JP2002118264A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、SOI構造を有す
る半導体装置及びその製造方法に関する。特には、基板
浮遊効果を十分に抑制できる半導体装置及びその製造方
法に関する。The present invention relates to a semiconductor device having an SOI structure and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a semiconductor device capable of sufficiently suppressing a substrate floating effect and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】絶縁膜上の単結晶半導体層にトランジス
タを構成する手法はSOI(Silicon On Insulator)構造
として公知である。以下、SOI基板に形成されたMO
Sトランジスタについて説明する。2. Description of the Related Art A method of forming a transistor in a single crystal semiconductor layer on an insulating film is known as an SOI (Silicon On Insulator) structure. Hereinafter, the MO formed on the SOI substrate will be described.
The S transistor will be described.
【0003】図3(a),(b)は、従来の半導体装置
の製造方法を示す断面図である。まず、SOI基板10
1を準備する。このSOI基板101は、単結晶シリコ
ンからなる支持基板102と、この支持基板102上に
形成された絶縁膜103と、この絶縁膜103上に形成
された単結晶Si層104と、から構成されている。な
お、SOI基板101は、種々の製造方法により製造す
ることが可能であり、例えば、張り合わせ法、SIMO
X(separation by Implanted oxygen)などにより製造す
ることも可能である。張り合わせ法とは、表面に絶縁膜
を有するシリコン基板を2つ準備し、これらのシリコン
基板の絶縁膜を互いに張り合わせることによりSOI基
板を製造する方法である。SIMOXとは、単結晶シリ
コン基板中に酸素を高濃度にイオン注入してシリコン基
板内部に酸化膜を形成することによりSOI基板を製造
する方法である。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device. First, the SOI substrate 10
Prepare 1 The SOI substrate 101 includes a support substrate 102 made of single crystal silicon, an insulating film 103 formed on the support substrate 102, and a single crystal Si layer 104 formed on the insulating film 103. I have. The SOI substrate 101 can be manufactured by various manufacturing methods.
It can also be manufactured by X (separation by Implanted oxygen) or the like. The bonding method is a method for preparing an SOI substrate by preparing two silicon substrates each having an insulating film on the surface and bonding the insulating films of the silicon substrates to each other. SIMOX is a method for manufacturing an SOI substrate by implanting oxygen at a high concentration into a single crystal silicon substrate to form an oxide film inside the silicon substrate.
【0004】次に、図3(a)に示すように、単結晶S
i層104にトレンチを形成し、このトレンチ内にシリ
コン酸化膜を埋め込む。これにより、絶縁膜103上の
素子分離領域にはシリコン酸化膜からなる素子分離膜1
05が形成される。次に、単結晶Si層104にP型不
純物をイオン注入する。[0004] Next, as shown in FIG.
A trench is formed in the i-layer 104, and a silicon oxide film is embedded in the trench. Thus, the element isolation film 1 made of a silicon oxide film is formed in the element isolation region on the insulating film 103.
05 is formed. Next, a P-type impurity is ion-implanted into the single-crystal Si layer 104.
【0005】この後、単結晶Si層104の表面に熱酸
化法によりゲート酸化膜106を形成する。次に、この
ゲート酸化膜106を含む全面上にポリシリコン膜を堆
積し、このポリシリコン膜をパターニングすることによ
り、ゲート酸化膜上にゲート電極107が形成される。Thereafter, a gate oxide film 106 is formed on the surface of the single crystal Si layer 104 by a thermal oxidation method. Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface including the gate oxide film 106, and the polysilicon film is patterned to form a gate electrode 107 on the gate oxide film.
【0006】次に、SOI基板101を回転させなが
ら、単結晶Si層104の底部で濃度が最大となるよう
な条件で高エネルギーのArイオン109を斜めにイオ
ン注入する。これにより、ゲート電極の下方に位置する
単結晶Si層104の底部に結晶欠陥からなるダメージ
層111が形成される。このダメージ層111は、SO
Iデバイスにおけるインパクトイオン化に伴う基板浮遊
効果を抑制するためのものである。つまり、ダメージ層
が無い場合は、単結晶Si層104が支持基板102か
ら絶縁されているので、ドレイン強電界等により発生し
た少数キャリア(正孔)が単結晶Si層内に過渡的に蓄
積され、これにより閾値電圧が変動するが、ダメージ層
111がある場合は、単結晶Si層内に発生した正孔の
再結合を促し、正孔のライフタイムを短くすることによ
り、単結晶Si層内に正孔が蓄積されるのを抑制するこ
とができ、基板浮遊効果を抑制することができる。Next, while rotating the SOI substrate 101, high-energy Ar ions 109 are obliquely implanted under the condition that the concentration becomes maximum at the bottom of the single-crystal Si layer 104. As a result, a damage layer 111 including a crystal defect is formed at the bottom of the single crystal Si layer 104 located below the gate electrode. This damage layer 111 is made of SO
This is for suppressing the substrate floating effect due to impact ionization in the I device. In other words, when there is no damage layer, the single-crystal Si layer 104 is insulated from the support substrate 102, so that minority carriers (holes) generated by a strong drain electric field or the like are transiently accumulated in the single-crystal Si layer. Although the threshold voltage fluctuates as a result, when the damage layer 111 is present, the recombination of holes generated in the single crystal Si layer is promoted, and the lifetime of the holes is shortened. The accumulation of holes in the substrate can be suppressed, and the floating effect of the substrate can be suppressed.
