TWI229885B - Semiconductor device - Google Patents

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TWI229885B
TWI229885B TW092117247A TW92117247A TWI229885B TW I229885 B TWI229885 B TW I229885B TW 092117247 A TW092117247 A TW 092117247A TW 92117247 A TW92117247 A TW 92117247A TW I229885 B TWI229885 B TW I229885B
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Shigenobu Maeda
Shigeto Maegawa
Takuji Matsumoto
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Renesas Tech Corp
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Description

1229885 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種形成在半導體基板上之半導體裝置及 其製造方法。 【先前技術】
作為習知半導體裝置之某一例,係有形成在SO I (Silicon On Insulator (絕緣體上之石夕)或 SemiconductorOn Insulator (絕緣體上之半導體))基板 上之 P 通道 M0S( Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化 物半導體)電晶體。 在S 0 I基板,矽基板等之支持基板、氧化膜層和S 0 I層 係依照該順序而進行沉積。此外,P通道Μ 0 S電晶體係具 備閘極、閘極絕緣膜和Ρ型源極/汲極活化層。 在SO I基板形成Ρ通道M0S電晶體之情況,閘極和閘極 絕緣膜之沉積構造係形成在S 0 I層之表面上,源極/汲極 活化層係形成在S 0 I層内之夾住閘極之位置上。 此外,在習知半導體裝置中,一般係將M0S電晶體之源 極/汲極間之通道方向配置為平行於半導體晶圓之結晶方 位 < 1 1 0 >。 但是,利用將通道方向不平行於結晶方位< 1 1 0 >而是 平行於結晶方位< 1 0 0 >,即可使電晶體特性變化。具體地 說,得知:藉由配置通道方向平行於結晶方位< 1 0 0 >,可 使得P通道Μ 0 S電晶體之電流驅動力,提高1 5 %左右,並 且,還使得短通道效果變小(參考專利文獻1 )。 6 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 提高電流驅動力之理由可以認為係由於結晶方位< 1 ο ο >之電洞遷移率比較大於結晶方位< 1 1 ο >之電洞遷移率 之緣故,而短通道效果變小之理由可以認為係由於結晶方 位< 1 0 0 >之硼擴散係數值比較小於結晶方位< 11 0 >之硼 擴散係數值之緣故。 因此,在Ρ通道MOS電晶體形成於SOI基板上之情況下, 也可以配置該通道方向平行於S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >。因此,例如可以採用支持基板之結晶方位< 1 1 0 > —致 於表面側之S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >所形成之S 0 I基板, 在其表面,形成P通道M0S電晶體等之元件。 在(1 0 0 )晶圓之情況下,結晶面{ 1 1 0 }係成為劈開面。 因此,如果使得S 0 I層用晶圓之結晶方位< 1 0 0 > —致於支 持基板之晶圓之結晶方位< 1 1 0 >而進行貼合的話,則可以 在試驗研究用劈開時,沿著佔據所完成晶圓厚度大部分之 支持基板之晶圓劈開面而分割所完成晶圓之整體。如果這 樣的話,則具有所謂可以在支持基板來露出結晶方位< 1 1 0 >之剖面並且在S 0 I層來露出結晶方位< 1 0 0 >之剖面之 優點。 ’ . 這種使得S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >和支持基板之結晶 方位< 1 1 0 >成為一致之技術,係例如記載於專利文獻1 或專利文獻2。 另外,作為關於本申請發明之先前技術文獻資訊,係有 非專利文獻1〜3。 (專利文獻1 ) 7 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 曰本特開2 Ο Ο 2 - 1 3 4 3 7 4號公報 (專利文獻2 ) 曰本特開平7 - 3 3 5 5 1 1號公報 (非專利文獻1 ) Y.Hirano e t a 1. , r Bulk-Layout-Compatible (表體佈 局相容)0.18# m SOI-CMOS Technology (技術)Using Body-Fixed Partial Trench Isolation ( PTI)(本體固定 部分溝渠隔離)」,(美國),IEEE1999SOIconf·,(會議) p. 131-132 (非專利文獻2 ) S. Maeda et al. , 「Suppression (抑制)of Delay Time Instability (延遲時間不穩定性)onFrequency (頻率) using Field Shield Isolation Technology (場屏蔽隔離 技術)for Deep Sub-Micron (深次微米)SOI Circuits (電路)」,(美國),IEDM,1996,p.l29-132 (非專利文獻3 ) L. -J. Huang et a 1. ,「Carrier Mobility Enhancement (載子遷移率強化)in Strained (應變)
Si-On-Insulator Fabricated (隔離體加工)by Wafer Bonding (晶圓接合)」,(美國),2001 Symposium (研討 會)on VLSI Technology (技術),ρ·57-58 【發明内容】 (發明所欲解決之問題) 使得支持基板之結晶方位< 1 1 0 > —致於S 0 I層之結晶 8 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 方位< 1 Ο Ο >所形成之S 0 I基板係由於電流驅動力之提高 等之理由而適合於P通道MOS電晶體之形成,但是,並非 是所謂僅P通道MOS電晶體可以有效地利用該基板特長之 半導體裝置。 因此,本發明之課題係提供一種形成在半導體基板上之 半導體裝置,係能夠有效地利用半導體基板特長之半導體 裝置及其製造方法。 (解決問題之手段) 本發明係一種半導體裝置,係具備:S 0 I基板,依序地 沉積支持基板、氧化膜層和SOI (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導體)層,在前述支持基板和前 述S 0 I層,使得互相之結晶方位偏離;N通道Μ I S ( M e t a 1 Insulator Semiconductor :金屬絕緣體半導體)電晶體, 包含:形成在前述S 0 I層上之閘極絕緣膜、形成在前述閘 極絕緣膜上之閘極、在前述S 0 I層内而形成在鄰接於前述 閘極之位置上之N型源極/汲極活化層和在前述S 0 I層内 而至少形成在前述閘極下方位置上之P型本體層;以及, 本體電壓施加用P型活化層,形成在前述SOI層内,接合 在前述P型本體層;此外,連結前述P型本體層和前述本 體電壓施加用P型活化層之通路係呈平行地配置在前述 S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。 本發明係一種半導體裝置,係具備:S 0 I基板,依序地 沉積支持基板、氧化膜層和SOI (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導體)層,在前述支持基板和前 9 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 述S Ο I層,使得互相之結晶方位偏離;Μ I S( M e t a 1 I n s u 1 a t 〇 r Semiconductor:金屬絕緣體半導體)型電容,包含:形成 在前述S 0 I層上之閘極絕緣膜、形成在前述閘極絕緣膜上 之閘極和在前述S 0 I層内而至少形成在前述閘極下方位置 上之P型本體層;以及,P型活化層,形成在前述SOI層 内,電連接在前述P型本體層;此外,連結前述P型本體 層和前述P型活化層之通路係呈平行地配置在前述S 0 I層 之結晶方位< 1 0 0 >上。 