JPH11317506A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JPH11317506A
JPH11317506A JP10137606A JP13760698A JPH11317506A JP H11317506 A JPH11317506 A JP H11317506A JP 10137606 A JP10137606 A JP 10137606A JP 13760698 A JP13760698 A JP 13760698A JP H11317506 A JPH11317506 A JP H11317506A
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JP
Japan
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region
element isolation
isolation structure
memory cell
semiconductor device
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Application number
JP10137606A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Kumazaki
吉紘 熊崎
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a semiconductor device, capable of recovering damages due to the difference in the level of element isolation structure and also impressable the entire memory cell region with a substrate bias. SOLUTION: This semiconductor device is provided with a peripheral circuit region element isolated by a field oxide film 15 which reaches an embedded oxide film 11, as well as a memory cell region element isolated by a field sealed element separation structure 31 on an SOI substrate 10. In this case, the upper side of the field oxide film 15 and the field sealed element isolation structure 31 can be made in almost the same hierachy by locating the surface of the peripheral circuit region on the higher layer than the surface of the memory cell region. In such a constitution, respective element active regions 30 in the peripheral circuit region are electrically independent, while single crystalline silicon semiconductor layers 12 range in the entire region of an element active region 32 in the memory cell region, so that the entire memory cell region may be impressed with the semiconductor bias.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる高さの複数
の素子分離構造を同一基板上に有する半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、埋め込み絶縁膜による素子分
離構造とフィールドシールド素子分離構造の両方を同一
基板上に有する半導体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a plurality of element isolation structures having different heights on the same substrate and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an element isolation structure using a buried insulating film and a field shield element isolation structure. The present invention relates to a semiconductor device having both on the same substrate and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、素子分離構造を形成するには、主
としてLOCOS(選択酸化)法が用いられていたが、
この分離法は、有効な素子活性領域の面積がバーズピー
クのために縮小したり、電界効果トランジスタのしきい
値電圧が狭チャネル効果のために所望の値よりも高くな
ったりする問題のために、特に、微細化された半導体装
置への適用が困難になってきている。このため、選択酸
化法とは異なる素子分離法として、フィールドシールド
法が注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the LOCOS (selective oxidation) method has been mainly used to form an element isolation structure.
This separation method has a problem in that the area of an effective element active region is reduced due to a bird's peak, and the threshold voltage of a field effect transistor is higher than a desired value due to a narrow channel effect. In particular, application to miniaturized semiconductor devices has become difficult. For this reason, a field shield method has attracted attention as an element isolation method different from the selective oxidation method.

【0003】一般に、フィールドシールド素子分離構造
は、シリコン基板の上にシールドゲート酸化膜を介して
多結晶シリコン膜からなるシールドゲート電極が形成さ
れたMOS構造を有している。このシールドゲート電極
は、シリコン基板(またはウェル領域)がP型の場合、
例えば配線を介して接地(GND)されることにより例
えば常時0〔V〕の一定電位に保たれており、シリコン
基板(またはウェル領域)がN型の場合、配線を介して
常時一定の電位(例えば電源電位Vcc〔V〕)に保たれ
ている。
Generally, the field shield element isolation structure has a MOS structure in which a shield gate electrode made of a polycrystalline silicon film is formed on a silicon substrate via a shield gate oxide film. When the silicon substrate (or well region) is a P-type,
For example, it is always kept at a constant potential of, for example, 0 [V] by being grounded (GND) via a wiring. For example, it is kept at the power supply potential Vcc [V]).

【0004】この結果、シールドゲート電極の直下のシ
リコン基板表面での寄生MOSトランジスタのチャネル
の形成が防止されるので、隣接するトランジスタ等の素
子間を電気的に分離することができる。また、フィール
ドシールド素子分離法によると、LOCOS法のように
チャネルストッパを形成するためのイオン注入を必要と
しないため、トランジスタの狭チャネル効果を小さくで
きるとともに、基板濃度を低くできるため接合容量が小
さくなってトランジスタを高速化できるという利点があ
る。
As a result, the formation of the channel of the parasitic MOS transistor on the surface of the silicon substrate immediately below the shield gate electrode is prevented, so that elements such as adjacent transistors can be electrically isolated. Further, according to the field shield element isolation method, since ion implantation for forming a channel stopper is not required unlike the LOCOS method, the narrow channel effect of the transistor can be reduced, and the junction capacitance can be reduced because the substrate concentration can be reduced. Therefore, there is an advantage that the speed of the transistor can be increased.

【0005】このフィールドシールド法は、バーズビー
クや狭チャネル効果等の問題がないので、半導体装置の
微細化に適しており、微細な半導体装置に適用しても良
好な素子分離特性の得られることが報告されている(例
えば、IEDM−88,pp.246−249“Ful
ly planarized 0.5μm techn
ologies for 16M DRAM”)。
The field shield method is suitable for miniaturization of a semiconductor device because it has no problems such as a bird's beak and a narrow channel effect, and can obtain good element isolation characteristics even when applied to a fine semiconductor device. As reported (eg, IEDM-88, pp. 246-249 “Ful”
ly planarized 0.5 μm technology
technologies for 16M DRAM ").

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィー
ルドシールド法では、CMOS(Complementary MetalO
xide Semiconductor )構造のように、異なる電位のウ
ェルを形成しようとしたような場合、様々な難点が生じ
てしまう。
However, in the field shield method, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) is used.
In the case of forming wells having different potentials as in the case of an xide semiconductor structure, various difficulties arise.

【0007】例えば、CMOS回路では、Pウェル電位
は接地電位に、Nウェル電位は電源電圧に固定されるの
が通例である。そこで、Pウェル上のN型トランジスタ
素子領域を分離するシールドゲートを接地電位に、Nウ
ェル上のP型トランジスタ素子領域を分離するシールド
ゲートを電源電圧に固定しなくては、素子分離を行うこ
とができない。このようなことから、PウェルとNウェ
ルとの境界領域の素子分離を行うシールドゲートを直接
接続することはできない。
For example, in a CMOS circuit, the P-well potential is usually fixed to the ground potential, and the N-well potential is usually fixed to the power supply voltage. Therefore, it is necessary to fix the shield gate for separating the N-type transistor element region on the P-well to the ground potential and to fix the shield gate for separating the P-type transistor element region on the N-well to the power supply voltage. Can not. For this reason, it is not possible to directly connect the shield gate for performing element isolation in the boundary region between the P well and the N well.

【0008】したがって、その中間にアクティブ領域を
形成しなくてはならない。この結果、CMOS回路の、
N型トランジスタのゲートとP型トランジスタのゲート
とをポリシリコンを材料として直接形成することができ
ず、さらにその上層の配線層を用いなければならなかっ
た。
Therefore, an active area must be formed in the middle. As a result, the CMOS circuit
The gate of the N-type transistor and the gate of the P-type transistor cannot be directly formed using polysilicon as a material, and a wiring layer on the gate must be used.

【0009】このような構造上の制約から、大きな面積
が必要となって回路の高集積化ができないばかりでな
く、多層配線構造の信頼性も追求しなければならず、半
導体装置を安価に提供することの障害となっていた。
Due to such structural restrictions, not only is a large area required, so that the circuit cannot be highly integrated, but also the reliability of the multilayer wiring structure must be pursued. Was an obstacle to doing so.

【0010】一方、選択酸化法による素子分離はフィー
ルドシールド法による素子分離よりもCMOS回路に適
している。
On the other hand, element isolation by the selective oxidation method is more suitable for CMOS circuits than element isolation by the field shield method.

【0011】また、例えばDRAMやEEPROMのよ
うにメモリセル領域とその周辺回路領域としてロジック
LSIが設けられた場合に、メモリセルトランジスタの
制御ゲート或いはソース・ドレインに負電圧を印加して
ゲート絶縁膜等の耐圧を増加させ、メモリセルの信頼性
を向上させる技術が開発されている。この場合、半導体
基板のメモリセル領域のみに基板バイアス(バックバイ
アス)を印加することになるが、そのためには所謂トリ
プルウェル構造を形成して基板バイアスの印加部位を限
定する必要があり、製造工程が煩雑化するという問題が
ある。
When a logic LSI is provided as a memory cell region and its peripheral circuit region, such as a DRAM or an EEPROM, a negative voltage is applied to a control gate or a source / drain of a memory cell transistor to form a gate insulating film. A technique has been developed to increase the breakdown voltage of the memory cell and the like and improve the reliability of the memory cell. In this case, a substrate bias (back bias) is applied only to the memory cell region of the semiconductor substrate. To this end, it is necessary to form a so-called triple well structure to limit the region to which the substrate bias is applied. Is complicated.

【0012】このため、選択酸化法とフィールドシール
ド法との両方を同一の半導体基板に用いることが考えら
れている。
Therefore, it has been considered to use both the selective oxidation method and the field shield method on the same semiconductor substrate.

【0013】ところが、フィールドシールド法による素
子分離領域では、半導体基板の表面上に、シールドゲー
ト絶縁膜、シールドプレート電極及びキャップ絶縁膜を
順次に積層する必要がある。このため、これらの膜の合
計の膜厚が選択酸化法による素子分離用の酸化膜(フィ
ールド酸化膜)の膜厚よりも厚くなって、選択酸化法を
用いた領域とフィールドシールド法を用いた領域との段
差が大きかった。
However, in the element isolation region by the field shield method, it is necessary to sequentially stack a shield gate insulating film, a shield plate electrode, and a cap insulating film on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, the total film thickness of these films is larger than the film thickness of the oxide film for element isolation (field oxide film) by the selective oxidation method, and the region using the selective oxidation method and the field shield method are used. The step with the area was large.

【0014】この結果、半導体基板上に配線を形成する
際に、選択酸化法で素子分離領域を形成した領域とフィ
ールドシールド法で素子分離領域を形成した領域との段
差部における配線の段差被覆性が悪く、リソグラフィで
の焦点深度余裕も少なかった。
As a result, when forming the wiring on the semiconductor substrate, the step coverage of the wiring at the step between the region where the element isolation region is formed by the selective oxidation method and the region where the element separation region is formed by the field shield method is obtained. And the margin of depth of focus in lithography was small.

【0015】このため、選択酸化法とフィールドシール
ド法との両方を同一の半導体基板に用いた場合、半導体
基板上に配線を容易には形成することができなかった。
また、形成した配線が段差の部分で断線する等の問題も
生じ、信頼性の高い半導体装置を提供することが困難で
あった。例えば、特開平2−3257号公報参照。又、
特開平2−172253号公報には、LOCOS法によ
り作成されたフィールド酸化膜を除去することにより基
板表面に段差をつける技術が示されているが、この段差
を、素子分離構造の高さの相違の解消に用いてはいな
い。
For this reason, when both the selective oxidation method and the field shield method are used on the same semiconductor substrate, wiring cannot be easily formed on the semiconductor substrate.
In addition, there has been a problem that the formed wiring is broken at a step portion, and it has been difficult to provide a highly reliable semiconductor device. For example, see JP-A-2-3257. or,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-172253 discloses a technique in which a step is formed on a substrate surface by removing a field oxide film formed by a LOCOS method. It is not used to resolve the problem.

【0016】そこで、本発明の目的は、半導体基板とし
て所謂SOI基板を用い、半導体素子或いは回路素子の
高集積化や動作速度の向上を図り、しかも基板バイアス
の印加を容易ならしめるとともに、素子分離構造の高さ
の相違にもとづく障害を除き、更なる信頼性の向上を実
現する半導体装置及びその製造方法を提供することであ
る。
Accordingly, an object of the present invention is to use a so-called SOI substrate as a semiconductor substrate to achieve high integration and operation speed of semiconductor elements or circuit elements, to facilitate application of a substrate bias, and to achieve element isolation. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can further improve reliability by eliminating obstacles caused by differences in structure height.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基体上に絶縁層を介して半導体層が形成された半
導体装置であって、第1の素子分離構造により画定され
た第1の素子活性領域を有する第1の領域と、分離用電
極を備えた第2の素子分離構造により画定された第2の
素子活性領域を有する第2の領域とを備え、前記第2の
素子活性領域の前記半導体層の厚さは、前記第1の素子
活性領域の前記半導体層の厚さより薄く形成され、前記
第2の素子活性領域と連なる前記半導体層の全域に所定
の電位が印加されている。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A semiconductor device having a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate via an insulating layer, comprising: a first region having a first element active region defined by a first element isolation structure; and a separation electrode. A second region having a second device active region defined by a second device isolation structure, wherein a thickness of the semiconductor layer in the second device active region is equal to the first device active region. And a predetermined potential is applied to the entire area of the semiconductor layer connected to the second element active region.

【0018】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第2の領域における前記半導体層に形成された
不純物拡散層と、前記不純物拡散層と接続される電極と
を備え、前記基板電位が前記電極から前記不純物拡散層
を介して印加される。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device further includes an impurity diffusion layer formed in the semiconductor layer in the second region, and an electrode connected to the impurity diffusion layer. The voltage is applied from the electrode through the impurity diffusion layer.

【0019】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記不純物拡散層は前記第1の領域と前記第2の領
域の境界近傍に形成されている。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the impurity diffusion layer is formed near a boundary between the first region and the second region.

【0020】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第2の領域には複数のメモリセルが形成され、
前記第1の領域には周辺回路が形成されている。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, a plurality of memory cells are formed in the second region.
A peripheral circuit is formed in the first region.

【0021】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1及び第2の領域に、共にロジック回路が形
成されている。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, a logic circuit is formed in each of the first and second regions.

【0022】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の領域と前記第2の領域は前記第1の素子
分離構造によって仕切られている。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the first region and the second region are separated by the first element isolation structure.

【0023】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の領域と前記第2の領域のそれぞれが前記
第1の素子分離構造により囲まれている。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, each of the first region and the second region is surrounded by the first element isolation structure.

【0024】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の素子分離構造が、絶縁膜からなる。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, the first element isolation structure comprises an insulating film.

【0025】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の素子分離構造が、前記半導体層に形成さ
れた溝を充填する絶縁物からなる。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the first element isolation structure is made of an insulator filling a groove formed in the semiconductor layer.

【0026】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の素子分離構造が、前記半導体層に形成さ
れた溝に絶縁膜を介して形成された導電膜を備えた素子
分離構造である。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, the first element isolation structure is an element isolation structure including a conductive film formed in a groove formed in the semiconductor layer via an insulating film. is there.

【0027】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の素子分離構造と前記第2の素子分離構造
が、前記第1の領域と前記第2の領域の隣接する部分で
接している。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, the first element isolation structure and the second element isolation structure are in contact with each other at a portion adjacent to the first region and the second region. I have.

【0028】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の素子分離構造が、前記第1の領域と前記
第2の領域の隣接する部分では前記第2の領域に向かっ
てテーパ形状に形成されている。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the first element isolation structure has a tapered shape toward the second region in a portion adjacent to the first region and the second region. Is formed.

【0029】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第2の素子分離構造の一部が連続して前記第1
の領域の前記半導体層上に重畳されている。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, a part of the second element isolation structure is continuous with the first element isolation structure.
Is superimposed on the semiconductor layer in the region of FIG.

【0030】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の素子分離構造の底部領域が前記絶縁層に
接するように形成されている。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, the bottom region of the first element isolation structure is formed so as to be in contact with the insulating layer.

【0031】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基体上に絶縁層を介して設けられた半導体層の表面に段
差部が形成され、前記段差部を境に前記半導体層の表面
が上層に位置する第1の領域と前記半導体層の表面が下
層に位置する第2の領域とを有する半導体基板に構成さ
れた半導体装置の製造方法であって、前記第1の領域
に、前記半導体層に達する第1の素子分離構造を形成し
て第1の素子活性領域を形成する第1の工程と、前記第
2の領域に、表面が前記第1の素子分離構造の表面と略
同一階層レベルに位置するフィールドシールド素子分離
構造を形成する第2の工程と、前記第2の領域における
前記半導体層と接続される電極を形成する第3の工程と
を有する。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step portion is formed on a surface of a semiconductor layer provided on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween, and the surface of the semiconductor layer becomes an upper layer with the step portion as a boundary. A method for manufacturing a semiconductor device configured on a semiconductor substrate having a first region located and a second region in which the surface of the semiconductor layer is located in a lower layer, the method comprising: A first step of forming a first element isolation structure to reach to form a first element active region; and, in the second region, a surface at substantially the same hierarchical level as a surface of the first element isolation structure. A second step of forming a located field shield element isolation structure; and a third step of forming an electrode connected to the semiconductor layer in the second region.

【0032】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記第1の素子分離構造を、絶縁膜により
形成する。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first element isolation structure is formed of an insulating film.

【0033】[0033]

【作用】本発明においては、第1の領域における第1の
素子活性領域は、側面から下面にかけて第1の素子分離
構造及び絶縁層によって囲まれて電気的に独立した領域
とされる。一方、第2の領域における第2の素子活性領
域は、フィールドシールド素子分離構造により半導体層
を構造的に分離することなく電位を固定して素子分離が
成されている。従って、共通の半導体層に複数の第2の
素子活性領域が形成される。
In the present invention, the first element active region in the first region is an electrically independent region surrounded by the first element isolation structure and the insulating layer from the side surface to the lower surface. On the other hand, in the second device active region in the second region, device isolation is achieved by fixing the potential without structurally separating the semiconductor layer by the field shield device isolation structure. Therefore, a plurality of second element active regions are formed in the common semiconductor layer.

【0034】このため、第1の素子活性領域に電界を及
ぼすことなく第2の素子活性領域の全域に基板バイアス
を印加することができる。従って、電気的に独立した第
1の素子活性領域には、しきい値を低く設定した高速動
作のMOSトランジスタを形成することができる。一
方、基板バイアスにより第2の素子活性領域には、しき
い値を高く設定するとともに、しきい値の変動を抑えた
低速動作のMOSトランジスタを形成することができ
る。
Therefore, a substrate bias can be applied to the entire region of the second element active region without applying an electric field to the first element active region. Therefore, in the electrically independent first element active region, it is possible to form a high-speed MOS transistor whose threshold value is set low. On the other hand, it is possible to form a low-speed MOS transistor in which the threshold is set high and the variation of the threshold is suppressed in the second element active region by the substrate bias.

【0035】この際、例えばDRAMメモリセル領域の
ように比較的広い領域に同一導電型のMOSトランジス
タだけが存在する領域をフィールドシールド素子分離構
造で素子分離し、DRAMメモリセルの周辺回路領域の
ようにCMOS回路が形成された領域を第1の素子分離
構造で素子分離するのが効果的である。
At this time, for example, a region in which only MOS transistors of the same conductivity type are present in a relatively large region such as a DRAM memory cell region is separated by a field shield device isolation structure, and is separated as in a peripheral circuit region of the DRAM memory cell. It is effective to isolate the region where the CMOS circuit is formed with the first element isolation structure.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの具体的
な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some specific embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0037】(第1の実施形態)先ず、本発明の第1の
実施形態を、図1〜図4及び図5に基づいて説明する。
図1〜図4は、本発明の第1の実施形態である半導体装
置の製造方法の製造工程を示す。図5は、図4(a)の
平面図であり、図5のA−A’の横断面図が図4(a)
に対応する。これらの図において、右側に示した領域が
周辺回路形成領域であり、左側に示した領域がメモリ形
成領域である。更に、右側の領域及び左側の領域におい
て素子分離構造によって囲まれた中の領域が素子活性領
域である。
(First Embodiment) First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 to 4 show manufacturing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a plan view of FIG. 4A, and a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
Corresponding to In these figures, the area shown on the right side is a peripheral circuit formation area, and the area shown on the left side is a memory formation area. Further, a middle region surrounded by the element isolation structure in the right region and the left region is an element active region.

【0038】メモリセル形成領域には、例えば複数のD
RAMメモリキャパシタが形成され、周辺回路形成領域
には、CMOSインバータが形成されるが、以下の図1
〜図4の横断面図においてはメモリセル形成領域におい
ては1つのDRAMメモリキャパシタのアクセストラン
ジスタのみを示し、周辺回路形成領域においてはCMO
Sインバータの一方のMOSトランジスタのみを示す。
For example, a plurality of D
A RAM memory capacitor is formed, and a CMOS inverter is formed in a peripheral circuit formation region.
4 to 4 show only one access transistor of a DRAM memory capacitor in a memory cell formation region, and a CMO in a peripheral circuit formation region.
Only one MOS transistor of the S inverter is shown.

