JPH10303432A - Cmosfet及びその製造方法 - Google Patents
Cmosfet及びその製造方法Info
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Abstract
を提供する。 【解決手段】 絶縁基板上に凹字型に形成されたn型と
p型のシリコン層を互いに向き合うように配置し、その
中央のへこんだ部分にゲート電極を配置し、それぞれの
突出している部分を不純物領域、すなわちソース/ドレ
イン領域とした。したがって、チャネル領域及びソース
/ドレイン領域を基板上に露出されるように形成されて
いるので、それらの領域へイオンをあとで注入すること
ができる。
Description
関し、特に修理可能なCMOSFET及びその製造方法
に関する。
ルドにより発明された。この技術は、シリコン半導体表
面を良質の絶縁特性を有するシリコン酸化膜で処理する
ことであり、トランジスタの特性及びその製造方法に革
新的な改良をもたらした技術である。MOS技術の発明
により半導体表面デバイスの実用化に拍車をかけ、19
62年にテキサス・インスツルメンツ社で最初の電界効
果トランジスタ(FET)が発表された。このMOSF
ET素子としては、pMOS、nMOS、CMOSがあ
る。
かつ集積回路製造時のプロセスコントロールが比較的に
容易であるpMOS素子を主に使用していたが、デバイ
スのスピードを重要視するようになり、キャリヤの移動
度が正孔より約2.5倍程度速い電子を利用するnMO
S素子を利用するようになった。そして、CMOS素子
は、集積密度や製造プロセスの複雑性の面からはpMO
SデバイスやnMOSデバイスよりは劣るが、消費電力
が遥かに少ないという特徴がある。現在は、素子のメモ
リ部ではnMOSを使用し、周辺回路部ではCMOSを
使用する方式に変わっている。
バイスの構成が半導体基板内であるバルクCMOSと、
絶縁層上にシリコン(Si)単結晶薄膜を形成し、その
上に半導体デバイスを形成するSOICMOSとに区別
される。SOI構造は、基板に関係する全ての容量や寄
生効果を無視できて、ラッチアップ現象やソフトエラー
現象がないCMOS回路を構成することができる利点が
ある。
イア等の単結晶絶縁層上に単結晶を成長させるエピタキ
シャル成長法と、絶縁膜の酸化膜上に多結晶又は非晶質
シリコン薄膜を堆積し、このシリコン薄膜を横方向に溶
融再結晶或いは固相エピタキシで堆積させる堆積膜再結
晶化法と、半導体基板中に酸化膜等の絶縁層を埋め込む
単結晶分離法等がある。そのうち、エピタキシャル堆積
法はSOSが代表的である。そして、堆積膜再結晶化法
中の溶融再結晶化法は、酸化膜上にCVD法等によって
堆積した多結晶シリコン薄膜の一部をレーザビーム又は
電子ビームなどのエネルギービームで加熱・溶融し、そ
の溶融領域をウェーハ上で再結晶化して単結晶薄膜を得
る方法であり、固相エピタキシ法は、基板上で絶縁膜の
多数の結晶領域に非晶質シリコン膜を堆積し、アニーリ
ングしてエピタキシャル成長させる方法である。最後
に、単結晶分離法は、単結晶シリコン基板中に酸素イオ
ン又は窒素イオンをイオン注入して表面層の単結晶シリ
コン層を残し、内部に酸化膜層又は窒化膜層を埋め込ん
でSOI構造として用いる方法である。特に、酸素イオ
ンをイオン注入する方式をSIMOXという。このよう
に、完全な分離構造を有するSOI構造は、いろいろの
利点があるが、特にSOICMOSはバルクCMOSに
比べて低消費電力、高集積度、耐ソフトエラー、耐ラッ
チアップ、高速動作の点から優秀である。
FET及びその製造方法を添付図面に基づき説明する。
図1は従来のSOS構造を用いたCMOSFETの断面
構造図である。サファイア基板1上に選択的にn型メサ
シリコン層3及びp型メサシリコン層4が形成され、n
型メサシリコン層3及びp型メサシリコン層4上の中央
部分にゲート絶縁膜5が形成され、その上にゲート電極
6が形成される。そして、n型メサシリコン層3の両端
部にp型不純物領域7が形成され、p型メサシリコン層