【0007】この後、図3(b)に示すように、ゲート
電極107をマスクとして低濃度のN型不純物イオンを
イオン注入する。次に、ゲート電極107を含む全面上
にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシリ
コン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜を全面エッチ
ングすることにより、ゲート電極107の側壁にはシリ
コン酸化膜からなるサイドウォール113が形成され
る。Then, as shown in FIG. 3B, low concentration N-type impurity ions are implanted using the gate electrode 107 as a mask. Next, a silicon oxide film is deposited on the entire surface including the gate electrode 107 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and the silicon oxide film is etched on the entire surface. A wall 113 is formed.
【0008】次に、サイドウォール113及びゲート電
極107をマスクとしてN型不純物イオンをイオン注入
する。この後、SOI基板101にアニールを施すこと
により、単結晶Si層104には低濃度のN型拡散層1
15及びソース/ドレイン領域のN型拡散層116,1
17が形成される。Next, N-type impurity ions are implanted using the side wall 113 and the gate electrode 107 as a mask. Thereafter, the SOI substrate 101 is annealed, so that the single-crystal Si layer 104 has a low-concentration N-type diffusion layer 1.
15 and N-type diffusion layers 116, 1 of source / drain regions
17 are formed.
【0009】ところで、上記従来の半導体装置の製造方
法では、Arイオン109をイオン注入する際、単結晶
Si層104の底部で濃度が最大となるような条件とす
ることにより、単結晶Si層の底部に結晶欠陥からなる
ダメージ層111が形成されるようにしている。このた
め、結晶欠陥の濃度は単結晶Si層の底部が最も高くな
る。しかし、この結晶欠陥は、単結晶Si層の底部より
濃度は低いが、結晶欠陥が形成されて欲しくない場所で
あるソース/ドレイン領域の拡散層116,117にも
形成されてしまう。これにより、例えばNチャンネルM
OSトランジスタの場合、多数キャリア(電子)がソー
ス/ドレイン領域の結晶欠陥(ダメージ部分)にトラッ
プされてしまい、所望のトランジスタ性能を発揮するこ
とができなくなる。In the conventional method of manufacturing a semiconductor device, when the Ar ions 109 are implanted, the conditions are such that the concentration is maximized at the bottom of the single-crystal Si layer 104. A damage layer 111 made of a crystal defect is formed at the bottom. Therefore, the concentration of crystal defects is highest at the bottom of the single crystal Si layer. However, although this crystal defect has a lower concentration than the bottom of the single-crystal Si layer, it is also formed in the diffusion layers 116 and 117 in the source / drain regions where the crystal defect is not desired to be formed. Thereby, for example, N channel M
In the case of the OS transistor, majority carriers (electrons) are trapped by crystal defects (damage portions) in the source / drain regions, so that desired transistor performance cannot be exhibited.
【0010】図4は、他の従来の半導体装置を示す平面
図である。この半導体装置は、ドレイン強電界等により
発生した少数キャリア(正孔)を単結晶Si層に接続し
ているボディコンタクト部から抜き取ることにより、基
板浮遊効果を抑制するものである。FIG. 4 is a plan view showing another conventional semiconductor device. This semiconductor device suppresses a substrate floating effect by extracting minority carriers (holes) generated by a strong drain electric field or the like from a body contact portion connected to a single crystal Si layer.
【0011】半導体装置はSOI基板を有し、このSO
I基板は、単結晶シリコンからなる支持基板、この支持
基板上に形成された絶縁膜、及び、この絶縁膜上に形成
された単結晶Si層104から構成されている。A semiconductor device has an SOI substrate.
The I substrate includes a support substrate made of single-crystal silicon, an insulating film formed on the support substrate, and a single-crystal Si layer 104 formed on the insulating film.
【0012】単結晶Si層104には素子分離膜105
が形成されている。素子分離膜105は絶縁膜上の素子
分離領域に位置している。単結晶Si層104にはP型
不純物が導入されている。単結晶Si層104の表面に
はゲート酸化膜(図示せず)が形成されており、このゲ
ート酸化膜上にはゲート電極107が形成されている。
また、単結晶Si層にはソース/ドレイン領域のN型拡
散層116,117が形成されている。単結晶Si層1
04にはボディコンタクト部121〜123が形成され
ている。An element isolation film 105 is formed on the single crystal Si layer 104.