【0039】第1の実施形態では、先ず、図1(a)に
示すように、単結晶シリコン半導体基板部10の表面に
熱酸化処理を施して埋め込み酸化膜11を30nm程度
の膜厚に形成し、この埋め込み酸化膜11の上に単結晶
シリコン半導体基板を貼り合わせ、この単結晶半導体基
板の全面を研磨又はエッチングし、所定の膜厚に調整し
て単結晶シリコン半導体層12を形成する。
In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, the surface of a single-crystal silicon semiconductor substrate 10 is subjected to a thermal oxidation treatment to form a buried oxide film 11 to a thickness of about 30 nm. Then, a single crystal silicon semiconductor substrate is bonded onto the buried oxide film 11, and the entire surface of the single crystal semiconductor substrate is polished or etched to adjust the film thickness to a predetermined value, thereby forming the single crystal silicon semiconductor layer 12.

【0040】その後、フォトリソグラフィー及びこれに
続くドライエッチングにより、メモリセル形成領域にお
ける単結晶シリコン半導体層12を所定厚さまで薄くす
る。これにより、メモリセル形成領域と周辺回路形成領
域の間における単結晶シリコン半導体層12には段差部
12aが形成される。この結果、周辺回路形成領域の表
面よりもメモリセル形成領域の表面が200nm程度低
くなる。
Thereafter, the single crystal silicon semiconductor layer 12 in the memory cell formation region is thinned to a predetermined thickness by photolithography and subsequent dry etching. As a result, a step 12a is formed in the single crystal silicon semiconductor layer 12 between the memory cell formation region and the peripheral circuit formation region. As a result, the surface of the memory cell formation region is lower by about 200 nm than the surface of the peripheral circuit formation region.

【0041】その後、単結晶シリコン半導体層12に、
注入エネルギー60kev程度、ドーズ量1×1012
-2程度の条件でホウ素をイオン注入する。これにより
単結晶シリコン半導体層12をp型の半導体層として、
図1(a)に示すSOI構造基板1が完成する。
After that, the single crystal silicon semiconductor layer 12
Injection energy about 60 keV, dose amount 1 × 10 12 c
Boron is ion-implanted under the condition of about m −2 . As a result, the single crystal silicon semiconductor layer 12 becomes a p-type semiconductor layer,
The SOI structure substrate 1 shown in FIG. 1A is completed.

【0042】次に、図1(b)に示すように、単結晶シ
リコン半導体層12の表面を熱酸化して、この表面に膜
厚が20nm程度のシリコン酸化膜13をパッド酸化膜
として形成し、膜厚が150nm程度のシリコン窒化膜
14をシリコン酸化膜13上にCVD法で堆積させる。
Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the single-crystal silicon semiconductor layer 12 is thermally oxidized, and a silicon oxide film 13 having a thickness of about 20 nm is formed on this surface as a pad oxide film. A silicon nitride film 14 having a thickness of about 150 nm is deposited on the silicon oxide film 13 by a CVD method.

【0043】次に、図1(c)に示すように、周辺回路
形成領域の素子活性領域とすべき部分と、メモリセル形
成領域の全域をフォトレジスト(図示せず)で覆い、こ
のフォトレジストをマスクにして、シリコン窒化膜14
をエッチングする。すなわち、周辺回路形成領域におい
てフィールド酸化膜が形成される領域のシリコン窒化膜
14が除去される。
Next, as shown in FIG. 1C, a portion to be an element active region in the peripheral circuit forming region and the entire memory cell forming region are covered with a photoresist (not shown). Using the silicon nitride film 14 as a mask
Is etched. That is, the silicon nitride film 14 in the region where the field oxide film is formed in the peripheral circuit formation region is removed.

【0044】次に、図1(d)に示すように、シリコン
窒化膜14を酸化防止膜にして単結晶シリコン半導体層
12を選択酸化して、膜厚が400nm程度のシリコン
酸化膜15をフィールド酸化膜として形成する。ここ
で、シリコン窒化膜14に覆われている領域にはシリコ
ン酸化膜15が形成されない。
Next, as shown in FIG. 1D, the single crystal silicon semiconductor layer 12 is selectively oxidized using the silicon nitride film 14 as an antioxidant film to form a silicon oxide film 15 having a thickness of about 400 nm in the field. It is formed as an oxide film. Here, the silicon oxide film 15 is not formed in a region covered with the silicon nitride film 14.

【0045】そして、形成されたシリコン酸化膜15
は、下層のSOI構造基板1の埋め込み酸化膜11まで
達し、この埋め込み酸化膜11と一体化する。
Then, the formed silicon oxide film 15 is formed.
Reaches the buried oxide film 11 of the underlying SOI structure substrate 1 and is integrated with the buried oxide film 11.

【0046】次に、図2(a)に示すように、メモリセ
ル形成領域及び周辺回路形成領域に残存するシリコン窒
化膜14及びシリコン酸化膜13を除去する。
Next, as shown in FIG. 2A, the silicon nitride film 14 and the silicon oxide film 13 remaining in the memory cell formation region and the peripheral circuit formation region are removed.

【0047】これにより、周辺回路形成領域において
は、シリコン酸化膜15と埋め込み酸化膜11とが連接
され、周囲の単結晶シリコン半導体層12から絶縁され
て電気的に独立する島状の素子活性領域30が完成す
る。
Thus, in the peripheral circuit formation region, the silicon oxide film 15 and the buried oxide film 11 are connected to each other, and are insulated from the surrounding single crystal silicon semiconductor layer 12 and are electrically independent island-shaped element active regions. 30 is completed.

【0048】ここで、上述した貼り合わせ法によりSO
I構造基板1を形成する代わりに、段差を有する半導体
基板にフィールド酸化膜を形成した後に、例えば特開平
7−201773号公報に開示されているように、いわ
ゆるSIMOXにより酸素イオンを注入し、フィールド
酸化膜と連接するように埋め込み酸化膜を形成して、図
2(a)に示す構造と実質的に同一の構造を形成しても
よい。
Here, SO 2 is obtained by the above-described bonding method.
Instead of forming the I-structure substrate 1, after forming a field oxide film on a semiconductor substrate having a step, oxygen ions are implanted by so-called SIMOX, for example, as disclosed in JP-A-7-201773. A buried oxide film may be formed so as to be connected to the oxide film to form a structure substantially the same as the structure shown in FIG.

【0049】次に、図2(b)に示すように、単結晶シ
リコン半導体層12の表面を熱酸化して、この表面に膜
厚が50nm程度のシリコン酸化膜17をシールドゲー
ト絶縁膜として形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the surface of the single crystal silicon semiconductor layer 12 is thermally oxidized, and a silicon oxide film 17 having a thickness of about 50 nm is formed as a shield gate insulating film on this surface. I do.

【0050】次に、図3(a)に示すように、膜厚が1
00nm程度の多結晶シリコン膜18をCVD法で全面
に堆積させ、多結晶シリコン膜18に燐を熱拡散させ
て、この多結晶シリコン膜18を低抵抗化させる。そし
て、多結晶シリコン膜18を覆うキャップ絶縁膜とし
て、膜厚が200nm程度のシリコン酸化膜21をCV
D法で全面に堆積させる。
Next, as shown in FIG.
A polycrystalline silicon film 18 of about 00 nm is deposited on the entire surface by a CVD method, and phosphorus is thermally diffused into the polycrystalline silicon film 18 to lower the resistance of the polycrystalline silicon film 18. Then, as a cap insulating film covering the polycrystalline silicon film 18, a silicon oxide film
It is deposited on the entire surface by the D method.

【0051】その後、シリコン酸化膜21上のフォトレ
ジスト(図示せず)をマスクにして、シリコン酸化膜2
1及び多結晶シリコン膜18をフィールドシールド法に
よる素子分離領域のパターンにエッチングする。これに
より、周辺回路形成領域の全域とメモリセル形成領域の
うちで素子活性領域とすべき部分とから、シリコン酸化
膜21及び多結晶シリコン膜18が除去される。
Thereafter, using the photoresist (not shown) on the silicon oxide film 21 as a mask, the silicon oxide film 2
1 and the polycrystalline silicon film 18 are etched into a pattern of an element isolation region by a field shield method. As a result, the silicon oxide film 21 and the polycrystalline silicon film 18 are removed from the entire peripheral circuit formation region and the portion of the memory cell formation region to be the element active region.

【0052】次に、図3(b)に示すように、膜厚が2
00nm程度のシリコン酸化膜22をCVD法で全面に
堆積させ、シリコン酸化膜22、17を異方性ドライエ
ッチングでエッチバックすることによって、シリコン酸
化膜22からなる側壁絶縁膜を多結晶シリコン膜18及
びシリコン酸化膜21の側面に形成する。この時、周辺
回路形成領域及びメモリセル形成領域の夫々の素子活性
領域からシリコン酸化膜17が除去される。これにより
メモリセル形成領域において、シリコン酸化膜17(シ
ールドゲート絶縁膜)、多結晶シリコン膜18(シール
ドプレート電極)、シリコン酸化膜21(キャップ酸化
膜)及びシリコン酸化膜(側壁絶縁膜)22からなるフ
ィールドシールド素子分離構造31が形成される。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 22 of about 00 nm is deposited on the entire surface by the CVD method, and the silicon oxide films 22 and 17 are etched back by anisotropic dry etching to form a sidewall insulating film made of the silicon oxide film 22 on the polycrystalline silicon film 18. And on the side surface of the silicon oxide film 21. At this time, the silicon oxide film 17 is removed from the respective element active regions in the peripheral circuit formation region and the memory cell formation region. Thereby, in the memory cell formation region, the silicon oxide film 17 (shield gate insulating film), the polycrystalline silicon film 18 (shield plate electrode), the silicon oxide film 21 (cap oxide film), and the silicon oxide film (sidewall insulating film) 22 Is formed.

【0053】ここで、単結晶シリコン半導体層12にあ
らかじめ形成しておいた段差部12aにより、フィール
ドシールド素子分離構造31はフィールド酸化膜である
シリコン酸化膜15の表面はほぼ同一階層レベルに形成
されることになる。
Here, the surface of the silicon oxide film 15 as the field oxide film is formed on the same layer level in the field shield element isolation structure 31 by the step 12a formed in the single crystal silicon semiconductor layer 12 in advance. Will be.

【0054】フィールドシールド素子分離構造31の多
結晶シリコン膜18を所定電位にすることで、下層の単
結晶シリコン半導体層12の電位を固定して素子分離を
することができる。これによりメモリセル形成領域にお
いて素子活性領域32が確定される。また、メモリセル
形成領域の端部において素子活性領域33が確定され
る。このように、メモリセル形成領域においてはフィー
ルドシールド素子分離構造31によって素子活性領域3
2,33を画定するため、メモリセル形成領域における
単結晶シリコン半導体層12が分断されることなく素子
分離が成されることになる。
By setting the polycrystalline silicon film 18 of the field shield element isolation structure 31 to a predetermined potential, the potential of the underlying single crystal silicon semiconductor layer 12 can be fixed to perform element isolation. Thus, the element active region 32 is determined in the memory cell formation region. Further, an element active region 33 is defined at an end of the memory cell formation region. As described above, in the memory cell formation region, the element active region 3 is formed by the field shield device isolation structure 31.
In order to define 2, 33, element isolation is achieved without dividing the single crystal silicon semiconductor layer 12 in the memory cell formation region.

【0055】従って、メモリセル形性領域における単結
晶シリコン半導体層12に所定の電圧を印加した場合に
は、メモリセル形成領域の単結晶シリコン半導体層12
の全域にその電界が形成されることになる。
Therefore, when a predetermined voltage is applied to the single crystal silicon semiconductor layer 12 in the memory cell forming region, the single crystal silicon semiconductor layer 12 in the memory cell forming region
The electric field is formed in the entire region of the above.

【0056】一方、周辺回路形成領域においては、素子
活性領域30の側面から底面にかけての領域が単結晶シ
リコン半導体層12及びシリコン酸化膜15によって覆
われているため、メモリセル形成領域の単結晶シリコン
半導体層12に印加された電界が及ぶことはない。
On the other hand, in the peripheral circuit formation region, since the region from the side surface to the bottom surface of the element active region 30 is covered by the single crystal silicon semiconductor layer 12 and the silicon oxide film 15, the single crystal silicon in the memory cell formation region The electric field applied to the semiconductor layer 12 does not reach.

【0057】次に、図3(c)に示すように、シリコン
酸化膜17の除去で露出した単結晶シリコン半導体層1
2の表面を熱酸化して、この表面に膜厚が15nm程度
のシリコン酸化膜23をゲート絶縁膜として形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the single-crystal silicon semiconductor layer 1 exposed by removing the silicon oxide film 17 is formed.
2 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 23 having a thickness of about 15 nm as a gate insulating film on this surface.

【0058】その後、膜厚が200nm程度の多結晶シ
リコン膜24をCVD法で全面に堆積させ、多結晶シリ
コン膜24に燐を熱拡散させて、この多結晶シリコン膜
24を低抵抗化させる。そして、多結晶シリコン膜24
上のフォトレジスト(図示せず)をマスクにして、多結
晶シリコン膜24をゲート電極のパターンにエッチング
する。
Thereafter, a polycrystalline silicon film 24 having a thickness of about 200 nm is deposited on the entire surface by the CVD method, and phosphorus is thermally diffused into the polycrystalline silicon film 24 to lower the resistance of the polycrystalline silicon film 24. Then, the polycrystalline silicon film 24
Using the upper photoresist (not shown) as a mask, the polycrystalline silicon film 24 is etched into a gate electrode pattern.

【0059】次に、図4(a)に示すように、素子活性
領域33を覆うようにレジストパターン40を形成した
後、多結晶シリコン膜24、シリコン酸化膜15、2
1、22及び素子活性領域33上のレジストパターン4
0をマスクにして、注入エネルギー60keV及びドー
ズ量5×1015cm-2で単結晶シリコン半導体層12に
砒素をイオン注入し、熱処理を施して、多結晶シリコン
膜24の両側の単結晶シリコン半導体層12の表面にソ
ース・ドレインとしての一対の不純物拡散層25を形成
する。
Next, as shown in FIG. 4A, after forming a resist pattern 40 so as to cover the element active region 33, the polycrystalline silicon film 24, the silicon oxide films 15, 2
1, 22 and resist pattern 4 on element active region 33
Using 0 as a mask, arsenic is ion-implanted into the single-crystal silicon semiconductor layer 12 at an implantation energy of 60 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 , and a heat treatment is applied to the single-crystal silicon semiconductor on both sides of the polycrystalline silicon film 24. A pair of impurity diffusion layers 25 as source / drain are formed on the surface of the layer 12.

【0060】この際、メモリセル形成領域においては、
単結晶シリコン半導体層12が薄く形成されているた
め、不純物拡散層25が絶縁層に達するように形成され
る。
At this time, in the memory cell forming region,
Since the single crystal silicon semiconductor layer 12 is formed thin, the impurity diffusion layer 25 is formed so as to reach the insulating layer.

【0061】メモリセル形成領域においては、これらの
ゲート絶縁膜23、多結晶シリコン膜24(ゲート電
極)、不純物拡散層25によりDRAMメモリキャパシ
タのアクセストランジスタが構成される。
In the memory cell formation region, these gate insulating film 23, polycrystalline silicon film 24 (gate electrode) and impurity diffusion layer 25 constitute an access transistor of a DRAM memory capacitor.

【0062】同様に、周辺回路形成領域においても、ゲ
ート絶縁膜23、多結晶シリコン膜24(ゲート電
極)、不純物拡散層25により、例えばCMOSインバ
ータの一方のMOSトランジスタが構成される。そし
て、周辺回路形成領域においては、各々の素子活性領域
30が電気的に独立しているため、形成されたMOSト
ランジスタはいわゆるメサ型のトランジスタに等しい。
Similarly, in the peripheral circuit formation region, the gate insulating film 23, the polycrystalline silicon film 24 (gate electrode), and the impurity diffusion layer 25 form, for example, one MOS transistor of a CMOS inverter. In the peripheral circuit formation region, since each element active region 30 is electrically independent, the formed MOS transistor is equivalent to a so-called mesa transistor.

【0063】続いて、素子活性領域33のみが露出する
ように他の領域をフォトレジスト(図示せず)で覆った
後、イオン注入を施す。ここではSOI構造基板1の単
結晶シリコン半導体層12と同じ導電型、すなわち、p
型の不純物を高濃度にイオン注入する。そして、熱処理
を施すことによって、素子活性領域33における単結晶
シリコン半導体層12にp型不純物拡散層34を形成す
る。
Subsequently, after other regions are covered with a photoresist (not shown) so that only the element active regions 33 are exposed, ion implantation is performed. Here, the same conductivity type as that of the single crystal silicon semiconductor layer 12 of the SOI structure substrate 1, that is, p
The impurity of the mold is ion-implanted at a high concentration. Then, a p-type impurity diffusion layer 34 is formed in the single crystal silicon semiconductor layer 12 in the element active region 33 by performing a heat treatment.

【0064】図4(a)の平面図が図5に示されてい
る。図5において、15がフィールド酸化膜となるシリ
コン酸化膜であり、31がフィールドシールド素子分離
構造である。また、24がゲート電極、25がソース・
ドレイン拡散層である。そして、34がp型不純物拡散
層である。
FIG. 5 is a plan view of FIG. In FIG. 5, reference numeral 15 denotes a silicon oxide film serving as a field oxide film, and reference numeral 31 denotes a field shield element isolation structure. 24 is a gate electrode and 25 is a source electrode.
This is a drain diffusion layer. Reference numeral 34 denotes a p-type impurity diffusion layer.

【0065】図5に示すように、上述した工程によりメ
モリセル形成領域には複数の素子活性領域32が形成さ
れる。そして、メモリセル形成領域における各々の素子
活性領域32にはアクセストランジスタが形成されるこ
とになる。同様に周辺回路形成領域においても複数の素
子活性領域30が形成される。
As shown in FIG. 5, a plurality of element active regions 32 are formed in the memory cell forming region by the above-described steps. Then, an access transistor is formed in each element active region 32 in the memory cell formation region. Similarly, a plurality of element active regions 30 are formed in the peripheral circuit formation region.

【0066】ここで、例えば周辺回路形成領域にCMO
Sインバータを形成する場合には、これらの隣接する素
子活性領域30を予め逆導電型に形成しておき、図4
(a)で示したイオン注入の工程において、それぞれの
素子活性領域30に対して逆導電型となるようにイオン
注入を2回行うことにより、不純物拡散層を形成すれば
よい。
Here, for example, the CMO
In the case of forming an S inverter, these adjacent element active regions 30 are formed in the opposite conductivity type in advance, and
In the step of ion implantation shown in (a), the impurity diffusion layer may be formed by performing ion implantation twice so that each element active region 30 has the opposite conductivity type.

【0067】その後、メモリセル形成領域において図示
せぬメモリキャパシタの下部電極、誘電体膜、上部電極
を形成する。この際、図4(a)に示すメモリセル形成
領域における素子活性領域32の左側の不純物拡散層2
5に下部電極が接続されるようにする。そして、アクセ
ストランジスタ及び下部電極、誘電体膜、上部電極から
なるメモリキャパシタにより一単位のメモリセルが構成
される。
Thereafter, a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode of a memory capacitor (not shown) are formed in the memory cell formation region. At this time, the impurity diffusion layer 2 on the left side of the element active region 32 in the memory cell formation region shown in FIG.
5 is connected to a lower electrode. Then, one unit of memory cell is configured by the access transistor and the memory capacitor including the lower electrode, the dielectric film, and the upper electrode.