4の両端部にn型不純物領域8が形成される。これらの
p型不純物領域7及びn型不純物領域8はトランジスタ
のソース/ドレインとして使用する領域である。
FETの製造工程を示す断面図である。まず、図2aに
示すように、通常のSOSに用いるサファイア基板1上
にn型シリコン層2を形成する。図2bに示すように、
シリコン層2を選択的にパターニング(フォトリソグラ
フィ工程+エッチング工程)して、メサ構造のn型メサ
シリコン層対3を形成した後、n型メサシリコン層対3
を含む基板1の全面に感光膜PR1を塗布して、露光及
び現像工程でn型メサシリコン層対3のうち1つのメサ
シリコン層3を選択的に露出させる。次いで、露出され
た1つのメサシリコン層3にp型不純物イオンを注入し
てp型メサシリコン層4を形成する。
する。その後、n型及びp型メサシリコン層3、4上に
感光膜PR2を塗布した後、露光及び現像工程でn型メ
サシリコン層3が露出されるように感光膜PR2をパタ
ーニングする。次いで、露出されたn型メサシリコン層
3の再結晶化のためにシリコンイオンをn型メサシリコ
ン層3に注入する。図3dに示すように、再結晶化のた
めのイオン注入後に、トランジスタのしきい値電圧を調
節するために低エネルギーのn型不純物イオンをn型メ
サシリコン層3の表面に注入し、パンチスルーを調節す
るために高エネルギーのn型不純物イオンをn型メサシ
リコン層3に注入する。
リコン層3、4の中央部分上に通常の工程を用いてゲー
ト絶縁膜5とゲート電極6とを形成した後、ゲート電極
6の両側面のn型及びp型メサシリコン層3、4にそれ
ぞれp型及びn型不純物領域7、8を形成する。この
際、前記p型及びn型不純物領域7、8はソース/ドレ
インとして使用する不純物領域である。
及びその製造方法においては、チャンネル領域とソース
/ドレインを形成するバルクが、構造的にゲート電極の
下部に形成されているため、バルクに対するバイアス接
触窓を開けてやるのが困難である。また、デバイスの特
性を左右するしきい値電圧の調節のためのバルクへのド
ーピング工程が工程の初期に行わなければならないた
め、デバイスの特性の修理が不可能である。従って、C
MOSFETの生産性及び歩留まりが低下する問題点が
生じた。
MOSFET及びその製造方法の問題点を解決するため
になされたもので、修理可能なCMOSFET及びその
製造方法を提供することが目的である。
は、CMOS素子のバルク領域及びソース/ドレイン領
域を基板上に露出されるように形成したことを特徴とす
る。より具体的には、絶縁基板上に一定の距離を置いて
形成される第1導電型第1半導体層及び第2導電型第2
半導体層と、第1導電型第1半導体層の両端部分に、そ
こから突出するように形成された第2導電型第3半導体
層と、第2導電型第2半導体層の両端部分に、そこから
第3半導体層に向かって突出するように形成された第1
導電型第4半導体層との4つの半導体層を有し、その半
導体層の全面にゲート絶縁膜が形成され、かつ、第2導
電型第3半導体の間から第1導電型第4半導体層の間に
かけてゲート電極を形成させたことを特徴とする。
法は、絶縁基板上に半導体層を形成して、その半導体層
を凹字が互いに向き合う形状にパターニングして、それ
ぞれに異なる導電型のイオンを注入して第1及び第2半
導体層を形成する。その凹字形の第1及び第2半導体層
の全面にゲート絶縁膜を形成して、凹字が向き合ってで
きる中央部のへこんだ部分にゲート電極を形成する。そ
の後、第1半導体層の凹字状の突出している部分に第2
導電型不純物イオンを注入して第2導電型第3半導体層
を形成し、第2半導体層の前記凹字状の突出している部
分に第1導電型不純物イオンを注入して第1導電型第4
半導体層を形成する。
用いたCMOSFET及びその製造方法を添付図面に基
づき説明する。図4aは本実施形態のCMOSFETの
平面図であり、図4bは図4aのI−I’線断面図であ
る。絶縁基板11上に第1導電型第1半導体層であるp
型シリコン層15及び第2導電型第2半導体層であるn