Are formed. The element isolation film 105 is located in an element isolation region on the insulating film. P-type impurities are introduced into the single crystal Si layer 104. A gate oxide film (not shown) is formed on the surface of the single crystal Si layer 104, and a gate electrode 107 is formed on the gate oxide film.
N-type diffusion layers 116 and 117 of source / drain regions are formed in the single crystal Si layer. Single crystal Si layer 1
04 has body contact portions 121 to 123 formed therein.
【0013】上述した他の従来の半導体装置の製造方法
では、単結晶Si層内に発生した正孔をボディコンタク
ト部121〜123から引き抜くことにより、単結晶S
i層内に正孔が蓄積されるのを抑えて基板浮遊効果を抑
制することができる。In the other conventional method of manufacturing a semiconductor device described above, holes generated in the single-crystal Si layer are pulled out of the body contact portions 121 to 123, so that the single-crystal S
It is possible to suppress the accumulation of holes in the i-layer and suppress the substrate floating effect.
【0014】しかしながら、単結晶Si層104にボデ
ィコンタクト部121〜123を形成すると、基板浮遊
効果を抑制することはできるが、図4に示すように、ボ
ディコンタクト部を形成するための領域が必要となるの
で、デバイスの占有面積が増加する原因となる。However, when the body contact portions 121 to 123 are formed in the single crystal Si layer 104, the substrate floating effect can be suppressed, but a region for forming the body contact portion is required as shown in FIG. Therefore, the area occupied by the device increases.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体装置
の製造方法では、結晶欠陥が形成されて欲しくない場所
であるソース/ドレイン領域の拡散層116,117に
も形成されてしまい、それにより、多数キャリアがソー
ス/ドレイン領域の結晶欠陥にトラップされてしまう。
その結果、所望のトランジスタ性能を発揮することがで
きなくなる。また、上記他の従来の半導体装置では、ボ
ディコンタクト部を形成するための領域が必要となるの
で、デバイスの占有面積が増加するという問題がある。In the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device, the crystal defects are also formed in the diffusion layers 116 and 117 in the source / drain regions where the formation of crystal defects is not desired. Majority carriers are trapped by crystal defects in the source / drain regions.
As a result, desired transistor performance cannot be exhibited. Further, the other conventional semiconductor device requires a region for forming a body contact portion, and thus has a problem that the area occupied by the device increases.
【0016】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、SOIデバイスの占有面
積の増加を抑えつつ、SOIデバイスにおけるインパク
トイオン化に伴う基板浮遊効果を十分に抑制できる半導
体装置及びその製造方法を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to sufficiently suppress the floating effect of a substrate accompanying impact ionization in an SOI device while suppressing an increase in the area occupied by the SOI device. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体装置は、支持基板、その上に形
成された絶縁膜及びその上に形成された単結晶Si層を
有するSOI基板と、単結晶Si層の表面に形成された
ゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極と、単結晶Si層に形成され、ゲート電極の側壁
側の下方に形成されたソース/ドレイン領域の拡散層
と、上記絶縁膜に形成された、ゲート電極の下方に位置
するピンホールと、を具備することを特徴とする。In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention is an SOI substrate having a supporting substrate, an insulating film formed thereon, and a single-crystal Si layer formed thereon. A gate insulating film formed on the surface of the single crystal Si layer; a gate electrode formed on the gate insulating film; and a source formed on the single crystal Si layer and formed below the side wall of the gate electrode. / Drain region, and a pinhole formed in the insulating film below the gate electrode.
【0018】上記半導体装置によれば、ゲート電極及び
ソース/ドレイン領域の拡散層からなるトランジスタを
SOI基板に形成し、そのSOI基板の絶縁膜にゲート
電極の下方に位置するピンホールを設けている。これに
より、単結晶Si層内に発生したインパクトイオン化に
伴う正孔をピンホールから支持基板側へ効率的に引き抜
くことができる。従って、正孔のライフタイムが短くな
り、単結晶Si層内に正孔が蓄積されるのを抑制でき、
基板浮遊効果を十分に抑制することができる。According to the above semiconductor device, a transistor comprising a gate electrode and a diffusion layer of a source / drain region is formed on an SOI substrate, and a pinhole located below the gate electrode is provided in an insulating film of the SOI substrate. . Thereby, holes due to impact ionization generated in the single crystal Si layer can be efficiently extracted from the pinhole to the support substrate side. Therefore, the lifetime of holes is shortened, and the accumulation of holes in the single crystal Si layer can be suppressed,
The substrate floating effect can be sufficiently suppressed.