【0068】次に、図4(b)に示すように、層間絶縁
膜としてのシリコン酸化膜26をCVD法で全面に堆積
させる。
Next, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 26 as an interlayer insulating film is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0069】フィールドシールド素子分離構造31の表
面とフィールド酸化膜であるシリコン酸化膜15の表面
がほぼ同一階層レベルに形成されているため、その上に
形成されるシリコン酸化膜26の表面も、これらの素子
分離構造上においてほぼ同一面に形成される。
Since the surface of the field shield element isolation structure 31 and the surface of the silicon oxide film 15 as the field oxide film are formed at substantially the same level, the surface of the silicon oxide film 26 formed thereon is also Are formed on substantially the same plane on the element isolation structure.

【0070】そして、不純物拡散層25及びp型不純物
拡散層34に達するコンタクト孔26a,26bをシリ
コン酸化膜26に開孔する。そして、A1膜をスパッタ
法で全面に堆積させ、コンタクト孔26aを充填したA
1膜を微細加工技術で配線のパターンに加工してAl配
線27aを形成する。同時に、コンタクト孔26bを充
填したAl膜をパターニングすることにより、p型不純
物拡散層34と接続されるAl電極27bを形成する。
Then, contact holes 26 a and 26 b reaching the impurity diffusion layer 25 and the p-type impurity diffusion layer 34 are formed in the silicon oxide film 26. Then, an A1 film is deposited on the entire surface by sputtering, and the A1 film filling the contact hole 26a is formed.
One film is processed into a wiring pattern by a fine processing technique to form an Al wiring 27a. At the same time, an Al electrode 27b connected to the p-type impurity diffusion layer 34 is formed by patterning the Al film filling the contact hole 26b.

【0071】図4(b)に示すように、シリコン酸化膜
26の表面が周辺回路領域とメモリセル形成領域におい
てほぼ同一の階層位置に形成されるため、Al配線27
aも水平に形成することができる。これにより、メモリ
セル形成領域と周辺回路形成領域を跨ぐようにAl配線
27を形成した場合でも、平坦面上に形成することがで
きるため、段差に起因するAl配線27の断線等の問題
を抑止することができる。
As shown in FIG. 4B, since the surface of silicon oxide film 26 is formed at substantially the same hierarchical position in the peripheral circuit region and the memory cell forming region, Al wiring 27 is formed.
a can also be formed horizontally. Accordingly, even when the Al wiring 27 is formed so as to straddle the memory cell formation region and the peripheral circuit formation region, the Al wiring 27 can be formed on a flat surface, thereby suppressing a problem such as disconnection of the Al wiring 27 due to a step. can do.

【0072】また、コンタクトホール26bを埋設した
Al電極27bは、メモリセル形成領域における単結晶
シリコン半導体層12に所定電圧を印加する目的で使用
される。すなわち、前述したようにメモリセル形成領域
においてはフィールドシールド素子分離構造31により
素子活性領域32が画定されるため、単結晶シリコン半
導体層12は区画されずにメモリセル形成領域の全域に
一体に形成されている。従って、Al電極27bに所定
の電圧を印加することによって、メモリセル形成領域に
おける全ての素子活性領域32に一定の電界を生じさせ
ることができる。
The Al electrode 27b in which the contact hole 26b is buried is used for applying a predetermined voltage to the single crystal silicon semiconductor layer 12 in the memory cell formation region. That is, since the element active region 32 is defined by the field shield element isolation structure 31 in the memory cell formation region as described above, the single crystal silicon semiconductor layer 12 is integrally formed over the entire memory cell formation region without being partitioned. Have been. Therefore, by applying a predetermined voltage to the Al electrode 27b, a constant electric field can be generated in all the element active regions 32 in the memory cell formation region.

【0073】これにより、メモリセル形成領域における
トランジスタのしきい値の変動を抑えて一定に保つこと
が可能となり、またしきい値を高く保持することが可能
である。
This makes it possible to suppress the fluctuation of the threshold value of the transistor in the memory cell formation region and keep it constant, and it is possible to keep the threshold value high.

【0074】その後、第2の層間絶縁膜としてのシリコ
ン酸化膜28をCVD法で全面に堆積させ、Al配線2
7a、Al電極27bを埋設して第1の実施形態に係る
半導体装置を完成させる。
Thereafter, a silicon oxide film 28 as a second interlayer insulating film is deposited on the entire surface by a CVD method,
7a and the Al electrode 27b are buried to complete the semiconductor device according to the first embodiment.

【0075】第1の実施形態では、選択酸化(LOCO
S)法で形成した膜厚400nm程度のシリコン酸化膜
15は、その半分の200nm程度の膜厚分しかシリコ
ン基板11の表面上に出ていないのに対して、フィール
ドシールド法による素子分離用の多結晶シリコン膜18
及びシリコン酸化膜17、21の合計膜厚は350nm
であり、しかも、その膜厚分の全体がシリコン基板11
の表面上に存在している。
In the first embodiment, the selective oxidation (LOCO
The silicon oxide film 15 having a thickness of about 400 nm formed by the S) method has a thickness of about 200 nm, which is half of the silicon oxide film 15 on the surface of the silicon substrate 11. Polycrystalline silicon film 18
And the total thickness of the silicon oxide films 17 and 21 is 350 nm
And the entire thickness of the silicon substrate 11
Are present on the surface.

【0076】従って、既述の従来例のようにこれらの素
子分離領域をSOI構造基板1の表面に形成するだけで
は、フィールドシールド法を用いた領域の方が、選択酸
化法を用いた領域よりも150nm程度高くなる。しか
し、第1の実施形態では、図1(a)に示したように、
段差部12aにより200nm程度だけ、選択酸化法を
用いた領域の表面よりもフィールドシールド法を用いた
領域の表面を低くしているので、素子分離領域の形成後
は、これらの領域の間には50nm程度の段差しか存在
しない。
Therefore, only by forming these element isolation regions on the surface of the SOI structure substrate 1 as in the conventional example described above, the region using the field shield method is better than the region using the selective oxidation method. Also increase by about 150 nm. However, in the first embodiment, as shown in FIG.
Since the surface of the region using the field shield method is lower than the surface of the region using the selective oxidation method by about 200 nm due to the step portion 12a, there is no space between these regions after the element isolation region is formed. There is no step of about 50 nm.

【0077】また、第1の実施形態では、図1〜図4で
右側に示した領域が周辺回路領域であり、左側に示した
領域が例えばDRAMのメモリセル領域であるが、これ
は、素子分離領域の面積を削減する観点から、選択酸化
法による素子分離領域がフィールドシールド法による素
子分離領域よりも周辺回路領域に形成されるCMOS回
路に適しており、フィールドシールド法による素子分離
領域が選択酸化法による素子分離領域よりもメモリセル
領域に適しているからである。
In the first embodiment, the region shown on the right side in FIGS. 1 to 4 is a peripheral circuit region, and the region shown on the left side is a memory cell region of a DRAM, for example. From the viewpoint of reducing the area of the isolation region, the element isolation region by the selective oxidation method is more suitable for the CMOS circuit formed in the peripheral circuit region than the element isolation region by the field shield method, and the element isolation region by the field shield method is selected. This is because it is more suitable for the memory cell region than the element isolation region by the oxidation method.

【0078】そして、メモリセル形成領域においては、
SOI構造基板1の単結晶シリコン半導体層12に所定
の電圧を印加することにより、メモリセル形成領域の複
数の素子活性領域12の全域に渡って基板バイアスを印
加することができる。
In the memory cell formation region,
By applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 12 of the SOI structure substrate 1, a substrate bias can be applied over the entire area of the plurality of element active regions 12 in the memory cell formation region.

【0079】より具体的には、Al電極27bに例えば
−2.0Vの基板電位(基板バイアス)を印加すること
により、p型不純物拡散層34を通じてメモリセル形成
領域の全域の単結晶シリコン半導体層12に、一斉に基
板バイアスを印加することが可能である。
More specifically, by applying a substrate potential (substrate bias) of, for example, −2.0 V to the Al electrode 27 b, the single-crystal silicon semiconductor layer over the entire memory cell formation region through the p-type impurity diffusion layer 34. 12, it is possible to apply a substrate bias all at once.

【0080】しかも、この基板バイアスは、周辺回路形
成領域における電気的に独立した素子活性領域30には
及ぶことはない。従って、トリプルウェル構造を形成し
なくても、周辺回路形成領域のMOSトランジスタのし
きい値に悪影響を与えない構造とすることが可能であ
る。これにより、周辺回路形成領域におけるMOSトラ
ンジスタのしきい値が基板バイアス効果によって高くな
ることを防止することができる。従って、周辺回路形成
領域におけるMOSトランジスタの駆動電流を良好に保
ち、高速動作を可能にした状態で、メモリセル形成領域
に確実に基板バイアスを印加することが可能である。
Further, the substrate bias does not reach the electrically independent element active region 30 in the peripheral circuit formation region. Therefore, it is possible to provide a structure that does not adversely affect the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region without forming the triple well structure. Thus, it is possible to prevent the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region from being increased by the substrate bias effect. Therefore, it is possible to reliably apply a substrate bias to the memory cell formation region while maintaining a good drive current of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region and enabling high-speed operation.

【0081】なお、第1の実施形態においては、メモリ
セル形成領域にDRAMのメモリキャパシタを形成した
例を示したが、DRAMのメモリキャパシタ以外のメモ
リセルを形成してもよい。例えば、EEPROM等の不
揮発性メモリを形成してもよい。さらに、これらの揮発
性あるいは不揮発性メモリを多値メモリとしてもよい。
例えば多値DRAMへの書き込み方法、読み出し方法に
関しては特開昭60−239994号公報に記載されて
いる。また、多値不揮発性メモリへの書き込み方法、読
み出し方法に関しては、特開平6−282992号公
報、特開平7−201189号公報に記載されている。
In the first embodiment, an example is shown in which a memory capacitor of a DRAM is formed in a memory cell formation region. However, a memory cell other than a memory capacitor of a DRAM may be formed. For example, a nonvolatile memory such as an EEPROM may be formed. Further, these volatile or non-volatile memories may be multivalued memories.
For example, a writing method and a reading method for a multi-level DRAM are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-239994. Further, the writing method and the reading method for the multi-value nonvolatile memory are described in JP-A-6-282992 and JP-A-7-201189.

【0082】また、フィールドシールド素子分離構造3
1で素子分離が成された領域にメモリセル以外の素子を
形成してもよい。例えば、第1の実施形態でメモリセル
形成領域として示した領域に、MOSトランジスタを有
する別の周辺回路を形成することにより、シリコン酸化
膜15で素子分離が成された領域のMOSトランジスタ
と、フィールドシールド素子分離構造31で素子分離が
成された領域のMOSトランジスタのしきい値を変えて
共存させることが可能である。
The field shield element isolation structure 3
An element other than the memory cell may be formed in the region where the element isolation has been performed in 1. For example, by forming another peripheral circuit having a MOS transistor in the region shown as the memory cell formation region in the first embodiment, the MOS transistor in the region where element isolation is achieved by the silicon oxide film 15 and the field transistor It is possible to coexist by changing the threshold value of the MOS transistor in the region where the element isolation is performed by the shield element isolation structure 31.

【0083】このように、動作速度の異なるトランジス
タを形成した場合、一般的に高速トランジスタは駆動電
流を増加させるためカットオフリーク電流マージンを犠
牲にしなければならないが、低速トランジスタはカット
オフリーク電流を増加させてまで駆動電流を確保する必
要がないため、しきい値を上げてでもカットオフリーク
電流マージンを確保する必要がある。
As described above, when transistors having different operation speeds are formed, a high-speed transistor generally has to sacrifice a cut-off leak current margin to increase a drive current, but a low-speed transistor increases a cut-off leak current. Since it is not necessary to secure a drive current, it is necessary to secure a cutoff leak current margin even if the threshold value is increased.

【0084】そこで、シリコン酸化膜15で素子分離が
成された領域に高速トランジスタを形成し、フィールド
シールド素子分離構造31で素子分離が成された領域に
低速トランジスタを形成すれば、基板バイアスが印加さ
れる低速トランジスタのしきい値を十分に高く保つこと
ができ、高速トランジスタには基板バイアスの影響を与
えることなくしきい値を低く設定して高速動作を実現す
ることができる。この場合、低速トランジスタが動作し
ない状態においては基板電位をさらに高め、カットオフ
リーク電流マージンをより拡大して消費電流を低減する
ことも可能である。
Therefore, if a high-speed transistor is formed in a region where element isolation is achieved by the silicon oxide film 15 and a low-speed transistor is formed in a region where element isolation is achieved by the field shield element isolation structure 31, substrate bias is applied. The threshold value of the low-speed transistor can be kept sufficiently high, and the high-speed transistor can be set at a low threshold value without affecting the substrate bias to realize high-speed operation. In this case, when the low-speed transistor does not operate, it is possible to further increase the substrate potential, further increase the cutoff leak current margin, and reduce the current consumption.

【0085】従って、従来のようにトリプルウェル構造
を形成しなくても、しきい値の異なるトランジスタをS
OI構造基板1上に混載させることが可能である。
Therefore, even if a triple well structure is not formed as in the prior art, transistors having different threshold values can be replaced by S
It can be mounted on the OI structure substrate 1.

【0086】また、第1の実施形態の半導体装置は、S
OI構造基板1の表面の高さが互いに異なる2つの領域
を有している。従って、SOI構造基板1の表面が低い
方の領域に高さが高い素子を配置しても、SOI構造基
板1の全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差
を低減させることができる。
Further, the semiconductor device of the first embodiment is
The OI structure substrate 1 has two regions having different surface heights. Therefore, even if an element having a high height is arranged in a region where the surface of the SOI structure substrate 1 is lower, a step on the surface of the interlayer insulating film on the element can be reduced in the entire region of the SOI structure substrate 1.

【0087】第1の実施形態によれば、選択酸化法で素
子分離領域を形成する第1の領域とフィールドシールド
法で素子分離領域を形成する第2の領域との段差を少な
くすることができるので、半導体基板上に配線を容易に
形成することがてきて信頼性の高い半導体装置を製造す
ることができる。
According to the first embodiment, the step between the first region where the element isolation region is formed by the selective oxidation method and the second region where the element isolation region is formed by the field shield method can be reduced. Therefore, wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【0088】また、第1の領域がCMOS回路に適して
おり、第2の領域が優れた素子分離能力を有しているの
で、集積度の高いメモリセル領域とCMOS構成の周辺
回路領域とを有することができるとともに、半導体基板
上に配線を容易に形成することができて信頼性が高い。
Further, since the first region is suitable for a CMOS circuit and the second region has an excellent element isolation capability, a memory cell region having a high degree of integration and a peripheral circuit region having a CMOS structure are required. In addition, the wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and the reliability is high.

【0089】また、半導体基板の表面が低い方の領域に
高さが高い素子を配置することによって、半導体基板の
全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差を低減
させることができるので、この層間絶縁膜上に配線を容
易に形成することができて信頼性を高めることができ
る。
Further, by arranging a high device in a region where the surface of the semiconductor substrate is lower, a step on the surface of the interlayer insulating film on the device can be reduced in the entire region of the semiconductor substrate. Wiring can be easily formed on the interlayer insulating film, and reliability can be improved.

【0090】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態を、図6〜図9及び図10に基づいて説明す
る。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9 and FIG.

【0091】図6〜図9は、本発明の第2の実施形態に
よる半導体装置の製造方法の製造工程を示す。図10
は、図9(b)の平面図であり、図10のA−A’の横
断面図が図9(b)に対応する。これらの図において、
右側に示した領域が周辺回路形成領域であり、左側に示
した領域がメモリセル形成領域である。更に、右側の領
域及び左側の領域において素子分離構造によって囲まれ
た中の領域が素子活性領域である。
FIGS. 6 to 9 show the manufacturing steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 9B is a plan view of FIG. 9B, and a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 10 corresponds to FIG. 9B. In these figures,
The area shown on the right is a peripheral circuit formation area, and the area shown on the left is a memory cell formation area. Further, a middle region surrounded by the element isolation structure in the right region and the left region is an element active region.

【0092】メモリセル形成領域には、例えば複数のD
RAMメモリキャパシタが形成され、周辺回路形成領域
には、CMOSインバータが形成されるが、以下の図6
〜図9の横断面図においてはメモリセル形成領域におい
ては1つのDRAMメモリキャパシタのアクセストラン
ジスタのみを示し、周辺回路形成領域においてはCMO
Sインバータの一方のMOSトランジスタのみを示す。
For example, a plurality of D
A RAM memory capacitor is formed, and a CMOS inverter is formed in a peripheral circuit formation region.
9 show only one access transistor of a DRAM memory capacitor in a memory cell formation region, and a CMO in a peripheral circuit formation region.
Only one MOS transistor of the S inverter is shown.

【0093】第2の実施形態では、先ず、図6(a)に
示すように、単結晶シリコン半導体基板部200の表面
に熱酸化処理を施して埋め込み酸化膜201を30nm
程度の膜厚に形成し、この埋め込み酸化膜201の上に
単結晶シリコン半導体基板を貼り合わせ、この単結晶半
導体基板の全面を研磨又はエッチングし、所定の膜厚に
調整して単結晶シリコン半導体層202を形成する。
In the second embodiment, first, as shown in FIG. 6A, the surface of the single crystal silicon semiconductor substrate 200 is subjected to a thermal oxidation treatment to form a buried oxide film 201 of 30 nm.
A single-crystal silicon semiconductor substrate is attached on the buried oxide film 201, and the entire surface of the single-crystal semiconductor substrate is polished or etched to adjust the thickness to a predetermined value. A layer 202 is formed.

【0094】その後、単結晶シリコン半導体層202
に、注入エネルギー60kev程度、ドーズ量1×10
/cm12程度の条件でホウ素をイオン注入する。これに
より単結晶シリコン半導体層202をp型の半導体層と
して、図6(a)に示すSOI構造基板2が完成する。
Thereafter, the single crystal silicon semiconductor layer 202
And an implantation energy of about 60 keV and a dose of 1 × 10
Ions are implanted at about / cm 12 . Thus, the SOI structure substrate 2 shown in FIG. 6A is completed using the single crystal silicon semiconductor layer 202 as a p-type semiconductor layer.

【0095】次に、図6(b)に示すように、単結晶シ
リコン半導体層202の表面にCVD法にて膜厚200
nm程度のシリコン酸化膜203を単結晶シリコン半導
体層202上に形成する。更に、シリコン窒化膜240
をシリコン酸化膜203上に形成する。その後、フォト
リソグラフィ−技術とエッチング技術により、素子分離
領域に形成された前記シリコン窒化膜240及び前記シ
リコン酸化膜203をエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 6 (b), a film thickness of 200
A silicon oxide film 203 of about nm is formed on the single crystal silicon semiconductor layer 202. Further, the silicon nitride film 240
Is formed on the silicon oxide film 203. Then, the silicon nitride film 240 and the silicon oxide film 203 formed in the element isolation region are removed by etching using a photolithography technique and an etching technique.

【0096】次に、図6(c)に示すように、前記シリ
コン窒化膜240をマスクとして、単結晶シリコン半導
体層202をエッチング除去して、単結晶シリコン半導
体層202内に溝部Bを形成する。この溝部Bの底部が
埋め込み酸化膜201の表層となるよう単結晶シリコン
半導体層202がエッチングされる。ここで溝部Bは、
周辺回路形成領域内の素子活性領域の囲りに形成され、
後工程で素子分離領域となる。又、凹部Cは、後工程で
メモリセル形成領域となる。
Next, as shown in FIG. 6C, the single crystal silicon semiconductor layer 202 is removed by etching using the silicon nitride film 240 as a mask to form a groove B in the single crystal silicon semiconductor layer 202. . The single crystal silicon semiconductor layer 202 is etched so that the bottom of the groove B becomes the surface layer of the buried oxide film 201. Here, the groove B is
Formed around the element active region in the peripheral circuit formation region,
It becomes an element isolation region in a later step. The concave portion C will be a memory cell formation region in a later step.

【0097】次に 図6(d)に示すように、SOI構
造基板2に熱酸化を施して、膜厚20nm程度の熱酸化
膜であるシリコン酸化膜204を溝部Bに形成する。
Next, as shown in FIG. 6D, the SOI structure substrate 2 is subjected to thermal oxidation to form a silicon oxide film 204 as a thermal oxide film having a thickness of about 20 nm in the groove B.

