JPH10209468A - Soi半導体デバイス - Google Patents
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- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 所与の面内の金属配線を減らし、それによっ
て高密度応用例でのデバイス性能を高め、設計の柔軟性
を高める方法およびデバイスを提供する。 【解決手段】 導電性基板と、絶縁層と、不純物でドー
プされ、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタ
を形成するシリコン層と、第1のトランジスタと第2の
トランジスタとの間の分離ボリュームと、ドープされた
シリコン層から基板に延びる導電性スタッドとを有する
半導体デバイスを提供する。
て高密度応用例でのデバイス性能を高め、設計の柔軟性
を高める方法およびデバイスを提供する。 【解決手段】 導電性基板と、絶縁層と、不純物でドー
プされ、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタ
を形成するシリコン層と、第1のトランジスタと第2の
トランジスタとの間の分離ボリュームと、ドープされた
シリコン層から基板に延びる導電性スタッドとを有する
半導体デバイスを提供する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】一般に本発明は、電源および
アース用の表面配線を減少させたデバイスに関する。よ
り詳細には、本発明は、電源およびアース用の電圧面と
してバルク・シリコン基板を使用するSOI(シリコン
・オン・インシュレータ)デバイスに関する。
アース用の表面配線を減少させたデバイスに関する。よ
り詳細には、本発明は、電源およびアース用の電圧面と
してバルク・シリコン基板を使用するSOI(シリコン
・オン・インシュレータ)デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体加工は、より高いコンピューティ
ング性能を有するますます小型化したデバイスを製造す
る方向へと進んできた。デバイス寸法の小型化とパワー
の増大は、所与の単位面積中のトランジスタ密度を増大
させた。SOI加工技術などの先端の半導体製造技術で
は、トランジスタのソースやドレインなどのデバイス構
成要素中で抵抗が大幅に増大するため、金属配線への要
件が増す傾向にある。
ング性能を有するますます小型化したデバイスを製造す
る方向へと進んできた。デバイス寸法の小型化とパワー
の増大は、所与の単位面積中のトランジスタ密度を増大
させた。SOI加工技術などの先端の半導体製造技術で
は、トランジスタのソースやドレインなどのデバイス構
成要素中で抵抗が大幅に増大するため、金属配線への要
件が増す傾向にある。
【0003】アレイなど特定の応用例では、その応用例
を完全に実施するために必要な配線の量がしばしば大き
な影響を及ぼす。半導体デバイスの配線は一般に、多重
面に形成される。多数のデバイスを高密度パターンで構
成する場合には特にそうである。所与のデバイス面内の
金属配線は、その面の利用可能な表面積を減らし、デバ
イス性能に厳しい制限を課すこともある。これらの問題
は、優れた性能を有するより小型でより高密度に集積し
たデバイスを製造するという全体的な目的の根底を揺る
がすものである。
を完全に実施するために必要な配線の量がしばしば大き
な影響を及ぼす。半導体デバイスの配線は一般に、多重
面に形成される。多数のデバイスを高密度パターンで構
成する場合には特にそうである。所与のデバイス面内の
金属配線は、その面の利用可能な表面積を減らし、デバ
イス性能に厳しい制限を課すこともある。これらの問題
は、優れた性能を有するより小型でより高密度に集積し
たデバイスを製造するという全体的な目的の根底を揺る
がすものである。
【0004】SOI加工技術の例示的な従来の刊行物に
は、イワマツ(Iwamatsu)の米国特許第5294821
号がある。イワマツは、ブレークダウン電圧の低減を含
めてより均一な電気的特性の提供を目的とするSOI技
術を開示している。この特許は、デバイスの電気的特性
を安定させるために基板内に拡散させたアクティブ層を
有する、デバイスを提案している。
は、イワマツ(Iwamatsu)の米国特許第5294821
号がある。イワマツは、ブレークダウン電圧の低減を含
めてより均一な電気的特性の提供を目的とするSOI技
術を開示している。この特許は、デバイスの電気的特性
を安定させるために基板内に拡散させたアクティブ層を
有する、デバイスを提案している。
【0005】タイソン(Tyson)他の米国特許第514
5802号は、絶縁層上に配置されたトランジスタ本体
への局所的オーム接触を提供する1組の埋込み体連結部
を有するSOI回路を開示している。これは、衝撃イオ
ン化によって生じた正孔の経路を提供し、かつ基板とト
ランジスタのソースとの間の潜在的シールドとして働く
ことを目的としている。
5802号は、絶縁層上に配置されたトランジスタ本体
への局所的オーム接触を提供する1組の埋込み体連結部
を有するSOI回路を開示している。これは、衝撃イオ
ン化によって生じた正孔の経路を提供し、かつ基板とト
ランジスタのソースとの間の潜在的シールドとして働く
ことを目的としている。
【0006】カン(Kang)他の米国特許第528667
0号は、電気的特性を有する埋込み要素を備える半導体
デバイスを製造する方法を開示している。この特許は、
基板内にあって、SOI領域となるシリコンに基板を結
合する複合システム埋込み電気要素を使用する。埋込み
要素の例示的な用途の1つが、記憶セル内のキャパシタ
である。
0号は、電気的特性を有する埋込み要素を備える半導体
デバイスを製造する方法を開示している。この特許は、
基板内にあって、SOI領域となるシリコンに基板を結
合する複合システム埋込み電気要素を使用する。埋込み
要素の例示的な用途の1つが、記憶セル内のキャパシタ
である。
【0007】しかしこれらの刊行物は、デバイス密度の
増大に伴って生じる問題の多くを対象としていず、ある
いは解決していない。実際、これらの刊行物には、カン
らの刊行物などのように、配線密度の問題を解決するこ
