semiconductor device having such a structure, in order to connect the source region 54 and the polycrystalline silicon layer 59 to the metal wiring, it is necessary to form a contact hole protruding from the element region. Considering the alignment margin of the metal wiring pattern, the element size inevitably increases. The minority carrier extraction electrode is the source electrode 60.
Can be placed only in the form of making common contact with.

【0007】また特開平3−288471号公報におい
ては、図16で示すような構成の半導体装置が提案され
ている。この半導体装置においても、図15の例と同様
にシリコン基板51の表面上に絶縁膜52を形成し、この絶
縁膜52上に単結晶シリコン層53が形成され、この単結晶
シリコン層53にソース領域54とドレイン領域55、さらに
チャネル領域56が形成されている。そして、この単結晶
シリコン層53によるトランジスタ領域の下に、少数キャ
リア引き出しのための導電体層65が形成され、この導電
体層65が導出電極66によって引き出されるようにしてい
る。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 3-288471 proposes a semiconductor device having a structure as shown in FIG. Also in this semiconductor device, similarly to the example of FIG. 15, an insulating film 52 is formed on the surface of a silicon substrate 51, a single crystal silicon layer 53 is formed on the insulating film 52, and a source is formed on the single crystal silicon layer 53. A region 54, a drain region 55, and a channel region 56 are formed. Then, a conductor layer 65 for extracting minority carriers is formed under the transistor region of the single crystal silicon layer 53, and the conductor layer 65 is extracted by the lead electrode 66.

【0008】この様に構成すれば、少数キャリア引き出
しのための導電体層65が単結晶シリコン層53の下部に埋
込形成されているものであるため、この導電体層65を形
成するために素子サイズを大きくする必要がない。しか
し、現実にはこの導電体層65に含まれる不純物が、トラ
ンジスタ形成工程の間にチャネル領域56に拡散し、この
ためチャネル領域56の不純物濃度の制御が困難となる。
したがって、形成されたトランジスタのしきい値電圧の
制御が困難となり、また埋め込まれた導電体層65にコン
タクトを取るためにスルーホールを形成する工程が増加
される。
According to this structure, since the conductor layer 65 for extracting the minority carriers is buried under the single crystal silicon layer 53, it is necessary to form the conductor layer 65. There is no need to increase the element size. However, in reality, the impurities contained in the conductor layer 65 diffuse into the channel region 56 during the transistor forming process, which makes it difficult to control the impurity concentration of the channel region 56.
Therefore, it becomes difficult to control the threshold voltage of the formed transistor, and the number of steps for forming a through hole for making contact with the buried conductor layer 65 is increased.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に素子サイズを大きくす
ることなくSOI構造を採用したMOSFETを構成す
ることができるようにすると共に、形成されたトランジ
スタのしきい値電圧の制御が容易とされるようにして、
素子レイアウトが容易であると共にトランジスタ形成工
程が特に増加されることもないようにした半導体装置を
提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and enables a MOSFET adopting an SOI structure to be formed without increasing the size of the element and forming the same. It is easy to control the threshold voltage of the
An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the element layout is easy and the number of transistor forming steps is not particularly increased.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、チャネル領域およびこのチャネル領域を挟んでそ
の両側にドレイン領域とソース領域を有するMOSFE
Tを、半導体基板の表面に絶縁体層を介して形成される
薄膜の単結晶半導体層によって構成し、前記半導体基板
の前記絶縁体層下に、前記MOSFETを構成する前記
単結晶半導体層のチャネル領域の周辺部と接続された前
記チャネル領域と同じ導電型の多結晶半導体層を形成す
るもので、この多結晶半導体層は、前記半導体基板の表
面に形成された前記チャネル領域と同じ導電型の他の単
結晶半導体層に接続されるようにした。
A semiconductor device according to the present invention is a MOSFE having a channel region and a drain region and a source region on opposite sides of the channel region.
T is constituted by a thin film single crystal semiconductor layer formed on the surface of a semiconductor substrate via an insulator layer, and a channel of the single crystal semiconductor layer constituting the MOSFET is formed under the insulator layer of the semiconductor substrate. A polycrystalline semiconductor layer having the same conductivity type as the channel region connected to the peripheral portion of the region is formed, and the polycrystalline semiconductor layer has the same conductivity type as the channel region formed on the surface of the semiconductor substrate. It was connected to another single crystal semiconductor layer.