【0098】その後、単結晶シリコン基板202上全面
(over)にCVD法によりシリコン酸化膜205を
400nm程度に形成する。
Thereafter, a silicon oxide film 205 having a thickness of about 400 nm is formed on the entire surface (over) of the single crystal silicon substrate 202 by the CVD method.

【0099】これにより、溝部Bにシリコン酸化膜20
5が充填され、シリコン酸化膜205と埋め込み酸化膜
201が一体の絶縁膜となる。その後、CMP法を用い
てシリコン酸化膜205を研磨し、溝部Bのみにシリコ
ン酸化膜205を残存させる。なお、この研磨工程でシ
リコン窒化膜240、シリコン酸化膜203は除去す
る。
Thus, the silicon oxide film 20 is formed in the groove B.
5, and the silicon oxide film 205 and the buried oxide film 201 become an integral insulating film. Thereafter, the silicon oxide film 205 is polished by using the CMP method, and the silicon oxide film 205 is left only in the groove B. In this polishing step, the silicon nitride film 240 and the silicon oxide film 203 are removed.

【0100】次に、図7(a)に示すように、単結晶シ
リコン半導体層202上全面にCVD法によりシリコン
酸化膜240を形成する。その後、周辺回路形成領域を
フォトレジスト膜206で覆い、メモリセル形成領域の
シリコン酸化膜Yと単結晶シリコン基板202を順次エ
ッチングすることにより単結晶シリコン半導体層202
により凹部Cを形成する。このエッチングにより周辺回
路形成領域のシリコン単結晶半導体層202の表面より
もメモリセル形成領域の基板202の表面が200nm
程度低くなる。そして、フォトレジスト膜206をアッ
シングした後、シリコン酸化膜241をウェットエッチ
ングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 7A, a silicon oxide film 240 is formed on the entire surface of the single crystal silicon semiconductor layer 202 by a CVD method. Thereafter, the peripheral circuit formation region is covered with a photoresist film 206, and the silicon oxide film Y and the single crystal silicon substrate 202 in the memory cell formation region are sequentially etched to form the single crystal silicon semiconductor layer 202.
As a result, a concave portion C is formed. By this etching, the surface of the substrate 202 in the memory cell formation region is 200 nm thicker than the surface of the silicon single crystal semiconductor layer 202 in the peripheral circuit formation region.
About lower. After ashing the photoresist film 206, the silicon oxide film 241 is removed by wet etching.

【0101】これにより、図7(b)に示すように、シ
リコン酸化膜205から成るトレンチ型素子分離構造が
形成される。そして、周辺回路形成領域においてはシリ
コン酸化膜205と埋め込み酸化膜201とが連接さ
れ、周囲の単結晶シリコン半導体層202から絶縁され
て電気的に独立する島状の素子活性領域230が完成す
る。
As a result, as shown in FIG. 7B, a trench type element isolation structure composed of the silicon oxide film 205 is formed. In the peripheral circuit formation region, the silicon oxide film 205 and the buried oxide film 201 are connected to each other, and an island-shaped element active region 230 which is insulated from the surrounding single crystal silicon semiconductor layer 202 and electrically independent is completed.

【0102】ここで、上述した貼り合わせ法によりSO
I構造基板2を形成する代わりに、通常のシリコン半導
体基板を用いて上述した図7(b)までの工程を行った
後に、例えば特開平7−201773号公報に開示され
ているように、いわゆるSIMOXにより酸素イオンを
注入し、シリコン酸化膜205と連接するように埋め込
み酸化膜を形成して、図7(b)に示す構造と実質的に
同一の構造を形成してもよい。
Here, SO 2 is obtained by the above-described bonding method.
Instead of forming the I-structure substrate 2, after performing the above-described steps up to FIG. 7B using an ordinary silicon semiconductor substrate, a so-called so-called “JP-A-7-201773” is disclosed. Oxygen ions may be implanted by SIMOX to form a buried oxide film so as to be connected to the silicon oxide film 205, thereby forming a structure substantially the same as the structure shown in FIG. 7B.

【0103】次に、図7(c)に示すように、単結晶シ
リコン半導体層202の表面に熱酸化を施して、膜厚4
0nm程度のシールドゲート絶縁膜207を形成する。
この時、周辺回路形成領域の露出表面にも絶縁膜が形成
される。
Next, as shown in FIG. 7C, the surface of the single-crystal silicon semiconductor layer 202 is subjected to thermal oxidation so that
A shield gate insulating film 207 of about 0 nm is formed.
At this time, an insulating film is also formed on the exposed surface of the peripheral circuit formation region.

【0104】次いで、図8(a)に示すように、CVD
法により、膜厚100nm程度の多結晶シリコン膜20
8(後にフィールドシールド電極となる)を形成し、こ
れに燐を熱拡散させて低抵抗化する。次いで多結晶シリ
コン膜208を覆う膜厚が300nm程度のシリコン酸
化膜209(後にキャップ絶縁膜となる)をCVD法で
形成する。
Next, as shown in FIG.
The polycrystalline silicon film 20 having a thickness of about 100 nm
8 (which will later become a field shield electrode) is formed, and phosphorus is thermally diffused therein to reduce the resistance. Next, a silicon oxide film 209 (to become a cap insulating film later) with a thickness of about 300 nm covering the polycrystalline silicon film 208 is formed by a CVD method.

【0105】次に、図8(b)示すように、不図示のフ
ォトレジスト膜をシリコン酸化膜209上に形成した
後、この不図示のフォトレジスト膜をフィールドシール
ド素子分離法の素子分離領域の形状にパターニングす
る。このパターニングされたフォトレジスト膜(不図
示)をマスクとして、前記シリコン酸化膜209と多結
晶シリコン膜208を選択的にエッチング除去すること
により、フィールドシールド電極208とキャップ絶縁
膜209を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, after a photoresist film (not shown) is formed on the silicon oxide film 209, the photoresist film (not shown) is formed in the element isolation region of the field shield element isolation method. Pattern into a shape. Using the patterned photoresist film (not shown) as a mask, the silicon oxide film 209 and the polycrystalline silicon film 208 are selectively etched away to form a field shield electrode 208 and a cap insulating film 209.

【0106】次に、図8(c)に示すように、膜厚が2
00nm程度のシリコン酸化膜210をCVD法で全面
に堆積させ、そのシリコン酸化膜210を異方性エッチ
ングでエッチバックすることにより、シールドプレート
電極208とキャップ絶縁膜209の側面に、シリコン
酸化膜からなる側壁絶縁膜210を形成する。この時、
周辺回路形成領域及びメモリセル形成領域の双方の素子
活性領域からは、シールドゲート絶縁膜207が除去さ
れる。以上の工程により、フィールドシールド素子分離
構造231(シールドゲート絶縁膜207、シールドプ
レート電極208、キャップ酸化膜209および側壁絶
縁膜210より成る)が、メモリセル形成領域に形成さ
れる。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 210 of about 00 nm is deposited on the entire surface by a CVD method, and the silicon oxide film 210 is etched back by anisotropic etching, so that the side surfaces of the shield plate electrode 208 and the cap insulating film 209 are formed from the silicon oxide film. A side wall insulating film 210 is formed. At this time,
The shield gate insulating film 207 is removed from the element active regions in both the peripheral circuit formation region and the memory cell formation region. Through the above steps, the field shield element isolation structure 231 (comprising the shield gate insulating film 207, the shield plate electrode 208, the cap oxide film 209, and the side wall insulating film 210) is formed in the memory cell formation region.

【0107】ここで、単結晶シリコン半導体層202に
あらかじめ形成しておいた凹部Cにより、フィールドシ
ールド素子分離構造231の表面と、周辺回路形成領域
における単結晶シリコン半導体層202及びシリコン酸
化膜205の表面は、ほぼ同一階層レベルに形成される
ことになる。
Here, the surface of the field shield element isolation structure 231 and the portions of the single crystal silicon semiconductor layer 202 and the silicon oxide film 205 in the peripheral circuit formation region are formed by the concave portions C formed in the single crystal silicon semiconductor layer 202 in advance. The surfaces will be formed at approximately the same hierarchical level.

【0108】フィールドシールド素子分離構造231の
シールドプレート電極208を所定電位にすることで、
下層の単結晶シリコン半導体層202の電位を固定して
素子分離をすることができる。これによりメモリセル形
成領域において素子活性領域232,233が確定され
る。このように、メモリセル形成領域においてはフィー
ルドシールド素子分離構造231によって素子活性領域
232,233を画定するため、メモリセル形成領域に
おける単結晶シリコン半導体層202が分断されること
なく素子分離が成されることになる。
By setting the shield plate electrode 208 of the field shield element isolation structure 231 to a predetermined potential,
The element isolation can be performed by fixing the potential of the lower single-crystal silicon semiconductor layer 202. Thus, element active regions 232 and 233 are determined in the memory cell forming region. As described above, in the memory cell formation region, the element active regions 232 and 233 are defined by the field shield element isolation structure 231, so that the element isolation is performed without dividing the single crystal silicon semiconductor layer 202 in the memory cell formation region. Will be.

【0109】従って、メモリセル形性領域における単結
晶シリコン半導体層202に所定の電圧を印加した場合
には、メモリセル形性領域の単結晶シリコン半導体層2
02の全域にその電界が形成されることになる。
Therefore, when a predetermined voltage is applied to the single crystal silicon semiconductor layer 202 in the memory cell type region, the single crystal silicon semiconductor layer 2 in the memory cell type region
02, the electric field is formed in the entire region.

【0110】一方、周辺回路形成領域においては、素子
活性領域230の側面から底面にかけての領域が埋め込
み酸化膜202及びシリコン酸化膜205によって覆わ
れているため、メモリセル形成領域の単結晶シリコン半
導体層202に印加された電界が及ぶことはない。
On the other hand, in the peripheral circuit formation region, the region from the side surface to the bottom surface of the element active region 230 is covered with the buried oxide film 202 and the silicon oxide film 205, so that the single crystal silicon semiconductor layer in the memory cell formation region is formed. The electric field applied to 202 does not extend.

【0111】次に、図9(a)に示すように、露出した
単結晶シリコン半導体層202の表面に熱酸化を施し
て、膜厚15nm程度のゲート絶縁膜211を形成す
る。次いで、このゲート絶縁膜211の上に膜厚200
nm程度の多結晶シリコン膜をCVD法により形成し、
これに燐を熱拡散させて低抵抗化する。次いで、この多
結晶シリコン膜上に所定のパターンのフォトレジスト
(不図示)を設け、これをマスクとして多結晶シリコン
膜を所定のパターンにエッチングしてゲート電極212
を形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, the surface of the exposed single-crystal silicon semiconductor layer 202 is subjected to thermal oxidation to form a gate insulating film 211 having a thickness of about 15 nm. Next, a film thickness of 200 is formed on the gate insulating film 211.
forming a polycrystalline silicon film of about nm by a CVD method,
The resistance is lowered by thermally diffusing the phosphorus into this. Next, a photoresist (not shown) having a predetermined pattern is provided on the polycrystalline silicon film, and the polycrystalline silicon film is etched into a predetermined pattern using the photoresist as a mask to form a gate electrode 212.
To form

【0112】次に、図9(b)に示すように、メモリセ
ル形成領域と周辺回路形成領域との境界領域及び素子活
性領域233を覆うようにレジストパタ−ン242を形
成する。その後、ゲート電極212、フィールド素子分
離構造231(シールドゲート絶縁膜207、シールド
プレート電極208、キャップ酸化膜209および側壁
絶縁膜210)、シリコン酸化膜205およびレジスト
パターン242をマスクとして、例えば、砒素を注入エ
ネルギー60keV、ドーズ量5×1015cm-2でイオ
ン注入して、熱処理を施し、ゲート電極212の両側の
単結晶シリコン半導体層202の表面にソース・ドレイ
ン拡散層となる一対の不純物拡散層213を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a resist pattern 242 is formed so as to cover the boundary region between the memory cell formation region and the peripheral circuit formation region and the element active region 233. After that, the gate electrode 212, the field element isolation structure 231 (the shield gate insulating film 207, the shield plate electrode 208, the cap oxide film 209, and the side wall insulating film 210), the silicon oxide film 205, and the resist pattern 242 are used as masks, for example, arsenic. A pair of impurity diffusion layers serving as source / drain diffusion layers are formed on the surface of the single crystal silicon semiconductor layer 202 on both sides of the gate electrode 212 by performing ion implantation at an implantation energy of 60 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2. 213 are formed.

【0113】メモリセル形成領域においては、これらの
ゲート絶縁膜211、ゲート電極212、不純物拡散層
213によりDRAMメモリセルキャパシタのアクセス
トランジスタが構成される。
In the memory cell formation region, an access transistor of a DRAM memory cell capacitor is constituted by these gate insulating film 211, gate electrode 212 and impurity diffusion layer 213.

【0114】同様に、周辺回路形成領域においても、ゲ
ート絶縁膜211、ゲート電極212、不純物拡散層2
13により、例えばCMOSインバータの一方のMOS
トランジスタが構成される。そして、周辺回路形成領域
においては、各々の素子活性領域が電気的に独立してい
るため、形成されたMOSトランジスタはいわゆるメサ
型のトランジスタに等しい。
Similarly, also in the peripheral circuit formation region, the gate insulating film 211, the gate electrode 212, the impurity diffusion layer 2
13, for example, one MOS of a CMOS inverter
A transistor is configured. In the peripheral circuit formation region, since each element active region is electrically independent, the formed MOS transistor is equivalent to a so-called mesa transistor.

【0115】続いて、素子活性領域233のみが露出す
るように他の領域をフォトレジスト(図示せず)で覆っ
た後、イオン注入を施す。ここではSOI構造基板2の
単結晶シリコン半導体層202と同じ導電型、すなわ
ち、p型の不純物を高濃度にイオン注入する。そして、
熱処理を施すことによって、素子活性領域233におけ
る単結晶シリコン半導体層202にp型不純物拡散層2
34を形成する。
Subsequently, another region is covered with a photoresist (not shown) so that only the element active region 233 is exposed, and then ion implantation is performed. Here, the same conductivity type as that of the single crystal silicon semiconductor layer 202 of the SOI structure substrate 2, that is, p-type impurities is ion-implanted at a high concentration. And
By performing the heat treatment, the p-type impurity diffusion layer 2 is formed on the single crystal silicon semiconductor layer 202 in the element active region 233.
34 are formed.

【0116】図9(b)の平面図が、図10に示されて
いる。図10において、205はトレンチ型素子分離構
造となるシリコン酸化膜であり、231がフィールドシ
ールド素子分離構造である。また、212がゲート電
極、213がソース・ドレイン拡散層である。そして、
234がp型不純物拡散層である。
FIG. 10 is a plan view of FIG. 9B. In FIG. 10, reference numeral 205 denotes a silicon oxide film having a trench element isolation structure, and 231 denotes a field shield element isolation structure. Reference numeral 212 is a gate electrode, and 213 is a source / drain diffusion layer. And
234 is a p-type impurity diffusion layer.

【0117】図10に示すように、上述した工程により
メモリセル形成領域には複数の素子活性領域232が形
成される。そして、メモリセル形成領域における各々の
素子活性領域232にはアクセストランジスタが形成さ
れることになる。同様に周辺回路形成領域においても複
数の素子活性領域230が形成される。
As shown in FIG. 10, a plurality of element active regions 232 are formed in the memory cell forming region by the above-described steps. Then, an access transistor is formed in each element active region 232 in the memory cell formation region. Similarly, a plurality of element active regions 230 are formed in the peripheral circuit formation region.

【0118】ここで、例えば周辺回路形成領域にCMO
Sインバータを形成する場合には、これらの隣接する素
子活性領域230を予め逆導電型に形成しておき、図9
(b)で示したイオン注入を2回に分けて行い、それぞ
れの素子活性領域230に対して逆導電型となるように
イオン注入を施して不純物拡散層を形成すればよい。
Here, for example, the CMO is
When forming an S inverter, these adjacent element active regions 230 are formed in advance of the reverse conductivity type, and
The impurity diffusion layer may be formed by performing the ion implantation shown in (b) in two steps, and performing ion implantation so that each element active region 230 has the opposite conductivity type.

【0119】その後、例えばメモリセル形成領域におい
て図示せぬメモリキャパシタの下部電極、誘電体膜、上
部電極を形成する。この際、図9(b)に示すメモリセ
ル形成領域における素子活性領域232の左側の不純物
拡散層213に下部電極が接続されるようにする。そし
て、アクセストランジスタ及び下部電極、誘電体膜、上
部電極からなるメモリキャパシタにより一単位のメモリ
セルが構成される。
Thereafter, for example, a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode of a memory capacitor (not shown) are formed in a memory cell formation region. At this time, the lower electrode is connected to the impurity diffusion layer 213 on the left side of the element active region 232 in the memory cell formation region shown in FIG. Then, one unit of memory cell is configured by the access transistor and the memory capacitor including the lower electrode, the dielectric film, and the upper electrode.

【0120】次に、図9(c)に示すように、層間絶縁
膜としてのシリコン酸化膜214をCVD法で全面に堆
積させる。
Next, as shown in FIG. 9C, a silicon oxide film 214 as an interlayer insulating film is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0121】フィールドシールド素子分離構造231の
表面と、周辺回路形成領域における単結晶シリコン半導
体層202及びシリコン酸化膜205の表面がほぼ同一
階層レベルに形成されているため、その上に形成される
シリコン酸化膜214の表面もほぼ同一面に形成され
る。
Since the surface of the field shield element isolation structure 231 and the surfaces of the single crystal silicon semiconductor layer 202 and the silicon oxide film 205 in the peripheral circuit formation region are formed at substantially the same level, the silicon formed thereover is formed. The surface of oxide film 214 is also formed on substantially the same plane.

【0122】そして、不純物拡散層213及びp型不純
物拡散層234に達するコンタクト孔226a,226
bをシリコン酸化膜214に開孔する。そして、A1膜
をスパッタ法で全面に堆積させ、コンタクト孔226
a,226bを充填する。そして、第1の実施形態と同
様にA1膜を微細加工技術で配線のパターンに加工し
て、不純物拡散層213に達するAl配線227a及び
p型不純物拡散層234に達するAl電極227bを形
成する。
Then, contact holes 226a and 226 reaching impurity diffusion layer 213 and p-type impurity diffusion layer 234 are formed.
b is opened in the silicon oxide film 214. Then, an A1 film is deposited on the entire surface by sputtering, and the contact hole 226 is formed.
a, 226b. Then, similarly to the first embodiment, the A1 film is processed into a wiring pattern by a fine processing technique, and an Al wiring 227a reaching the impurity diffusion layer 213 and an Al electrode 227b reaching the p-type impurity diffusion layer 234 are formed.

【0123】図9(c)に示すように、シリコン酸化膜
214の表面が周辺回路領域とメモリセル形成領域にお
いてほぼ同一の階層位置に形成されるため、Al配線2
27aも水平に形成することができる。従って、メモリ
セル形成領域と周辺回路形成領域を跨ぐようにAl配線
227aを形成した場合でも、平坦に形成することがで
きるため、素子分離構造の段差に起因するAl配線22
7aの断線等の問題を抑止することができる。
As shown in FIG. 9C, the surface of the silicon oxide film 214 is formed at substantially the same hierarchical position in the peripheral circuit region and the memory cell forming region.
27a can also be formed horizontally. Therefore, even when the Al wiring 227a is formed so as to straddle the memory cell formation region and the peripheral circuit formation region, the Al wiring 227a can be formed flat.
Problems such as disconnection of 7a can be suppressed.

【0124】また、p型不純物拡散層234に達するA
l電極227bは、第1の実施形態と同様に、メモリセ
ル形成領域における単結晶シリコン半導体層202に所
定電圧を印加する目的で使用される。すなわち、前述し
たようにメモリセル形成領域においてはフィールドシー
ルド素子分離構造231により素子活性領域231,2
32が画定されるため、単結晶シリコン半導体層202
は区画されずにメモリセル形成領域の全域に一体に形成
されている。従って、p型不純物拡散層234に達する
Al電極227bに所定の電圧を印加することによっ
て、メモリセル形成領域における全ての素子活性領域2
32に一定の電界を生じさせることができる。
A reaching the p-type impurity diffusion layer 234
The 1-electrode 227b is used for the purpose of applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 202 in the memory cell formation region, as in the first embodiment. That is, as described above, in the memory cell formation region, the element active regions 231 and 231 are formed by the field shield element isolation structure 231.
32, the single crystal silicon semiconductor layer 202
Are formed integrally over the entire area of the memory cell formation region without being partitioned. Therefore, by applying a predetermined voltage to the Al electrode 227b reaching the p-type impurity diffusion layer 234, all the element active regions 2 in the memory cell formation region
32 can generate a constant electric field.