となく、デバイス製造の複雑さを増大させているものも
ある。
増大に伴って生じる問題の多くを対象としていず、ある
いは解決していない。実際、これらの刊行物には、カン
らの刊行物などのように、配線密度の問題を解決するこ
となく、デバイス製造の複雑さを増大させているものも
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】その結果、所与の面内
の金属配線を減らし、それによって高密度応用例でのデ
バイス性能を高め、設計の柔軟性を高める方法およびデ
バイスが求められている。
の金属配線を減らし、それによって高密度応用例でのデ
バイス性能を高め、設計の柔軟性を高める方法およびデ
バイスが求められている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、導電性基板と、絶縁層と、トランジスタを形成する
ために不純物でドープしたシリコン層と、シリコン層の
一部分と基板の一部分を電気的に接続する導電性スタッ
ドとを有する半導体デバイスが提供される。
ば、導電性基板と、絶縁層と、トランジスタを形成する
ために不純物でドープしたシリコン層と、シリコン層の
一部分と基板の一部分を電気的に接続する導電性スタッ
ドとを有する半導体デバイスが提供される。
【0010】本発明の追加の態様によれば、導電性基板
と、絶縁層と、不純物でドープした、第1のトランジス
タおよび第2のトランジスタを形成するシリコン層と、
第1のトランジスタと第2のトランジスタの間の分離ボ
リュームと、ドープされたシリコン層から基板へと延び
る導電性スタッドとを有する半導体デバイスが提供され
る。
と、絶縁層と、不純物でドープした、第1のトランジス
タおよび第2のトランジスタを形成するシリコン層と、
第1のトランジスタと第2のトランジスタの間の分離ボ
リュームと、ドープされたシリコン層から基板へと延び
る導電性スタッドとを有する半導体デバイスが提供され
る。
【0011】本発明の代表的な一実施形態では、バルク
・シリコン基板を、電界効果トランジスタ(FET)な
どの半導体デバイスのアースまたは電源として使用す
る。より好ましい態様では、本発明は、通常の厚さのバ
ルク・シリコン・ウェーハから製作した高濃度にドープ
した基板を利用する。基板は、接地面または電源(Vd
d面等)のいずれとしても機能することができる。この
ようにして、基板で、配電用金属配線の非常に大きな部
分が不要になる。
・シリコン基板を、電界効果トランジスタ(FET)な
どの半導体デバイスのアースまたは電源として使用す
る。より好ましい態様では、本発明は、通常の厚さのバ
ルク・シリコン・ウェーハから製作した高濃度にドープ
した基板を利用する。基板は、接地面または電源(Vd
d面等)のいずれとしても機能することができる。この
ようにして、基板で、配電用金属配線の非常に大きな部
分が不要になる。
【0012】例えば、本発明によると、電気的に接地し
た全てのトランジスタ・デバイスをバルク・シリコン基
板に接続することによって、接地線の大部分が不要にな
る。この接続を埋込み導電性スタッドを使って行うこと
ができる。一般に導電性スタッドは、アクティブ・シリ
コン層から絶縁層を貫いて延び、その下方の厚く、低抵
抗率のバルク・シリコン基板に電気的に接触する。
た全てのトランジスタ・デバイスをバルク・シリコン基
板に接続することによって、接地線の大部分が不要にな
る。この接続を埋込み導電性スタッドを使って行うこと
ができる。一般に導電性スタッドは、アクティブ・シリ
コン層から絶縁層を貫いて延び、その下方の厚く、低抵
抗率のバルク・シリコン基板に電気的に接触する。
【0013】SOI技術とともに従来の加工技術を、デ
バイスの製造全体を通じて使用することができる。得ら
れるデバイスは、それぞれのトランジスタ領域と高導電
性のバルク・シリコン基板との間に電気的接続を有す
る。その結果、基板は、デバイス間の低抵抗導体として
機能する。外部のアースまたは電源から基板への単一の
金属接続を、多数のデバイスに使用することができる。
デバイス表面に数ミリメートルごとにする接続によっ
て、デバイス表面の配線密度を減少させることもでき、
アースあるいは配電のために以前使用していた配線を減
らすことができる。
バイスの製造全体を通じて使用することができる。得ら
れるデバイスは、それぞれのトランジスタ領域と高導電
性のバルク・シリコン基板との間に電気的接続を有す
る。その結果、基板は、デバイス間の低抵抗導体として
機能する。外部のアースまたは電源から基板への単一の
金属接続を、多数のデバイスに使用することができる。
デバイス表面に数ミリメートルごとにする接続によっ
て、デバイス表面の配線密度を減少させることもでき、
アースあるいは配電のために以前使用していた配線を減
らすことができる。
【0014】絶縁層は、有効な自由キャリアが多くない
ため、従来のSOI技術は、ドレイン容量の大部分、お
よびこれより程度は劣るものの、ゲート容量を減少させ
る。しかし動作中に、トランジスタ内のキャリアの流
れ、および抵抗による発熱がゲートに生じるおそれがあ
る。トランジスタ本体が電気的に浮動することが許され
る場合には、トランジスタを含む望ましくない浮動体効
果、あるいはヒステリシスおよびしきい値の移動が起こ
る可能性がある。残留キャリヤがデバイスにかける電気
的バイアスは、トランジスタ本体のチャネルの深さを浅
くし、これによって性能が影響を受ける。本発明の代替
実施形態は、チャネルから接地面またはVdd面への低
抵抗経路、ならびに浮動体および熱の影響を低減する熱
の排出路を提供する。
ため、従来のSOI技術は、ドレイン容量の大部分、お
よびこれより程度は劣るものの、ゲート容量を減少させ
る。しかし動作中に、トランジスタ内のキャリアの流
れ、および抵抗による発熱がゲートに生じるおそれがあ
る。トランジスタ本体が電気的に浮動することが許され
る場合には、トランジスタを含む望ましくない浮動体効
果、あるいはヒステリシスおよびしきい値の移動が起こ
る可能性がある。残留キャリヤがデバイスにかける電気
的バイアスは、トランジスタ本体のチャネルの深さを浅
くし、これによって性能が影響を受ける。本発明の代替
実施形態は、チャネルから接地面またはVdd面への低
抵抗経路、ならびに浮動体および熱の影響を低減する熱