型シリコン層16とが形成されている。いずれも、一定
幅のI字状に形成されている。その中央の一定の部分を
Cとし、その両側を端部E1、E2とする。p型シリコ
ン層15の両端部E1、E2から突出している部分19
a、19bは第2導電型第3半導体層であるn型高濃度
不純物領域である。また、n型シリコン層16の両端部
E1、E2から突出している部分20a、20bは第1
導電型第4半導体層であるp型高濃度不純物領域であ
る。第1導電型第1半導体層15とその両側から突出し
ている第2導電型第3半導体層19a、19bとで凹字
状に形成されている。同様に第2導電型第2半導体層1
5とその両側から突出している第1導電型第4半導体層
20a、20bとで凹字状に形成されている。その凹字
状のものがわずかの間隔をあけて互いに向き合うように
して配置されている。上記構成とされた凹字状の半導体
層の全体をゲート絶縁膜17で覆っている。凹字型が向
かい合ってできるへこんだ部分に差し込むようにゲート
電極18aが形成されている。すなわち、p型及びn型
シリコン層15、16それぞれの中央部分Cにゲート電
極18aが配置されている。
の製造工程を示す平面図であり、図9〜図12はそれぞ
れ図5〜図8のI−I’線断面図である。まず、図5及
び図9に示すように、絶縁基板11上に単結晶シリコン
層12を形成する。絶縁基板11は、SOI構造を用い
た絶縁膜として酸化膜SiO2 を使用するか、又はSO
I構造中のSOSのサファイアを使用する。
リコン層12を選択的にパターニング(フォトリソグラ
フィ工程+エッチング工程)して、絶縁基板11上で所
定間隔離れて向かい合う、中央部分に第1及び第2トレ
ンチ13、14を有する凹字型の第1及び第2シリコン
層12a、12bを形成する。この第1及び第2トレン
チ13、14は絶縁基板11が露出されるように形成す
る。
び第2シリコン層12a、12bを含む絶縁基板11上
に感光膜PR10を塗布した後、露光及び現像工程で第
1シリコン層12aが露出されるように感光膜PR10
をパターニングする。次いで、パターニングされた感光
膜PR10をマスクに用いて露出された第1シリコン層
12aにp型不純物イオンを注入してp型シリコン層1
5を形成する。このときの不純物イオンはホウ素(B)
イオンである。
ン層15及び第2シリコン層12bを含む絶縁基板11
の全面に感光膜PR11を塗布して、露光及び現像工程
で、図6d及び図10dに示すように、第2シリコン層
12bが露出されるように感光膜PR11を選択的にパ
ターニングする。次いで、パターニングされた感光膜P
R11をマスクに用いて露出された第2シリコン層12
bにn型不純物イオンを注入してn型シリコン層16を
形成する。このときの不純物イオンは、リン(P)又は
ヒ素(As)イオンを注入する。この工程で形成された
p型及びn型シリコン層15、16がCMOSのバルク
を形成する工程である。そして、上記のような工程後
に、図示してはいないが、しきい値電圧及びパンチスル
ーを調節するためのイオン注入工程を実施してもよい。
10eに示すように、p型及びn型シリコン層15、1
6の表面にゲート絶縁膜17を形成する。このゲート絶
縁膜17は酸化膜又は窒化膜で形成し、酸化膜で形成す
る場合にはp型及びn型シリコン層15、16をそれぞ
れ熱酸化させて形成する。図7f及び図11fに示すよ
うに、ゲート絶縁膜17を含む絶縁基板11の全面にポ
リシリコン層18を形成する。
リコン層18上に感光膜PR12を塗布した後、露光及
び現像工程でゲート電極形成領域にのみ残るように感光
膜PR12をパターニングする。ゲート電極形成領域
は、p型及びn型シリコン層15、16に形成される第
1トレンチ13から第2トレンチ14かけての領域であ
ると定義する。図7h及び図11hに示すように、パタ
ーニングされた感光膜PR12をマスクに用いた異方性
エッチング工程でポリシリコン層18を選択的に除去し
てゲート電極18aを形成する。この後、感光膜PR1
2を除去する。
電極18a及びゲート酸化膜17を含む絶縁基板11の