【0125】これにより、メモリセル形成領域における
トランジスタのしきい値の変動を抑えるとともに、しき
い値を高く保つことが可能である。
Thus, it is possible to suppress a change in the threshold value of the transistor in the memory cell formation region and to keep the threshold value high.

【0126】その後、シリコン酸化膜214の上に、第
2の層間絶縁膜であるシリコン酸化膜216をCVD法
により形成し、Al配線227a及びAl電極227b
を埋設して、第2の実施形態に係る半導体装置を完成さ
せる。
Thereafter, a silicon oxide film 216 as a second interlayer insulating film is formed on the silicon oxide film 214 by the CVD method, and the Al wiring 227a and the Al electrode 227b are formed.
Is embedded to complete the semiconductor device according to the second embodiment.

【0127】第2の実施形態では、図6〜図9で右側に
示した領域が周辺回路領域であり、左側に示した領域が
例えばDRAMのメモリセル領域であるが、これは、素
子分離領域の面積を削減する観点から、トレンチ型素子
分離構造による素子分離領域がフィールドシールド法に
よる素子分離領域よりも周辺回路領域に形成されるCM
OS回路に適しており、フィールドシールド法による素
子分離領域がトレンチ型素子分離構造による素子分離領
域よりもメモリセル領域に適しているからである。
In the second embodiment, the region shown on the right side in FIGS. 6 to 9 is a peripheral circuit region, and the region shown on the left side is a memory cell region of a DRAM, for example. From the viewpoint of reducing the area of the CM, the device isolation region formed by the trench type device isolation structure is formed in the peripheral circuit region more than the device isolation region formed by the field shield method.
This is because it is suitable for the OS circuit, and the element isolation region by the field shield method is more suitable for the memory cell region than the element isolation region by the trench type element isolation structure.

【0128】そして、メモリセル形成領域においては、
SOI構造基板2の単結晶シリコン半導体層202に所
定の電圧を印加することにより、メモリセル形成領域の
複数の素子活性領域232の全域に渡って基板バイアス
を印加することができる。
Then, in the memory cell formation region,
By applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 202 of the SOI structure substrate 2, a substrate bias can be applied to the entire region of the plurality of element active regions 232 in the memory cell formation region.

【0129】より具体的には、p型不純物拡散層234
に達するAl電極227bに例えば−2.0Vの基板電
位(基板バイアス)を印加することにより、p型不純物
拡散層234を通じてメモリセル形成領域の全域の単結
晶シリコン半導体層202に、一斉に基板バイアスを印
加することが可能である。
More specifically, p-type impurity diffusion layer 234
By applying a substrate potential (substrate bias) of, for example, −2.0 V to the Al electrode 227 b reaching the substrate electrode, the substrate bias is simultaneously applied to the single crystal silicon semiconductor layer 202 over the entire memory cell formation region through the p-type impurity diffusion layer 234. Can be applied.

【0130】しかも、この基板バイアスは、周辺回路形
成領域における電気的に独立した素子活性領域230に
は及ぶことはない。従って、トリプルウェル構造を形成
しなくても、周辺回路形成領域のMOSトランジスタの
しきい値に悪影響を与えない構造とすることが可能であ
る。これにより、周辺回路形成領域におけるMOSトラ
ンジスタのしきい値が基板バイアス効果によって高くな
ることを防止することができる。従って、周辺回路形成
領域におけるMOSトランジスタの駆動電流を良好に保
ち、高速動作を可能にした状態で、メモリセル形成領域
に確実に基板バイアスを印加することが可能である。
Further, the substrate bias does not reach the electrically independent element active region 230 in the peripheral circuit formation region. Therefore, it is possible to provide a structure that does not adversely affect the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region without forming the triple well structure. Thus, it is possible to prevent the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region from being increased by the substrate bias effect. Therefore, it is possible to reliably apply a substrate bias to the memory cell formation region while maintaining a good drive current of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region and enabling high-speed operation.

【0131】また、第2の実施形態の半導体装置は、S
OI構造基板2の表面の高さが互いに異なる2つの領域
を有している。従って、SOI構造基板2の表面が低い
方の領域に高さが高い素子を配置しても、SOI構造基
板2の全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差
を低減させることができる。
Further, the semiconductor device of the second embodiment is
The OI structure substrate 2 has two regions with different surface heights. Therefore, even if an element having a high height is arranged in a region where the surface of the SOI structure substrate 2 is lower, a step on the surface of the interlayer insulating film on the element can be reduced in the entire region of the SOI structure substrate 2.

【0132】そして、第2の実施形態によれば、トレン
チ型素子分離構造で素子分離領域を形成する第1の領域
とフィールドシールド法で素子分離領域を形成する第2
の領域とを覆う層間絶縁膜の表面の段差を少なくするこ
とができるので、半導体基板上に配線を容易に形成する
ことができて信頼性の高い半導体装置を製造することが
できる。
According to the second embodiment, the first region where the element isolation region is formed by the trench type element isolation structure and the second region where the element isolation region is formed by the field shield method.
Since the step on the surface of the interlayer insulating film covering the region can be reduced, wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【0133】また、第1の領域がCMOS回路に適して
おり、第2の領域が優れた素子分離能力を有しているの
で、集積度の高いメモリセル領域とCMOS構成の周辺
回路領域とを有することができるとともに、半導体基板
上に配線を容易に形成することができて信頼性が高い。
Further, since the first region is suitable for a CMOS circuit and the second region has excellent element isolation capability, a memory cell region having a high degree of integration and a peripheral circuit region having a CMOS structure are required. In addition, the wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and the reliability is high.

【0134】また、半導体基板の表面が低い方の領域に
高さが高い素子を配置することによって、半導体基板の
全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差を低減
させることができるので、この層間絶縁膜上に配線を容
易に形成することができて信頼性を高めることができ
る。
By arranging a device having a high height in a region where the surface of the semiconductor substrate is lower, a step on the surface of the interlayer insulating film on the device can be reduced in the entire region of the semiconductor substrate. Wiring can be easily formed on the interlayer insulating film, and reliability can be improved.

【0135】以上の製造工程により、フィールドシール
ド素子分離構造を形成する領域が、埋め込み絶縁膜素子
分離のシリコン酸化膜を形成する領域より、低い位置に
形成できるので、半導体装置製造工程における平坦化に
寄与することが大である。
According to the above manufacturing steps, the region for forming the field shield element isolation structure can be formed at a lower position than the region for forming the silicon oxide film for the buried insulating film element isolation. It is important to contribute.

【0136】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態を、図11〜図14及び図15に基づいて説明
する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0137】図11〜図14は、本発明の第3の実施形
態である半導体装置の製造方法の製造工程を示す。図1
5は図14(b)の平面図であり、図15のA−A’の
横断面図が図14(b)に対応する。これらの図におい
て、右側に示した領域が周辺回路形成領域であり、左側
に示した領域がメモリ形成領域である。更に、右側の領
域及び左側の領域において素子分離構造によって囲まれ
た領域が素子活性領域である。
FIGS. 11 to 14 show manufacturing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a plan view of FIG. 14B, and a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 15 corresponds to FIG. In these figures, the area shown on the right side is a peripheral circuit formation area, and the area shown on the left side is a memory formation area. Further, a region surrounded by the device isolation structure in the right region and the left region is a device active region.

【0138】メモリセル形成領域には、例えば複数のD
RAMメモリキャパシタが形成され、周辺回路形成領域
には、CMOSインバータが形成されるが、以下の図1
1〜図14の横断面図においてはメモリセル形成領域に
おいては1つのDRAMメモリキャパシタのアクセスト
ランジスタのみを示し、周辺回路形成領域においてはC
MOSインバータの一方のMOSトランジスタのみを示
す。
For example, a plurality of D
A RAM memory capacitor is formed, and a CMOS inverter is formed in a peripheral circuit formation region.
1 to 14 show only one DRAM memory capacitor access transistor in the memory cell formation region, and C in the peripheral circuit formation region.
Only one MOS transistor of the MOS inverter is shown.

【0139】第3の実施形態では、先ず、図11(a)
に示すように、単結晶シリコン半導体基板部500の表
面に熱酸化処理を施して埋め込み酸化膜501を30n
m程度の膜厚に形成し、この埋め込み酸化膜501の上
に単結晶シリコン半導体基板を貼り合わせ、この単結晶
半導体基板の全面を研磨又はエッチングし、所定の膜厚
に調整して単結晶シリコン半導体層502を形成する。
In the third embodiment, first, FIG.
As shown in FIG. 5, the surface of the single crystal silicon semiconductor substrate portion 500 is subjected to a thermal oxidation treatment to reduce the buried oxide film 501 by 30 n.
m, a single-crystal silicon semiconductor substrate is bonded to the buried oxide film 501, and the entire surface of the single-crystal semiconductor substrate is polished or etched to adjust the thickness to a predetermined value. A semiconductor layer 502 is formed.

【0140】その後、単結晶シリコン半導体層502
に、注入エネルギー60kev程度、ドーズ量1×10
cm-12 程度の条件でホウ素をイオン注入する。これに
より単結晶シリコン半導体層502をp型の半導体層と
して、図11(a)に示すSOI構造基板5が完成す
る。
After that, the single crystal silicon semiconductor layer 502
And an implantation energy of about 60 keV and a dose of 1 × 10
Boron is ion-implanted under the condition of about cm -12 . Thus, the SOI structure substrate 5 shown in FIG. 11A is completed using the single crystal silicon semiconductor layer 502 as a p-type semiconductor layer.

【0141】次に、図11(b)に示すように、単結晶
シリコン半導体層502の表面に熱酸化を施して、膜厚
40nm程度のシリコン酸化膜503を形成する。次い
で、その上にCVD法によりシリコン窒化膜517を1
50nm程度形成する。次いで不図示のパターンニング
されたフォトレジストをマスクとして、周辺回路形成領
域の素子活性化領域以外の前記シリコン酸化膜503と
シリコン窒化膜517をエッチング除去する。勿論、こ
の時、メモリセル形成領域の前記シリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜は全てエッチング除去される。
Next, as shown in FIG. 11B, the surface of the single-crystal silicon semiconductor layer 502 is subjected to thermal oxidation to form a silicon oxide film 503 having a thickness of about 40 nm. Next, a silicon nitride film 517 is formed thereon by CVD method.
It is formed to a thickness of about 50 nm. Next, using the patterned photoresist (not shown) as a mask, the silicon oxide film 503 and the silicon nitride film 517 other than the element activation region in the peripheral circuit formation region are removed by etching. Of course, at this time, the silicon oxide film and the silicon nitride film in the memory cell formation region are all removed by etching.

【0142】次に、図11(c)に示すように、前記シ
リコン酸化膜503とシリコン窒化膜517をマスクと
して、単結晶シリコン半導体層502を400nm程度
エッチング除去して、単結晶シリコン半導体層502内
に溝部B及び凹部Cを形成する。ここで、溝部Bは、周
辺回路形成領域内の素子活性領域の囲りに形成され、後
工程で素子分離領域となる。又、凹部Cは、後工程で、
メモリセル形成領域となる。又、溝部Bは、メモリセル
形成領域と周辺回路形成領域の境界においては、図から
も明らかなように、凹部Cに連続して繋がっている。
Next, as shown in FIG. 11C, using the silicon oxide film 503 and the silicon nitride film 517 as a mask, the single crystal silicon semiconductor layer 502 is etched and removed by about 400 nm to form the single crystal silicon semiconductor layer 502. A groove B and a recess C are formed therein. Here, the groove B is formed around the element active region in the peripheral circuit formation region, and will be an element isolation region in a later step. In addition, the concave portion C is formed in a later step.
It becomes a memory cell formation region. Further, the groove portion B is continuously connected to the concave portion C at the boundary between the memory cell forming region and the peripheral circuit forming region, as is clear from the drawing.

【0143】次に、溝部Bのみが露出するようにフォト
レジスト(図示せず)で覆った後、異方性エッチングを
行い、溝部Bを埋め込み酸化膜501まで到達させる。
その後、フォトレジストを除去する。
Next, after covering with a photoresist (not shown) so that only the groove B is exposed, anisotropic etching is performed so that the groove B reaches the buried oxide film 501.
After that, the photoresist is removed.

【0144】次に、図11(d)に示すように、露出し
た単結晶シリコン半導体層502に熱酸化を施して、膜
厚20nm程度の熱酸化膜であるシリコン酸化膜504
を形成する。
Next, as shown in FIG. 11D, the exposed single crystal silicon semiconductor layer 502 is subjected to thermal oxidation to form a silicon oxide film 504 as a thermal oxide film having a thickness of about 20 nm.
To form

【0145】次に、図12(a)に示すように、単結晶
シリコン半導体層502上の全面にCVD法によりシリ
コン酸化膜505を膜厚600nm程度に形成する。
Next, as shown in FIG. 12A, a silicon oxide film 505 is formed to a thickness of about 600 nm on the entire surface of the single crystal silicon semiconductor layer 502 by a CVD method.

【0146】これにより、溝部Bにシリコン酸化膜50
5が充填され、シリコン酸化膜505と埋め込み酸化膜
501が一体の絶縁膜となる。
Thus, the silicon oxide film 50 is formed in the groove B.
5, the silicon oxide film 505 and the buried oxide film 501 become an integral insulating film.

【0147】次に、図12(b)に示すように、化学機
械研磨法(CMP法)により前記シリコン窒化膜517
が露出するまでシリコン酸化膜505を研磨して除去す
る。
Next, as shown in FIG. 12B, the silicon nitride film 517 is formed by chemical mechanical polishing (CMP).
The silicon oxide film 505 is polished and removed until is exposed.

【0148】次に、図12(c)に示すように、周辺回
路形成領域をフォトレジスト膜506で覆い、ウエット
エッチングを施す。このウエットエッチングは、弗化水
素酸を用い、メモリセル形成領域の単結晶シリコン半導
体層502が露出するまで行われる。そして、シリコン
酸化膜505は、メモリセル形成領域と周辺回路形成領
域の境界においては、図12(c)に示すように、順テ
ーパ状にエッチングされる。次いで、前記フォトレジス
ト膜506を除去し、熱燐酸を用いてシリコン窒化膜5
17をエッチング除去し、次いで弗化水素酸を用いてシ
リコン酸化膜503をエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 12C, the peripheral circuit forming region is covered with a photoresist film 506, and wet etching is performed. This wet etching is performed using hydrofluoric acid until the single crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell formation region is exposed. Then, the silicon oxide film 505 is etched in a forward tapered shape at the boundary between the memory cell formation region and the peripheral circuit formation region, as shown in FIG. Next, the photoresist film 506 is removed, and the silicon nitride film 5 is formed using hot phosphoric acid.
Then, the silicon oxide film 503 is etched away using hydrofluoric acid.

【0149】これにより、図12(d)に示すように、
シリコン酸化膜505から成るトレンチ型素子分離構造
が形成される。そして、周辺回路形成領域においてはシ
リコン酸化膜505と埋め込み酸化膜501とが連接さ
れ、周囲の単結晶シリコン半導体層502から絶縁され
て電気的に独立する島状の素子活性領域530が完す
る。なお、SOI基板5の洗浄工程により、シリコン酸
化膜505の角部542が丸められる。
As a result, as shown in FIG.
A trench-type element isolation structure composed of the silicon oxide film 505 is formed. Then, in the peripheral circuit formation region, the silicon oxide film 505 and the buried oxide film 501 are connected, and the island-shaped element active region 530 which is insulated from the surrounding single crystal silicon semiconductor layer 502 and electrically independent is completed. Note that the corner portion 542 of the silicon oxide film 505 is rounded by the cleaning process of the SOI substrate 5.

【0150】ここで、上述した貼り合わせ法によりSO
I構造基板5を形成する代わりに、通常のシリコン半導
体基板を用いて、上述した図12(d)までの工程を行
った後に、例えば、特開平7−201773号公報に開
示されているように、いわゆるSIMOXにより酸素イ
オンを注入し、シリコン酸化膜505と連接するように
埋め込み酸化膜を形成して、図12(d)に示す構造と
実質的に同一の構造を形成してもよい。
Here, SO 2 is obtained by the above-mentioned bonding method.
Instead of forming the I-structure substrate 5, after performing the above-described steps up to FIG. 12D using a normal silicon semiconductor substrate, for example, as disclosed in JP-A-7-201773. Alternatively, oxygen ions may be implanted by so-called SIMOX to form a buried oxide film so as to be connected to the silicon oxide film 505 to form a structure substantially the same as the structure shown in FIG.

【0151】次に、図12(e)に示すように、単結晶
シリコン半導体層502の表面を熱酸化して膜厚40n
m程度のシールドゲート絶縁膜507を形成する。この
時、周辺回路形成領域の露出表面にも前記絶縁膜507
が形成される。
Next, as shown in FIG. 12E, the surface of the single crystal silicon semiconductor layer 502 is thermally oxidized to a thickness of 40 nm.
An about m shield gate insulating film 507 is formed. At this time, the insulating film 507 is also formed on the exposed surface of the peripheral circuit formation region.
Is formed.

【0152】次に、図13(a)に示すように、CVD
法により膜厚100nm程度の多結晶シリコン膜508
(後にシールドプレート電極となる)を形成し、燐を熱
拡散させて、この多結晶シリコン膜508を低抵抗化さ
せる。次いでその上に、膜厚が300nm程度のシリコ
ン酸化膜509をCVD法で全面に形成する(これが後
に、シールドプレート電極のキャップ絶縁膜となる)。
Next, as shown in FIG.
Polycrystalline silicon film 508 having a thickness of about 100 nm
Then, phosphorus is thermally diffused to lower the resistance of the polycrystalline silicon film 508. Next, a silicon oxide film 509 having a thickness of about 300 nm is formed on the entire surface by the CVD method (this will later become a cap insulating film of the shield plate electrode).

【0153】次に、図13(b)に示すように、不図示
のパターンニングされたフォトレジスト膜をマスクとし
て、前記シリコン酸化膜509と多結晶シリコン膜50
8を選択的にエッチング除去することにより、シールド
プレート電極508とキャップ絶縁膜509を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 13B, using the patterned photoresist film (not shown) as a mask, the silicon oxide film 509 and the polycrystalline silicon film 50 are formed.
8 is selectively etched away to form a shield plate electrode 508 and a cap insulating film 509.

【0154】次に、図13(c)に示すように、膜厚が
200nm程度のシリコン酸化膜510をCVD法で全
面に堆積させ、該シリコン酸化膜510を異方性エッチ
ングでエッチバックすることにより、フィールドシール
ド電極508とキャップ絶縁膜509の側面に、該シリ
コン酸化膜からなる側壁絶縁膜510を形成する。この
時、周辺回路形成領域及びメモリセル形成領域の両者の
素子活性領域からは、シールド・ゲート絶縁膜507が
除去される。以上の工程によりフィールドシールド素子
分離構造531(シールドゲート絶縁膜507、シール
ドゲート電極508、キャップ酸化膜509および側壁
絶縁膜510より成る)が、メモリセル形成領域に形成
される。
Next, as shown in FIG. 13C, a silicon oxide film 510 having a thickness of about 200 nm is deposited on the entire surface by the CVD method, and the silicon oxide film 510 is etched back by anisotropic etching. As a result, a sidewall insulating film 510 made of the silicon oxide film is formed on the side surfaces of the field shield electrode 508 and the cap insulating film 509. At this time, the shield / gate insulating film 507 is removed from the element active regions in both the peripheral circuit formation region and the memory cell formation region. Through the above steps, a field shield element isolation structure 531 (consisting of the shield gate insulating film 507, the shield gate electrode 508, the cap oxide film 509, and the sidewall insulating film 510) is formed in the memory cell formation region.