本發明係一種半導體裝置,係具備:SO I基板,依序地 沉積支持基板、氧化膜層和SOI (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導體)層,在前述支持基板和前 述S 0 I層,使得互相之結晶方位偏離;Μ I S( M e t a 1 I n s u 1 a t 〇 r Semiconductor ·金屬絕緣體半導體)電晶體,包含:形成 在前述S 0 I層上之閘極絕緣膜、形成在前述閘極絕緣膜上 之閘極和在前述S 0 I層内而形成在鄰接於前述閘極之位置 上之源極/汲極活化層;以及,其他元件,形成在前述SO I 基板上;此外,前述Μ I S電晶體之源極和閘極係成為短路, 前述Μ I S電晶體之汲極係連接在前述其他元件之訊號輸入 部或訊號輸出部,前述Μ I S電晶體之通道方向係配置平行 於前述S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 > 。 本發明係一種半導體裝置,係具備:SO I基板,依序地 沉積支持基板、氧化膜層和SOI (Semiconductor On Insulator :絕緣體上之半導體)層,在前述支持基板和前 述S 0 I層,使得互相之結晶方位偏離;以及,Μ I S ( M e t a 1 10 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885
Insulator Semiconductor ··金屬絕緣體半導體)電晶體, 包含:形成在前述S 0 I層上之閘極絕緣膜、形成在前述閘 極絕緣膜上之閘極和在前述S 0 I層内而形成在鄰接於前述 閘極之位置上之源極/汲極活化層;此外,藉由在前述S 0 I 層中之形成通道之通道形成區域,設置第1半導體層,在 前述SOI層中之前述通道形成區域之鄰接區域,設置第2 半導體層,而使得前述第1半導體層之晶格常數值,大概 相等於前述第2半導體層之晶格常數值,前述MIS電晶體 之通道方向係配置平行於前述S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >。 本發明係一種半導體裝置,係具備·· SO I基板,依序地 沉積支持基板、氧化膜層和SOI (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導體)層,在前述支持基板和前 述S 0 I層,使得互相之結晶方位偏離;第1及第2 P通道 MIS (Metal Insulator Semiconductor:金屬絕緣體半導 體)電晶體,包含:形成在前述SO I層上之閘極絕緣膜、 形成在前述閘極絕緣膜上之閘極和在前述S 0 I層内而形成 在鄰接於前述閘極之位置上之P型源極/汲極活化層;以 及,第 1及第 2N 通道 MIS(Metal Insulator Semiconductor:金屬絕緣體半導體)電晶體,包含:形成 在前述S 0 I層上之閘極絕緣膜、形成在前述閘極絕緣膜上 之閘極和在前述SO I層内而形成在鄰接於前述閘極之位置 上之N型源極/汲極活化層;此外,前述第1 N通道ΜI S 電晶體之汲極係連接在前述第2 Ν通道Μ I S電晶體之閘極, 前述第2Ν通道MIS電晶體之汲極係連接在前述第1Ν通道 11 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 Μ I S電晶體之閘極,在前述第1及第2 N通道Μ I S電晶體之 源極,施加既定電位,前述第1 N通道Μ I S電晶體之汲極係 也連接在前述第1Ρ通道MIS電晶體之汲極,前述第2Ν通 道Μ I S電晶體之汲極係也連接在前述第2 P通道Μ I S電晶體 之汲極,不論是在前述第1及第2 Ν通道Μ I S電晶體之任何 一個,通道方向係配置平行於前述S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 > ,不論是在前述第1及第2Ρ通道MIS電晶體之任何一 個,通道方向係配置平行於前述S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 > 〇 【實施方式】 <實施形態1 > 本實施形態係一種半導體裝置及其製造方法,係在支持 基板之結晶方位< 1 1 0 > —致於S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 > 所形成之SOI基板上,形成:包含P型本體層之N通道MOS 電晶體和接合在P型本體層上之本體電壓施加用P型活化 層,連結P型本體層和本體電壓施加用P型活化層之通路 係呈平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。 圖1〜圖3顯示本實施形態之半導體裝置。此外,圖2 係顯示沿著圖· 1中之切斷線Π — Π所作之剖面圖,圖3係 顯示沿著圖1中之切斷線m — πι所作之剖面圖。 該半導體裝置係N通道M0S電晶體,形成在依序地沉積 矽基板等之支持基板1、氧化膜層2和矽層等之SO I層3 之SOI基板之表面上,更加具體地說,形成在SOI層3上。 此外,該N通道Μ 0 S電晶體係具備閘極1 2、閘極絕緣膜1 1 12 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 和N型源極/汲極活化層5。 閘極1 2和閘極絕緣膜1 1之沉積構造係形成在SO I層3 之表面上,N型源極/汲極活化層5係在S 0 I層3内,呈 俯視為形成在鄰接於閘極1 2之位置上。此外,源極/汲極 活化層5之外邊緣係藉由部分隔離型元件隔離區域4而進 行規定。在此所謂「部分隔離」係指在S 01層3之膜厚方 向上元件隔離區域4不到達至氧化膜層2而部份殘留導通 於其他區域之S 01層3之一部分之元件隔離方式(就「部 分隔離」而言、參照非專利文獻1 )。 在閘極1 2和閘極絕緣膜1 1之側面,形成側壁絕緣膜 1 3,在閘極1 2和源極/汲極活化層5之表面,分別形成矽 化物化區域1 2 b、5 a。此外,閘極1 2中之鄰接於源極/汲 極活化層5之部分係形成為較細以便使得閘長度變短,但 是,用以連接接觸栓塞(並未圖示)之拉出部分1 2 a卻形 成為較寬。此外,S 01層3中之閘極1 2下方之部分係成為 比較低濃度(P—)之P型本體層3a。此外,在P型本體層 3 a中之至少接觸到閘極絕緣膜1 1之部分形成有通道。 在SOI層3内,形成接合在P型本體層3a之比較高濃 度(P+)之本體電壓施加用P型活化層6。連結P型本體 層3 a和本體電壓施加用P型活化層6之通路係呈平行地配 置在S 0 I層3之結晶方位< 1 0 0 >上。此外,在本體電壓施 加用P型活化層6之表面,形成矽化物化區域6 a。在矽化 物化區域6 a上,連接接觸栓塞(並未圖示),並介由此等 而進行P型本體層3a之電位固定。藉由進行P型本體層 13 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 3 a之電位固定而達到高速動作時之穩定性增加或熱載子 耐性惡化之抑制(參照非專利文獻2 )。 此外,在該S ΟI基板中之支持基板1和S ΟI層3,相互 之結晶方位係偏離。更加具體地說,S ΟI層3之結晶方位 < 1 0 0 >之方向和支持基板1之結晶方位< 1 1 0 >之方向係 成為一致(圖2和圖3中之内包點之圓係表示垂直於紙面 之垂直方向。以下均相同。)。 圖4顯示此種S ΟI基板之製造步驟。在支持基板1之晶 圓,沿著結晶方位< 1 1 0 >而形成定位平面0 F 1,在成為S Ο I 層3和氧化膜層2之形成母體之S ΟI層用晶圓3 0 0,沿著 結晶方位< 1 0 0 >而形成定位平面0 F 2。接著,利用使定位 平面0 F 1、0 F 2位置對位,而進行兩個晶圓之貼合B D。可 以藉此而形成圖2及圖3所示之包含支持基板1、氧化膜 層2和SOI層3之SOI基板。 如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,則在S 0 I基板 之支持基板1和S 0 I層3,使得相互之結晶方位呈偏離而 進行貼合,使得S 0 I層3之結晶方位< 1 0 0 >之方向和支持 基板1之結晶方位< 1 1 0 >之方向成為一致。因此,可以在 有助於特性提升之結晶方位上,進行整合,配置N通道M0S 電晶體,並且,在試驗研究用劈開時,得到平行於該結晶 方位之剖面。 