【0011】[0011]

【作用】この様に構成される半導体装置によれば、ドレ
イン近傍のインパクトイオンによって発生した少数キャ
リア(Nチャネルの場合はホール)は、チャネル領域の
周辺部から多結晶半導体層を通って表面の基板電極部
に、バルク状の通常のMOSFETと同様に引き出され
る。したがって寄生バイポーラ動作が抑制され、ソース
・ドレイン耐圧が向上される。また、チャネル領域の周
辺部は多結晶半導体層から不純物が拡散した部分の不純
物濃度が高くなるが、チャネル領域の周辺部のSOI層
の膜厚がその中央部の平坦なSOI層領域の膜厚よりも
薄くなって、この周辺部のしきい値電圧が中央部より低
くなる傾向にある。このため、周辺部に流れるリーク電
流がこの種薄膜MOSFETでは問題となるが、中央部
の正常なしきい値電圧を変動させることなく、周辺部の
不純物濃度を高くすることでリーク電流を防止すること
ができる。
According to the semiconductor device having such a structure, minority carriers (holes in the case of N channel) generated by impact ions in the vicinity of the drain pass through the polycrystalline semiconductor layer from the peripheral portion of the channel region to the surface. It is drawn out to the substrate electrode portion in the same manner as a bulk-type normal MOSFET. Therefore, the parasitic bipolar operation is suppressed and the source / drain breakdown voltage is improved. Further, in the peripheral portion of the channel region, the impurity concentration becomes high in a portion where impurities are diffused from the polycrystalline semiconductor layer, but the film thickness of the SOI layer in the peripheral portion of the channel region is equal to that of the flat SOI layer region in the central portion. The threshold voltage in the peripheral portion tends to be lower than that in the central portion. Therefore, the leakage current flowing in the peripheral portion becomes a problem in this kind of thin film MOSFET, but it is possible to prevent the leakage current by increasing the impurity concentration in the peripheral portion without changing the normal threshold voltage in the central portion. You can

【0012】さらに、少数キャリア引き出し用の多結晶
半導体層はチャネル領域とのコンタクトを取っているも
のであるが、これらが充分に小さな寸法によって加工で
きるものであり、実質的に引き出し電極のないMOSF
ETと同じサイズで構成できる。さらに多結晶半導体層
はバルク状の通常のMOSのウエル領域と同様に配置で
きるもので、また引き出し電極が通常のMOSの基板電
極と同様にソース電極と独立して配置できるものである
ため、レイアウト構成が容易とされ、形成工程も特に増
加させる必要がない。
Further, the polycrystalline semiconductor layer for extracting minority carriers has a contact with the channel region, but these can be processed with a sufficiently small size, and MOSF having substantially no extraction electrode.
It can be configured with the same size as ET. Further, the polycrystalline semiconductor layer can be arranged in the same manner as the well region of a bulk-shaped normal MOS, and the extraction electrode can be arranged independently of the source electrode like the substrate electrode of a normal MOS. The structure is easy, and it is not necessary to increase the number of forming steps.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1はその構成を示すもので、単結晶シリコ
ン基板11の表面上には、多結晶シリコン層12および低抵
抗の多結晶シリコン層13を介して、SiO2 による埋込
絶縁膜14が形成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure. A buried insulating film 14 made of SiO 2 is formed on the surface of a single crystal silicon substrate 11 via a polycrystalline silicon layer 12 and a low resistance polycrystalline silicon layer 13. It