【0019】また、本発明に係る半導体装置において
は、上記ピンホールが複数形成されていることも可能で
ある。これにより、単結晶Si層内に発生したインパク
トイオン化に伴う正孔をピンホールから支持基板側へ引
き抜く効率をさらに上げることができる。In the semiconductor device according to the present invention, a plurality of the pinholes may be formed. As a result, it is possible to further increase the efficiency of extracting holes accompanying the impact ionization generated in the single-crystal Si layer from the pinhole to the support substrate side.
【0020】また、本発明に係る半導体装置において
は、上記絶縁膜に形成された、上記ソース/ドレイン領
域の拡散層の下に位置するピンホールをさらに含むこと
も可能である。これにより、単結晶Si層内に発生した
インパクトイオン化に伴う正孔をピンホールから支持基
板側へ引き抜く効率をさらに上げることができる。Further, the semiconductor device according to the present invention may further include a pinhole formed in the insulating film below the diffusion layer of the source / drain region. As a result, it is possible to further increase the efficiency of extracting holes accompanying the impact ionization generated in the single-crystal Si layer from the pinhole to the support substrate side.
【0021】本発明に係る半導体装置の製造方法は、支
持基板上に形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜に形成
された第1ピンホールと、を有する第1の基板を準備す
る工程と、単結晶Si層上に形成された第2絶縁膜と、
第2絶縁膜に形成された第2ピンホールと、を有する第
2の基板を準備する工程と、第1ピンホールと第2ピン
ホールがつながるように位置合わせして第1絶縁膜と第
2絶縁膜を張り合わせることにより、支持基板、その上
に形成された絶縁膜及びその上に形成された単結晶Si
層を有するSOI基板を形成する工程と、単結晶Si層
の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶
縁膜上に、第1ピンホールと第2ピンホールとの上方に
位置するゲート電極を形成する工程と、ゲート電極をマ
スクとして単結晶Si層に不純物イオンを注入する工程
と、単結晶Si層にアニールを施すことにより、単結晶
Si層にソース/ドレイン領域の拡散層を形成する工程
と、を具備することを特徴とする。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first substrate having a first insulating film formed on a supporting substrate and a first pinhole formed in the first insulating film is prepared. A step, a second insulating film formed on the single crystal Si layer,
Preparing a second substrate having a second pinhole formed in the second insulating film; and aligning the first pinhole and the second pinhole so that the first pinhole and the second pinhole are connected to each other. By bonding the insulating film, the supporting substrate, the insulating film formed thereon, and the single crystal Si formed thereon are formed.
Forming an SOI substrate having a layer, forming a gate insulating film on the surface of the single crystal Si layer, and forming a gate on the gate insulating film above the first pinhole and the second pinhole. Forming an electrode, implanting impurity ions into the single-crystal Si layer using the gate electrode as a mask, and annealing the single-crystal Si layer to form a diffusion layer of source / drain regions in the single-crystal Si layer And a step of performing
【0022】本発明に係る半導体装置の製造方法は、支
持基板上に形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜に形成
された第1ピンホール及び第2ピンホールと、を有する
第1の基板を準備する工程と、単結晶Si層上に形成さ
れた第2絶縁膜と、第2絶縁膜に形成された第3ピンホ
ール及び第4ピンホールと、を有する第2の基板を準備
する工程と、第1ピンホールと第3ピンホールがつなが
ると共に第2ピンホールと第4ピンホールがつながるよ
うに位置合わせして第1絶縁膜と第2絶縁膜を張り合わ
せることにより、支持基板、その上に形成された絶縁膜
及びその上に形成された単結晶Si層を有するSOI基
板を形成する工程と、単結晶Si層の表面にゲート絶縁
膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に、第1ピン
ホールと第3ピンホールとの上方に位置するゲート電極
を形成する工程と、ゲート電極をマスクとして単結晶S
i層に不純物イオンを注入する工程と、単結晶Si層に
アニールを施すことにより、単結晶Si層に、第2ピン
ホールと第4ピンホールの上方に位置するソース/ドレ
イン領域の拡散層を形成する工程と、を具備することを
特徴とする。A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is directed to a first method having a first insulating film formed on a supporting substrate, and a first pinhole and a second pinhole formed in the first insulating film. Preparing a second substrate having a second insulating film formed on the single crystal Si layer, and a third pinhole and a fourth pinhole formed in the second insulating film. And bonding the first insulating film and the second insulating film by aligning the first pinhole and the third pinhole and connecting the second pinhole and the fourth pinhole and bonding the first insulating film and the second insulating film. Forming an SOI substrate having an insulating film formed thereon and a single crystal Si layer formed thereon, forming a gate insulating film on the surface of the single crystal Si layer, Above, the first pinhole and the third pin Forming a gate electrode that is located above the Lumpur, single crystal S of the gate electrode as a mask
By implanting impurity ions into the i-layer and annealing the single-crystal Si layer, the diffusion layers of the source / drain regions located above the second pinhole and the fourth pinhole are formed in the single-crystal Si layer. And a step of forming.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実
施の形態による半導体装置を示す断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【0024】半導体装置は、SOI基板1を有し、この
SOI基板1は、単結晶シリコンからなる支持基板2、
この支持基板2上に形成された絶縁膜(BOX層)3、
及び、この絶縁膜3上に形成された単結晶Si層4から
構成されている。BOX層3には、後記ゲート電極7の
下方に位置するピンホール3aが形成されている。この
ピンホール3aの内径は1〜10nm程度が好ましい。
その理由は、内径が大きすぎるとリーク電流が大きくな
り、逆に小さすぎると効率的に正孔を引き抜くことがで
きなくなるからである。The semiconductor device has an SOI substrate 1, and the SOI substrate 1 has a support substrate 2 made of single crystal silicon,
An insulating film (BOX layer) 3 formed on the support substrate 2;
And a single-crystal Si layer 4 formed on the insulating film 3. The BOX layer 3 has a pinhole 3a located below the gate electrode 7, which will be described later. The inner diameter of the pinhole 3a is preferably about 1 to 10 nm.