此外,如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,則連結 P型本體層3a和本體電壓施加用P型活化層6之通路係呈 平行地配置在S 0 I層3之結晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 14 1229885 < 1 ο ο >,電洞之遷移率大,因此,可以在前述通路,減低 寄生於閘極絕緣膜1 1下方之S Ο I層3之寄生電阻R a,並 且,在前述通路,減低寄生於元件隔離區域4下方之SOI 層3之寄生電阻R b。特別是部分隔離型元件隔離區域4下 之寄生電阻Rb係僅是窄小區域之電阻,其減低效果大。 因此,如果介由本體電壓施加用P型活化層6而施加電 壓至P型本體層3a的話,則迅速地進行對於P型本體層 3a之電壓傳達,提高P型本體層3a之電壓固定能力。此 外,可以藉由提高該電壓固定能力而增加電路穩定性,減 低低頻雜訊。結果,提高半導體裝置之線性特性。此外, 也提高熱載子耐性。 可以藉由劈開而容易得到沿著提高該電壓固定能力之N 通道M0S電晶體之通道幅寬方向或通道長度方向之剖面。 此外,N通道M0S電晶體係藉由部分隔離型元件隔離區 域4而進行元件隔離。藉此,比起在SOI層3之膜厚方向 而由到達至氧化膜層2之完全隔離型元件隔離區域來進行 元件隔離之情況,可更加抑制由元件隔離區域4而施加至 前述連結P型本體層3 a和本體電壓施加用P型活化層6 之通路之應力量。因此,不容易在前述通路,發生電洞遷 移率之減低。 此外,閘極1 2之形狀和本體電壓施加用P型活化層6 之形狀係並非限定在圖1〜圖3所示者。例如也可以是圖5 和圖6所示之形狀。此外,圖6係顯示沿著圖5中之切斷 線VI — VI所作之剖面之圖。 15 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 在該形狀中,於閘極1 2 Η之閘幅寬方向之兩端,設置用 以連接接觸栓塞(並未圖示)之拉出部分1 2 c。本體電壓 施加用Ρ型活化層6係由源極/汲極活化層5開始拉出而 形成,一直到比起拉出部分1 2 c還更加離開閘極1 2 Η之位 置為止。 因此,為了取代部分隔離型元件隔離區域4,結果,可 以採用完全隔離型元件隔離區域4a。 此外,在圖5及圖6之形狀以外,也可以成為圖7及圖 8所示之形狀。此外,圖8係顯示沿著圖7中之切斷線Μ 一 Μ所作之剖面圖。 在該形狀中,正如圖1〜圖3之情況,在與由源極/沒 極活化層5所看到之閘極1 2之拉出部分1 2 a相反側之位 置,並無設置本體電壓施加用P型活化層6,由源極/汲 極活化層5開始拉出,一直到比起拉出部分1 2 a還更加離 開閘極1 2之位置為止,而形成本體電壓施加用P型活化層 6。因此,即使是在圖8,也可以採用完全隔離型元件隔離 區域4a,來取代部分隔離型元件隔離區域4。 此外,為了取代圖8,因此,也可以採用圖9所示之形 狀。也就是說,在閘極絕緣膜1 1中,可以成為使得位處在 接觸栓塞連接部位下之厚膜部分1 1 0之膜厚更加大於其他 部分之膜厚之形狀。閘極絕緣膜1 1之厚度係可以採用例如 1〜5 n m,厚膜部分1 1 0之厚度係可以採用例如5〜1 5 n m。 如果這樣的話,連接在閘極1 2之接觸栓塞(並未圖示)之 正下方係成為厚膜部分1 1 0,因此,可以減低接觸栓塞和 16 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 SOI層3間之寄生電容。 此外,在圖7,顯示厚膜部分1 1 0形成用之罩幕資料為 RX 1,如果藉由罩幕資料RX 1的話,則厚膜部分1 1 0係不僅 是閘極1 2之拉出部分1 2 a之下部,也到達至本體電壓施加 用P型活化層6上及其周圍。在此,罩幕資料R X1係俯視 為矩形,其一邊係完全不重疊於閘極1 2之拉出部分1 2 a 之源極•汲極區域側之某一邊,配置成為若干偏離於本體 電壓施加用P型活化層6側。這個係考量實際罩幕調正時 之偏離。 以下,使用圖10〜圖14,就圖9形狀之半導體裝置之 製造方法,而進行說明。 首先,正如圖1 0所示,準備藉由支持基板1、氧化膜層 2和S 0 I層3所構成並且在支持基板1和S 01層3來使得 互相之結晶方位偏離的S 01基板。接著,形成貫通S 01層 3而到達至氧化膜層2之完全隔離型元件隔離區域4a,劃 分SOI層3。接著,在SOI層3内,進行雜質植入,形成 比較低濃度(P-)之P型本體層3 a。 接著,在圖11所示之步驟,於SOI層3上之整個面, 形成厚度5〜1 5 n m之閘極絕緣膜1 1之厚膜部分1 1 0。 接著,在圖1 2所示之步驟,根據罩幕資料R X1而對於 光阻罩幕R Μ1,進行圖案處理,規定殘留閘極絕緣膜1 1之 厚膜部分1 1 0之區域。然後,例如藉由濕式蝕刻而除去沒 有利用光阻罩幕R Μ 1所覆蓋之閘極絕緣膜之部分。 接著,在除去光阻罩幕R Μ1後,於圖1 3所示之步驟, 17 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 在所露出之S Ο I層3上,例如藉由熱氧化法而形成連續於 厚膜部分1 1 0之厚度1〜5 n m之閘極絕緣膜,藉此而完成閘 極絕緣膜1 1。此外,閘極絕緣膜1 1係可以藉由C V D (Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)法等而形 成。 接著,在圖1 4所示之步驟,於包含厚膜部分1 1 0之閘 極絕緣膜1 1上,形成多晶矽膜等,藉由光微影技術和蝕刻 技術而對於這個,進行圖案處理,形成閘極1 2。此外,可 以在閘極1 2之側面,形成側壁絕緣膜1 3。 然後,進行源極/汲極活化層5 (參照圖7 )形成用之 雜質植入或本體電壓施加用P型活化層6形成用之雜質植 入。此時,元件隔離區域4 a和閘極1 2係成為該植入之罩 幕,因此,可以藉由使得形成這些之位置,變得適當,而 使得本體電壓施加用P型活化層6,接觸到P型本體層3 a, 使得連結P型本體層3 a和本體電壓施加用P型活化層6 之通路,平行於S 0 I層3之結晶方位< 1 0 0 > 。 藉此而完成圖7及圖9形狀之N通道M0S電晶體。 如果藉由該製造方法的話,則在S 01層3上,形成包含 厚膜部分1 1 0之閘極絕緣膜11,因此,能夠形成圖9形狀 之N通道M0S電晶體。此外,如果藉由熱氧化法或CVD法 等而形成包含厚膜部分1 1 0之閘極絕緣膜1 1來成為氧化膜 的話,則呈高精度地進行膜厚控制。因此,即使是在S 01 層3形成為非常薄之情況下,也可以將閘極絕緣膜形成為 所要求之薄度。 18 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 <實施形態2 > 圖1 5顯示本實施形態之半導體裝置。本實施形態係實 施形態1之半導體裝置之變化例,係將本體電壓施加用P 型活化層6配置在平面俯視上之N型源極/汲極活化層5 内之一部分之構造之半導體裝置。 本體電壓施加用P型活化層6和P型本體層3a係藉由 成為閘極1 2下方之S ΟI層(參照圖2 )之通路P T而進行 電連接。此外,通路P T係在途中,進行彎曲,但是,在彎 曲部分之前後,皆平行於S Ο I層3之結晶方位< 1 0 0 >。其 他構造係相同於圖1〜圖3所示之半導體裝置,因此,省 略說明。 如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,則本體電壓施 加用P型活化層6係配置在N型源極/汲極活化層5内之 一部分。因此,使得本體電壓施加用P型活化層6,比起 正如圖1〜圖3所示之設置在N通道Μ 0 S電晶體外部之狀 態,還更加達到省空間化。 此外,在俯視方面,鄰接於閘極1 2而設置本體電壓施 加用Ρ型活化層6,因此,使得連結Ρ型本體層3a和本體 電壓施加用P型活化層6之通路PT變短,更加迅速地進行 對於P型本體層3a之電.壓傳達,更加提高本體電壓之固定 能力。因此,可以藉由劈開而容易得到沿著連結提高電壓 固定能力之N通道MOS電晶體之P型本體層3a和本體電壓 施加用 P型活化層6之通路方向之剖面。 <實施形態3 > 19 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 本實施形態係也是實施形態1之半導體裝置之 係使得本體電壓施加用P型活化層6和閘極1 2成 構造之半導體裝置。 圖16顯示本實施形態之半導體裝置。在該半導 閘極1 2之拉出部分1 2 a和本體電壓施加用P型5 係藉由接觸栓塞CT而成為短路。其他構造係相同 圖9所示之半導體裝置,因此,省略說明。 