【0014】絶縁膜14上には、薄膜状にした単結晶シリ
コン層(SOI層)15が形成され、このSOI層15には
イオンを注入することによってP型のチャネル領域151
と共に、このチャネル領域の両側に位置してN+ 型のソ
ース領域152 およびドレイン領域153 が形成され、チャ
ネル領域151 部分に対応してゲート絶縁膜を介して多結
晶によるシリコンゲート16が形成されて、この単結晶シ
リコン層15部にはLOCOS法によって素子分離された
NチャネルMOSFETが構成されるようにする。
A thin-film single crystal silicon layer (SOI layer) 15 is formed on the insulating film 14, and the P-type channel region 151 is formed by implanting ions into the SOI layer 15.
At the same time, an N + type source region 152 and a drain region 153 are formed on both sides of the channel region, and a polycrystalline silicon gate 16 is formed corresponding to the channel region 151 via a gate insulating film. The single crystal silicon layer 15 has an N-channel MOSFET element-isolated by the LOCOS method.

【0015】ここでSOI層15の膜厚は、MOSFET
のチャネル領域151 の最大空乏層幅よりも薄く、チャネ
ル形成時においてSOI層15が完全に空乏化する厚さと
なっている。例えば、形成されるNチャネルMOSFE
Tの中央部分のチャネル領域151 の不純物濃度が“8×
1016cm-3”程度の場合には、SOI層15の膜厚は1
00nm以下となっている。
Here, the film thickness of the SOI layer 15 is
The thickness is smaller than the maximum depletion layer width of the channel region 151, and the thickness is such that the SOI layer 15 is completely depleted during channel formation. For example, the formed N-channel MOSFE
The impurity concentration of the channel region 151 in the central portion of T is “8 ×
In the case of about 10 16 cm −3 ″, the film thickness of the SOI layer 15 is 1
It is less than 00 nm.

【0016】SOI層15のチャネル領域151 において
は、(C)図で示されるように中央部分が平坦部とされ
ているもので、この平坦部の周辺部はその厚さが外側に
向かって徐々に薄くなるバーズビーク領域となってい
る。このチャネル領域151 のバーズビーク領域は、例え
ばボロンがドーピングされて低抵抗化された多結晶シリ
コン層13に接続されているもので、(A)図にAで示す
コンタクト領域が設定されるようになる。
In the channel region 151 of the SOI layer 15, the central portion is a flat portion as shown in FIG. 7C, and the thickness of the peripheral portion of this flat portion gradually increases toward the outside. The bird's beak area becomes thinner. The bird's beak region of the channel region 151 is connected to the polycrystalline silicon layer 13 which is doped with boron and has a low resistance, and a contact region indicated by A in FIG. .

【0017】この様に構成されることで、多結晶シリコ
ン層13から拡散された不純物(ボロン)によって、チャ
ネル領域151 のバーズビーク部分の不純物濃度が、チャ
ネル領域151 中央平坦部の不純物濃度よりも高くなって
いる。このため、バーズビーク部のしきい値電圧が、チ
ャネル領域151 の中央部のしきい値電圧とほぼ同じかも
しくは高くなる。多結晶シリコン層13と多結晶シリコン
層12との間は酸化膜17によって分離されている。
With this structure, the impurity concentration in the bird's beak portion of the channel region 151 is higher than that in the central flat portion of the channel region 151 due to the impurity (boron) diffused from the polycrystalline silicon layer 13. Has become. Therefore, the threshold voltage of the bird's beak portion is almost the same as or higher than the threshold voltage of the central portion of the channel region 151. An oxide film 17 separates the polycrystalline silicon layer 13 and the polycrystalline silicon layer 12.

【0018】多結晶シリコン層13は、さらに独立して形
成したSOI層18に接続されるもので、このSOI層18
に対応して基板電極19が形成されている。また、SOI
層15のソース領域152 およびドレイン領域153 それぞれ
に対応してソース電極20およびドレイン電極21が形成さ
れる。22は層間絶縁膜である。
The polycrystalline silicon layer 13 is connected to an SOI layer 18 formed independently, and this SOI layer 18
A substrate electrode 19 is formed corresponding to. In addition, SOI
The source electrode 20 and the drain electrode 21 are formed corresponding to the source region 152 and the drain region 153 of the layer 15, respectively. Reference numeral 22 is an interlayer insulating film.

