JP2000196090A - ダブルゲ―ト構造を持つsoi素子及びその製造方法 - Google Patents
ダブルゲ―ト構造を持つsoi素子及びその製造方法Info
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Abstract
を持つSOIトランジスタ及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 支持基板20と、支持基板上に形成され
た第1絶縁膜22と、第1絶縁膜上に形成され、中央部
に配置された第1導電型の第1不純物領域36a、及び
第1不純物領域の両側に配置された真性領域36bとを
持つ第1シリコン層36と、第1シリコン層上に形成さ
れた第2絶縁膜32と、第2絶縁膜上に形成され、第1
不純物領域上の中央部に位置した第2導電型の第2不純
物領域38bと、真性領域上の第2不純物領域の両側に
それぞれ配列された第1導電型の第3不純物領域38a
とを持つ第2シリコン層38と、第2シリコン層の第2
不純物領域上に形成された第3絶縁膜40と、第3絶縁
膜上に形成されたポリシリコン膜42とを含む。
Description
し、特にダブルゲート構造を持つSOI素子及びその製
造方法に関する。
の電子製品の需要の急増に伴い、高集積化、高速化、低
電圧化及び低電力化の半導体素子に対する関心が深くな
り、それによる多様な技術が盛んで研究開発されてい
る。
法として、MOSFET素子のしきい電圧(Threshold
Voltage)を下げるものが多く利用されている。しかし
ながら、この方法はMOSFET素子のしきい電圧を下
げることで、リーク電流の増加を招くため、むしろ素子
の電気的特性が低下するという問題点がある。
方法が提案されており、そのうち、二つのシリコンウェ
ーハ間に埋め込み酸化膜を介する構造のSOI(Silico
n-On-Insulator)ウェーハを用いる半導体集積技術が注
目されている。
体素子は、一般のシリコンウェーハに具現された半導体
素子に比べて、低い接合容量による高速化、低いしきい
電圧による低電圧化及び完全な素子分離によるラッチ−
アップ(Latch-up)の除去などの特長がある。
具現されたSOIトランジスタを示す断面図であって、
以下、これを説明する。支持基板11、埋め込み酸化膜
12及びシリコン層13の積層されたSOIウェーハ1
0が備えられ、前記SOIウェーハ10のシリコン層1
3に素子分離膜14が形成される。このとき、素子分離
膜14は埋め込み酸化膜12と接するように形成され
る。SOIウェーハ10のシリコン層13上に公知の方
法によりゲート酸化膜15及びゲート電極16が形成さ
れ、前記ゲート電極16両側のシリコン層13にソース
/ドレイン領域17が形成される。
接合領域すなわちソース/ドレイン領域17が埋め込み
酸化膜12と接するように形成されることで、空乏領域
が除去される。すると、低い接合容量を持つことにな
り、高速化が達成される。また、素子分離膜14と埋め
込み酸化膜12により完全な素子分離がなされるため、
ラッチ−アップの様な現象は発生しない。
SOIトランジスタは、従来のMOSトランジスタに比
べて、低いしきい電圧を持つため高速動作が可能であ
る。ところが、SOIトランジスタもしきい電圧を下げ
るのには限界がある。
てそれぞれのゲート電極に印加される電圧を調節するこ
とで、しきい電圧を一層下げることができる、SOIウ
ェーハにダブルゲート構造のSOIトランジスタに対す
る研究が盛んに進行している。
の際、上下に配置されるゲート電極間の整列が重要な要
因となる。従来は下部ゲート電極の形成後、下部ゲート
電極上にソース/ドレイン領域を含んだ上部ゲート電極
を形成するため、上下のゲート電極間の誤整列が発生す
ることで、ゲートオーバラップ容量成分が増加し、結果
的に、ゲート遅延(Delay)の様な不所望の現象を招く
という問題点があった。
(Self Aligned Contact)方式を用いたダブルゲート構
造を持つSOIトランジスタ及びその製造方法を提供す
ることにある。
に、本発明は、支持基板と、前記支持基板上に形成され
た第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成され、中央部
に配置された第1導電型の第1不純物領域、及び前記第
1不純物領域の両側に配置された真性領域とを持つ第1
シリコン層と、前記第1シリコン層上に形成された第2
絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成され、第1不純物領
域上の中央部に位置した第2導電型の第2不純物領域
と、前記真性領域上の前記第2不純物領域の両側にそれ
ぞれ配列された第1導電型の第3不純物領域とを持つ第
2シリコン層と、第2シリコン層の第2不純物領域上に
形成された第3絶縁膜と、前記第3絶縁膜上に形成され
たポリシリコン膜とを含むことを特徴とする。
はN型で前記第2導電型はP型、あるいは前記第1導電
型はP型で前記第2導電型はN型であることを特徴とす
る。
下部ゲートとして作用し、前記真性領域は第1シリコン
層と前記第3不純物領域の間の寄生キャパシタンスを防
止することを特徴とする。
作用する熱酸化膜であり、前記第2絶縁膜と第3絶縁膜
は、それぞれ下部ゲート酸化膜と上部ゲート酸化膜とし
て作用し、前記第2不純物領域はチャンネル領域として
作用し、前記第3不純物領域は、ソース/ドレイン領域
として作用し、前記ポリシリコン層は、上部電極として
作用することを特徴とする。
板を提供する段階と、前記支持基板の一側表面上に絶縁
膜を形成する段階と、前記デバイス基板に酸素イオンを
イオン注入して第1酸化膜を形成する段階と、前記第1
酸化膜下のデバイス基板に水素イオンをイオン注入して
水素イオン層を形成し、前記第1酸化膜を境界にして、
その上には第1シリコン層、その下には第2シリコン層
を定義する段階と、前記支持基板の絶縁膜と前記デバイ
ス基板の第1シリコン層が接するように、前記支持基板
とデバイス基板をボンディングする段階と、第2シリコ
ン層が露出するように前記水素イオン層下のデバイス基
板部分を除去する段階と、前記デバイス基板の第1シリ
コン層に第1導電型の不純物をイオン注入する段階と、
前記第1シリコン層、第1酸化膜及び第2シリコン層を
パターニングする段階と、前記第2シリコン層上に第2
酸化膜を形成する段階と、前記第2シリコン層に第2導
電型の不純物をイオン注入する段階と、第1導電型の不
純物がドープしたポリシリコン膜を前記第2酸化膜上に
形成する段階と、前記ポリシリコン層及び第2酸化膜を
エッチングして前記第1シリコン層の幅より小さな幅を
持つ上部ゲート電極を形成する段階と、第2導電型の不
純物を前記上部ゲートの両側の第1シリコン層にイオン
注入し、前記第1シリコン層の両側表面に真性シリコン
層を形成し、前記真性シリコン層間に第1導電型の下部
ゲート電極を形成する段階と、前記第2シリコン層に前
記上部ゲートをバリアにして第1導電型の不純物をイオ
ン注入して、ソース/ドレイン領域を形成する段階とを
含むことを特徴とする。
ート構造を持つSOI素子の製造方法の実施の形態の具
体例を図面を参照しながら説明する。図2乃至図9は、
本発明の実施例によるダブルゲート構造を持つSOIト
ランジスタの製造方法を説明するための工程断面図であ
って、以下、これに沿って説明する。まず、図2に示す
ように、バルクシリコンからなる支持基板20を備え、
その一側表面上に熱工程にて熱酸化膜22を成長させ
る。この熱酸化膜22は後続の工程に形成されるSOI
ウェーハの埋め込み酸化膜となる。
ンからなるデバイス基板30を備え、基板に酸素イオン
をイオン注入するSIMOX(seperation by implante
d oxygen)技術を用いて、デバイス基板30の一側表面
から所定深さに第1酸化膜32を形成し、前記第1酸化
膜32の下部に水素イオンをイオン注入してイオン注入
層34を形成する。
リコン層36と第2シリコン層38とに分ける。ここ
で、第1シリコン層36は第1酸化膜32の上部に、第
2シリコン層38は第1酸化膜32の下部に配置され
る。第2シリコン層38は後続の工程に形成されるSO
I素子の素子形成層として作用し、第1シリコン層36
は前記SOI素子の下部ゲート電極として作用する。ま
た、第1酸化膜32は下部ゲート酸化膜として作用す
る。
ス基板30部分を除去するのに用いるもので、これは不
要なデバイス基板30部分を除去するための、いわゆる
スマートカット(Smart Cut)により除去される。
上に形成された熱酸化膜22とデバイス基板30の第1
シリコン層36が接するように、前記支持基板20とデ
バイス基板30をボンディングする。次に、基板20、
30間の結合力が向上するように所定温度で熱処理す
る。このとき、デバイス基板30はイオン注入層(図示
せず)が除去されるようにカットする。
層36にN+型不純物例えばリン(P)イオンをイオン