也就是說,該N通道MOS電晶體係動態臨限值 Threshold) Μ0S電晶體。在動態臨限值Μ0S電晶 使得對於閘極之施加電壓也傳達至本體層而改變 壓。 在實施形態1之半導體裝置,迅速地進行對於 層3a之電壓傳達,因此,能夠更加迅速地改變臨 因此,可以藉由劈開而容易得到沿著連結提高電 力之N通道M0S電晶體之P型本體層3a和本體電 P型活化層6之通路方向之剖面。 此外,N型源極/汲極活化層5和P型本體層: 寄生雙極性電晶體(分別使得N型源極/汲極活 當於射極/集極、P型本體層3a相當於基極)。一 基極電阻值和射極植入效率係有折衷(t r a d e - 〇 f ] 存在,因此,在企圖降低射極植入效率時,則基 呈上升。但是,在本實施形態,電洞遷移率大, 以使得P型本體層3 a之電阻值(基極電阻值)« 因此,皆能夠減低射極植入效率和基極電阻值 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 變化例, 為短路之 -體裝置, &化層6 於圖7〜 (Dynamic 體,藉由 該臨限電 P型本體 限電壓。 壓固定能 壓施加用 3 a係構成 化層5相 般而言, f )之關係 極電阻值 因此,可 色低。 之任何一 20 1229885 種。如果可以減低該兩者的話,則能夠提高寄生雙極性電 晶體之電流放大率h F E,可以達到動態臨限值Μ 0 S電晶體之 性能提升。 <實施形態4 > 本實施形態係一種在使得支持基板之結晶方位< 1 1 0 > 一致於S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >所形成之S 0 I基板上而形 成:包含Ρ型本體層和Ρ型活化層之MOS型電容並且使得 連結Ρ型本體層和Ρ型活化層之通路呈平行地配置在S 0 I 層之結晶方位<100>上之半導體裝置。 圖17〜圖18顯示本實施形態之半導體裝置。此外,圖 1 8係顯示沿著圖1 7中之切斷線X Μ — X Μ所作之剖面之 圖。 該半導體裝置係MOS型電容,形成在依序地沉積矽基板 等之支持基板1、氧化膜層2和矽層等之SOI層3之SOI 基板之表面上。此外,該MOS型電容係具備:植入P型雜 質之閘極1 2 1、閘極絕緣膜1 1和P型源極/汲極活化層5 1。 閘極1 2 1和閘極絕緣膜1 1之沉積構造係形成在S 0 I層3 之表面上,P型源極/汲極活化層5 1係在S 01層3内,形 成在俯視上之鄰接於閘極1 2 1之位置上。此外,源極/汲 極活化層5 1之外邊係藉由部分隔離型元件隔離區域4而進 行規定。 在閘極1 2 1和閘極絕緣膜1 1之側面,形成側壁絕緣膜 1 3,在閘極1 2 1和源極/汲極活化層5 1之表面,分別形成 矽化物化區域1 2 1 b、5 1 a。此外,閘極1 2 1中之鄰接於源 21 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 極/汲極活化層 5 1之部分係形成為較細而使得閘 短,但是,用以連接接觸栓塞(並未圖示)之拉出部 係形成為較寬。此外,S ΟI層3中之閘極1 2 1下方 係成為比較低濃度(P —)之P型本體層3 a。P型渴 極活化層5 1係電連接於P型本體層3 a。此外,連 本體層3 a和P型源極/沒極活化層5 1之通路係呈 配置在S Ο I層3之結晶方位< 1 0 0 >上。 即使是在該SOI基板,於支持基板1和SOI層3 之結晶方位係也偏離。更加具體地說,S 0 I層3之 位< 1 0 0 >之方向和支持基板1之結晶方位< 1 1 0 > 係成為一致。 如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,則連結 體層3 a和P型源極/沒極活化層5 1之通路係呈平 置在S 0 I層3之結晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位< 電洞之遷移率大,因此,如果介由P型源極/汲極 5 1而施加電壓至P型本體層3 a的話,則迅速且低 進行對於P型本體層3a之電壓傳達。藉此而在使拜 型電容來作為可變電容之情況下,改善可變電容之 值)。由於可變電容之效率(Q值)係反比例於P型 3a之電阻值之緣故。因此,在該M0S型電容適用於 時,可以減少所產生之位移量。 此外,如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,貝〗 基板之支持基板1和S 0 I層3,使得相互之結晶方 離而進行貼合,使得S 0 I層3之結晶方位< 1 0 0 >之 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 長度變 分 121a 之部分 、極/汲 結P型 .平行地 ,相互 結晶方 之方向 P型本 行地配 1 00 >, 活化層 電阻地 "亥 M0S 效率(Q 本體層 振盪器 J 在 SOI 位呈偏 方向和 22 1229885 支持基板1之結晶方位< 1 1 Ο >之方向成為一 I 以在有助於特性提升之結晶方位上,進行整合 型電容,並且,在試驗研究用劈開時,得到平 方位之剖面。 因此,可以藉由劈開而容易得到沿著連結提 能力之MOS型電容之P型本體層3a和P型源極 層51之通路方向之剖面。 <實施形態5 > 本實施形態係形成在圖1〜圖3所示之支持;| 層3而使得相互之結晶方位呈偏離之S ΟI基板 MOS電晶體和N通道MOS電晶體,係發揮作為: 流之保護元件之功能之半導體裝置。 圖1 9係顯示將本實施形態之半導體裝置採月 晶體CM 1之輸入側保護元件之狀態之電路圖,@ 將本實施形態之半導體裝置採用在CMOS電晶體 側保護元件之狀態之電路圖。 在圖1 9,於P通道M0S電晶體PM1,其源極 為短路,其汲極係連接在電壓訊號輸入端V i η禾 體C Μ1之訊號輸入部Ν1。此外,共通於源極和 電源電位Vdd。接著,在Ν通道M0S電晶體ΝΜ1 閘極係成為短路,其汲極係連接在電壓訊號輸 C Μ 0 S電晶體C Μ 1之訊號輸入部Ν 1。此外,共通 極而施加接地電位G N D。 Ρ通道M0S電晶體ΡΜ1和Ν通道M0S電晶體 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 欠。因此,可 ,配置Μ 0 S 行於該結晶 高電壓固定 /沒極活化 ^板1和S 0 I 上之Ρ通道 纣於突波電 Ϊ在CMOS電 3 20係顯示 CM2之輸出 和閘極係成 7 CMOS電晶 閘極而施加 ,其源極和 入端 V i η和 於源極和閘 ΝΜ1係皆相 23 1229885 同於圖1〜圖3所示之N通道MOS電晶體 沉積矽基板等之支持基板、氧化膜層和石夕 S 0 I基板之表面上。接著,各個係分別相 所示之N通道M0S電晶體,具備:閘極、 極/汲極活化層。當然,在N通道Μ 0 S電 /汲極活化層係植入Ν型雜質之Ν型源極 在Ρ通道Μ 0 S電晶體Ρ Μ1,源極/汲極活 雜質之Ρ型源極/汲極活化層。 此外,在S 0 I基板,S 0 I層之結晶方位-支持基板之結晶方位< 1 1 0 >之方向係成/ Ρ通道M0S電晶體ΡΜ1和Ν通道M0S電晶 極絕緣膜之沉積構造係皆形成在S 0 I層之 汲極活化層係形成在鄰接於S 0 I層内之閘 著,即使是在Ρ通道M0S電晶體ΡΜ1和Ν Ν Μ 1之任何一個,通道方向係也呈平行地 結晶方位< 1 0 0 >上。 此外,在實施形態1之圖1〜圖3所示 晶體,顯示本體電壓施加用Ρ型活化層6 施形態之Ρ通道Μ 0 S電晶體Ρ Μ 1和Ν通道 此種本體電壓施加用活化層之形成係成為 在圖20,於Ρ通道M0S電晶體ΡΜ2,其 為短路,其汲極係連接在電壓訊號輸出端 晶體C Μ 2之訊號輸出部Ν 2。此外,共通於 加電源電位V d d。接著,在Ν通道Μ 0 S電βε 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 ,形成在依序地 層等之SOI層之 同於圖1〜圖3 閘極絕緣膜和源 晶體Ν Μ1,源極 /没極活化層, 化層係植入Ρ型 <100〉之方向和 备一致。此外,在 體Ν Μ 1,閘極和閘 表面上,源極/ 極之位置上。接 通道M0S電晶體 配置在S 0 I層之 之Ν通道M0S電 ,但是,在本實 Μ 0 S電晶體Ν Μ 1, 任意。 源極和閘極係成 Vout 和 CMOS 電 源極和閘極而施 I體Ν Μ 2,其源極 24 1229885 和閘極係成為短路,其汲極係連接在電壓訊號輸出端V 〇 u t 和C Μ 0 S電晶體C Μ 2之訊號輸出部N 2。此外,共通於源極 和閘極而施加接地電位GND。 P通道M0S電晶體PM2和N通道M0S電晶體NM2係也相 同於P通道M0S電晶體PM1和N通道M0S電晶體NM1之狀 態,形成在S 01基板之表面上。