【0019】この様に構成される半導体装置の製造工程
を図2ないし図11に基づいて説明する。これらの図に
おいて、それぞれ(A)図は図1(A)のa−a線に対
応する断面であり、(B)図は同じくb−b線に対応す
る断面である。
The manufacturing process of the semiconductor device having such a structure will be described with reference to FIGS. In each of these drawings, FIG. 1A is a cross section corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a cross section corresponding to line bb.

【0020】まず図2で示すように、シリコン基板によ
って構成される第1の半導体基板30の表面にはパッド酸
化膜31が形成され、さらにその上に窒化膜32が形成され
る。この窒化膜32は、後に形成される素子のSOI領域
33のミラー反転パターンでパターニングされ、フィール
ド部となる領域34部分は除去されている。そして、図3
で示すようにLOCOS法によってフィールド領域34部
の酸化膜35の膜厚が、たとえば約600nmとされるよ
うに熱酸化する。
First, as shown in FIG. 2, a pad oxide film 31 is formed on the surface of a first semiconductor substrate 30 made of a silicon substrate, and a nitride film 32 is further formed thereon. This nitride film 32 is an SOI region of a device to be formed later.
Patterning is performed with the mirror inversion pattern 33, and the region 34 that will be the field portion is removed. And FIG.
As shown by (4), thermal oxidation is performed by the LOCOS method so that the film thickness of the oxide film 35 in the field region 34 is, for example, about 600 nm.

【0021】次に、図4で示すように窒化膜32およびパ
ッド酸化膜31を除去し、その後全面を熱酸化し、SOI
領域33に対応して約300nmの厚さの酸化膜36が形成
されるようにする。そして、図1で示した多結晶シリコ
ン層13とSOI層15およびSOI層18とをそれぞれ接続
する部分をパターニングし、酸化膜35を例えば反応性イ
オンエッチング法によってエッチングすることにより、
コンタクトホール37および38を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the nitride film 32 and the pad oxide film 31 are removed, and then the entire surface is thermally oxidized to make SOI.
An oxide film 36 having a thickness of about 300 nm is formed corresponding to the region 33. Then, the portions connecting the polycrystalline silicon layer 13 and the SOI layer 15 and the SOI layer 18 shown in FIG. 1 are patterned, and the oxide film 35 is etched by, for example, a reactive ion etching method.
Contact holes 37 and 38 are formed.

【0022】ただし、このエッチングは酸化膜35が厚さ
約500nmだけ除去されるような条件の下に行われ、
コンタクトホール37はパターニングされた領域の一部の
みで多結晶シリコン層13が露出され、コンタクトホール
38にあってはパターニングされた領域の全体に多結晶シ
リコン層13が露出されるようにする。
However, this etching is performed under the condition that the oxide film 35 is removed by a thickness of about 500 nm.
The contact hole 37 exposes the polycrystalline silicon layer 13 only in a part of the patterned region,
In the case of 38, the polycrystalline silicon layer 13 is exposed in the entire patterned region.

【0023】この様に酸化膜35にコンタクトホール37お
よび38が形成されたならば、図6で示すように減圧CV
D法によって多結晶シリコン39を堆積するもので、後に
NチャネルMOSFETとなる領域をパターニングして
例えばボロンを注入し、またPチャネルMOSFETと
なる領域をパターニングして例えばリンをイオン注入す
る。
When the contact holes 37 and 38 are formed in the oxide film 35 in this manner, the reduced pressure CV is obtained as shown in FIG.
Polycrystalline silicon 39 is deposited by the D method, and a region to be an N-channel MOSFET is patterned later to implant boron, for example, and a region to be a P-channel MOSFET is patterned to implant phosphorus, for example.