の排出路を提供する。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明は、導電性基板と、絶縁層
と、少なくとも1つの半導体デバイスを形成するために
不純物をドープしたシリコン層と、導電性スタッドとを
有する半導体デバイスである。導電性スタッドは、シリ
コン層と基板を電気的に接続する。
と、少なくとも1つの半導体デバイスを形成するために
不純物をドープしたシリコン層と、導電性スタッドとを
有する半導体デバイスである。導電性スタッドは、シリ
コン層と基板を電気的に接続する。
【0016】本発明は、当業者に周知のあらゆる種類の
デバイスに応用できる。さらに、半導体加工に向くあら
ゆる材料を使用することができる。本発明の好ましい一
態様によれば、本発明は、電界効果トランジスタ・デバ
イスの製造にSOI加工技術とともに使用することがで
きる。この実施形態によれば、本発明のデバイスは、当
業者に周知のあらゆる加工法で製作することができる。
本発明は、アクティブ・シリコン層内に画定された1つ
または複数のトランジスタを有するデバイスを含めてあ
らゆるデバイスに使用できる。図示のように、例示的な
一実施形態では図1ないし図11を通してシリコン上に
2つのトランジスタが形成される。
デバイスに応用できる。さらに、半導体加工に向くあら
ゆる材料を使用することができる。本発明の好ましい一
態様によれば、本発明は、電界効果トランジスタ・デバ
イスの製造にSOI加工技術とともに使用することがで
きる。この実施形態によれば、本発明のデバイスは、当
業者に周知のあらゆる加工法で製作することができる。
本発明は、アクティブ・シリコン層内に画定された1つ
または複数のトランジスタを有するデバイスを含めてあ
らゆるデバイスに使用できる。図示のように、例示的な
一実施形態では図1ないし図11を通してシリコン上に
2つのトランジスタが形成される。
【0017】準備段階として、シリコン基板12を使用
することができる。シリコン基板12は、標準的なシリ
コン・ウェーハ10の形状をとってもよく、それを加工
して絶縁層14を形成する(図1)。あらゆる絶縁層が
使用できるが、好ましい化合物として二酸化シリコン
(SiO2)があげられる。SiO2は、例示的な速
度、約1×1018atoms/cm2酸素でウェーハに
注入することができる。ウェーハを約900℃の温度に
加熱して、厚さが0.2〜0.7μm、好ましくは0.
5μmの絶縁層を作成する。同時に、厚さが0.1〜4
μm、好ましくは0.2μmのアクティブ・シリコン層
16を形成させる。基板12の残りの部分は、厚さ約6
25μmである。アクティブ・シリコン層は、シリコン
・ウェーハ10に酸素を注入する段階と、この系をアニ
ールして3層間で結晶構造を再整列させる段階によって
形成される。絶縁層は、二酸化シリコンなどのシリコン
酸化物を含む。二酸化シリコン(SiO2)は、顕著な
誘電体性能を有することを特徴とする。SiO2の比誘
電率は約3.9である。
することができる。シリコン基板12は、標準的なシリ
コン・ウェーハ10の形状をとってもよく、それを加工
して絶縁層14を形成する(図1)。あらゆる絶縁層が
使用できるが、好ましい化合物として二酸化シリコン
(SiO2)があげられる。SiO2は、例示的な速
度、約1×1018atoms/cm2酸素でウェーハに
注入することができる。ウェーハを約900℃の温度に
加熱して、厚さが0.2〜0.7μm、好ましくは0.
5μmの絶縁層を作成する。同時に、厚さが0.1〜4
μm、好ましくは0.2μmのアクティブ・シリコン層
16を形成させる。基板12の残りの部分は、厚さ約6
25μmである。アクティブ・シリコン層は、シリコン
・ウェーハ10に酸素を注入する段階と、この系をアニ
ールして3層間で結晶構造を再整列させる段階によって
形成される。絶縁層は、二酸化シリコンなどのシリコン
酸化物を含む。二酸化シリコン(SiO2)は、顕著な
誘電体性能を有することを特徴とする。SiO2の比誘
電率は約3.9である。
【0018】基板12は一般に導電性であり、アースま
たは電源として使用することができる。本発明のコンテ
キストでは、基板12を電源として使用することは、基
板12が、外部電源、すなわち基板12以外のものから
の定圧の電圧バイアスを提供していることを意味する。
一般に基板は、ドーパントを使って導電性とすることが
できる。一般に、基板をn型にする場合には、ドーパン
トは例えばリン、アンチモン、またはヒ素を含む。基板
をp型にする場合には、ドーパントは一般にホウ素、ま
たは基板12にこのイオン性の性質を作り出す能力を持
つその他の原子種を含む。
たは電源として使用することができる。本発明のコンテ
キストでは、基板12を電源として使用することは、基
板12が、外部電源、すなわち基板12以外のものから
の定圧の電圧バイアスを提供していることを意味する。
一般に基板は、ドーパントを使って導電性とすることが
できる。一般に、基板をn型にする場合には、ドーパン
トは例えばリン、アンチモン、またはヒ素を含む。基板
をp型にする場合には、ドーパントは一般にホウ素、ま
たは基板12にこのイオン性の性質を作り出す能力を持
つその他の原子種を含む。
【0019】イオン注入は、1立方センチメートルあた
り約1×1016〜3×1021原子、好ましくは約5×1
019〜1×1021原子を供給する速度で実施する。ドー
ピング終了後、ウェーハの抵抗率約0.01〜0.1オ
ーム/cmに対して、基板12は、約10オーム/平方
未満、好ましくは2オーム/平方未満の抵抗を有するこ
とが好ましい。
り約1×1016〜3×1021原子、好ましくは約5×1
019〜1×1021原子を供給する速度で実施する。ドー
ピング終了後、ウェーハの抵抗率約0.01〜0.1オ
ーム/cmに対して、基板12は、約10オーム/平方
未満、好ましくは2オーム/平方未満の抵抗を有するこ
とが好ましい。
【0020】次いで、分離ボリューム18を、第1およ
び第2のトランジスタ用の2つのサイト間に従来の手段
で形成する(図2)。フォトレジストを現像し、分離ボ
リューム18となるべきボリュームを覆う部分のフォト
レジストを取り去る。次いで、分離ボリューム内の露出
したアクティブ・シリコンをエッチングによって除去す