在該狀態下,兩個電晶體 之通道方向係也呈平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。 P通道M0S電晶體PM1、PM2和N通,道M0S電晶體NM1、 N Μ 2,係皆對於突波電流之保護元件。也就是說,這些電晶 體係在一般動作時,成為0 F F (截止)狀態,但是,在突 波電流施加於沒極時,轉移成為0 Ν (導通)狀態。藉此而 防止突波電流流動至連接在成為CMOS電晶體CM 1、CM2等 之保護元件之各個M0S電晶體汲極之其他元件。 圖21係顯示M0S電晶體MT内之寄生雙極性電晶體BP 之示意圖。在寄生雙極性電晶體BP,M0S電晶體MT之源極 S、汲極D係分別相當於射極、集極,M0S電晶體ΜΤ之本 體Β係相當於基極。 在突波電流施加於汲極時,碰撞離子化電流I i m ρ係由汲 極開始朝向本體而流動。此時,由於基極電阻(也就是在 本體層之電阻)Rbase而產生電壓降。 此外,如果藉由本實施形態的話,則P通道M0S電晶體 PM1、PM2和N通道M0S電晶體NM1、NM2之通道方向係皆 呈平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。 25 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 在結晶方位< 1 Ο Ο > ,電洞之遷移率大。因此,在Μ 0 S 電晶體成為N通道型之狀態下,在包含於N通道MOS電晶 體之P型本體層,產生碰撞離子化,即使是在產生電洞一 電子對而流動電流之狀態下,也在P型本體層内,迅速地 擴散電流。可以藉此而實現均勻之電流分布,不局部地流 動電流,可以減低在該P型本體層之電阻。這個係表示達 到圖2 1之基極電阻R b a s e之減低。 因此,在突波電流流動至N通道MOS電晶體NM1、NM2 時,可以抑制由於流動至該源極、汲極和本體所形成之寄 生雙極性電晶體之碰撞離子化電流而造成之電壓降,能夠 提高而i ESD(ElectroStaticDischarge:靜電放電)性。 此外,在M0S電晶體成為P通道型之狀態下,在突波電 流流動至M0S電晶體時,能夠在P通道,以低電阻而流動 電流。 可以藉由劈開而容易得到沿著提高耐ESD性之N通道 M0S電晶體和能夠以低電阻而流動電流之P通道M0S電晶 體之通道幅寬方向或通道長度方向之剖面。 <實施形態6 > 本實施形態係在支持基板之結晶方位< 1 1 0 > —致於 S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >所形成之S 0 I基板上而設置所謂 應變通道構造之M0S電晶體之半導體裝置。 存在藉由在SOI層中之形成通道之通道形成區域,設置 第1半導體層,在通道形成區域之鄰接區域,設置第2半 導體層,而使得第1半導體層之晶格常數值,大概相等於 26 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 第2半導體層之晶格常數值之構造之MOS電晶體。具體地 說,成為使得S 01層中之表面側(通道形成區域)成為晶 格常數更加大於一般矽之矽應變通道層並且使得S 0 I層之 殘留(通道形成區域之鄰接區域)成為晶格常數更加大於 矽之矽鍺層之構造之Μ 0 S電晶體(參照非專利文獻3 )。 在晶格常數更加大於矽之鄰接區域而進行磊晶成長之 表面側矽層之晶格常數值,係受到鄰接區域之晶格配置之 影響而大概相等於鄰接區域之晶格常數值,具有更加大於 一般石夕之晶格常數。因此,表面側之砂層係成為承受拉伸 應力(tensile stress)之狀態。像這樣,看到通道之載 子遷移率之上升,得到特性提高之M0S電晶體。這個係所 謂應變通道構造之M0S電晶體。 在本實施形態,將應變通道構造之M0S電晶體,形成在 支持基板和S 0 I層而相互之結晶方位呈偏離之S 0 I基板 上,該通道方向係呈平行地配置在SO I層之結晶方位< 1 0 0 >上。此外,S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >之方向和支持基板 之結晶方位< 1 1 0 >之方向係成為一致。 圖2 2顯示本實施形態之半導體裝置。該半導體裝置係N 通道M0S電晶體,形成在依序地沉積矽基板等之支持基板 1、氧化膜層2和SOI層3b之SOI基板之表面上。此外, 該N通道Μ 0 S電晶體係具備閘極1 2、閘極絕緣膜1 1和N 型源極/汲極活化層5。此外,S 0 I層3 b係具有矽應變通 道層3 2和矽鍺層3 1之沉積構造。N通道Μ 0 S電晶體之通 道方向係呈平行地配置在S 0 I層3 b之結晶方位< 1 0 0 >上。 27 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 閘極1 2和閘極絕緣膜1 1之沉積構造係形成在S Ο I層3 b 之表面上,N型源極/汲極活化層5係在S Ο I層3 b内,形 成在俯視為鄰接於閘極1 2之位置上。此外,源極/汲極活 化層5之外邊係藉由部分隔離型元件隔離區域4而進行規 定。 在閘極1 2和閘極絕緣膜1 1之側面,形成側壁絕緣膜 1 3,在閘極1 2和源極/汲極活化層5之表面,分別形成矽 化物化區域1 2 b、5 a。此外,S Ο I層3 b中之閘極1 2下方之 部分(形成MOS電晶體通道之區域)係成為比較低濃度(P 一)之P型本體層3a。 如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,則SO I層3 b 係藉由矽應變通道層3 2和矽鍺層3 1之沉積構造而構成。 因此,可以在成為通道形成區域之矽應變通道層32,由成 為鄰接區域之矽鍺層3 1,施加拉伸應力,提高通道之載子 遷移率。 此外,Μ 0 S電晶體之通道方向係呈平行地配置在S 0 I層 3 b之結晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位< 1 0 0 > ,電洞之遷 移率大,因此,在M0S電晶體成為N通道型之情況下,正 如在實施形態5所敘述的,在包含於N通道M0S電晶體之 P型本體層3a,產生碰撞離子化,即使是在產生電洞一電 子對而流動電流之情況下,也在P型本體層3 a内,迅速地 擴散電流。可以藉此而實現均勻之電流分布,不局部地流 動電流,可以減低在該P型本體層3a之電阻。 因此,可以抑制由於流動至N通道M0S電晶體之源極、 28 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 汲極和本體所形成之寄生雙極性之碰撞離子化電流而造成 之電壓降,能夠提高耐ESD性。 在MOS電晶體成為P通道型之狀態下,能夠在P通道, 以低電阻而流動電流。 此外,在S ΟI基板,於支持基板1和S ΟI層3 b,使得相 互之結晶方位呈偏離。可以藉此而使得支持基板1之劈開 面和S Ο I層3 b之劈開面,變.得不同,能夠使得S Ο I基板, 不容易發生破裂。這個係表示S 0 I基板之強度提升。為了 提高S 0 I基板之強度,因此,能夠使得在各個製造步驟所 產生之應力變小。由於應力而改變電晶體之特性,因此, 應力控制係變得重要。特別是在本實施形態,由矽鍺層3 1 施加拉伸應力而形成矽應變通道層3 2,需要更加高精度之 應力控制。可以藉由使用本S ΟI基板,而除了耐E S D性之 提升和P通道MOS電晶體之電流驅動能力之提升以外,還 使得在各個製造步驟所產生之不確定應力變小,來提高應 力控制。 可以藉由劈開而容易得到沿著提高耐ESD性之N通道 MOS電晶體和能夠以低電阻而流動電流之P通道MOS電晶 體之通道幅寬方向或通道長度方向之剖面。 此外,由於在支持基板1和S Ο I層3 b,使得相互之結晶 方位呈偏離,因此,不容易破裂,能夠有效地利用前述S 0 I 基板之任何一種特長。 圖2 3〜圖2 6顯示本實施形態之應變通道構造之S Ο I基 板之製造方法。在此,採用習知之SMART CUT (智慧型切 29 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 割)法(註冊商標),作為例子,而就支持基板1和S 01 層3 b之貼合,來進行說明。 在貼合前之階段,於S Ο I層用晶圓3 2 0之表面,例如藉 由 UHV— CVD ( Ultra High Vacuum CVD (超高真空化學氣 相沉積))法而形成矽鍺層3 1 (圖3 2 )。接著,進行氫離子 植入IP而一直到矽鍺層31之厚度DPI之深度為止,來形 成結晶缺陷層D F (圖2 4 )。 接著,正如圖2 5所示,將S Ο I層用晶圓3 2 0之矽鍺層 3 1,貼合在氧化膜層2形成於表面上之支持基板1側之晶 圓主表面。