The reason is that if the inner diameter is too large, the leak current becomes large, and if it is too small, holes cannot be efficiently extracted.
【0025】単結晶Si層4には素子分離膜5が形成さ
れている。素子分離膜5はBOX層3上の素子分離領域
に位置している。単結晶Si層4にはP型不純物が導入
されている。単結晶Si層4の表面にはゲート酸化膜6
が形成されており、このゲート酸化膜6上にはゲート電
極7が形成されている。また、単結晶Si層には、低濃
度のN型拡散層15及びソース/ドレイン領域のN型拡
散層16,17が形成されている。An element isolation film 5 is formed on the single crystal Si layer 4. The element isolation film 5 is located in an element isolation region on the BOX layer 3. P-type impurities are introduced into the single crystal Si layer 4. A gate oxide film 6 is formed on the surface of the single crystal Si layer 4.
Is formed, and a gate electrode 7 is formed on the gate oxide film 6. In the single-crystal Si layer, a low-concentration N-type diffusion layer 15 and N-type diffusion layers 16 and 17 in source / drain regions are formed.
【0026】次に、上記半導体装置の製造方法について
説明する。まず、SOI基板1を準備する。このSOI
基板1は、単結晶シリコンからなる支持基板2と、この
支持基板2上に形成された絶縁膜(BOX層)3と、こ
の絶縁膜3上に形成された単結晶Si層4と、から構成
されている。BOX層3にはピンホール3aが形成され
ており、このピンホール3aは後記ゲート電極の下方に
位置している。なお、SOI基板1は、種々の製造方法
により製造することが可能であるが、張り合わせ法、S
IMOXなどにより製造することも可能である。張り合
わせ法の場合、表面に絶縁膜を有するシリコン基板を2
つ準備し、両方の絶縁膜に予めピンホールを形成してお
き、両方のピンホールがつながるように位置合わせして
両方の絶縁膜を互いに張り合わせることにより、絶縁膜
(BOX層)3にピンホール3aを備えたSOI基板1
を製造する。Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described. First, an SOI substrate 1 is prepared. This SOI
The substrate 1 includes a support substrate 2 made of single crystal silicon, an insulating film (BOX layer) 3 formed on the support substrate 2, and a single crystal Si layer 4 formed on the insulating film 3. Have been. A pinhole 3a is formed in the BOX layer 3, and this pinhole 3a is located below the gate electrode described later. The SOI substrate 1 can be manufactured by various manufacturing methods.
It can also be manufactured by IMOX or the like. In the case of the bonding method, a silicon substrate having an insulating film on its surface is
A pinhole is formed in both insulating films in advance, and the two insulating films (BOX layer) 3 are pinned by aligning the two pinholes so that the two insulating films are bonded to each other. SOI substrate 1 having hole 3a
To manufacture.
【0027】次に、図1に示すように、単結晶Si層4
にトレンチを形成し、このトレンチ内を含む全面上にC
VD法によりシリコン酸化膜を堆積する。この後、単結
晶Si層4の上に存在するシリコン酸化膜をエッチバッ
ク又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨
により除去する。これにより、トレンチ内にシリコン酸
化膜が埋め込まれ、BOX層3上の素子分離領域にはシ
リコン酸化膜からなる素子分離膜5が形成される。次
に、単結晶Si層4にP型不純物をイオン注入する。Next, as shown in FIG.
A trench is formed on the entire surface including the inside of the trench.