る。標準的なデバイス製造工程により、アクティブ・シ
リコンを二酸化シリコンの絶縁層14までエッチングす
る。例示的なエッチャントとしては、高い選択性を提供
する四塩化炭素がある。次いでこの開口を、材料をコン
フォーマルに付着させるCVDなどの標準的なバルク加
工法を使って二酸化シリコンなどの絶縁性材料で埋め戻
して、分離ボリューム18に作り変える。
び第2のトランジスタ用の2つのサイト間に従来の手段
で形成する(図2)。フォトレジストを現像し、分離ボ
リューム18となるべきボリュームを覆う部分のフォト
レジストを取り去る。次いで、分離ボリューム内の露出
したアクティブ・シリコンをエッチングによって除去す
る。標準的なデバイス製造工程により、アクティブ・シ
リコンを二酸化シリコンの絶縁層14までエッチングす
る。例示的なエッチャントとしては、高い選択性を提供
する四塩化炭素がある。次いでこの開口を、材料をコン
フォーマルに付着させるCVDなどの標準的なバルク加
工法を使って二酸化シリコンなどの絶縁性材料で埋め戻
して、分離ボリューム18に作り変える。
【0021】次いで、各トランジスタのゲートを形成す
ることができる。そのために、フォトリソグラフィ・マ
スクを除去し、二酸化シリコン20Aおよび20Bなど
の酸化物を通常の製造工程によってアクティブ・シリコ
ン上に形成する(図3)。酸化物20Aおよび20Bを
形成する一方法は、従来の水蒸気酸化工程により、標準
的な条件、すなわち900℃〜1100℃、約20分間
で実施するものである。通常、二酸化シリコンの厚さは
約20〜100オングストロームの範囲にあり、典型的
な厚さは約50Åである。
ることができる。そのために、フォトリソグラフィ・マ
スクを除去し、二酸化シリコン20Aおよび20Bなど
の酸化物を通常の製造工程によってアクティブ・シリコ
ン上に形成する(図3)。酸化物20Aおよび20Bを
形成する一方法は、従来の水蒸気酸化工程により、標準
的な条件、すなわち900℃〜1100℃、約20分間
で実施するものである。通常、二酸化シリコンの厚さは
約20〜100オングストロームの範囲にあり、典型的
な厚さは約50Åである。
【0022】次に、トランジスタ・ゲートを完成させる
ため、ポリシリコン層22を、二酸化シリコン20Aお
よび20Bを覆って約2000オングストロームの厚さ
に付着させる。この付着もまた、標準的な加工法、例え
ばシランをソース・ガスとし約700℃で行うCVDな
どにより、完成させることができる。
ため、ポリシリコン層22を、二酸化シリコン20Aお
よび20Bを覆って約2000オングストロームの厚さ
に付着させる。この付着もまた、標準的な加工法、例え
ばシランをソース・ガスとし約700℃で行うCVDな
どにより、完成させることができる。
【0023】次いで、ポジ型フォトレジストを付着さ
せ、これをパターン化して、ポリシリコン層からゲート
導体24Aおよび24Bを形成することができる。同時
に、二酸化シリコン層20Aおよび20Bを除去してし
まってもよい。次に、注入マスク26を形成する(図
6)。この注入マスクによって、n型またはp型イオン
を注入して、第1のトランジスタ25Aのソース領域お
よびドレイン領域を形成することが可能となる(図
7)。次にこの工程を繰り返して、第2のトランジスタ
25Bの注入領域、すなわち、ソース領域30Aおよび
ドレイン領域30Bを形成する。
せ、これをパターン化して、ポリシリコン層からゲート
導体24Aおよび24Bを形成することができる。同時
に、二酸化シリコン層20Aおよび20Bを除去してし
まってもよい。次に、注入マスク26を形成する(図
6)。この注入マスクによって、n型またはp型イオン
を注入して、第1のトランジスタ25Aのソース領域お
よびドレイン領域を形成することが可能となる(図
7)。次にこの工程を繰り返して、第2のトランジスタ
25Bの注入領域、すなわち、ソース領域30Aおよび
ドレイン領域30Bを形成する。
【0024】第1のトランジスタ25Aまたは第2のト
ランジスタ25Bのソースおよびドレインを形成する際
には、通常、イオンを目的の領域に拡散して、アクティ
ブ・シリコン16Aおよび16Bと二酸化シリコンの絶
縁層14との界面まで達させる。別法として、形成され
たソースおよびドレインのイオン拡散ボリュームを、ア
クティブ・シリコン層の途中までしか侵入させないこと
も可能である(図8参照)。
ランジスタ25Bのソースおよびドレインを形成する際
には、通常、イオンを目的の領域に拡散して、アクティ
ブ・シリコン16Aおよび16Bと二酸化シリコンの絶
縁層14との界面まで達させる。別法として、形成され
たソースおよびドレインのイオン拡散ボリュームを、ア
クティブ・シリコン層の途中までしか侵入させないこと
も可能である(図8参照)。
【0025】動作に当たっては、この部分的拡散は、ト
ランジスタ本体32Aおよび32Bに関連して非常に明
確な特性を与える。アクティブ・シリコン層16Aおよ
び16Bに部分的にのみ侵入する程度にイオンを拡散さ
せると、導電性スタッド34が後で占めることになる領
域にまでトランジスタ本体が延長される(図9、図1
0)。この実施形態では、導電性スタッドは、トランジ
スタ本体で発生する可能性のある抵抗による熱の排出路
となる。導電性スタッドはまた、自由キャリヤの排出路
となり、これにより、トランジスタの浮動体効果は減少
する。
ランジスタ本体32Aおよび32Bに関連して非常に明
確な特性を与える。アクティブ・シリコン層16Aおよ
び16Bに部分的にのみ侵入する程度にイオンを拡散さ
せると、導電性スタッド34が後で占めることになる領
域にまでトランジスタ本体が延長される(図9、図1
0)。この実施形態では、導電性スタッドは、トランジ
スタ本体で発生する可能性のある抵抗による熱の排出路
となる。導電性スタッドはまた、自由キャリヤの排出路
となり、これにより、トランジスタの浮動体効果は減少
する。
【0026】トランジスタ・デバイスを形成した後は、
平坦化された誘電体36を、デバイス25Aおよび25
Bの表面を覆って付着させることができる。誘電体36
は、デバイスを安定化する機能を有し、デバイスを電気
的に分離し、以後の加工のためにデバイスを安定化させ
る。
平坦化された誘電体36を、デバイス25Aおよび25