在圖25,以元件符號BD來表示貼合面之位置。 此外,在此時,使得支持基板1和S ΟI層用晶圓3 2 0之結 晶方位< 1 0 0 > ,互相偏離4 5 °而進行貼合。 接著,進行熱處理而使得結晶缺陷層DF,成為脆化,正 如圖2 6所示,在結晶缺陷層D F,分割S Ο I層用晶圓3 2 0。 此時,也除去S Ο I層用晶圓3 2 0中之接合強度弱之周邊部。 此外,在圖2 6,以元件符號D T來表示分割面。 接著,在該狀態下,追加熱處理而提高矽鍺層3 1和支 持基板1間之貼合強度,輕研磨矽鍺層3 1之表面,進行殘 留之結晶缺陷層DF之除去。 然後,在矽鍺層3 1之表面,對於矽,進行例如磊晶成 長,形成矽應變通道層3 2 (圖2 7 )。然後,藉由進行N通 道Μ 0 S電晶體之一般製造步驟而得到圖2 2所示之構造。 <實施形態7 > 本實施形態係形成在使得支持基板之結晶方位< 1 1 0 > 30 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 一致於S Ο I層之結晶方位< 1 Ο Ο >所形成之S Ο I基板上之4 個 MOS 電晶體,係構成 SRAM (Static Random Access Memory :靜態隨機存取記憶體)之半導體裝置。 圖2 8係本實施形態之半導體裝置之電路圖。正如圖2 8 所示,在該半導體裝置,2個N通道MOS電晶體NMdl、NMd2 和2個P通道MOS電晶體PMal、PMa2係構成SRAM。 也就是說,N通道Μ 0 S電晶體N M d 1之汲極係連接在N通 道MOS電晶體NMd2之閘極,N通道MOS電晶體NMd2之汲 極係連接在N通道Μ 0 S電晶體N M d 1之閘極。 此外,在N通道Μ 0 S電晶體N M d 1、N M d 2之源極,施加 接地電位G N D。N通道Μ 0 S電晶體N M d 1之汲極係也連接在 P通道MOS電晶體PMal之汲極,N通道MOS電晶體NMd2 之汲極係也連接在P通道MOS電晶體PMa2之汲極。P通道 Μ 0 S電晶體P M a 1、P M a 2之源極係分別連接在位元線B L 1、 BL2 ° 此外,Μ 0 S電晶體N M d 1、N M d 2、P M a 1、P M a 2係皆相同於 圖1〜圖3所示之N通道MOS電晶體,形成在依序地沉積 矽基板等之支持基板、氧化膜層和矽層等之SOI層之SOI 基板之表面上。接著,各個係分別相同於圖1〜圖3所示 之N通道M0S電晶體,具備:閘極、閘極絕緣膜和源極/ 汲極活化層。當然,就前述電晶體中之P通道M0S電晶體 而言,源極/沒極活化層係植入P型雜質之P型源極/沒 極活化層。 此外,在S 0 I基板,S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >之方向和 31 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 支持基板之結晶方位< 1 1 ο >之方向係成為一致。此外,在 MOS電晶體NMdl、NMd2、PMal、PMa2,閘極和閘極絕緣膜 之沉積構造係皆形成在S 0 I層之表面上,源極/汲極活化 層係形成在鄰接於S 0 I層内之閘極之位置上。 接著,正如圖29所示,在N通道MOS電晶體NMcU、NMd2, 這些通道方向係呈平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。也就是說,通道方向和垂直閘極1 2之閘極寬方向係 呈平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。 另一方面,在P通道MOS電晶體PMal、PMa2,這些通道 方向係呈平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 1 0 >上。也就 是說,通道方向和垂直閘極1 2 s之閘極寬方向係呈平行地 配置在S 0 I層之結晶方位< 1 1 0 >上。 此外,在實施形態1之圖1〜圖3所示之N通道Μ 0 S電 晶體,顯示本體電壓施加用Ρ型活化層6,但是,在本實 施形態之MOS電晶體NMdl、NMd2、PMal、PMa2,此種本體 電壓施加用活化層之形成係成為任意。 如果藉由本實施形態之半導體裝置的話,則連接MOS電 晶體NMdl、NMd2、PMal、PMa2而構成SRAM。接著,相當 於記憶SRAM中之資訊之驅動電晶體之N通道MOS電晶體 NMdl、NMd2之通道方向係呈平行地配置在SOI層之結晶方 位< 1 0 0 >上。此外,相當於控制S R A Μ中之資訊處理之存 取電晶體之Ρ通道M0S電晶體PMa卜PMa2之通道方向係呈 平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 1 0 >上。 也就是說,P通道M0S電晶體PMal、PMa2之通道方向係 32 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 平行於S 0 I層之結晶方位< 1 1 ο >,因此,比起這些通道方 向平行於S Ο I層之結晶方位< 1 0 0 >之狀態,Ρ通道Μ 0 S電 晶體P M a 1、P M a 2之載子遷移率係變小。 在此,表示成為顯示SRAM記憶單元之資訊保持穩定度 之指標之驅動電晶體之電導相對於存取電晶體之電導之比 值 R c e 1 1 〇 (數式1 )
Udr*Pdr R ce "= 此外,在數式1,分別使得Wdr係表示驅動電晶體之閘 極寬,Ldr係表示驅動電晶體之閘長度,从dr係表示驅動 電晶體之載子遷移率,Pdr係表示驅動電晶體之前述以外 之關於電導之參數,Wac表示存取電晶體之閘極寬,Lac 係表不存取電晶體之閘極長’ //ac係表不存取電晶體之載 子遷移率,Pac係表示存取電晶體之前述以外之關於電導 之參數。 為了高度地保持S R A Μ記憶單元之資訊保持穩定度,因 此,必須使得電導之比值R c e 1 1之值成為某程度以上。如 果比較使得4個Μ 0 S電晶體之通道方向全部平行於S Ο I層 之結晶方位< 1 0 0 >之狀態的話,則在本實施形態之半導體 裝置,可以使得存取電晶體之載子遷移率/z ac變小。也就 是說,這個係表示可以在數學式1,使得電導之比值R c e 1 1 33 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 之值變大,能夠實現SRAM動作之穩定性之提高。 此外,在本實施形態之半導體裝置,就採用使得S 0 I層 來取代成為旋轉4 5 °或1 3 5 °之構造而使得支持基板之結晶 方位< 1 1 0 > —致於S 0 I層之結晶方位< 1 1 0 >之習知S 0 I 基板構造之狀態,來進行考量。在該狀態下,成為驅動電 晶體之N通道MOS電晶體NMd卜NMd2之通道方向係平行於 SOI層之結晶方位<110〉,成為存取電晶體之P通道MOS 電晶體P M a卜P M a 2之通道方向係平行於S 0 I層之結晶方位 < 1 00 >。在該狀態下,比起本實施形態之狀態,存取電晶 體之載子遷移率# ac係變大,無法提高電導之比值Rcell 之值。 如果由以上而正如本實施形態之半導體裝置來配置 SRAM記憶單元之各個電晶體的話,則可以使得SRAM動作, 成為穩定化。 或者是如果可以僅使得電導之比值R c e 1 1之值保持在既 定值的話,則能夠使得存取電晶體之載子遷移率// a c變 小,並且,也能夠減少驅動電晶體之閘極寬Wdr,達到省 空間4匕。 因此,可以藉由劈開而容易得到沿著能夠使得SRAM動 作來成為穩定化之M0S電晶體之通道幅寬方向或通道長度 方向之剖面。 (發明效果) 如果藉由本發明的話,則在S 0 I基板之支持基板和S 0 I 層,使得互相之結晶方位呈偏離。因此,為了有助於形成 34 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 在SOI基板上之半導體裝置之特性提升,結果,可以在SOI 層之結晶方位上,進行整合,配置該半導體裝置,並且, 在試驗研究用劈開時,容易得到平行於該結晶方位之面。 此外,如果藉由本發明的話,則連結P型本體層和本體電 壓施加用P型活化層之通路係呈平行地配置在S 0 I層之結 晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位< 1 0 0 >,電洞之遷移率大, 因此,如果介由本體電壓施加用P型活化層而施加電壓至 P型本體層的話,則迅速地進行對於P型本體層之電壓傳 達,提高P型本體層之電壓固定能力。