A silicon oxide film is deposited by the VD method. Thereafter, the silicon oxide film existing on the single crystal Si layer 4 is removed by etch back or CMP (Chemical Mechanical Polishing) polishing. Thereby, the silicon oxide film is buried in the trench, and an element isolation film 5 made of the silicon oxide film is formed in the element isolation region on the BOX layer 3. Next, a P-type impurity is ion-implanted into the single-crystal Si layer 4.
【0028】この後、単結晶Si層4の表面に熱酸化法
によりゲート酸化膜6を形成する。次に、このゲート酸
化膜6を含む全面上にCVD法によりポリシリコン膜を
堆積し、このポリシリコン膜をパターニングすることに
より、ゲート酸化膜上にゲート電極7が形成される。こ
のゲート電極7はピンホール3aの上方に位置してい
る。Thereafter, a gate oxide film 6 is formed on the surface of the single crystal Si layer 4 by a thermal oxidation method. Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface including the gate oxide film 6 by a CVD method, and the polysilicon film is patterned to form a gate electrode 7 on the gate oxide film. The gate electrode 7 is located above the pinhole 3a.
【0029】次に、ゲート電極7をマスクとして低濃度
のN型不純物イオンをイオン注入する。次に、ゲート電
極7を含む全面上にCVD法によりシリコン酸化膜を堆
積し、このシリコン酸化膜を全面エッチングすることに
より、ゲート電極7の側壁にはシリコン酸化膜からなる
サイドウォール13が形成される。Next, low concentration N-type impurity ions are implanted using the gate electrode 7 as a mask. Next, a silicon oxide film is deposited on the entire surface including the gate electrode 7 by the CVD method, and the silicon oxide film is etched over the entire surface, so that a sidewall 13 made of the silicon oxide film is formed on the side wall of the gate electrode 7. You.
【0030】この後、サイドウォール13及びゲート電
極7をマスクとしてN型不純物イオンをイオン注入し、
SOI基板1にアニールを施す。これにより、単結晶S
i層4には低濃度のN型拡散層15及びソース/ドレイ
ン領域のN型拡散層16,17が形成される。Thereafter, N-type impurity ions are implanted using the side wall 13 and the gate electrode 7 as a mask.
The SOI substrate 1 is annealed. Thereby, the single crystal S
In the i-layer 4, a low-concentration N-type diffusion layer 15 and N-type diffusion layers 16 and 17 of source / drain regions are formed.
【0031】上記第1の実施の形態によれば、ゲート電
極7及びソース/ドレイン領域のN型拡散層16,17
からなるトランジスタをSOI基板1に形成し、そのS
OI基板1のBOX層3にゲート電極7の下方に位置す
るピンホール3aを設けている。これにより、SOIデ
バイスにおけるインパクトイオン化に伴う基板浮遊効果
を効率的に抑制することができる。つまり、BOX層3
にピンホール3aを設けていない場合は、単結晶Si層
4が支持基板2から絶縁されているので、ドレイン強電
界等により発生した少数キャリア(正孔)が単結晶Si
層内に過渡的に蓄積され、これにより閾値電圧が変動す
るが、ピンホール3aを設けることにより、単結晶Si
層内に発生したインパクトイオン化に伴う正孔をピンホ
ール3aから支持基板2側へ効率的に引き抜くことがで
きる。従って、正孔のライフタイムが短くなり、単結晶
Si層内に正孔が蓄積されるのを抑制でき、基板浮遊効
果を抑制することができる。According to the first embodiment, the gate electrode 7 and the N-type diffusion layers 16 and 17 in the source / drain regions are formed.
Is formed on the SOI substrate 1 and the S
The BOX layer 3 of the OI substrate 1 is provided with a pinhole 3 a located below the gate electrode 7. Thereby, the substrate floating effect due to impact ionization in the SOI device can be efficiently suppressed. That is, the BOX layer 3
When the pinhole 3a is not provided, the single-crystal Si layer 4 is insulated from the support substrate 2, so that the minority carriers (holes) generated by the strong electric field of the drain, etc.
Although the threshold voltage fluctuates transiently in the layer, the threshold voltage fluctuates.
Holes generated in the layer due to impact ionization can be efficiently extracted from the pinhole 3a to the support substrate 2 side. Therefore, the lifetime of holes is shortened, the accumulation of holes in the single crystal Si layer can be suppressed, and the floating effect of the substrate can be suppressed.
【0032】また、本実施の形態では、上述したように
BOX層3にピンホール3aを設けることにより基板浮
遊効果を抑制している。このため、前述した従来の半導
体装置のような多数キャリアがソース/ドレイン領域の
結晶欠陥にトラップされることがない。さらに、前述し
た他の従来の半導体装置のようなデバイスの占有面積が
増加することもない。In the present embodiment, the floating effect of the substrate is suppressed by providing the pin holes 3a in the BOX layer 3 as described above. Therefore, majority carriers, unlike the conventional semiconductor device described above, are not trapped by crystal defects in the source / drain regions. Further, the area occupied by devices such as the other conventional semiconductor devices described above does not increase.