Bの表面を覆って付着させることができる。誘電体36
は、デバイスを安定化する機能を有し、デバイスを電気
的に分離し、以後の加工のためにデバイスを安定化させ
る。
【0027】次に、デバイスをマスクして、導電性スタ
ッド34を形成する(図9)。スタッド34は、アクテ
ィブ・シリコン層内に形成されたデバイス25Aのソー
スと基板12との間を接続する働きをする。スタッド3
4は通常、タングステン、アルミニウム、銅またはドー
プされた導電性シリコンなどあらゆる導電材料を含むこ
とができる。スタッド用の開口は、アルゴン・ガス中で
の高圧スパッタ・エッチングなどの標準的な加工技術を
用いて、一連の選択的または非選択的なエッチャントを
使って形成することができる。
ッド34を形成する(図9)。スタッド34は、アクテ
ィブ・シリコン層内に形成されたデバイス25Aのソー
スと基板12との間を接続する働きをする。スタッド3
4は通常、タングステン、アルミニウム、銅またはドー
プされた導電性シリコンなどあらゆる導電材料を含むこ
とができる。スタッド用の開口は、アルゴン・ガス中で
の高圧スパッタ・エッチングなどの標準的な加工技術を
用いて、一連の選択的または非選択的なエッチャントを
使って形成することができる。
【0028】使用するエッチャントは、非選択的でかつ
異方性であることが望ましい。異方性のエッチャント
は、基板に向かって直接下方へ食刻するが、水平面内で
は実質的に食刻しない。導電性スタッド34用の開口
は、基板12とデバイス25Aとを電気的に接続するの
に必要な深さ、通常は約1μmの深さまで、基板内に延
びる。図9に示すアース接続に加えて、スタッド34
を、1つあるいは複数のP+領域30デバイスを基板を
介して電源に接続するのに使用することもできる(図1
1)。次いで、誘電体の追加層38をデバイス上に付着
させることができる。
異方性であることが望ましい。異方性のエッチャント
は、基板に向かって直接下方へ食刻するが、水平面内で
は実質的に食刻しない。導電性スタッド34用の開口
は、基板12とデバイス25Aとを電気的に接続するの
に必要な深さ、通常は約1μmの深さまで、基板内に延
びる。図9に示すアース接続に加えて、スタッド34
を、1つあるいは複数のP+領域30デバイスを基板を
介して電源に接続するのに使用することもできる(図1
1)。次いで、誘電体の追加層38をデバイス上に付着
させることができる。
【0029】導電性スタッド34用の開口を形成した
後、この開口を、周囲の酸化物への接着力を高めるチタ
ンやチタン窒化物などの材料でコーティングする。この
材料は開口の壁に接着する。次に、タングステンなどの
導電材料を開口内に導入する。CVDまたはスパッタリ
ングによって開口内にコンフォーマルに置いてもよい。
後、この開口を、周囲の酸化物への接着力を高めるチタ
ンやチタン窒化物などの材料でコーティングする。この
材料は開口の壁に接着する。次に、タングステンなどの
導電材料を開口内に導入する。CVDまたはスパッタリ
ングによって開口内にコンフォーマルに置いてもよい。
【0030】本発明の別の実施形態では、トランジスタ
本体32Aとスタッド34との接触を可能にするような
方法で、導電性スタッド34を形成することができる
(図10)。本発明のこの実施形態は、熱エネルギーお
よびキャリヤの排出路を形成することにより、図8に示
したデバイスの利点の多くを提供する。
本体32Aとスタッド34との接触を可能にするような
方法で、導電性スタッド34を形成することができる
(図10)。本発明のこの実施形態は、熱エネルギーお
よびキャリヤの排出路を形成することにより、図8に示
したデバイスの利点の多くを提供する。
【0031】前述の明細、例およびデータは、本発明の
構成の製造および使用の完全な記述である。本発明の多
くの実施形態は、本発明の趣旨および範囲から逸脱する
ことなく実施することができるので、本発明は、冒頭の
特許請求の範囲に存する。
構成の製造および使用の完全な記述である。本発明の多
くの実施形態は、本発明の趣旨および範囲から逸脱する
ことなく実施することができるので、本発明は、冒頭の
特許請求の範囲に存する。
【0032】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【0033】(1)(a)導電性基板と、(b)絶縁層
と、(c)トランジスタを形成するために不純物でドー
プしたシリコン層と、(d)前記シリコン層と前記基板
を電気的に接続する導電性スタッドとを有する半導体デ
バイス。 (2)前記基板が、ドープされたシリコンを含むことを
特徴とする、上記(1)に記載のデバイス。 (3)前記絶縁層が、シリコン酸化物を含むことを特徴
とする、上記(1)に記載のデバイス。 (4)前記トランジスタがトランジスタ本体を有し、前
記スタッドが前記トランジスタ本体に隣接して位置する
ことを特徴とする、上記(1)に記載のデバイス。 (5)前記トランジスタがトランジスタ本体を有し、前
記スタッドと前記トランジスタ本体が電気的に接触して
いることを特徴とする、上記(1)に記載のデバイス。 (6)前記スタッドが、タングステンを含むことを特徴
とする、上記(4)または上記(5)に記載のデバイ
ス。 (7)前記基板が、アースを有することを特徴とする、
上記(1)に記載のデバイス。 (8)前記基板が、電源を有することを特徴とする、上
記(1)に記載のデバイス。 (9)前記ドープされたシリコン層を覆って形成された
誘電体層をさらに有することを特徴とする、上記(1)
に記載のデバイス。 (10)前記誘電体層が、前記導電性スタッドの一部分
を露出したまま残すことを特徴とする、上記(9)に記
載のデバイス。 (11)前記シリコン層内の前記不純物が、前記絶縁層
と接触しないことを特徴とする、上記(1)または上記
(5)に記載のデバイス。 (12)前記基板が、リン、アンチモン、ヒ素およびそ
れらの混合物から成るグループから選ばれたn型ドーパ
ントでドープされていること、ならびに前記トランジス
タがpチャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基
板と前記トランジスタを電気的に接続していることを特
徴とする、上記(2)に記載のデバイス。 (13)前記基板が、ホウ素を含むp型ドーパントでド