【0155】ここで、単結晶シリコン半導体層502に
あらかじめ形成しておいた凹部Cにより、フィールドシ
ールド素子分離構造531の表面と、周辺回路形成領域
における単結晶シリコン半導体層502及びシリコン酸
化膜505の表面は、ほぼ同一階層レベルに形成される
ことになる。
Here, the surface of the field shield element isolation structure 531 and the single crystal silicon semiconductor layer 502 and the silicon oxide film 505 in the peripheral circuit formation region are formed by the concave portions C formed in the single crystal silicon semiconductor layer 502 in advance. The surfaces will be formed at approximately the same hierarchical level.

【0156】フィールドシールド素子分離構造531の
シールドプレート電極508を所定電位にすることで、
下層の単結晶シリコン半導体層502の電位を固定して
素子分離をすることができる。これによりメモリセル形
成領域において素子活性領域532,533が確定され
る。このように、メモリセル形成領域においてはフィー
ルドシールド素子分離構造531によって素子活性領域
532,533を画定するため、メモリセル形成領域に
おける単結晶シリコン半導体層502が分断されること
なく素子分離が成されることになる。
By setting the shield plate electrode 508 of the field shield element isolation structure 531 to a predetermined potential,
The element can be separated by fixing the potential of the lower single-crystal silicon semiconductor layer 502. Thus, element active regions 532 and 533 are determined in the memory cell formation region. As described above, in the memory cell forming region, the element active regions 532 and 533 are defined by the field shield element separating structure 531, so that the element isolation is performed without dividing the single crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell forming region. Will be.

【0157】従って、メモリセル形性領域における単結
晶シリコン半導体層502に所定の電圧を印加した場合
には、メモリセル形性領域の単結晶シリコン半導体層5
02の全域にその電界が形成されることになる。
Therefore, when a predetermined voltage is applied to single crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell type region, single crystal silicon semiconductor layer 5 in the memory cell type region
02, the electric field is formed in the entire region.

【0158】一方、周辺回路形成領域においては、素子
活性領域530の側面から底面にかけての領域がシリコ
ン酸化膜505及び埋め込み酸化膜501によって覆わ
れているため、メモリセル形成領域の単結晶シリコン半
導体層502に印加された電界が及ぶことはない。
On the other hand, in the peripheral circuit formation region, since the region from the side surface to the bottom surface of element active region 530 is covered by silicon oxide film 505 and buried oxide film 501, the single crystal silicon semiconductor layer in the memory cell formation region The electric field applied to 502 does not extend.

【0159】次に、図14(a)に示すように、露出し
た単結晶シリコン半導体層502の表面に熱酸化を施し
て、膜厚15nm程度のゲート絶縁膜511を形成す
る。次いで、このゲート絶縁膜511の上に膜厚200
nm程度の多結晶シリコン膜をCVD法により形成し、
これに燐を熱拡散させて低抵抗化する。次いで、この多
結晶シリコン膜上に所定のパターンのフォトレジストを
設け、これをマスクとして多結晶シリコン膜を所定のパ
ターンにエッチングして、ゲート電極512を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 14A, the surface of the exposed single crystal silicon semiconductor layer 502 is subjected to thermal oxidation to form a gate insulating film 511 having a thickness of about 15 nm. Next, on this gate insulating film 511, a film thickness of 200
forming a polycrystalline silicon film of about nm by a CVD method,
The resistance is lowered by thermally diffusing the phosphorus into this. Next, a photoresist having a predetermined pattern is provided on the polycrystalline silicon film, and the polycrystalline silicon film is etched into a predetermined pattern using the photoresist as a mask to form a gate electrode 512.

【0160】次に、図14(b)に示すように、素子活
性領域533を覆うようなレジストパタ−ン540を形
成後、ゲート電極512、フィールド素子分離構造(シ
ールドゲート絶縁膜507、シールドプレート電極50
8、キャップ酸化膜509および側壁絶縁膜510)お
よびシリコン酸化膜505及び素子活性領域533上の
レジストパタ−ン540をマスクとして、例えば、砒素
を注入エネルギー60keV、ドーズ量5×1015cm
-2でイオン注入して、熱処理を施してゲート電極512
の両側にソース・ドレイン拡散層となる不純物拡散層5
13を形成する。
Next, as shown in FIG. 14B, after forming a resist pattern 540 covering the element active region 533, the gate electrode 512, the field element isolation structure (shield gate insulating film 507, shield plate electrode 50
8, the cap oxide film 509 and the side wall insulating film 510), the silicon oxide film 505 and the resist pattern 540 on the element active region 533 are used as a mask, for example, arsenic is implanted at an energy of 60 keV and a dose is 5 × 10 15 cm.
-2 ion implantation, heat treatment, and gate electrode 512
Impurity diffusion layers 5 serving as source / drain diffusion layers on both sides of
13 is formed.

【0161】図14(c)に示すように、メモリセル形
成領域においては、これらのゲート絶縁膜511、ゲー
ト電極512、不純物拡散層513によりDRAMメモ
リキャパシタのアクセストランジスタが構成される。
As shown in FIG. 14C, in a memory cell forming region, an access transistor of a DRAM memory capacitor is constituted by these gate insulating film 511, gate electrode 512 and impurity diffusion layer 513.

【0162】同様に、周辺回路形成領域においても、ゲ
ート絶縁膜511、ゲート電極512、不純物拡散層5
13により、例えばCMOSインバータの一方のMOS
トランジスタが構成される。そして、周辺回路形成領域
においては、各々の素子活性領域が電気的に独立してい
るため、形成されたMOSトランジスタはいわゆるメサ
型のトランジスタに等しい。
Similarly, also in the peripheral circuit forming region, the gate insulating film 511, the gate electrode 512, the impurity diffusion layer 5
13, for example, one MOS of a CMOS inverter
A transistor is configured. In the peripheral circuit formation region, since each element active region is electrically independent, the formed MOS transistor is equivalent to a so-called mesa transistor.

【0163】続いて、素子活性領域533のみが露出す
るように他の領域をフォトレジスト(図示せず)で覆っ
た後、イオン注入を施す。ここではSOI構造基板5の
単結晶シリコン半導体層502と同じ導電型、すなわ
ち、p型の不純物を高濃度にイオン注入する。そして、
熱処理を施すことによって、素子活性領域533におけ
る単結晶シリコン半導体層502にp型不純物拡散層5
34を形成する。
Subsequently, after the other region is covered with a photoresist (not shown) so that only the element active region 533 is exposed, ion implantation is performed. Here, the same conductivity type as that of the single crystal silicon semiconductor layer 502 of the SOI structure substrate 5, that is, p-type impurities is ion-implanted at a high concentration. And
By performing the heat treatment, the p-type impurity diffusion layer 5 is added to the single crystal silicon semiconductor layer 502 in the element active region 533.
34 are formed.

【0164】図14(b)の平面図が、図15に示され
ている。この図15において、505はトレンチ型素子
分離構造となるシリコン酸化膜であり、531がフィー
ルドシールド素子分離構造である。また、512がゲー
ト電極、513が不純物拡散層、534がp型不純物拡
散層である。
FIG. 15 is a plan view of FIG. In FIG. 15, reference numeral 505 denotes a silicon oxide film having a trench-type element isolation structure, and reference numeral 531 denotes a field shield element isolation structure. Further, 512 is a gate electrode, 513 is an impurity diffusion layer, and 534 is a p-type impurity diffusion layer.

【0165】図15に示すように、上述した工程により
メモリセル形成領域には複数の素子活性領域532が形
成される。そして、メモリセル形成領域における各々の
素子活性領域532にはアクセストランジスタが形成さ
れることになる。同様に周辺回路形成領域においても複
数の素子活性領域530が形成される。
As shown in FIG. 15, a plurality of element active regions 532 are formed in the memory cell formation region by the above-described steps. Then, an access transistor is formed in each element active region 532 in the memory cell formation region. Similarly, a plurality of element active regions 530 are formed in the peripheral circuit formation region.

【0166】ここで、例えば周辺回路形成領域にCMO
Sインバータを形成する場合には、これらの隣接する素
子活性領域530を予め逆導電型に形成しておき、図1
4(b)で示したイオン注入の工程において、それぞれ
の素子活性領域530に対して逆導電型となるようにイ
オン注入を2回施して不純物拡散層を形成すればよい。
Here, for example, the CMO is
In the case of forming an S inverter, these adjacent element active regions 530 are previously formed to have a reverse conductivity type, and
In the step of ion implantation shown in FIG. 4B, the impurity diffusion layer may be formed by performing ion implantation twice so that each element active region 530 has the opposite conductivity type.

【0167】その後、例えばメモリセル形成領域におい
て図示せぬメモリキャパシタの下部電極、誘電体膜、上
部電極を形成する。この際、図14(b)に示すメモリ
セル形成領域における素子活性領域532の左側の不純
物拡散層513に下部電極が接続されるようにする。そ
して、アクセストランジスタ及び下部電極、誘電体膜、
上部電極からなるメモリキャパシタにより一単位のメモ
リセルが構成される。
Thereafter, for example, a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode of a memory capacitor (not shown) are formed in a memory cell formation region. At this time, the lower electrode is connected to the impurity diffusion layer 513 on the left side of the element active region 532 in the memory cell formation region shown in FIG. And an access transistor and a lower electrode, a dielectric film,
One unit of memory cell is constituted by the memory capacitor including the upper electrode.

【0168】次に、図14(c)に示すように、層間絶
縁膜としてのシリコン酸化膜514をCVD法で全面に
堆積させる。
Next, as shown in FIG. 14C, a silicon oxide film 514 as an interlayer insulating film is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0169】フィールドシールド素子分離構造531の
表面と、周辺回路形成領域における単結晶シリコン半導
体層502及びシリコン酸化膜505の表面がほぼ同一
階層レベルに形成されているため、その上に形成される
シリコン酸化膜514の表面もほぼ同一面に形成され
る。
Since the surface of the field shield element isolation structure 531 and the surfaces of the single crystal silicon semiconductor layer 502 and the silicon oxide film 505 in the peripheral circuit forming region are formed at substantially the same hierarchical level, the silicon formed thereover is formed. The surface of oxide film 514 is also formed on substantially the same plane.

【0170】そして、不純物拡散層513及びp型不純
物拡散層534に達するコンタクト孔526a,526
bをシリコン酸化膜514に開孔する。そして、A1膜
をスパッタ法で全面に堆積させ、コンタクト孔526
a,526bを充填する。そして、第1の実施形態と同
様にA1膜を微細加工技術で配線のパターンに加工し
て、不純物拡散層513に達するAl配線527a及び
p型不純物拡散層534に達するAl電極527bを形
成する。
Then, contact holes 526a, 526 reaching impurity diffusion layer 513 and p-type impurity diffusion layer 534 are formed.
b is opened in the silicon oxide film 514. Then, an A1 film is deposited on the entire surface by sputtering, and the contact hole 526 is formed.
a, 526b. Then, similarly to the first embodiment, the A1 film is processed into a wiring pattern by a fine processing technique, and an Al wiring 527a reaching the impurity diffusion layer 513 and an Al electrode 527b reaching the p-type impurity diffusion layer 534 are formed.

【0171】図14(c)に示すように、シリコン酸化
膜514の表面が周辺回路領域とメモリセル形成領域に
おいてほぼ同一の階層位置に形成されるため、Al配線
527aも水平に形成することができる。これにより、
メモリセル形成領域と周辺回路形成領域を跨ぐようにA
l配線527aを形成した場合でも、平坦面上に形成す
ることができるため、段差に起因するAl配線527a
の断線等の問題を抑止することができる。
As shown in FIG. 14C, since the surface of silicon oxide film 514 is formed at substantially the same hierarchical position in the peripheral circuit region and the memory cell forming region, Al wiring 527a may also be formed horizontally. it can. This allows
A across the memory cell formation area and the peripheral circuit formation area
Even when the l wiring 527a is formed, it can be formed on a flat surface, so that the Al wiring 527a
Problems such as disconnection can be suppressed.

【0172】また、p型不純物拡散層534に達するA
l電極527bは、第1の実施形態と同様に、メモリセ
ル形成領域における単結晶シリコン半導体層502に所
定電圧を印加する目的で使用される。すなわち、前述し
たようにメモリセル形成領域においてはフィールドシー
ルド素子分離構造531により素子活性領域531,5
32が画定されるため、単結晶シリコン半導体層502
は区画されずにメモリセル形成領域の全域に一体に形成
されている。従って、p型不純物拡散層534に達する
Al電極527bに所定の電圧を印加することによっ
て、メモリセル形成領域における全ての素子活性領域5
32に一定の電界を生じさせることができる。
Further, A reaches p-type impurity diffusion layer 534.
The 1-electrode 527b is used for the purpose of applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell formation region, as in the first embodiment. That is, as described above, in the memory cell forming region, the element active regions 531 and 5
32 are defined, the single crystal silicon semiconductor layer 502
Are formed integrally over the entire area of the memory cell formation region without being partitioned. Therefore, by applying a predetermined voltage to the Al electrode 527b reaching the p-type impurity diffusion layer 534, all the element active regions 5 in the memory cell formation region
32 can generate a constant electric field.

【0173】これにより、メモリセル形成領域における
トランジスタのしきい値を一定に保つことが可能とな
り、またリーク特性を向上させた半導体装置を形成する
ことが可能である。
Thus, the threshold value of the transistor in the memory cell formation region can be kept constant, and a semiconductor device with improved leakage characteristics can be formed.

【0174】その後、シリコン酸化膜514の上に、第
2の層間絶縁膜であるシリコン酸化膜516をCVD法
により形成し、Al配線527a及びAl電極527b
を埋設して、第4の実施形態に係る半導体装置を完成さ
せる。
Thereafter, a silicon oxide film 516 as a second interlayer insulating film is formed on the silicon oxide film 514 by the CVD method, and the Al wiring 527a and the Al electrode 527b are formed.
Is embedded to complete the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【0175】第3の実施形態では、図11〜図14で右
側に示した領域が周辺回路領域であり、左側に示した領
域が例えばDRAMのメモリセル領域であるが、これ
は、素子分離領域の面積を削減する観点から、トレンチ
型素子分離構造による素子分離領域がフィールドシール
ド法による素子分離領域よりも周辺回路領域に形成され
るCMOS回路に適しており、フィールドシールド法に
よる素子分離領域がトレンチ型素子分離構造による素子
分離領域よりもメモリセル領域に適しているからであ
る。
In the third embodiment, the region shown on the right side in FIGS. 11 to 14 is a peripheral circuit region, and the region shown on the left side is a memory cell region of a DRAM, for example. From the viewpoint of reducing the area of the device, the device isolation region formed by the trench-type device isolation structure is more suitable for a CMOS circuit formed in the peripheral circuit region than the device isolation region formed by the field shield method. This is because it is more suitable for the memory cell region than the element isolation region by the pattern element isolation structure.

【0176】そして、メモリセル形成領域においては、
SOI構造基板5の単結晶シリコン半導体層502に所
定の電圧を印加することにより、メモリセル形成領域の
複数の素子活性領域532の全域に渡って基板バイアス
を印加することができる。
Then, in the memory cell formation region,
By applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 502 of the SOI structure substrate 5, a substrate bias can be applied to the entire region of the plurality of element active regions 532 in the memory cell formation region.

【0177】より具体的には、p型不純物拡散層534
に達するAl電極527bに例えば−2.0Vの基板電
位(基板バイアス)を印加することにより、p型不純物
拡散層534を通じてメモリセル形成領域の全域の単結
晶シリコン半導体層502に、一斉に基板バイアスを印
加することが可能である。
More specifically, p-type impurity diffusion layer 534
By applying a substrate potential (substrate bias) of, for example, −2.0 V to the Al electrode 527 b reaching the substrate electrode, the substrate bias is simultaneously applied to the single crystal silicon semiconductor layer 502 over the entire memory cell formation region through the p-type impurity diffusion layer 534. Can be applied.

【0178】しかも、この基板バイアスは、周辺回路形
成領域における電気的に独立した素子活性領域530に
は及ぶことはない。従って、トリプルウェル構造を形成
しなくても、周辺回路形成領域のMOSトランジスタの
しきい値に悪影響を与えない構造とすることが可能であ
る。これにより、周辺回路形成領域におけるMOSトラ
ンジスタのしきい値が基板バイアス効果によって高くな
ることを防止することができる。従って、周辺回路形成
領域におけるMOSトランジスタの駆動電流を良好に保
ち、高速動作を可能にした状態で、メモリセル形成領域
に確実に基板バイアスを印加することが可能である。
Moreover, the substrate bias does not reach the electrically independent element active region 530 in the peripheral circuit formation region. Therefore, it is possible to provide a structure that does not adversely affect the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region without forming the triple well structure. Thus, it is possible to prevent the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region from being increased by the substrate bias effect. Therefore, it is possible to reliably apply a substrate bias to the memory cell formation region while maintaining a good drive current of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region and enabling high-speed operation.

【0179】また、第3の実施形態の半導体装置は、S
OI構造基板5の表面の高さが互いに異なる2つの領域
を有している。従って、SOI構造基板5の表面が低い
方の領域に高さが高い素子を配置しても、SOI構造基
板5の全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差
を低減させることができる。
Further, the semiconductor device of the third embodiment is
The OI structure substrate 5 has two regions having different surface heights. Therefore, even if an element having a high height is arranged in a region where the surface of the SOI structure substrate 5 is lower, the step on the surface of the interlayer insulating film on the element can be reduced in the entire region of the SOI structure substrate 5.

【0180】そして、第3の実施形態によれば、トレン
チ型素子分離構造で素子分離領域を形成する第1の領域
とフィールドシールド法で素子分離領域を形成する第2
の領域とを覆う層間絶縁膜の表面の段差を少なくするこ
とができるので、半導体基板上に配線を容易に形成する
ことがてきて信頼性の高い半導体装置を製造することが
できる。
According to the third embodiment, the first region in which the element isolation region is formed by the trench type element isolation structure and the second region in which the element isolation region is formed by the field shield method.
Since the steps on the surface of the interlayer insulating film covering the region can be reduced, wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【0181】また、第1の領域がCMOS回路に適して
おり、第2の領域が優れた素子分離能力を有しているの
で、集積度の高いメモリセル領域とCMOS構成の周辺
回路領域とを有することができるとともに、半導体基板
上に配線を容易に形成することができて信頼性が高い。
Further, since the first region is suitable for a CMOS circuit and the second region has an excellent element isolation capability, a memory cell region having a high degree of integration and a peripheral circuit region having a CMOS structure are required. In addition, the wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and the reliability is high.

【0182】また、半導体基板の表面が低い方の領域に
高さが高い素子を配置することによって、半導体基板の
全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差を低減
させることができるので、この層間絶縁膜上に配線を容
易に形成することができて信頼性を高めることができ
る。
Further, by arranging a device having a higher height in a region where the surface of the semiconductor substrate is lower, a step on the surface of the interlayer insulating film on the device can be reduced in the entire region of the semiconductor substrate. Wiring can be easily formed on the interlayer insulating film, and reliability can be improved.

【0183】以上の製造工程により、フィールドシール
ド素子分離構造を形成する領域が、埋め込み絶縁膜素子
分離のシリコン酸化膜を形成する領域より、低い位置に
形成されるので、半導体装置製造工程における平坦化に
寄与することが大である。更に、メモリ形成領域と周辺
回路形成領域の境界における埋め込み絶縁膜とするシリ
コン酸化膜505が順テーパ形状となるので、一層前記
平均化に寄与するものである。
According to the above manufacturing steps, the region for forming the field shield element isolation structure is formed at a lower position than the region for forming the silicon oxide film for buried insulating film element isolation. It is important to contribute to Further, the silicon oxide film 505 as a buried insulating film at the boundary between the memory formation region and the peripheral circuit formation region has a forward tapered shape, which further contributes to the averaging.

【0184】(第4の実施形態)次に、本発明の第4の
実施形態を、図11(a)〜図12(b)、図16〜図
18及び図19に基づいて説明する。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 (a) to 12 (b), FIGS. 16 to 18, and FIG.