【0024】この様に所定の不純物がイオン注入された
多結晶シリコン層39は、図7で示すように素子領域に対
応する所望の領域にパターニングしてエッチングし、そ
の後この多結晶シリコン39の表面に、例えば熱酸化法に
よって膜厚約100nmの酸化膜40を形成する。そし
て、図8で示すように基板上に厚膜多結晶シリコン41を
約5μmの厚さで形成し、さらに図9で示すようにこの
厚膜多結晶シリコン41の表面を平坦化研磨して、鏡面状
の研磨面411 を形成する。この研磨面411 には、図10
で示すように別に用意した第2の半導体基板42の鏡面42
1 を接触させ、例えば窒素雰囲気中で1100℃で1時
間の熱処理を行い、この両者を直接接合して一体化す
る。
The polycrystalline silicon layer 39 thus ion-implanted with a predetermined impurity is patterned and etched into a desired region corresponding to the element region as shown in FIG. 7, and then the surface of the polycrystalline silicon 39 is etched. Then, an oxide film 40 having a thickness of about 100 nm is formed by, for example, a thermal oxidation method. Then, as shown in FIG. 8, a thick film polycrystalline silicon 41 is formed on the substrate to a thickness of about 5 μm, and the surface of the thick film polycrystalline silicon 41 is flattened and polished as shown in FIG. A mirror-like polished surface 411 is formed. As shown in FIG.
The mirror surface 42 of the second semiconductor substrate 42 separately prepared as shown in
1 are brought into contact with each other, and heat treatment is performed at 1100 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, for example, and both are directly bonded and integrated.

【0025】図11は図10の状態を上下反対にして示
しているもので、多結晶シリコン41の研磨面411 に第2
の半導体基板42が接合された状態で、第1の半導体基板
30側を、フィールド酸化膜35がストッパとして機能され
るように選択研磨し、SOI領域15および18を形成す
る。そして、このSOI層15および18の膜厚を調整した
後、図1で示したように通常のMOSのIC製造プロセ
スによって、SOI層15にチャネル領域と共にソースお
よびドレイン領域を形成し、層間絶縁膜や金属配線を形
成して、所定の半導体装置が完成される。
FIG. 11 shows the state of FIG. 10 upside down, and shows the second surface on the polishing surface 411 of the polycrystalline silicon 41.
The first semiconductor substrate 42 with the semiconductor substrate 42 of
The side 30 is selectively polished so that the field oxide film 35 functions as a stopper to form SOI regions 15 and 18. Then, after adjusting the film thickness of the SOI layers 15 and 18, the source and drain regions as well as the channel region are formed in the SOI layer 15 by the normal MOS IC manufacturing process as shown in FIG. A metal wiring is formed and a predetermined semiconductor device is completed.

【0026】この実施例においては、図1の特に(A)
図で示されるように多結晶シリコン層13とSOI層15の
チャネル領域151 とは、チャネル領域151 の全幅の範囲
でコンタクト領域Aが設定されるようにしている。しか
し、図12で示すようにSOI層15のチャネル領域のソ
ース電極側の半分にコンタクト領域Bが設定されるよう
にしてもよい。
In this embodiment, in particular (A) of FIG.
As shown in the figure, the contact regions A of the polycrystalline silicon layer 13 and the channel region 151 of the SOI layer 15 are set within the entire width of the channel region 151. However, as shown in FIG. 12, the contact region B may be set in the half of the channel region of the SOI layer 15 on the source electrode side.

【0027】図1で示した第1の実施例においては、ド
レイン電極21に高電圧が印加されたときに、SOI層15
の周辺部で薄くなるチャネル領域151 のバーズビーク部
の不純物濃度が高いものであるため、ドレイン領域153
とチャネル領域151 間のPN接合にできる空乏層の幅
が、チャネル領域の151 の中央部分の平坦部よりも、そ
の周辺の薄くなるバーズビーク領域の方が狭くなり、ソ
ース・ドレイン耐圧が低くなる虞がある。
In the first embodiment shown in FIG. 1, when a high voltage is applied to the drain electrode 21, the SOI layer 15
Since the impurity concentration in the bird's beak portion of the channel region 151, which becomes thin in the peripheral portion of the
The width of the depletion layer formed in the PN junction between the channel region 151 and the channel region 151 is narrower in the thin bird's beak region around the central portion of the channel region 151 than in the flat portion, and the source / drain breakdown voltage may be reduced. There is.