【0033】図2は、本発明の第2の実施の形態による
半導体装置を示す断面図であり、図1と同一部分には同
一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. The same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only different portions will be described.
【0034】絶縁膜(BOX層)3には、ゲート電極7
の下方に位置するピンホール3a、及び、ソース/ドレ
イン領域のN型拡散層16,17それぞれの下方に位置
するピンホール3b,3cが形成されている。The insulating film (BOX layer) 3 has a gate electrode 7
, And pin holes 3b and 3c located below the N-type diffusion layers 16 and 17 in the source / drain regions, respectively.
【0035】SOI基板を張り合わせ法により製造する
場合、表面に絶縁膜を有するシリコン基板を2つ準備
し、両方の絶縁膜に予めピンホールを形成しておき、両
方のピンホールがつながるように位置合わせして両方の
絶縁膜を互いに張り合わせることにより、BOX層3に
ピンホール3a〜3cを備えたSOI基板1を製造す
る。When an SOI substrate is manufactured by a bonding method, two silicon substrates having an insulating film on the surface are prepared, and pinholes are formed in both insulating films in advance, and a position is set so that both pinholes are connected. By bonding the two insulating films to each other, the SOI substrate 1 having the BOX layer 3 having the pinholes 3a to 3c is manufactured.
【0036】上記第2の実施の形態においても第1の実
施の形態と同様の効果を得ることができ、しかも、BO
X層3にところどころピンホール3a〜3cを空けてい
るため、単結晶Si層内に発生したインパクトイオン化
に伴う正孔をピンホール3a〜3cから支持基板2側へ
引き抜く効率をさらに上げることができる。In the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the BO
Since the pinholes 3a to 3c are partially formed in the X layer 3, the efficiency of extracting holes accompanying the impact ionization generated in the single crystal Si layer from the pinholes 3a to 3c to the support substrate 2 side can be further increased. .
【0037】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。例えば、
ピンホールの形状や大きさは適宜変更可能である。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented with various modifications. For example,
The shape and size of the pinhole can be changed as appropriate.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート電極及びソース/ドレイン領域の拡散層からなるト
ランジスタをSOI基板に形成し、そのSOI基板の絶
縁膜にゲート電極の下方に位置するピンホールを設けて
いる。したがって、SOIデバイスの占有面積の増加を
抑えつつ、SOIデバイスにおけるインパクトイオン化
に伴う基板浮遊効果を十分に抑制できる半導体装置及び
その製造方法を提供することができる。As described above, according to the present invention, a transistor including a gate electrode and a diffusion layer of a source / drain region is formed on an SOI substrate, and is located below the gate electrode in an insulating film of the SOI substrate. A pinhole is provided. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device capable of sufficiently suppressing the substrate floating effect accompanying impact ionization in the SOI device while suppressing an increase in the area occupied by the SOI device, and a method for manufacturing the same.
【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体装置を
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態による半導体装置を
示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】(a),(b)は、従来の半導体装置の製造方
法を示す断面図である。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
【図4】他の従来の半導体装置を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing another conventional semiconductor device.
1,101 SOI基板 2,102 支持基板 3,103 絶縁膜(BOX層) 3a〜3c ピンホール 4,104 単結晶Si層 5,105 素子分離膜 6,106 ゲート酸化膜 7,107 ゲート電極 13,113 サイドウォール 15,115 低濃度のN型拡散層 16,116 ソース拡散層 17,117 ドレイン拡散層 109 Arイオン 111 ダメージ層 121〜123 ボディコンタクト部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 SOI substrate 2,102 Support substrate 3,103 Insulating film (BOX layer) 3a-3c Pinhole 4,104 Single crystal Si layer 5,105 Element isolation film 6,106 Gate oxide film 7,107 Gate electrode 13, 113 Side wall 15, 115 Low concentration N-type diffusion layer 16, 116 Source diffusion layer 17, 117 Drain diffusion layer 109 Ar ion 111 Damage layer 121 to 123 Body contact portion
Claims (5)
びその上に形成された単結晶Si層を有するSOI基板
と、 単結晶Si層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 単結晶Si層に形成され、ゲート電極の側壁側の下方に
形成されたソース/ドレイン領域の拡散層と、 上記絶縁膜に形成された、ゲート電極の下方に位置する
ピンホールと、 を具備することを特徴とする半導体装置。An SOI substrate having a supporting substrate, an insulating film formed thereon and a single-crystal Si layer formed thereon, a gate insulating film formed on the surface of the single-crystal Si layer, A gate electrode formed on the insulating film; a diffusion layer of a source / drain region formed on a single-crystal Si layer below the side wall of the gate electrode; and a gate electrode formed on the insulating film. A semiconductor device comprising: a pinhole located below;
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of said pinholes are formed.