全面に感光膜PR13を塗布した後、露光及び現像工程
で第1トレンチ13の両側のp型シリコン層15、すな
わち、凹字型のI字状部分の両端から突出している部分
が部分的に露出されるように感光膜PR13をパターニ
ングした後、パターニングされた感光膜PR13をマス
クに用いてn型高濃度不純物イオンを注入して第1トレ
ンチ13の両側のp型シリコン層15にn型高濃度不純
物領域19a、19bを形成してnMOSトランジスタ
を完成する。このn型高濃度不純物領域19a、19b
は、ソース/ドレインとして使用する不純物領域であ
る。又、n型高濃度不純物領域19a、19bは、p型
シリコン層15に形成された第1トレンチ13と同じ深
さに形成したり、第1トレンチ13の両側の全面、すな
わちI字状部分の先端部分にも形成してもよい。
にp型高濃度不純物領域20a、20bを形成する工程
である。すなわち、感光膜PR13を除去して新しい感
光膜14を全面に塗布して、図8j及び図12jに示す
ように、n型シリコン層16のI字状部分から突出して
いる部分を露出させてp型高濃度不純物イオンを注入す
る。このように、n型シリコン層16にp型高濃度不純
物領域20a、20bを形成してpMOSを完成する。
このp型高濃度不純物領域20a、20bはトランジス
タのソース/ドレインとして使用するものであり、それ
を変形できるのは前記の通りである。最後に、図8k及
び図11kに示すように、感光膜PR14を除去して、本
実施形態のCMOSFETの製造工程を完了する。
対する金属配線工程後の平面図であり、図13bは図1
3aのII−II’線上の断面構造図である。まず、CMO
SFETのゲート電極18a、n型高濃度不純物領域1
9a、19b、及びp型高濃度不純物領域20a、20
bの上側の所定領域と、p型及びn型シリコン層15、
16の側面のうちゲート電極18aと反対側の上側の所
定領域とに、第1、第2、第3、第4、第5、第6、及
び第7コンタクト部21a、21b、21c、21d、
21e、21f、21gが形成されている。ゲート電極
18aの上側の第1コンタクト部21aを介してゲート
電極18aに入力電圧VINを供給する第1金属配線22
aがゲート電極18aから図面上上側に向かって形成さ
れている。n型高濃度不純物領域19a、19bのドレ
イン領域19bとp型高濃度不純物領域20a、20b
のドレイン領域20bとの上側の第2及び第3コンタク
ト部21b、21cを連結するようにして出力VOUT と
なる第2金属配線22bが形成されている。pMOSF
ETのバルクのn型シリコン層16のI字状部分の一側
面に形成された第4コンタクト部21d及びp型高濃度
不純物領域20a、20bのソース領域20aに形成さ
れた第5コンタクト部21eを介してプラス(+)の供
給電圧VDDを連結させる第3金属配線22cが形成さ
れ、pMOSFETのバルクのp型シリコン層15の一
側面に形成された第6コンタクト部21f及びn型高濃
度不純物領域20a、20bのソース領域20aに形成
された第7コンタクト部21gを介してマイナス(−)
の供給電圧VSSを連結させる第4金属配線22dが形成
される。断面図に示す未説明符号の23は、ゲート電極
18a、p型及びn型シリコン層15、16を含む全面
に形成される絶縁層である。
路図である。pMOSとnMOSとが直列連結され、こ
れらのゲート電極に共通に入力信号VINが印加されるよ
うに接続し、nMOSのソースは(−)の方の供給電圧
VSSに、pMOSソースは(+)の方の供給電圧VDDに
連結した状態である。nMOSとpMOSとのドレイン
は共通出力信号VOUT端子に連結される。
作用し、nMOSFETのしきい値電圧とpMOSFE
Tのしきい値電圧との符号が互いに異なるという性質を
利用して2つのトランジスタが交互にオン/オフされる
ように構成される。すなわち、入力電圧が低いときには
nMOSFETはオフされpMOSFETはオンされて
出力電圧がVDDの値を有するのに対して、入力電圧が高
いときにはnMOSFETはオンされpMOSFETは