【0028】しかし、図12で示した第2の実施例にお
いては、少数キャリア引き出し用の多結晶シリコン層13
とチャネル領域151 とのコンタクト領域Bが、ソース電
極側の半分の領域に設定されるものであるため、チャネ
ル領域151 のドレイン領域側周辺部の不純物濃度が、こ
のチャネル領域151 の中央部の平坦なSOI層領域と同
じとなり、このためドレイン領域153 とチャネル領域15
1 間のPN接合にできる空乏層の幅が変化せず、ソース
・ドレイン耐圧は低くならない。
However, in the second embodiment shown in FIG. 12, the polycrystalline silicon layer 13 for extracting minority carriers is used.
Since the contact region B between the channel region 151 and the channel region 151 is set to a half region on the source electrode side, the impurity concentration of the drain region side peripheral portion of the channel region 151 is flat in the central portion of the channel region 151. Of the SOI layer, and therefore the drain region 153 and the channel region 15
The width of the depletion layer formed in the PN junction between 1 does not change and the source / drain breakdown voltage does not decrease.

【0029】以上説明した実施例においては、N+ 型ゲ
ートのNチャネルMOSFETの場合を説明したが、こ
れに限らずN+ 型ゲートのPチャネルMOSFET、P
+ 型ゲートのNチャネルMOSFET、さらにP+ 型ゲ
ートのPチャネルMOSFETのように、不純物の導電
型が逆の場合に対しても同様に実施できる。
In the above-described embodiments, the case of the N + -type gate N-channel MOSFET has been described. However, the present invention is not limited to this, and the N + -type gate P-channel MOSFET, P
The same can be applied to the case where the conductivity types of the impurities are opposite, such as an N channel MOSFET having a + type gate and a P channel MOSFET having a P + type gate.

【0030】図13は図12で示した第2の実施例を相
補型MOSFETのインバータに適用した例を示してい
るもので、NチャネルMOSFET45とPチャネルMO
SFET46とが並べて形成されている。そして、少数キ
ャリア引き出し用としてNチャネルMOSFET45の下
部にP型多結晶シリコン層131 が形成され、またPチャ
ネルMOSFET46の下部にN型多結晶シリコン層132
が配置されるようにしている。
FIG. 13 shows an example in which the second embodiment shown in FIG. 12 is applied to an inverter of a complementary MOSFET, and an N channel MOSFET 45 and a P channel MO are provided.
SFET46 is formed side by side. Then, a P-type polycrystalline silicon layer 131 is formed below the N-channel MOSFET 45 for extracting minority carriers, and an N-type polycrystalline silicon layer 132 is formed below the P-channel MOSFET 46.
Are arranged.

【0031】この少数キャリア引き出し用の多結晶シリ
コン層131 および132 は、それぞれMOSFET45およ
び46を構成するSOI層451 および461 と、少数キャリ
ア引き出し用の電極を構成する基板電極191 および192
に接続されるようになっていれば、どの様なパターンで
構成されてもよい。したがって、この多結晶シリコン層
131 および132 は、バルクMOSのウエルと同様の機能
をもちながら、ウエルよりも小さな面積ですむようにな
り、高集積化が可能とされる。
The polycrystalline silicon layers 131 and 132 for extracting minority carriers are SOI layers 451 and 461 which form MOSFETs 45 and 46, and substrate electrodes 191 and 192 which form electrodes for extracting minority carriers, respectively.
It may be configured in any pattern as long as it is connected to. Therefore, this polycrystalline silicon layer
131 and 132 have the same function as that of a bulk MOS well, but can occupy a smaller area than the well, and thus high integration is possible.

【0032】図14は第2の実施例に示した半導体装置
において、SOI層15が長く構成された場合を示してい
る。この場合、ゲート電極16に沿ってSOI層15のチャ
ネル領域151 が設定されるものであるが、この長いチャ
ネル領域151 の両端部に対応して、少数キャリア引き出
しのための多結晶シリコン層13と接続されるコンタクト
領域Bが設定されている。このコンタクト領域Bは、S
OI領域15の周辺部の半分にのみ対応して形成される。
FIG. 14 shows a case where the SOI layer 15 is formed to be long in the semiconductor device shown in the second embodiment. In this case, the channel region 151 of the SOI layer 15 is set along the gate electrode 16, and the polycrystalline silicon layer 13 for extracting minority carriers is formed corresponding to both ends of the long channel region 151. The contact area B to be connected is set. This contact area B is S
It is formed corresponding to only the half of the peripheral portion of the OI region 15.