ープされていること、ならびに前記トランジスタがnチ
ャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基板と前記
トランジスタを電気的に接続していることを特徴とす
る、上記(2)に記載のデバイス。 (14)前記基板が、ホウ素を含むp型ドーパントでド
ープされていること、ならびに前記トランジスタがpチ
ャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基板と前記
トランジスタを電気的に接続していることを特徴とす
る、上記(2)に記載のデバイス。 (15)前記基板が、アンチモン、ヒ素、リン、および
それらの混合物から成るグループから選ばれたn型ドー
パントでドープされていること、ならびに前記トランジ
スタがnチャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記
基板と前記トランジスタを電気的に接続していることを
特徴とする、上記(2)に記載のデバイス。 (16)(a)導電性基板と、(b)絶縁層と、(c)
不純物でドープされ、第1のトランジスタおよび第2の
トランジスタを形成するシリコン層と、(d)前記第1
のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間の分離
ボリュームと、(e)前記ドープされたシリコン層から
前記基板に延びる導電性スタッドとを有することを特徴
とする半導体デバイス。 (17)前記基板が、ドープされたシリコンを含むこと
を特徴とする上記(16)に記載のデバイス。 (18)前記絶縁層が、二酸化シリコンを含むことを特
徴とする、上記(16)に記載のデバイス。 (19)前記第1のトランジスタがトランジスタ本体を
有し、前記導電性スタッドが前記トランジスタ本体に隣
接して位置することを特徴とする、上記(16)に記載
のデバイス。 (20)前記第1のトランジスタがトランジスタ本体を
有し、前記スタッドと前記トランジスタ本体が電気的に
接触していることを特徴とする、上記(16)に記載の
デバイス。 (21)前記スタッドが、タングステンを含むことを特
徴とする、上記(19)または上記(20)に記載のデ
バイス。 (22)前記のドープされたシリコン層を覆って形成さ
れた誘電体層をさらに有することを特徴とする、上記
(16)に記載のデバイス。 (23)前記誘電体層が、前記導電性スタッドの一部分
を露出したまま残すことを特徴とする上記(22)に記
載のデバイス。 (24)前記第1のトランジスタを形成する前記シリコ
ン層内の前記不純物が、前記絶縁層と接触しないことを
特徴とする、上記(16)または上記(20)に記載の
デバイス。 (25)前記導電性基板がアースを有し、前記第1のト
ランジスタがpチャネルFETを有し、前記第2のトラ
ンジスタがnチャネルFETを有すること、ならびに前
記pチャネルFETと前記nチャネルFETが、酸化シ
リコンの分離ボリュームによって分離されており、前記
導電性スタッドが、前記nチャネルFETのソースを前
記アースに電気的に接続することを特徴とする、上記
(16)に記載のデバイス。 (26)前記導電性基板が電源を有し、前記第1のトラ
ンジスタがpチャネルFETを有し、前記第2のトラン
ジスタがnチャネルFETを有すること、ならびに前記
pチャネルFETと前記nチャネルFETが、酸化シリ
コンの分離ボリュームによって分離されており、前記導
電性スタッドが、前記pチャネルFETのソースを前記
電源に電気的に接続することを特徴とする、上記(1
6)に記載のデバイス。 (27)第1の導電性スタッドおよび第2の導電性スタ
ッドを有し、前記第1のトランジスタが、前記第1の導
電性スタッドによって前記基板に電気的に接続されてお
り、前記第2のトランジスタが、前記第2の導電性スタ
ッドによって前記基板に電気的に接続されていることを
特徴とする、上記(16)に記載のデバイス。
と、(c)トランジスタを形成するために不純物でドー
プしたシリコン層と、(d)前記シリコン層と前記基板
を電気的に接続する導電性スタッドとを有する半導体デ
バイス。 (2)前記基板が、ドープされたシリコンを含むことを
特徴とする、上記(1)に記載のデバイス。 (3)前記絶縁層が、シリコン酸化物を含むことを特徴
とする、上記(1)に記載のデバイス。 (4)前記トランジスタがトランジスタ本体を有し、前
記スタッドが前記トランジスタ本体に隣接して位置する
ことを特徴とする、上記(1)に記載のデバイス。 (5)前記トランジスタがトランジスタ本体を有し、前
記スタッドと前記トランジスタ本体が電気的に接触して
いることを特徴とする、上記(1)に記載のデバイス。 (6)前記スタッドが、タングステンを含むことを特徴
とする、上記(4)または上記(5)に記載のデバイ
ス。 (7)前記基板が、アースを有することを特徴とする、
上記(1)に記載のデバイス。 (8)前記基板が、電源を有することを特徴とする、上
記(1)に記載のデバイス。 (9)前記ドープされたシリコン層を覆って形成された
誘電体層をさらに有することを特徴とする、上記(1)
に記載のデバイス。 (10)前記誘電体層が、前記導電性スタッドの一部分
を露出したまま残すことを特徴とする、上記(9)に記
載のデバイス。 (11)前記シリコン層内の前記不純物が、前記絶縁層
と接触しないことを特徴とする、上記(1)または上記
(5)に記載のデバイス。 (12)前記基板が、リン、アンチモン、ヒ素およびそ
れらの混合物から成るグループから選ばれたn型ドーパ
ントでドープされていること、ならびに前記トランジス
タがpチャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基
板と前記トランジスタを電気的に接続していることを特
徴とする、上記(2)に記載のデバイス。 (13)前記基板が、ホウ素を含むp型ドーパントでド
ープされていること、ならびに前記トランジスタがnチ
ャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基板と前記
トランジスタを電気的に接続していることを特徴とす
る、上記(2)に記載のデバイス。 (14)前記基板が、ホウ素を含むp型ドーパントでド
ープされていること、ならびに前記トランジスタがpチ
ャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基板と前記
トランジスタを電気的に接続していることを特徴とす
る、上記(2)に記載のデバイス。 (15)前記基板が、アンチモン、ヒ素、リン、および
それらの混合物から成るグループから選ばれたn型ドー
パントでドープされていること、ならびに前記トランジ
スタがnチャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記
基板と前記トランジスタを電気的に接続していることを
特徴とする、上記(2)に記載のデバイス。 (16)(a)導電性基板と、(b)絶縁層と、(c)
不純物でドープされ、第1のトランジスタおよび第2の
トランジスタを形成するシリコン層と、(d)前記第1
のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間の分離
ボリュームと、(e)前記ドープされたシリコン層から
前記基板に延びる導電性スタッドとを有することを特徴
とする半導体デバイス。 (17)前記基板が、ドープされたシリコンを含むこと
を特徴とする上記(16)に記載のデバイス。 (18)前記絶縁層が、二酸化シリコンを含むことを特
徴とする、上記(16)に記載のデバイス。 (19)前記第1のトランジスタがトランジスタ本体を
有し、前記導電性スタッドが前記トランジスタ本体に隣
接して位置することを特徴とする、上記(16)に記載
のデバイス。 (20)前記第1のトランジスタがトランジスタ本体を
有し、前記スタッドと前記トランジスタ本体が電気的に
接触していることを特徴とする、上記(16)に記載の
デバイス。 (21)前記スタッドが、タングステンを含むことを特
徴とする、上記(19)または上記(20)に記載のデ
バイス。 (22)前記のドープされたシリコン層を覆って形成さ
れた誘電体層をさらに有することを特徴とする、上記
(16)に記載のデバイス。 (23)前記誘電体層が、前記導電性スタッドの一部分
を露出したまま残すことを特徴とする上記(22)に記
載のデバイス。 (24)前記第1のトランジスタを形成する前記シリコ
ン層内の前記不純物が、前記絶縁層と接触しないことを
特徴とする、上記(16)または上記(20)に記載の
デバイス。 (25)前記導電性基板がアースを有し、前記第1のト
ランジスタがpチャネルFETを有し、前記第2のトラ
ンジスタがnチャネルFETを有すること、ならびに前
記pチャネルFETと前記nチャネルFETが、酸化シ
リコンの分離ボリュームによって分離されており、前記
導電性スタッドが、前記nチャネルFETのソースを前
記アースに電気的に接続することを特徴とする、上記
(16)に記載のデバイス。 (26)前記導電性基板が電源を有し、前記第1のトラ
ンジスタがpチャネルFETを有し、前記第2のトラン
ジスタがnチャネルFETを有すること、ならびに前記
pチャネルFETと前記nチャネルFETが、酸化シリ
コンの分離ボリュームによって分離されており、前記導
電性スタッドが、前記pチャネルFETのソースを前記
電源に電気的に接続することを特徴とする、上記(1
6)に記載のデバイス。 (27)第1の導電性スタッドおよび第2の導電性スタ
ッドを有し、前記第1のトランジスタが、前記第1の導
電性スタッドによって前記基板に電気的に接続されてお
り、前記第2のトランジスタが、前記第2の導電性スタ
ッドによって前記基板に電気的に接続されていることを
特徴とする、上記(16)に記載のデバイス。
【図1】本発明の一実施形態による、SOIデバイス形
成の第1ステージの断面図である。
成の第1ステージの断面図である。
【図2】図1に示したSOIデバイス形成の図1に続く
ステージの追加断面図である。
ステージの追加断面図である。
【図3】図1に示したSOIデバイス形成の図2に続く
ステージの追加断面図である。
ステージの追加断面図である。
【図4】図1に示したSOIデバイス形成の図3に続く
ステージの追加断面図である。
ステージの追加断面図である。
【図5】図1に示したSOIデバイス形成の図4に続く
ステージの追加断面図である。
ステージの追加断面図である。
【図6】図1に示したSOIデバイス形成の図5に続く
ステージの追加断面図である。
ステージの追加断面図である。
【図7】本発明による、図1ないし図6に示したSOI
加工技術により形成した半導体デバイスの一実施形態の
断面図である。
加工技術により形成した半導体デバイスの一実施形態の
断面図である。
【図8】本発明による、図1ないし図6に示したSOI
加工技術により形成した半導体デバイスの代替実施形態
の断面図である。
加工技術により形成した半導体デバイスの代替実施形態
の断面図である。
【図9】本発明の一実施形態による、導電性スタッドを
有する半導体デバイスの断面図である。
有する半導体デバイスの断面図である。
【図10】本発明の一代替実施形態に基づく、導電性ス
タッドを有する半導体デバイスの断面図である。
タッドを有する半導体デバイスの断面図である。
【図11】本発明の他の代替実施形態に基づく、導電性
スタッドを有する半導体デバイスの断面図である。
スタッドを有する半導体デバイスの断面図である。
10 シリコン・ウェーハ 12 シリコン基板 14 絶縁層 16 アクティブ・シリコン層 16A アクティブ・シリコン層 16B アクティブ・シリコン層 18 分離ボリューム 20A 二酸化シリコン 20B 二酸化シリコン 22 ポリシリコン層 22A ポリシリコン層 22B ポリシリコン層 24A ゲート導体 24B ゲート導体 25A 第1のトランジスタ 25B 第2のトランジスタ 26 注入マスク 28A イオン拡散ボリューム 28B イオン拡散ボリューム 30A ソース領域 30B ドレイン領域 32A トランジスタ本体 32B トランジスタ本体 34 導電性スタッド 36 誘電体 38 追加誘電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・シーツ アメリカ合衆国55992 ミネソタ州ザンブ ロータワンハンドレッドアンドシックステ ィース・アベニュー 46505
Claims (27)
- 【請求項1】(a)導電性基板と、 (b)絶縁層と、 (c)トランジスタを形成するために不純物でドープし