オフされて出力電圧がVSSの値を有するようになる。こ
の2つのいずれの場合にも、電流がVDDからVSSへ直接
に流れることができないため、電力消耗も無くなる。
法においては、以下の効果がある。請求項1の発明は、
絶縁基板上にCMOSFETのそれぞれのシリコン層、
すなわちバルクを露出しているので、バルクバイアシン
グ接触窓の形成が容易であり、バルクに対する追加イオ
ン注入工程が可能であって素子の修理が可能であるた
め、歩留まり及び生産性を向上させることができる。請
求項2の発明は、絶縁基板上にCMOSFETのバルク
を形成し、バルク間の絶縁基板上にゲート電極を形成す
るので、バルクバイアシング接触窓の形成が容易である
ばかりでなく、バルクに対するしきい値電圧調節及びパ
ンチスルー調節のための追加イオン注入工程が可能であ
って素子の修理が可能である。したがって、歩留まり及
び生産性を向上させることができる。請求項3の発明
は、バルク及びソース/ドレインとして使用する第1及
び第2半導体層に、ゲート絶縁膜として酸化膜又は窒化
膜の物質を使用するので、バルク及びソース/ドレイン
領域に対する絶縁及び保護を容易にできる。請求項4の
発明は、バルク及びソース/ドレインとして使用する第
1及び第2半導体層にゲート絶縁膜として酸化膜を形成
するための方法として、第1及び第2半導体層を熱酸化
すると、ゲート酸化膜を容易に形成できる。
図。
図。
図、bはaのI−I’線上の断面構造図。
す平面図。
す平面図。
す平面図。
す平面図。
金属配線形成工程後の平面図bはaのII−II’線上の断
面構造図。
1g コンタクト部 22a、22b、22c、22d 金属配線
Claims (4)
- 【請求項1】 絶縁基板と、 前記絶縁基板上に一定の距離を置いて形成される第1導
電型第1半導体層及び第2導電型第2半導体層と、 第1導電型第1半導体層の両端部分に、そこから突出す
るように形成された第2導電型第3半導体層と、 前記第2導電型第2半導体層の両端部分に、そこから第
3半導体層に向かって突出するように形成された第1導
電型第4半導体層と、 前記半導体層の全面に形成されるゲート絶縁膜と、 前記第1、第2、第3、及び第4半導体層の間の前記第
1及び第2半導体層の中央部の間に形成されるゲート電
極と、を備えることを特徴とするCMOSFET。 - 【請求項2】 絶縁基板上に半導体層を形成する段階
と、 前記半導体層を凹字が互いに向き合う形状にパターニン
グして、それぞれに異なる導電型のイオンを注入して第
1及び第2半導体層を形成する段階と、 前記第1及び第2半導体層の全面にゲート絶縁膜を形成
する段階と、 前記絶縁基板上の凹字状が向き合ってできる中央部のへ
こんだ部分に差し込まれるようにゲート電極を形成する
段階と、 前記第1半導体層の前記凹字状の突出している部分に第
2導電型不純物イオンを注入して第2導電型第3半導体
層を形成する段階と、 前記第2半導体層の前記凹字状の突出している部分に第
1導電型不純物イオンを注入して第1導電型第4半導体
層を形成する段階と、を備えることを特徴とするCMO
SFETの製造方法。 - 【請求項3】 前記ゲート絶縁膜は、酸化膜、窒化膜の
うちいずれか1つで形成することを特徴とする請求項2
に記載のCMOSFETの製造方法。 - 【請求項4】 前記酸化膜は、前記第1及び第2半導体
層を熱酸化して形成することを特徴とする請求項3に記
載のCMOSFETの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970015429A KR100226730B1 (ko) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 씨모스펫 및 그 제조방법 |
KR15429/1997 | 1997-04-24 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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