注入する。次に、公知のドライエッチング工程に第1シ
リコン層36、第1酸化膜22及び第2シリコン層38
をパターニングする。
層38上に化学気相蒸着法にて第2酸化膜40を蒸着
し、次に、N型MOSFET素子のしきい電圧を適当に
調節するために前記第2シリコン層38内にP型不純物
をイオン注入する。
+型不純物でドープしたポリシリコン層42を蒸着し、
その上にレジストパターン44を形成する。前記レジス
トパターン36をエッチングバリアとするエッチング工
程により、前記ポリシリコン層42及び第2酸化膜40
をエッチングして上部ゲート電極50を形成する。
2H6、SiH2Cl2ガス等を用いた化学気相蒸着法
にて蒸着する。また、レジストパターン44は、図に示
すように、その下の第1シリコン層36及び第2シリコ
ン層38より小幅を持つように形成することで、後続の
工程でソース/ドレイン領域が形成される第2シリコン
層38の両側表面が露出するようにする。
ーン44及び上部ゲート電極50をバリアとして、N+
型不純物がドープした第1シリコン層36に反対導電型
のP型不純物例えばホウ素イオンをイオン注入する。こ
の結果、第1シリコン層36の両側表面には真性(Intr
insic)領域36bが形成され、それら間にはN+型不
純物でドープした第1シリコン層36aとゲート酸化膜
として第1酸化膜32からなる下部ゲート電極60が形
成される。
イオン注入前のN+型不純物領域と、以後に露出した第
2シリコン層38部分に形成されるソース/ドレイン領
域との間で寄生キャパシタンスが発生することを防止す
る。
ーンを除去した状態から、露出した第2シリコン層38
の両側表面にN型不純物をイオン注入し、この部分にソ
ース/ドレイン領域38aを形成することで、ダブルゲ
ート構造を持つSOIトランジスタを完成する。ここ
で、ソース/ドレイン領域間はP型のチャンネル領域3
8bとなる。
したが、PMOSの場合にも適用可能である。また、本
発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣
旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可
能である。
構造のSOIトランジスタは、まず、自記整列整合方式
により形成されるため、上下に配置されたゲート電極間
の誤整列によるオーバラップキャパシタンスの発生が防
止される。
ン領域の形成された第2シリコン層を通して電気的に結
合されるため、二つのゲート電極に印加される電圧を調
節すると、短チャンネル効果を容易に制御でき、かつリ
ーク電流の発生を低減することができる。特に、低いし
きい電圧を持つSOIトランジスタが製造できる。よっ
て、低電圧及び高速動作に有利な半導体素子が具現でき
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
SOI素子の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。
(下部ゲート) 36b 真性領域 38 第2シリコン層 38a ソース/ドレイン領域 38b チャンネル領域 40 第2酸化膜(上部ゲート酸化膜) 42 N+型不純物でドープしたポリシリコン層
(上部ゲート) 44 レジストパターン 50 上部ゲート電極 60 下部ゲート電極
Claims (15)
- 【請求項1】 支持基板と、 前記支持基板上に形成された第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に形成され、中央部に配置された第1
導電型の第1不純物領域、及び前記第1不純物領域の両
側に配置された真性領域とを持つ第1シリコン層と、 前記第1シリコン層上に形成された第2絶縁膜と、 前記第2絶縁膜上に形成され、第1不純物領域上の中央
部に位置した第2導電型の第2不純物領域と、前記真性
領域上の前記第2不純物領域の両側にそれぞれ配列され
た第1導電型の第3不純物領域とを持つ第2シリコン層
と、 第2シリコン層の第2不純物領域上に形成された第3絶
縁膜と、 前記第3絶縁膜上に形成されたポリシリコン膜とを含む
ことを特徴とするダブルゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項2】 前記第1導電型はN型で、前記第2導電
型はP型であることを特徴とする請求項1記載のダブル
ゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項3】 前記第1導電型はP型で、前記第2導電
型はN型であることを特徴とする請求項1記載のダブル
ゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項4】 前記第1シリコン層の第1不純物領域
は、下部ゲートとして作用することを特徴とする請求項
1記載のダブルゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項5】 前記真性領域は、第1シリコン層と前記
第3不純物領域の間の寄生キャパシタンスを防止するこ
とを特徴とする請求項1記載のダブルゲート構造を持つ
SOI素子。 - 【請求項6】 前記第1酸化膜は、埋め込み酸化膜とし
て作用する熱酸化膜であることを特徴とする請求項1記
載のダブルゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項7】 前記第2絶縁膜と第3絶縁膜は、それぞ
れ下部ゲート酸化膜と上部ゲート酸化膜として作用する
ことを特徴とする請求項1記載のダブルゲート構造を持
つSOI素子。 - 【請求項8】 前記第2不純物領域は、チャンネル領域
として作用することを特徴とする請求項1記載のダブル
ゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項9】 前記第3不純物領域は、ソース/ドレイ
ン領域として作用することを特徴とする請求項1記載の
ダブルゲート構造を持つSOI素子。 - 【請求項10】 前記ポリシリコン層は、上部電極とし
て作用することを特徴とする請求項1記載のダブルゲー
ト構造を持つSOI素子。 - 【請求項11】 支持基板及びデバイス基板を提供する
段階と、 前記支持基板の一側表面上に絶縁膜を形成する段階と、 前記デバイス基板に酸素イオンをイオン注入して第1酸
化膜を形成する段階と、 前記第1酸化膜下のデバイス基板に水素イオンをイオン
注入して水素イオン層を形成し、前記第1酸化膜を境界
にして、その上には第1シリコン層、その下には第2シ
リコン層を定義する段階と、 前記支持基板の絶縁膜と前記デバイス基板の第1シリコ
ン層が接するように、前記支持基板とデバイス基板をボ
ンディングする段階と、 第2シリコン層が露出するように前記水素イオン層下の
デバイス基板部分を除去する段階と、 前記デバイス基板の第1シリコン層に第1導電型の不純
物をイオン注入する段階と、 前記第1シリコン層、第1酸化膜及び第2シリコン層を
パターニングする段階と、 前記第2シリコン層上に第2酸化膜を形成する段階と、 前記第2シリコン層に第2導電型の不純物をイオン注入
する段階と、 第1導電型の不純物がドープしたポリシリコン膜を前記
第2酸化膜上に形成する段階と、 前記ポリシリコン層及び第2酸化膜をエッチングして前
記第1シリコン層の幅より小さな幅を持つ上部ゲート電
極を形成する段階と、 第2導電型の不純物を前記上部ゲートの両側の第1シリ
コン層にイオン注入し、前記第1シリコン層の両側表面
に真性シリコン層を形成し、前記真性シリコン層間に第
1導電型の下部ゲート電極を形成する段階と、 前記第2シリコン層に前記上部ゲートをバリアにして第
1導電型の不純物をイオン注入して、ソース/ドレイン
領域を形成する段階とを含むことを特徴とするダブルゲ
ート構造を持つSOI素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記第1導電型はN型で、第2導電型
はP型であることを特徴とする請求項11記載のダブル
ゲート構造を持つSOI素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記第1導電型はP型で、第2導電型
はN型であることを特徴とする請求項11記載のダブル
ゲート構造を持つSOI素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記絶縁膜は、埋め込み酸化膜として
作用する熱酸化膜であることを特徴とする請求項11記
載のダブルゲート構造を持つSOI素子の製造方法。 - 【請求項15】 前記真性領域は、第1シリコン層と前
記第3不純物領域の間の寄生キャパシタンスを防止する
ことを特徴とする請求項11記載のダブルゲート構造を
持つSOI素子の製造方法。
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