【0033】この様にSOI層15の半分の領域に接続さ
れるコンタクト領域Bのみでは、長く構成されるSOI
層15のチャネル領域151 の抵抗のため、充分な少数キャ
リアの引き出し効果が得られない。したがって、この様
な場合にはコンタクト領域Bの相互間に位置してSOI
層15の内部のチャネル領域151 に対応するコンタクト領
域Aが設定されるようにしてもよい。ただし、この場合
多結晶シリコン層13からチャネル領域151 に不純物が拡
散して、コンタクト領域Aの近傍のチャネル領域151 の
不純物濃度が高くなるため、実効的なチャネル幅が減少
して電流駆動能力が低下するが、実用上で問題はない。
Thus, only the contact region B connected to the half region of the SOI layer 15 has a long SOI structure.
Due to the resistance of the channel region 151 of the layer 15, a sufficient effect of extracting minority carriers cannot be obtained. Therefore, in such a case, the SOI layer is located between the contact regions B.
The contact region A corresponding to the channel region 151 inside the layer 15 may be set. However, in this case, impurities are diffused from the polycrystalline silicon layer 13 into the channel region 151 and the impurity concentration of the channel region 151 near the contact region A is increased, so that the effective channel width is reduced and the current driving capability is reduced. Although it decreases, there is no problem in practical use.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のようにこの発明に係るSOI構造
を採用したMOSFETを有する半導体装置において、
集積度を犠牲にすることなく寄生バイポーラ動作を抑制
してソース・トレイン間の耐圧が向上されるようにな
り、さらにMOSFETのSOI層周辺部のバーズビー
ク部に流れるリーク電流が軽減される。
As described above, in the semiconductor device having the MOSFET adopting the SOI structure according to the present invention,
The parasitic bipolar operation is suppressed without sacrificing the degree of integration, and the breakdown voltage between the source and train is improved, and further, the leak current flowing in the bird's beak portion around the SOI layer of the MOSFET is reduced.

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

【図1】(A)はこの発明の一実施例に係る半導体装置
を説明するための平面からみた構成図、(B)および
(C)はそれぞれ(A)図のa−a線およびb−b線に
対応する断面構成図。
FIG. 1A is a configuration diagram viewed from a plane for explaining a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 1C are lines aa and b- in FIG. 1A, respectively. Sectional drawing corresponding to line b.

【図2】上記実施例の半導体装置の製造方法の第1の工
程を説明するための図で、(A)は図1の(A)のa−
a線に対応する部分の断面を示す図、(B)は同じくb
−b線に対応する部分の断面を示す図。
FIG. 2 is a view for explaining the first step of the method for manufacturing a semiconductor device of the above embodiment, in which (A) is a- line in (A) of FIG.
The figure which shows the cross section of the part corresponding to the a line, (B) is also b
-The figure which shows the cross section of the part corresponding to a b line.

【図3】同じく第2の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 3 is also a diagram for explaining the second step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図4】同じく第3の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 4 is also a diagram for explaining the third step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図5】同じく第4の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 5 is also a diagram for explaining the fourth step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図6】同じく第5の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 6 is also a diagram for explaining the fifth step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図7】同じく第6の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 7 is also a diagram for explaining the sixth step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図8】同じく第7の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 8 is also a diagram for explaining the seventh step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図9】同じく第8の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 9 is also a diagram for explaining the eighth step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図10】同じく第9の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 10 is also a diagram for explaining the ninth step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図11】同じく第10の工程を説明するための図で、
(A)は図1の(A)のa−a線に対応する部分の断面
を示す図、(B)は同じくb−b線に対応する部分の断
面を示す図。
FIG. 11 is also a diagram for explaining the tenth step,
1A is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line aa in FIG. 1A, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of a portion corresponding to line bb.