【0185】図16〜図18は、本発明の第4の実施形
態である半導体装置の製造方法を示す製造工程である。
図19は、図18(b)の平面図に対応し、即ち、図1
9のA−A’の横断面図が図18(b)を示す。これら
の図おいて、右側に示した領域が周辺回路形成領域であ
り、左側に示した領域が例えばDRAMのメモリセル形
成領域である。更に、右側の領域及び左側の領域におい
て素子分離構造によって囲まれた領域が素子活性領域で
ある。
FIG. 16 to FIG. 18 are manufacturing steps showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 corresponds to the plan view of FIG.
FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. In these figures, the region shown on the right side is a peripheral circuit formation region, and the region shown on the left side is a memory cell formation region of a DRAM, for example. Further, a region surrounded by the device isolation structure in the right region and the left region is a device active region.

【0186】メモリセル形成領域には、例えば複数のD
RAMメモリキャパシタが形成され、周辺回路形成領域
には、CMOSインバータが形成されるが、以下の図1
6〜図18の横断面図においてはメモリセル形成領域に
おいては1つのDRAMメモリキャパシタのアクセスト
ランジスタのみを示し、周辺回路形成領域においてはC
MOSインバータの一方のMOSトランジスタのみを示
す。
In the memory cell formation region, for example, a plurality of D
A RAM memory capacitor is formed, and a CMOS inverter is formed in a peripheral circuit formation region.
6 to 18 show only one access transistor of the DRAM memory capacitor in the memory cell formation region, and C in the peripheral circuit formation region.
Only one MOS transistor of the MOS inverter is shown.

【0187】第4の実施形態では、先ず、第3の実施形
態で示す図11(a)〜図12(b)の工程後に、図1
6(a)に示すように、周辺回路形成領域を、メモリセ
ル形成領域との境界領域は若干除いて(この点が第3の
実施形態とは異なる)、フォトレジスト膜506で覆
い、ウエットエッチングを施す。このウエットエッチン
グは、弗化水素酸を用い、メモリセル形成領域のP型シ
リコン基板表面が露出するまで行われる。これにより、
周辺回路形成領域の素子活性領域の囲りにトレンチ型素
子分離構造となる埋め込み酸化膜505が形成される。
次いで、前記フォトレジスト膜506を除去し、熱燐酸
を用いてシリコン窒化膜517をエッチング除去し、次
いで、弗化水素酸を用いてシリコン酸化膜503をエッ
チング除去する。
In the fourth embodiment, first, after the steps of FIGS. 11A and 12B shown in the third embodiment, FIG.
As shown in FIG. 6A, the peripheral circuit formation region is covered with a photoresist film 506 except for a boundary region with the memory cell formation region (this point is different from the third embodiment), and wet etching is performed. Is applied. This wet etching is performed using hydrofluoric acid until the surface of the P-type silicon substrate in the memory cell formation region is exposed. This allows
A buried oxide film 505 having a trench-type element isolation structure is formed around the element active region in the peripheral circuit formation region.
Next, the photoresist film 506 is removed, the silicon nitride film 517 is removed by etching using hot phosphoric acid, and then the silicon oxide film 503 is removed by etching using hydrofluoric acid.

【0188】これにより、シリコン酸化膜505から成
るトレンチ型素子分離構造が形成される。そして、周辺
回路形成領域においてはシリコン酸化膜505と埋め込
み酸化膜501とが連接され、周囲の単結晶シリコン半
導体層502から絶縁されて電気的に独立する島状の素
子活性領域530が完成する。
As a result, a trench type element isolation structure composed of the silicon oxide film 505 is formed. Then, in the peripheral circuit formation region, the silicon oxide film 505 and the buried oxide film 501 are connected, and the island-shaped element active region 530 which is insulated from the surrounding single crystal silicon semiconductor layer 502 and electrically independent is completed.

【0189】この後の工程は、第3の実施形態の場合と
ほぼ同じである。つまり、図16(b)に示すように、
膜厚40nm程度のシールドゲート酸化膜507をP型
シリコン基板501の表面に形成する。
The subsequent steps are almost the same as those in the third embodiment. That is, as shown in FIG.
A shield gate oxide film 507 having a thickness of about 40 nm is formed on the surface of a P-type silicon substrate 501.

【0190】次いで、図17(a)に示すように、CV
D法により、膜厚100nm程度の多結晶シリコン膜5
08を形成し、これに燐を熱拡散させて低抵抗化する。
次いで膜厚が300nm程度のシリコン酸化膜509
を、CVD法で全面に形成する。
Next, as shown in FIG.
The polycrystalline silicon film 5 having a thickness of about 100 nm
08 is formed, and phosphorus is thermally diffused therein to reduce the resistance.
Next, a silicon oxide film 509 having a thickness of about 300 nm
Is formed on the entire surface by a CVD method.

【0191】次に、図17(b)に示すように、不図示
のフォトレジスト膜を用いて、前記シリコン酸化膜50
9と多結晶シリコン膜508を選択的にエッチング除去
して、フィールドシールド電極508とキャップ絶縁膜
509を形成する。
Next, as shown in FIG. 17B, a silicon oxide film 50 is formed using a photoresist film (not shown).
9 and the polycrystalline silicon film 508 are selectively removed by etching to form a field shield electrode 508 and a cap insulating film 509.

【0192】その後、図17(c)に示すように、第3
の実施形態の場合と同様にして、シリコン酸化膜からな
る側壁絶縁膜510を形成する。この時、周辺回路形成
領域及びメモリセル形成領域の両者の素子活性領域から
は、シールドゲート絶縁膜507が除去される。以上の
工程によりフィールドシールド素子分離構造531(シ
ールドゲート絶縁膜507、シールドプレート電極50
8、キャップ酸化膜509および側壁絶縁膜510より
成る)が、メモリセル形成領域に形成される。
Thereafter, as shown in FIG.
A sidewall insulating film 510 made of a silicon oxide film is formed in the same manner as in the embodiment. At this time, the shield gate insulating film 507 is removed from the element active regions in both the peripheral circuit formation region and the memory cell formation region. Through the above steps, the field shield element isolation structure 531 (shield gate insulating film 507, shield plate electrode 50
8, a cap oxide film 509 and a side wall insulating film 510) are formed in the memory cell formation region.

【0193】ここで、単結晶シリコン半導体層502に
あらかじめ形成しておいた凹部Cにより、フィールドシ
ールド素子分離構造531の表面と、周辺回路形成領域
における単結晶シリコン半導体層502及びシリコン酸
化膜505の表面は、ほぼ同一階層レベルに形成される
ことになる。
Here, the surface of the field shield element isolation structure 531 and the single crystal silicon semiconductor layer 502 and the silicon oxide film 505 in the peripheral circuit formation region are formed by the concave portions C formed in the single crystal silicon semiconductor layer 502 in advance. The surfaces will be formed at approximately the same hierarchical level.

【0194】フィールドシールド素子分離構造531の
シールドプレート電極508を所定電位にすることで、
下層の単結晶シリコン半導体層502の電位を固定して
素子分離をすることができる。これによりメモリセル形
成領域において素子活性領域532,533が確定され
る。このように、メモリセル形成領域においてはフィー
ルドシールド素子分離構造531によって素子活性領域
532,533を画定するため、メモリセル形成領域に
おける単結晶シリコン半導体層502が分断されること
なく素子分離が成されることになる。
By setting the shield plate electrode 508 of the field shield element isolation structure 531 to a predetermined potential,
The element can be separated by fixing the potential of the lower single-crystal silicon semiconductor layer 502. Thus, element active regions 532 and 533 are determined in the memory cell formation region. As described above, in the memory cell forming region, the element active regions 532 and 533 are defined by the field shield element separating structure 531, so that the element isolation is performed without dividing the single crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell forming region. Will be.

【0195】従って、メモリセル形性領域における単結
晶シリコン半導体層502に所定の電圧を印加した場合
には、メモリセル形性領域の単結晶シリコン半導体層5
02の全域にその電界が形成されることになる。
Therefore, when a predetermined voltage is applied to single crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell type region, single crystal silicon semiconductor layer 5
02, the electric field is formed in the entire region.

【0196】一方、周辺回路形成領域においては、素子
活性領域530の側面から底面にかけての領域がシリコ
ン酸化膜505及び埋め込み酸化膜501によって覆わ
れているため、メモリセル形成領域の単結晶シリコン半
導体層502に印加された電界が及ぶことはない。
On the other hand, in the peripheral circuit formation region, since the region from the side surface to the bottom surface of element active region 530 is covered with silicon oxide film 505 and buried oxide film 501, the single crystal silicon semiconductor layer in the memory cell formation region is formed. The electric field applied to 502 does not extend.

【0197】次に、図18(a)に示すように、ゲート
絶縁膜511を形成し、その上に、ゲート電極512を
形成する。更にイオン注入によりソース・ドレイン拡散
層513を形成する。このイオン注入の際は、素子活性
領域533をレジストパターン541で覆う。そして、
ソース・ドレイン拡散層513を形成後、レジストパタ
ーン541を除去する。
Next, as shown in FIG. 18A, a gate insulating film 511 is formed, and a gate electrode 512 is formed thereon. Further, source / drain diffusion layers 513 are formed by ion implantation. At the time of this ion implantation, the element active region 533 is covered with a resist pattern 541. And
After forming the source / drain diffusion layers 513, the resist pattern 541 is removed.

【0198】なお、メモリセル形成領域においては、こ
れらのゲート絶縁膜511、ゲート電極512、不純物
拡散層513によりDRAMメモリセルキャパシタのア
クセストランジスタが構成される。
In the memory cell formation region, an access transistor of a DRAM memory cell capacitor is constituted by these gate insulating film 511, gate electrode 512, and impurity diffusion layer 513.

【0199】同様に、周辺回路形成領域においても、ゲ
ート絶縁膜511、ゲート電極512、不純物拡散層5
13により、例えばCMOSインバータの一方のMOS
トランジスタが構成される。そして、周辺回路形成領域
においては、各々の素子活性領域が電気的に独立してい
るため、形成されたMOSトランジスタはいわゆるメサ
型のトランジスタに等しい。
Similarly, in the peripheral circuit forming region, the gate insulating film 511, the gate electrode 512, the impurity diffusion layer 5
13, for example, one MOS of a CMOS inverter
A transistor is configured. In the peripheral circuit formation region, since each element active region is electrically independent, the formed MOS transistor is equivalent to a so-called mesa transistor.

【0200】続いて、素子活性領域533のみが露出す
るように他の領域をフォトレジスト(図示せず)で覆っ
た後、イオン注入を施す。ここではSOI構造基板5の
単結晶シリコン半導体層502と同じ導電型、すなわ
ち、p型の不純物を高濃度にイオン注入する。そして、
熱処理を施すことによって、素子活性領域533におけ
る単結晶シリコン半導体層502にp型不純物拡散層5
34を形成する。
Subsequently, after the other region is covered with a photoresist (not shown) so that only the element active region 533 is exposed, ion implantation is performed. Here, the same conductivity type as that of the single crystal silicon semiconductor layer 502 of the SOI structure substrate 5, that is, p-type impurities is ion-implanted at a high concentration. And
By performing the heat treatment, the p-type impurity diffusion layer 5 is added to the single crystal silicon semiconductor layer 502 in the element active region 533.
34 are formed.

【0201】図18(b)の平面図が図19である。こ
の図19において、505はトレンチ型素子分離構造と
なるシリコン酸化膜であり、531はフィールドシール
ド素子分離構造である。また、512がゲート電極、5
13が不純物拡散層であり、534がp型不純物拡散層
である。
FIG. 19 is a plan view of FIG. In FIG. 19, reference numeral 505 denotes a silicon oxide film having a trench element isolation structure, and reference numeral 53 denotes a field shield element isolation structure. 512 is a gate electrode, 5
13 is an impurity diffusion layer, and 534 is a p-type impurity diffusion layer.

【0202】図19に示すように、上述した工程により
メモリセル形成領域には複数の素子活性領域532が形
成される。そして、メモリセル形成領域における各々の
素子活性領域532にはアクセストランジスタが形成さ
れることになる。同様に周辺回路形成領域においても複
数の素子活性領域530が形成される。
As shown in FIG. 19, a plurality of element active regions 532 are formed in the memory cell forming region by the above-described steps. Then, an access transistor is formed in each element active region 532 in the memory cell formation region. Similarly, a plurality of element active regions 530 are formed in the peripheral circuit formation region.

【0203】なお、例えば周辺回路形成領域にCMOS
インバータを形成する場合には、これらの隣接する素子
活性領域530を予め逆導電型に形成しておき、図18
(b)で示したイオン注入の工程において、それぞれの
素子活性領域530に対して逆導電型となるようにイオ
ン注入を2回施して不純物拡散層を形成すればよい。
It is to be noted that, for example, CMOS
In the case of forming an inverter, these adjacent element active regions 530 are previously formed to have a reverse conductivity type, and
In the step of ion implantation shown in (b), the impurity diffusion layer may be formed by performing ion implantation twice so that each element active region 530 has the opposite conductivity type.

【0204】その後、例えばメモリセル形成領域におい
て図示せぬメモリキャパシタの下部電極、誘電体膜、上
部電極を形成する。この際、図18(b)に示すメモリ
セル形成領域における素子活性領域532の左側の不純
物拡散層513に下部電極が接続されるようにする。そ
して、アクセストランジスタ及び下部電極、誘電体膜、
上部電極からなるメモリキャパシタにより一単位のメモ
リセルが構成される。
Thereafter, a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode of a memory capacitor (not shown) are formed in a memory cell formation region, for example. At this time, the lower electrode is connected to the impurity diffusion layer 513 on the left side of the element active region 532 in the memory cell formation region shown in FIG. And an access transistor and a lower electrode, a dielectric film,
One unit of memory cell is constituted by the memory capacitor including the upper electrode.

【0205】次に、図18(c)に示すように、層間絶
縁膜としてのシリコン酸化膜514をCVD法で全面に
堆積させる。
Next, as shown in FIG. 18C, a silicon oxide film 514 as an interlayer insulating film is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0206】フィールドシールド素子分離構造531の
表面と、周辺回路形成領域における単結晶シリコン半導
体層502及びシリコン酸化膜505の表面がほぼ同一
階層レベルに形成されているため、その上に形成される
シリコン酸化膜514の表面もほぼ同一面に形成され
る。
Since the surface of the field shield element isolation structure 531 and the surfaces of the single crystal silicon semiconductor layer 502 and the silicon oxide film 505 in the peripheral circuit formation region are formed at substantially the same hierarchical level, the silicon formed thereover is formed. The surface of oxide film 514 is also formed on substantially the same plane.

【0207】そして、不純物拡散層513及びp型不純
物拡散層534に達するコンタクト孔526a,526
bをシリコン酸化膜514に開孔する。そして、A1膜
をスパッタ法で全面に堆積させ、コンタクト孔526
a,526bを充填する。そして、第1の実施形態と同
様にA1膜を微細加工技術で配線のパターンに加工し
て、不純物拡散層513に達するAl配線527a及び
p型不純物拡散層534に達するAl電極527bを形
成する。
Then, contact holes 526a, 526 reaching impurity diffusion layer 513 and p-type impurity diffusion layer 534 are formed.
b is opened in the silicon oxide film 514. Then, an A1 film is deposited on the entire surface by sputtering, and the contact hole 526 is formed.
a, 526b. Then, similarly to the first embodiment, the A1 film is processed into a wiring pattern by a fine processing technique, and an Al wiring 527a reaching the impurity diffusion layer 513 and an Al electrode 527b reaching the p-type impurity diffusion layer 534 are formed.

【0208】図18(c)に示すように、シリコン酸化
膜514の表面が周辺回路領域とメモリセル形成領域に
おいてほぼ同一の階層位置に形成されるため、Al配線
527aも水平に形成することができる。これにより、
メモリセル形成領域と周辺回路形成領域を跨ぐようにA
l配線527aを形成した場合でも、平坦面上に形成す
ることができるため、段差に起因するAl配線527a
の断線等の問題を抑止することができる。
As shown in FIG. 18C, since the surface of silicon oxide film 514 is formed at substantially the same hierarchical position in the peripheral circuit region and the memory cell forming region, Al wiring 527a may also be formed horizontally. it can. This allows
A across the memory cell formation area and the peripheral circuit formation area
Even when the l wiring 527a is formed, it can be formed on a flat surface, so that the Al wiring 527a
Problems such as disconnection can be suppressed.

【0209】また、p型不純物拡散層534に達するA
l電極527bは、第1の実施形態と同様に、メモリセ
ル形成領域における単結晶シリコン半導体層512に所
定電圧を印加する目的で使用される。すなわち、前述し
たようにメモリセル形成領域においてはフィールドシー
ルド素子分離構造531により素子活性領域531,5
32が画定されるため、単結晶シリコン半導体層502
は区画されずにメモリセル形成領域の全域に一体に形成
されている。従って、p型不純物拡散層534に達する
Al電極527bに所定の電圧を印加することによっ
て、メモリセル形成領域における全ての素子活性領域5
32に一定の電界を生じさせることができる。
Also, A reaching p-type impurity diffusion layer 534
The l-electrode 527b is used for applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 512 in the memory cell formation region, as in the first embodiment. That is, as described above, in the memory cell forming region, the element active regions 531 and 5
32 are defined, the single crystal silicon semiconductor layer 502
Are formed integrally over the entire area of the memory cell formation region without being partitioned. Therefore, by applying a predetermined voltage to the Al electrode 527b reaching the p-type impurity diffusion layer 534, all the element active regions 5 in the memory cell formation region
32 can generate a constant electric field.

【0210】これにより、メモリセル形成領域における
トランジスタのしきい値を一定に保つことが可能とな
り、またリーク特性を向上させた半導体装置を形成する
ことが可能である。
[0210] Thus, the threshold value of the transistor in the memory cell formation region can be kept constant, and a semiconductor device with improved leakage characteristics can be formed.

【0211】その後、シリコン酸化膜514の上に、第
2の層間絶縁膜であるシリコン酸化膜516をCVD法
により形成し、Al配線527a及びAl電極527b
を埋設して、第4の実施形態に係る半導体装置を完成さ
せる。
Thereafter, a silicon oxide film 516 as a second interlayer insulating film is formed on the silicon oxide film 514 by the CVD method, and the Al wiring 527a and the Al electrode 527b are formed.
Is embedded to complete the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【0212】第4の実施形態では、図11〜図12
(b)と図16〜図18で右側に示した領域が周辺回路
領域であり、左側に示した領域が例えばDRAMのメモ
リセル領域であるが、これは、素子分離領域の面積を削
減する観点から、トレンチ型素子分離構造による素子分
離領域がフィールドシールド法による素子分離領域より
も周辺回路領域に形成されるCMOS回路に適してお
り、フィールドシールド法による素子分離領域がトレン
チ型素子分離構造による素子分離領域よりもメモリセル
領域に適しているからである。
In the fourth embodiment, FIGS.
16B and FIG. 16 to FIG. 18, the area shown on the right side is a peripheral circuit area, and the area shown on the left side is, for example, a memory cell area of a DRAM. This is from the viewpoint of reducing the area of the element isolation region. Therefore, the element isolation region formed by the trench element isolation structure is more suitable for a CMOS circuit formed in the peripheral circuit region than the element isolation region formed by the field shield method, and the element isolation region formed by the field shield method has an element formed by the trench element isolation structure. This is because it is more suitable for the memory cell region than the isolation region.

【0213】そして、メモリセル形成領域においては、
SOI構造基板5の単結晶シリコン半導体層502に所
定の電圧を印加することにより、メモリセル形成領域の
複数の素子活性領域532の全域に渡って基板バイアス
を印加することができる。
In the memory cell formation region,
By applying a predetermined voltage to the single-crystal silicon semiconductor layer 502 of the SOI structure substrate 5, a substrate bias can be applied to the entire region of the plurality of element active regions 532 in the memory cell formation region.