此外,可以藉由提 高該電壓固定能力而增加電路穩定性,減低低頻雜訊。結 果,提高半導體裝置之線性特性。此外,也提高耐熱載子 性。因此,可以藉由劈開而容易得到沿著提高電壓固定能 力之N通道M0S電晶體之通道幅寬方向或通道長度方向之 剖面。 如果藉由本發明的話,則在S 0 I基板之支持基板和S 0 I 層,使得互相之結晶方位呈偏離。因此,為了有助於形成 在S 0 I基板上之半導體裝置之特性提升,結果,可以配置 S 0 I層之結晶方位,並且,在試驗研究用劈開時,沿著支 持基板之劈開面而分割SO I基板整體。此外,如果藉由本 發明的話,則連結P型本體層和P型活化層之通路係呈平 行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位< 1 0 0 >,電洞之遷移率大,因此,如果透過P型活化層而施 加電壓至P型本體層的話,則迅速地進行對於P型本體層 之電壓傳達,提高P型本體層之電壓固定能力。因此,可 35 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 以藉由劈開而容易得到沿著提高電壓固定能力之連結Μ I S 型電容之P型本體層和P型活化層之通路方向之剖面。 如果藉由本發明的話,則在S 0 I基板之支持基板和S 0 I 層,使得互相之結晶方位呈偏離。因此,為了有助於形成 在SO I基板上之半導體裝置之特性提升,結果,可以配置 S 0 I層之結晶方位,並且,在試驗研究用劈開時,沿著支 持基板之劈開面而分割SO I基板整體。此外,如果藉由本 發明的話,則Μ I S電晶體之源極和閘極係成為短路,其他 汲極係連接在其他元件之訊號輸入部或訊號輸出部。可以 藉此,以便於使得Μ I S電晶體,發揮作為防止由於突波電 流而破壞其他元件之保護元件之功能。此外,如果藉由本 發明的話,則Μ I S電晶體之通道方向係呈平行地配置在S 0 I 層之結晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位< 1 0 0 > ,電洞之遷 移率大,因此,在ΜIS電晶體成為Ν通道型之情況下,在 包含於Ν通道MIS電晶體之Ρ型本體層,產生碰撞離子化, 即使是在產生電洞一電子對而流動電流之情況下,也在P 型本體層内,迅速地擴散電流。可以藉此而實現均勻之電 流分布,不局部地流動電流,可以減低在該P型本體層之 電阻。因此,在突波電流流動至N通道ΜIS電晶體時,可 以抑制由於流動至Ν通道Μ I S電晶體之源極、汲極和本體 所形成之寄生雙極性之碰撞離子化電流而造成之電壓降, 能夠提高耐 ESD(Electro Static Discharge:靜電放電) 性。此外,在結晶方位< 1 0 0 > ,電洞之遷移率大,因此, 在Μ I S電晶體成為P通道型之狀態下’在突波電流流動至 36 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 Μ I S電晶體時,能夠在P通道,以低電阻而流動電流。因 此,可以藉由劈開而容易得到沿著提高耐ESD性之N通道 MOS電晶體和能夠以低電阻而流動電流之P通道MOS電晶 體之通道幅寬方向或通道長度方向之剖面。 如果藉由本發明的話,則第1半導體層之晶格常數值, 大概相等於第2半導體層之晶格常數值。因此,如果第1 半導體層之晶格常數值更加大於通常狀態的話,則可以在 通道形成區域,由鄰接區域而施加拉伸應力,來提高通道 之載子遷移率。此外,Μ I S電晶體之通道方向係呈平行地 配置在S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。在結晶方位< 1 0 0 > ,電洞之遷移率大,因此,在MIS電晶體成為Ν通道型 之狀態下,在包含於N通道MIS電晶體之P型本體層,產 生碰撞離子化,即使是在產生電洞_電子對而流動電流之 情況下,也在P型本體層内,迅速地擴散電流。可以藉此 而實現均勻之電流分布,不局部地流動電流,可以減低在 該P型本體層之電阻。因此,可以抑制由於流動至N通道 Μ I S電晶體之源極、汲極和本體所形成之寄生雙極性之碰 撞離子化電流而造成之電壓降,能夠提高耐ESD(Electro S t a t i c D i s c h a r g e ··靜電放電)性。此外,在結晶方位< 100>,電洞之遷移率大,因此,在MIS電晶體成為P通道 型之狀態下,能夠在P通道,以低電阻而流動電流。此外, 在S 0 I基板,於支持基板和S 0 I層,使得相互之結晶方位 呈偏離。可以藉此而使得支持基板之劈開面和SO I層之劈 開面,變得不同,能夠使得SO I基板,不容易發生破裂。 37 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 這個係表示S Ο I基板之強度提升,能夠提高在Μ I S電晶體 之製造步驟之應力控制。可以藉由劈開而容易得到沿著提 高耐ESD性之N通道MOS電晶體和能夠以低電阻而流動電 流之P通道MOS電晶體之通道幅寬方向或通道長度方向之 剖面。此外,在結晶方位< 1 0 0 >,電洞之遷移率大,並且, 在支持基板和S 0 I層,使得相互之結晶方位呈偏離,因此, 不容易破裂,能夠有效地利用前述S 0 I基板之任何一種特 長。 如果藉由本發明的話,則連接第1及第2 P通道ΜI S電 晶體和第1及第2Ν通道MIS電晶體而構成SRAM。接著, 相當於記憶S R A Μ中之資訊之驅動電晶體之第1及第2 N通 道Μ I S電晶體之通道方向係呈平行地配置在S Ο I層之結晶 方位< 1 0 0 >上。此外,相當於控制S R A Μ中之資訊處理之 存取電晶體之第1及第2Ρ通道MIS電晶體之通道方向係呈 平行地配置在S 0 I層之結晶方位< 1 1 0 >上。比起在結晶方 位< 1 0 0 >,在結晶方位< 1 1 0 >之電洞遷移率係比較小, 因此,可以使得成為存取電晶體之第1及第2P通道MIS 電晶體之載子遷移率變小。可以藉此而提高驅動電晶體之 電導對於存取電晶體之電導之比值,可以使得SRAM動作, 成為穩定化。因此,可以藉由劈開而容易得到沿著能夠使 得SRAM動作來成為穩定化之MIS電晶體之通道幅寬方向或 通道長度方向之剖面。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示實施形態1之半導體裝置之俯視圖。 38 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 圖2係顯示實施形態1之半導體裝置之剖面圖。 圖3係顯示實施形態1之半導體裝置之剖面圖。 圖4係顯不在支持基板側和S Ο I層側而偏離結晶方位之 SOI基板之製造步驟之圖。 圖5係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之俯視圖。 圖6係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之剖面圖。 圖7係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之俯視圖。 圖8係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之剖面圖。 圖9係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之剖面圖。 圖1 0係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之製造方 法之剖面圖。 圖1 1係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之製造方 法之剖面圖。 圖1 2係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之製造方 法之剖面圖。 圖1 3係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之製造方 法之剖面圖。 圖1 4係顯示實施形態1之半導體裝置之變化例之製造方 法之剖面圖。 * 圖1 5係顯示實施形態2之半導體裝置之俯視圖。 圖1 6係顯示實施形態3之半導體裝置之俯視圖。 圖1 7係顯示實施形態4之半導體裝置之俯視圖。 圖1 8係顯示實施形態4之半導體裝置之剖面圖。 圖1 9係顯示實施形態5之半導體裝置之電路圖。 