たシリコン層と、 (d)前記シリコン層と前記基板を電気的に接続する導
電性スタッドとを有する半導体デバイス。 - 【請求項2】前記基板が、ドープされたシリコンを含む
ことを特徴とする、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項3】前記絶縁層が、シリコン酸化物を含むこと
を特徴とする、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項4】前記トランジスタがトランジスタ本体を有
し、前記スタッドが前記トランジスタ本体に隣接して位
置することを特徴とする、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項5】前記トランジスタがトランジスタ本体を有
し、前記スタッドと前記トランジスタ本体が電気的に接
触していることを特徴とする、請求項1に記載のデバイ
ス。 - 【請求項6】前記スタッドが、タングステンを含むこと
を特徴とする、請求項4または請求項5に記載のデバイ
ス。 - 【請求項7】前記基板が、アースを有することを特徴と
する、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項8】前記基板が、電源を有することを特徴とす
る、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項9】前記ドープされたシリコン層を覆って形成
された誘電体層をさらに有することを特徴とする、請求
項1に記載のデバイス。 - 【請求項10】前記誘電体層が、前記導電性スタッドの
一部分を露出したまま残すことを特徴とする、請求項9
に記載のデバイス。 - 【請求項11】前記シリコン層内の前記不純物が、前記
絶縁層と接触しないことを特徴とする、請求項1または
請求項5に記載のデバイス。 - 【請求項12】前記基板が、リン、アンチモン、ヒ素お
よびそれらの混合物から成るグループから選ばれたn型
ドーパントでドープされていること、ならびに前記トラ
ンジスタがpチャネルを有し、前記導電性スタッドが、
前記基板と前記トランジスタを電気的に接続しているこ
とを特徴とする、請求項2に記載のデバイス。 - 【請求項13】前記基板が、ホウ素を含むp型ドーパン
トでドープされていること、ならびに前記トランジスタ
がnチャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基板
と前記トランジスタを電気的に接続していることを特徴
とする、請求項2に記載のデバイス。 - 【請求項14】前記基板が、ホウ素を含むp型ドーパン
トでドープされていること、ならびに前記トランジスタ
がpチャネルを有し、前記導電性スタッドが、前記基板
と前記トランジスタを電気的に接続していることを特徴
とする、請求項2に記載のデバイス。 - 【請求項15】前記基板が、アンチモン、ヒ素、リン、
およびそれらの混合物から成るグループから選ばれたn
型ドーパントでドープされていること、ならびに前記ト
ランジスタがnチャネルを有し、前記導電性スタッド
が、前記基板と前記トランジスタを電気的に接続してい
ることを特徴とする、請求項2に記載のデバイス。 - 【請求項16】(a)導電性基板と、 (b)絶縁層と、 (c)不純物でドープされ、第1のトランジスタおよび
第2のトランジスタを形成するシリコン層と、 (d)前記第1のトランジスタと前記第2のトランジス
タとの間の分離ボリュームと、 (e)前記ドープされたシリコン層から前記基板に延び
る導電性スタッドとを有することを特徴とする半導体デ
バイス。 - 【請求項17】前記基板が、ドープされたシリコンを含
むことを特徴とする請求項16に記載のデバイス。 - 【請求項18】前記絶縁層が、二酸化シリコンを含むこ
とを特徴とする、請求項16に記載のデバイス。 - 【請求項19】前記第1のトランジスタがトランジスタ
本体を有し、前記導電性スタッドが前記トランジスタ本
体に隣接して位置することを特徴とする、請求項16に
記載のデバイス。 - 【請求項20】前記第1のトランジスタがトランジスタ
本体を有し、前記スタッドと前記トランジスタ本体が電
気的に接触していることを特徴とする、請求項16に記
載のデバイス。 - 【請求項21】前記スタッドが、タングステンを含むこ
とを特徴とする、請求項19または請求項20に記載の
デバイス。 - 【請求項22】前記のドープされたシリコン層を覆って
形成された誘電体層をさらに有することを特徴とする、
請求項16に記載のデバイス。 - 【請求項23】前記誘電体層が、前記導電性スタッドの
一部分を露出したまま残すことを特徴とする請求項22
に記載のデバイス。 - 【請求項24】前記第1のトランジスタを形成する前記
シリコン層内の前記不純物が、前記絶縁層と接触しない
ことを特徴とする、請求項16または請求項20に記載
のデバイス。 - 【請求項25】前記導電性基板がアースを有し、前記第
1のトランジスタがpチャネルFETを有し、前記第2
のトランジスタがnチャネルFETを有すること、なら
びに前記pチャネルFETと前記nチャネルFETが、
酸化シリコンの分離ボリュームによって分離されてお
り、前記導電性スタッドが、前記nチャネルFETのソ
ースを前記アースに電気的に接続することを特徴とす
る、請求項16に記載のデバイス。 - 【請求項26】前記導電性基板が電源を有し、前記第1
のトランジスタがpチャネルFETを有し、前記第2の
トランジスタがnチャネルFETを有すること、ならび
に前記pチャネルFETと前記nチャネルFETが、酸
化シリコンの分離ボリュームによって分離されており、
前記導電性スタッドが、前記pチャネルFETのソース
を前記電源に電気的に接続することを特徴とする、請求
項16に記載のデバイス。 - 【請求項27】第1の導電性スタッドおよび第2の導電
性スタッドを有し、前記第1のトランジスタが、前記第
1の導電性スタッドによって前記基板に電気的に接続さ
れており、前記第2のトランジスタが、前記第2の導電
性スタッドによって前記基板に電気的に接続されている
ことを特徴とする、請求項16に記載のデバイス。
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