【0214】より具体的には、p型不純物拡散層534
に達するAl電極527bに例えば−2.0Vの基板電
位(基板バイアス)を印加することにより、p型不純物
拡散層534を通じてメモリセル形成領域の単結晶シリ
コン半導体層502の全域に、一斉に基板バイアスを印
加することが可能である。
More specifically, p-type impurity diffusion layer 534
A substrate potential (substrate bias) of, for example, −2.0 V is applied to the Al electrode 527 b that reaches the upper surface of the single crystal silicon semiconductor layer 502 in the memory cell forming region through the p-type impurity diffusion layer 534. Can be applied.

【0215】しかも、この基板バイアスは、周辺回路形
成領域における電気的に独立した素子活性領域530に
は及ぶことはない。従って、トリプルウェル構造を形成
しなくても、周辺回路形成領域のMOSトランジスタの
しきい値に悪影響を与えない構造とすることが可能であ
る。これにより、周辺回路形成領域におけるMOSトラ
ンジスタのしきい値が基板バイアス効果によって高くな
ることを防止することができる。従って、周辺回路形成
領域におけるMOSトランジスタの駆動電流を良好に保
ち、高速動作を可能にした状態で、メモリセル形成領域
に確実に基板バイアスを印加することが可能である。
In addition, this substrate bias does not reach electrically independent element active region 530 in the peripheral circuit formation region. Therefore, it is possible to provide a structure that does not adversely affect the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region without forming the triple well structure. Thus, it is possible to prevent the threshold value of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region from being increased by the substrate bias effect. Therefore, it is possible to reliably apply a substrate bias to the memory cell formation region while maintaining a good drive current of the MOS transistor in the peripheral circuit formation region and enabling high-speed operation.

【0216】また、第5の実施形態の半導体装置は、S
OI構造基板5の表面の高さが互いに異なる2つの領域
を有している。従って、SOI構造基板5の表面が低い
方の領域に高さが高い素子を配置しても、SOI構造基
板5の全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差
を低減させることができる。
Further, the semiconductor device according to the fifth embodiment has an S
The OI structure substrate 5 has two regions having different surface heights. Therefore, even if an element having a high height is arranged in a region where the surface of the SOI structure substrate 5 is lower, the step on the surface of the interlayer insulating film on the element can be reduced in the entire region of the SOI structure substrate 5.

【0217】そして、第4の実施形態によれば、トレン
チ型素子分離構造で素子分離領域を形成する第1の領域
とフィールドシールド法で素子分離領域を形成する第2
の領域とを覆う層間絶縁膜の表面の段差を少なくするこ
とができるので、半導体基板上に配線を容易に形成する
ことがてきて信頼性の高い半導体装置を製造することが
できる。
According to the fourth embodiment, the first region in which the element isolation region is formed by the trench type element isolation structure and the second region in which the element isolation region is formed by the field shield method.
Since the steps on the surface of the interlayer insulating film covering the region can be reduced, wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【0218】また、第1の領域がCMOS回路に適して
おり、第2の領域が優れた素子分離能力を有しているの
で、集積度の高いメモリセル領域とCMOS構成の周辺
回路領域とを有することができるとともに、半導体基板
上に配線を容易に形成することができて信頼性が高い。
Further, since the first region is suitable for a CMOS circuit and the second region has excellent element isolation capability, a memory cell region having a high degree of integration and a peripheral circuit region having a CMOS structure can be used. In addition, the wiring can be easily formed on the semiconductor substrate, and the reliability is high.

【0219】また、半導体基板の表面が低い方の領域に
高さが高い素子を配置することによって、半導体基板の
全領域において素子上の層間絶縁膜の表面の段差を低減
させることができるので、この層間絶縁膜上に配線を容
易に形成することができて信頼性を高めることができ
る。
Further, by arranging a device having a higher height in a region where the surface of the semiconductor substrate is lower, a step on the surface of the interlayer insulating film on the device can be reduced in the entire region of the semiconductor substrate. Wiring can be easily formed on the interlayer insulating film, and reliability can be improved.

【0220】この第4の実施形態においても、フィール
ド素子分離構造を形成する領域が、埋め込み絶縁膜素子
分離のシリコン酸化膜を形成する領域より、低く形成さ
れるので半導体装置製造工程における平坦化に寄付する
ことが大である。
Also in the fourth embodiment, the region for forming the field element isolation structure is formed lower than the region for forming the silicon oxide film for the buried insulating film element isolation. It is important to donate.

【0221】また、周辺回路形成領域とメモリセル形成
領域との境界においては、フィールドシールド素子分離
構造が両領域の素子分離構造を兼ねているので、スペー
スファクターを良くすることもできる。
At the boundary between the peripheral circuit formation region and the memory cell formation region, the space factor can be improved because the field shield device isolation structure also serves as the device isolation structure of both regions.

【0222】なお、第1の実施形態と同様に第2〜第4
の実施形態においても、メモリセル形成領域に、DRA
Mのメモリキャパシタ以外のメモリセルを形成してもよ
い。例えば、EEPROM等の不揮発性メモリを形成し
てもよい。さらに、これらの揮発性あるいは不揮発性メ
モリを多値メモリとしてもよい。
Incidentally, similarly to the first embodiment, the second to fourth
Also in the embodiment, the DRA is formed in the memory cell formation region.
Memory cells other than the M memory capacitors may be formed. For example, a nonvolatile memory such as an EEPROM may be formed. Further, these volatile or non-volatile memories may be multivalued memories.

【0223】また、第1の実施形態で説明したように、
第2〜第4の実施形態においてもフィールドシールド素
子分離構造で素子分離が成された領域に、メモリセル以
外の素子を形成してもよい。例えば、第2〜第4の実施
形態でメモリセル形成領域として示した領域に、MOS
トランジスタを有する別の周辺回路を形成することによ
り、埋め込み酸化膜に達するように形成されたトレンチ
型素子分離構造により素子分離が成された領域のMOS
トランジスタと、フィールドシールド素子分離構造で素
子分離が成された領域のMOSトランジスタのしきい値
を変えて共存させることが可能である。
Also, as described in the first embodiment,
Also in the second to fourth embodiments, an element other than the memory cell may be formed in a region where element isolation has been achieved by the field shield element isolation structure. For example, in the region shown as the memory cell formation region in the second to fourth embodiments,
By forming another peripheral circuit having a transistor, a MOS in a region where an element is isolated by a trench-type element isolation structure formed so as to reach a buried oxide film is formed.
It is possible to coexist by changing the threshold value of the transistor and the threshold value of the MOS transistor in a region where element isolation has been achieved by the field shield element isolation structure.

【0224】例えば、埋め込み絶縁層を有するSOI構
造基板からなる半導体装置の全体構成図を図20に示
す。このように、半導体装置を4つのブロックに仕切
り、ブロック1及びブロック2をメモリセル形成領域と
し、ブロック3及びブロック4を周辺回路形成領域とし
て構成する。第1〜第4の実施形態で示したように、メ
モリセル形成領域(ブロック1、ブロック2)の素子分
離はフィールドシールド素子分離構造により行うのが好
適である。そして、周辺回路形成領域のブロック3の素
子分離をフィールドシールド素子分離構造で行い、ブロ
ック4の素子分離を埋め込み絶縁層に達する素子分離構
造で行う。
For example, FIG. 20 shows an overall configuration diagram of a semiconductor device including an SOI structure substrate having a buried insulating layer. As described above, the semiconductor device is partitioned into four blocks, and blocks 1 and 2 are configured as memory cell formation regions, and blocks 3 and 4 are configured as peripheral circuit formation regions. As described in the first to fourth embodiments, it is preferable that the element isolation in the memory cell formation region (block 1 and block 2) be performed by the field shield element isolation structure. The element isolation of the block 3 in the peripheral circuit formation region is performed by the field shield element isolation structure, and the element isolation of the block 4 is performed by the element isolation structure reaching the buried insulating layer.

【0225】これにより、フィールドシールド素子分離
構造で区画されたブロック3においてはトランジスタの
しきい値の変動を最小限に抑えるとともに、各々の素子
活性領域が独立したブロック4においてはトランジスタ
の動作速度を高めてハイパフォーマンス領域とすること
が可能である。
As a result, in the block 3 partitioned by the field shield element isolation structure, variation in the threshold value of the transistor is minimized, and in the block 4 in which each element active region is independent, the operation speed of the transistor is reduced. It can be raised to a high performance area.

【0226】この場合ブロック1〜4を仕切る素子分離
構造は、ブロック相互間に電界が伝わらないようにSO
I構造基板の埋め込み絶縁層に達する素子分離構造とし
て、各ブロックを電気的に独立させるようにする。
In this case, the element isolation structure for partitioning the blocks 1 to 4 has an SO structure so that no electric field is transmitted between the blocks.
Each block is electrically independent as an element isolation structure reaching the buried insulating layer of the I structure substrate.

【0227】なお、第1〜第4の実施形態においては、
メモリセル形成領域に基板電位を印加してメモリセル形
成領域のトランジスタのしきい値を高く設定して安定さ
せる方法を示したが、周辺回路形成領域においても周辺
のメモリセル形成領域、あるいは他の周辺回路形成領域
からの電界に対してガードリング効果を持たせることが
できる。
In the first to fourth embodiments,
A method has been described in which the substrate potential is applied to the memory cell formation region to stabilize the transistor in the memory cell formation region by setting the threshold value to a high value. A guard ring effect can be provided for an electric field from the peripheral circuit formation region.

【0228】例えば、図21に示すように、周辺回路形
成領域であるブロック4における複数の素子活性領域
を、第1〜第4の実施形態で示したようにそれぞれが電
気的に独立する領域として構成する。そして、ブロック
4を囲むようにガードリング効果をもたせるための素子
活性領域150を形成する。この素子活性領域150に
所定の電位を印加することによって、ブロック4を他の
ブロック1〜ブロック3からガードして、電気的により
独立した領域とすることができる。
For example, as shown in FIG. 21, a plurality of element active regions in a block 4 which is a peripheral circuit forming region are formed as electrically independent regions as shown in the first to fourth embodiments. Constitute. Then, an element active region 150 for providing a guard ring effect is formed so as to surround the block 4. By applying a predetermined potential to the element active region 150, the block 4 can be guarded from the other blocks 1 to 3, and can be made an electrically independent region.

【0229】この場合も当然のことながら、ブロック1
〜4を仕切る素子分離構造及びブロック4を囲む素子分
離構造151は、ブロック相互間に電界が伝わらないよ
うにSOI構造基板の埋め込み絶縁層に達する素子分離
構造としておく。
In this case, too, naturally, block 1
4 and the element isolation structure 151 surrounding the block 4 have an element isolation structure reaching the buried insulating layer of the SOI structure substrate so that an electric field is not transmitted between the blocks.

【0230】周辺回路形成領域とメモリセル形成領域の
区画は、図21のブロック1に示すように、ブロック1
内に埋め込み絶縁層に達する素子分離構造を形成して、
電気的に独立するブロック1aとブロック1bに区画し
てもよい。この場合も、ブロック1a,1bの双方を周
辺回路形成領域としてもよい。
The partition between the peripheral circuit formation region and the memory cell formation region is, as shown in block 1 of FIG.
Form an element isolation structure that reaches the buried insulating layer inside,
It may be divided into electrically independent blocks 1a and 1b. Also in this case, both of the blocks 1a and 1b may be used as a peripheral circuit formation region.

【0231】[0231]

【発明の効果】本発明によれば、素子分離構造の高さの
相違にもとづく障害を除き、信頼性の高い半導体装置を
提供することを可能にするとともに、基板電位を一斉に
印加可能な素子活性領域と、この基板電位から電気的に
独立した素子活性領域を形成することが可能である。
According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device by eliminating obstacles due to the difference in height of the element isolation structure, and to provide an element capable of simultaneously applying a substrate potential. It is possible to form an active region and an element active region electrically independent of the substrate potential.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図5】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す概略平面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図7】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図8】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図9】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図10】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を示す概略平面図である。
FIG. 10 is a schematic plan view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図12】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図13】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図14】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図15】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を示す概略平面図である。
FIG. 15 is a schematic plan view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図17】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図18】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図19】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を示す概略平面図である。
FIG. 19 is a schematic plan view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の半導体装置の全体構成の一例を示す
概略平面図である。
FIG. 20 is a schematic plan view showing an example of the overall configuration of the semiconductor device of the present invention.

【図21】本発明の半導体装置の全体構成の一例を示す
概略平面図である。
FIG. 21 is a schematic plan view showing an example of the overall configuration of the semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,100,200,300,500 単結晶シリコ
ン半導体基板部 11,101,201,301,501 埋め込み酸化
膜 27a,227a,327a,527a Al配線 27b,227b,327b,527b Al電極 30,32,33,150,230,232,233,
330,332,333,530,532,533 素
子活性領域 31,231,331,531 フィールドシールド素
子分離構造 34,234,334,534 p型不純物拡散層 40,242,540,541 レジストパタ−ン 108,208,308,508 多結晶シリコン膜
(シールドプレート電極) 151 素子分離構造 202,302,502 単結晶シリコン半導体層 203,205,206,303,305,306,5
03,505,506シリコン酸化膜 204,304,504 シリコン窒化膜 207,307,507 シールドゲート酸化膜 209,309,509 シリコン酸化膜(キャップ絶
縁膜) 210,310,510 側壁酸化膜 211,311,511 ゲート酸化膜 212,312,512 ゲート電極 213,313,513 不純物拡散層(ソース・ドレ
イン拡散層)
10, 100, 200, 300, 500 Single-crystal silicon semiconductor substrate part 11, 101, 201, 301, 501 Buried oxide film 27a, 227a, 327a, 527a Al wiring 27b, 227b, 327b, 527b Al electrode 30, 32, 33 , 150, 230, 232, 233,
330, 332, 333, 530, 532, 533 Device active region 31, 231, 331, 531 Field shield device isolation structure 34, 234, 334, 534 P-type impurity diffusion layer 40, 242, 540, 541 Resist pattern 108, 208, 308, 508 Polycrystalline silicon film (shield plate electrode) 151 Element isolation structure 202, 302, 502 Single crystal silicon semiconductor layer 203, 205, 206, 303, 305, 306, 5
03, 505, 506 silicon oxide film 204, 304, 504 silicon nitride film 207, 307, 507 shield gate oxide film 209, 309, 509 silicon oxide film (cap insulating film) 210, 310, 510 sidewall oxide film 211, 311 511 Gate oxide film 212, 312, 512 Gate electrode 213, 313, 513 Impurity diffusion layer (source / drain diffusion layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/10 481 H01L 21/76 D 29/786 29/78 621 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 27/10 481 H01L 21/76 D 29/786 29/78 621

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体上に絶縁層を介して半導体層
が形成された半導体装置であって、 第1の素子分離構造により画定された第1の素子活性領
域を有する第1の領域と、 分離用電極を備えた第2の素子分離構造により画定され
た第2の素子活性領域を有する第2の領域とを備え、 前記第2の素子活性領域の前記半導体層の厚さは、前記
第1の素子活性領域の前記半導体層の厚さより薄く形成
され、 前記第2の素子活性領域と連なる前記半導体層の全域に
所定の電位が印加されていることを特徴とする半導体装
置。
1. A semiconductor device having a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate via an insulating layer, comprising: a first region having a first element active region defined by a first element isolation structure; A second region having a second device active region defined by a second device isolation structure provided with a separation electrode. The semiconductor layer of the second device active region has a thickness of the second device active region. A semiconductor device, wherein a predetermined potential is applied to an entire region of the semiconductor layer which is formed thinner than the thickness of the semiconductor layer in the first element active region and is continuous with the second element active region.
【請求項2】 前記第2の領域における前記半導体層に
形成された不純物拡散層と、 前記不純物拡散層と接続される電極とを備え、 前記基板電位が前記電極から前記不純物拡散層を介して
印加されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。
2. An impurity diffusion layer formed in the semiconductor layer in the second region, and an electrode connected to the impurity diffusion layer, wherein the substrate potential is supplied from the electrode via the impurity diffusion layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the voltage is applied.
【請求項3】 前記不純物拡散層は前記第1の領域と前
記第2の領域の境界近傍に形成されていることを特徴と
する請求項1又は2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity diffusion layer is formed near a boundary between the first region and the second region.
【請求項4】 前記第2の領域には複数のメモリセルが
形成され、前記第1の領域には周辺回路が形成されてい
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of memory cells are formed in the second region, and a peripheral circuit is formed in the first region. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 前記第1及び第2の領域に、共にロジッ
ク回路が形成されていることを特徴とする請求項1〜4
のいずれか1項に記載の半導体装置。
5. A logic circuit according to claim 1, wherein a logic circuit is formed in each of said first and second regions.
The semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 前記第1の領域と前記第2の領域は前記
第1の素子分離構造によって仕切られていることを特徴
とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装
置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first region and said second region are separated by said first element isolation structure.
【請求項7】 前記第1の領域と前記第2の領域のそれ
ぞれが前記第1の素子分離構造により囲まれていること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導
体装置。
7. The semiconductor according to claim 1, wherein each of the first region and the second region is surrounded by the first element isolation structure. apparatus.
【請求項8】 前記第1の素子分離構造が、絶縁膜から
なることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記
載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first element isolation structure is made of an insulating film.
【請求項9】 前記第1の素子分離構造が、前記半導体
層に形成された溝を充填する絶縁物からなることを請求
項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first element isolation structure is made of an insulator filling a groove formed in said semiconductor layer.
【請求項10】 前記第1の素子分離構造が、前記半導
体層に形成された溝に絶縁膜を介して形成された導電膜
を備えた素子分離構造であることを特徴とする請求項1
〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。
10. The element isolation structure according to claim 1, wherein the first element isolation structure includes a conductive film formed in a groove formed in the semiconductor layer via an insulating film.
10. The semiconductor device according to any one of items 9 to 9.
【請求項11】 前記第1の素子分離構造と前記第2の
素子分離構造が、前記第1の領域と前記第2の領域の隣
接する部分で接していることを特徴とする請求項1〜1
0のいずれか1項に記載の半導体装置。
11. The device according to claim 1, wherein the first element isolation structure and the second element isolation structure are in contact with each other at a portion adjacent to the first region and the second region. 1
0. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項12】 前記第1の素子分離構造が、前記第1
の領域と前記第2の領域の隣接する部分では前記第2の
領域に向かってテーパ形状に形成されていることを特徴
とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装
置。
12. The first device isolation structure according to claim 1, wherein
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein a region adjacent to the second region is tapered toward the second region.
【請求項13】 前記第2の素子分離構造の一部が連続
して前記第1の領域の前記半導体層上に重畳されている
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載
の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 1, wherein a part of the second element isolation structure is continuously superimposed on the semiconductor layer in the first region. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項14】 前記第1の素子分離構造の底部領域が
前記絶縁層に接するように形成されたことを特徴とする
請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 1, wherein a bottom region of said first element isolation structure is formed so as to be in contact with said insulating layer.
【請求項15】 半導体基体上に絶縁層を介して設けら
れた半導体層の表面に段差部が形成され、前記段差部を
境に前記半導体層の表面が上層に位置する第1の領域と
前記半導体層の表面が下層に位置する第2の領域とを有
する半導体基板に構成された半導体装置の製造方法であ
って、 前記第1の領域に、前記半導体層に達する第1の素子分
離構造を形成して第1の素子活性領域を形成する第1の
工程と、 前記第2の領域に、表面が前記第1の素子分離構造の表
面と略同一階層レベルに位置するフィールドシールド素
子分離構造を形成する第2の工程と、 前記第2の領域における前記半導体層と接続される電極
を形成する第3の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。
15. A step formed on a surface of a semiconductor layer provided on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween, wherein a first region in which a surface of the semiconductor layer is located above the stepped portion and the first region, A method for manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor substrate having a second region in which a surface of a semiconductor layer is located in a lower layer, wherein a first element isolation structure reaching the semiconductor layer is provided in the first region. Forming a first element active region to form a first element active region; and forming, in the second region, a field shield element isolation structure having a surface located at substantially the same hierarchical level as the surface of the first element isolation structure. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a second step of forming; and a third step of forming an electrode connected to the semiconductor layer in the second region.
【請求項16】 前記第1の素子分離構造を、絶縁膜に
より形成することを特徴とする請求項15に記載の半導
体装置の製造方法。
16. The method according to claim 15, wherein the first element isolation structure is formed of an insulating film.
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