39 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 圖 20 係 顯 示 實 施 形 態 | 5之半導體裝置 之電路圖· 3 圖 21 係 顯 示 M0S 電 晶 體内之寄生雙極 性電晶體之圖< 3 圖 22 係 顯 示 實 施 形 態 1 3之半導體裝置 之剖面圖< D 圖 23 係 顯 示 實 施 形 態 6 之半導體裝置之製 造方法 之 剖 面 圖 ο 圖 24 係 顯 示 實 施 形 態 6 之半導體裝置之製 造方法 之 剖 面 圖 ο 圖 25 係 顯 示 實 施 形 態 6 之半導體裝置之製 造方法 之 剖 面 圖 0 圖 26 係 顯 示 實 施 形 態 6 之半導體裝置之製 造方法 之 剖 面 圖 〇 圖 27 係 顯 示 實 施 形 態 6 之半導體裝置之製 造方法 之 剖 面 圖 〇 圖 28 係 顯 示 實 施 形 態 r 『之半導體裝置 之電路圖。 > 圖 29 係 顯 示 實 施 形 態 r 「之半導體裝置 之俯視圖c ( 元 件\ 降號說明\ ) β a c 載 子 遷 移 率 β dr 載 子 遷 移 率 Β 本 體 BD 貼 合 面 位 置 BL1 位 元 線 BL2 位 元 線 BP 寄 生 雙 極 性 電 晶體 CM1 CMOS 電 晶 體 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 40 1229885 CM2 CMOS :電 晶 體 D 汲 極 DF 結 晶 缺 陷 層 DPI 厚 度 DT 分 割 面 GND 接 地 電 位 IP 氫 離 子 植 入 Lac 閘 極 長 度 Ldr 閘 極 長 度 MT M0S 電 晶1 體 N1 訊 號 m 入 部 N2 訊 號 Ψμ 出 部 NMdl N 通 道 M0S 電 晶 體 NMd2 N 通 道 M0S 電 晶 體 NM1 N 通 道 M0S 電 晶 體 NM2 N 通 道 M0S 電 晶 體 0F1 定 位 平 面 0F2 定 位 平 面 P a c 參 數 P d r 參 數 PM1 P 通 道 M0S 電 晶 體 PM2 P 通 道 M0S 電 晶 體 PMal P 通 道 M0S 電 晶 體 PMa2 P 通 道 M0S 電 晶 體 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247
41 1229885 PT 通路 R a 寄生 Rb 寄生 R b a s e 基極 RM1 光阻 RX1 罩幕 S 源極 Vdd 電源 Vin 電壓 V o u t 電壓 W a c 閘極 Wdr 閘極 1 支持 2 氧化 3 SOI 3a 本體 3 b SOI 4、4 a 元件 5 源極 5a 矽化 6 本體 6a 矽化 11 閘極 12 閘極 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 電阻 電阻 電阻 罩幕 資料 電位 訊號輸入端 訊號輸出端 寬 寬 基板 膜層 層 層 層 隔離區域 /没極活化層 物化區域 電壓施加用活化層 物化區域 絕緣膜
42 1229885 12a 拉 出 部 分 12b 矽 化 物 化 域 12c 拉 出 部 分 1 2H 閘 極 12s 閘 極 13 側 壁 絕 緣 膜 31 矽 鍺 層 32 矽 應 變 通 道 層 51 源 極 / 汲 極 活4匕層 51a 矽 化 物 化 區 域 110 厚 膜 部 分 121 閘 極 121a 拉 出 部 分 121b 矽 化 物 化 區 域 300 SOI , 層 用 晶 圓 320 SOI , 層 用 晶 圓
312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 43

Claims (1)

1229885 拾、申請專利範圍·· 1. 一種半導體裝置,其特徵為:具備: S 0 I基板,係依序地沉積支持基板、氧化膜層和 (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導 \ 在前述支持基板和前述S 0 I層,使得互相之結晶方< N 通道 MIS ( Metal Insulator Semiconductor: 緣體半導體)電晶體,係包含:形成在前述SO I層 極絕緣膜、形成在前述閘極絕緣膜上之閘極、在前 層内而形成在鄰接於前述閘極之位置上之N型源極 活化層、和在前述S 0 I層内而至少形成在前述閘極 置上之P型本體層;以及, 本體電壓施加用P型活化層,係形成在前述S 01 接合在前述P型本體層;此外, 連結前述P型本體層和前述本體電壓施加用P型 之通路係呈平行地配置在前述S 0 I層之結晶方位< 上。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中,这 成為隔離前述N通道MIS電晶體之元件隔離區域而 S 0 I層之膜後方向不到達氧化膜層之部分隔離元件 域。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中, 閘極,包含接觸栓塞連接部位,前述閘極絕緣膜中 在前述接觸栓塞連接部位下之部分之膜厚係更加大 部分之膜厚。 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 SOI 豐)層, 丨立偏離; 金屬絕 上之閘 述SOI /汲極 下方位 層内, 活化層 1 00 > I具備: 在前述 隔離區 在前述 之位處 於其他 44 1229885 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中,前述本 體電壓施加用P型活化層係配置在前述N型源極/汲極活 化層内之一部分。 5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中,前述本 體電壓施加用P型活化層和前述閘極係成為短路。 6. —種半導體裝置,其特徵為:具備: SO I基板,係依序地沉積支持基板、氧化膜層和SO I (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導體)層, 在前述支持基板和前述SO I層,使得互相之結晶方位偏離; MIS (Metal Insulator Semiconductor:金屬絕緣體半 導體)型電容,係包含:形成在前述S 01層上之閘極絕緣 膜、形成在前述閘極絕緣膜上之閘極、和在前述SO I層内 而至少形成在前述閘極下方位置上之P型本體層;以及, P型活化層,係形成在前述SOI層内,電連接在前述P 型本體層;此外, 連結前述P型本體層和前述P型活化層之通路係呈平行 地配置在前述S 0 I層之結晶方位< 1 0 0 >上。 7. —種半導體裝置,其特徵為:具備: SO I基板,係依序地沉積支持基板、氧化膜層和SO I (Semiconductor On Insulator:絕緣體上之半導體)層, 在前述支持基板和前述S 0 I層,使得互相之結晶方位偏離; MIS ( Metal Insulator Semiconductor :金屬絕緣體半 導體)電晶體,係包含:形成在前述S 01層上之閘極絕緣 膜、形成在前述閘極絕緣膜上之閘極、和在前述s 0 I層内 45 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247 1229885 而形成在鄰接於前述閘極之位置上之源極/汲極活化層; 以及, 其他元件,係形成在前述S 01基板上;此外, 前述Μ I S電晶體之源極和閘極係成為短路,前述Μ I S電 晶體之汲極係連接在前述其他元件之訊號輸入部或訊號輸 出部,前述MIS電晶體之通道方向係配置為平行於前述SOI 層之結晶方位< 1 0 0 > 。 8. —種半導體裝置,其特徵為:具備: S 0 I基板,係依序地沉積支持基板、氧化膜層和S 0 I (SemiconductorOn Insulator:絕緣體上之半導體)層, 在前述支持基板和前述S 0 I層,使得互相之結晶方位偏 離;以及, MIS (Metal Insulator Semiconductor:金屬絕緣體半 導體)電晶體,係包含:形成在前述SO I層上之閘極絕緣 膜、形成在前述閘極絕緣膜上之閘極、和在前述S 0 I層内 而形成在鄰接於前述閘極之位置上之源極/汲極活化層; 此外, 藉由在前述SOI層中之形成通道之通道形成區域,設置 第1半導體層,在前述SOI層中之前述通道形成區域之鄰 接區域,設置第2半導體層,而使得前述第1半導體層之 晶格常數值,大概相等於前述第2半導體層之晶格常數 值,前述MIS電晶體之通道方向係配置為平行於前述SOI 層之結晶方位< 1 0 0 > 。 46 312/發明說明書(補件)/92-09/92117247
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