ドレイン領域の拡散層の下に位置するピンホールをさら
に含むことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装
置。3. The method according to claim 1, wherein the source / source formed on the insulating film is
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a pinhole located below the diffusion layer in the drain region.
第1絶縁膜に形成された第1ピンホールと、を有する第
1の基板を準備する工程と、 単結晶Si層上に形成された第2絶縁膜と、第2絶縁膜
に形成された第2ピンホールと、を有する第2の基板を
準備する工程と、 第1ピンホールと第2ピンホールがつながるように位置
合わせして第1絶縁膜と第2絶縁膜を張り合わせること
により、支持基板、その上に形成された絶縁膜及びその
上に形成された単結晶Si層を有するSOI基板を形成
する工程と、 単結晶Si層の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、 このゲート絶縁膜上に、第1ピンホールと第2ピンホー
ルとの上方に位置するゲート電極を形成する工程と、 ゲート電極をマスクとして単結晶Si層に不純物イオン
を注入する工程と、 単結晶Si層にアニールを施すことにより、単結晶Si
層にソース/ドレイン領域の拡散層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A first insulating film formed on a supporting substrate,
Preparing a first substrate having a first pinhole formed in the first insulating film; a second insulating film formed on the single-crystal Si layer; and a second substrate formed on the second insulating film. A step of preparing a second substrate having two pinholes; and supporting the first and second insulating films by aligning the first and second pinholes so as to be connected to each other. Forming a SOI substrate having a substrate, an insulating film formed thereon and a single-crystal Si layer formed thereon, forming a gate insulating film on the surface of the single-crystal Si layer, Forming a gate electrode located above the first pinhole and the second pinhole on the film; implanting impurity ions into the single crystal Si layer using the gate electrode as a mask; By performing annealing, Crystal Si
Forming a diffusion layer of a source / drain region in a layer.
第1絶縁膜に形成された第1ピンホール及び第2ピンホ
ールと、を有する第1の基板を準備する工程と、 単結晶Si層上に形成された第2絶縁膜と、第2絶縁膜
に形成された第3ピンホール及び第4ピンホールと、を
有する第2の基板を準備する工程と、 第1ピンホールと第3ピンホールがつながると共に第2
ピンホールと第4ピンホールがつながるように位置合わ
せして第1絶縁膜と第2絶縁膜を張り合わせることによ
り、支持基板、その上に形成された絶縁膜及びその上に
形成された単結晶Si層を有するSOI基板を形成する
工程と、 単結晶Si層の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、 このゲート絶縁膜上に、第1ピンホールと第3ピンホー
ルとの上方に位置するゲート電極を形成する工程と、 ゲート電極をマスクとして単結晶Si層に不純物イオン
を注入する工程と、 単結晶Si層にアニールを施すことにより、単結晶Si
層に、第2ピンホールと第4ピンホールの上方に位置す
るソース/ドレイン領域の拡散層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。5. A first insulating film formed on a supporting substrate,
Preparing a first substrate having a first pinhole and a second pinhole formed in the first insulating film; a second insulating film formed on the single-crystal Si layer; and a second insulating film. Preparing a second substrate having a third pinhole and a fourth pinhole formed in the second substrate; and connecting the first and third pinholes to the second substrate.
By bonding the first insulating film and the second insulating film while aligning them so that the pinhole and the fourth pinhole are connected, the supporting substrate, the insulating film formed thereon, and the single crystal formed thereon A step of forming an SOI substrate having a Si layer; a step of forming a gate insulating film on the surface of the single-crystal Si layer; and a step of forming a gate insulating film over the first pinhole and the third pinhole. Forming a gate electrode; implanting impurity ions into the single crystal Si layer using the gate electrode as a mask; and annealing the single crystal Si layer to form the single crystal Si layer.
Forming a diffusion layer in the source / drain region located above the second pinhole and the fourth pinhole in the layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000306139A JP2002118264A (en) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002118264A true JP2002118264A (en) | 2002-04-19 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002118264A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005183987A (en) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device having two different operations by adopting asymmetric buried insulating film and method for manufacturing the same |
| US7361956B2 (en) | 2003-11-07 | 2008-04-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having partially insulated field effect transistor (PiFET) and method of fabricating the same |
-
2000
- 2000-10-05 JP JP2000306139A patent/JP2002118264A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7361956B2 (en) | 2003-11-07 | 2008-04-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having partially insulated field effect transistor (PiFET) and method of fabricating the same |
| JP2005183987A (en) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device having two different operations by adopting asymmetric buried insulating film and method for manufacturing the same |
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