【図12】この発明の第2の実施例を説明する平面から
見た構成図。
FIG. 12 is a configuration diagram viewed from a plane for explaining a second embodiment of the present invention.

【図13】上記第2の実施例を応用した第3の実施例を
示すもので、(A)は平面から見た構成図、(B)は
(A)図のb−b線断面図。
13A and 13B show a third embodiment to which the second embodiment is applied, in which FIG. 13A is a configuration diagram viewed from above, and FIG. 13B is a sectional view taken along the line bb of FIG. 13A.

【図14】同じく第2の実施例を応用した第4の実施例
を示し、(A)は平面から見た構成図、(B)は(A)
図のb−b線断面図。
14A and 14B also show a fourth embodiment to which the second embodiment is applied, in which FIG. 14A is a configuration diagram viewed from a plane, and FIG.
The bb sectional view taken on the line of FIG.

【図15】(A)は従来の半導体装置を平面から見た
図、(B)は(A)図のb−b線に対応する断面図、
(C)は同じくc−c線断面図。
15A is a plan view of a conventional semiconductor device, FIG. 15B is a cross-sectional view corresponding to line bb in FIG. 15A,
Similarly, (C) is a sectional view taken along the line cc.

【図16】従来の他の半導体装置の例を説明する断面構
成図。
FIG. 16 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of another conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…シリコン基板、 12…多結晶シリコン層、 13…多
結晶シリコン層(低抵抗)、14…絶縁膜、15…SOI
層、151 …チャネル領域、152 …ソース領域、153 …ド
レイン領域、16…ゲート、17…酸化膜、18…SOI層、
19…基板電極、20…ソース電極、21…ドレイン電極、22
…層間絶縁膜。
11 ... Silicon substrate, 12 ... Polycrystalline silicon layer, 13 ... Polycrystalline silicon layer (low resistance), 14 ... Insulating film, 15 ... SOI
Layer, 151 ... channel region, 152 ... source region, 153 ... drain region, 16 ... gate, 17 ... oxide film, 18 ... SOI layer,
19 ... Substrate electrode, 20 ... Source electrode, 21 ... Drain electrode, 22
... Interlayer insulating film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面に絶縁体層を介して形
成される薄膜の単結晶半導体層によって構成され、チャ
ネル領域およびこのチャネル領域を挟んでその両側にド
レイン領域とソース領域を有するMOSFETと、 前記半導体基板の前記絶縁体層下に形成され、前記MO
SFETを構成する前記単結晶半導体層のチャネル領域
の周辺部と接続された前記チャネル領域と同じ導電型の
多結晶半導体層とを具備し、 この多結晶半導体層は、前記半導体基板の表面に形成さ
れた前記チャネル領域と同じ導電型の他の単結晶半導体
層に接続されるようにしたことを特徴とする半導体装
置。
1. A MOSFET comprising a thin film single crystal semiconductor layer formed on a surface of a semiconductor substrate with an insulator layer interposed between the channel region and a drain region and a source region on both sides of the channel region. Formed under the insulator layer of the semiconductor substrate,
A polycrystalline semiconductor layer of the same conductivity type as the channel region, which is connected to the peripheral portion of the channel region of the single crystal semiconductor layer forming the SFET, is formed on the surface of the semiconductor substrate. The semiconductor device is configured to be connected to another single crystal semiconductor layer of the same conductivity type as the channel region.
【請求項2】 前記MOSFETの前記チャネル領域の
周辺部は、中央の平坦部領域の膜厚よりも薄く構成さ
れ、この周辺部の不純物濃度が前記平坦部の不純物濃度
に比べて高く設定されるようにした請求項1記載の半導
体装置。
2. The peripheral portion of the channel region of the MOSFET is formed thinner than the film thickness of the central flat portion region, and the impurity concentration of the peripheral portion is set higher than the impurity concentration of the flat portion. The semiconductor device according to claim 1, wherein
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6251754B1 (en) 1997-05-09 2001-06-26 Denso Corporation Semiconductor substrate manufacturing method
US6534380B1 (en) 1997-07-18 2003-03-18 Denso Corporation Semiconductor substrate and method of manufacturing the same

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