JP2550457B2 - Soi型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Soi型半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JP2550457B2
JP2550457B2 JP4034491A JP3449192A JP2550457B2 JP 2550457 B2 JP2550457 B2 JP 2550457B2 JP 4034491 A JP4034491 A JP 4034491A JP 3449192 A JP3449192 A JP 3449192A JP 2550457 B2 JP2550457 B2 JP 2550457B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
semiconductor device
layer
semiconductor
oxide film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP4034491A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05206421A (ja
Inventor
泰久 大村
勝俊 泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP4034491A priority Critical patent/JP2550457B2/ja
Publication of JPH05206421A publication Critical patent/JPH05206421A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2550457B2 publication Critical patent/JP2550457B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速動作を行うSOI
型半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は従来のSOI(Silicon−
On−Insulator)型半導体装置の構成を示す
断面図である。同図において、1はシリコン基板、2は
シリコン酸化膜、3は第1導電形として例えばp形のシ
リコン能動層、4は例えばシリコン酸化膜からなるゲー
ト絶縁膜、5はゲート電極、6は第2導電形として例え
ばn形のソース領域、7は第2導電形として例えばn形
のドレイン領域、8は配線間を電気的に絶縁するための
絶縁膜、9はソース電極、10はドレイン電極である。
【0003】このように構成されるSOI型半導体装置
においては、ゲート電極5側から広がりうる空乏層の厚
さがシリコン能動層3の厚さよりも厚くなるようにシリ
コン能動層3の不純物濃度を設計し、半導体装置の動作
時にシリコン能動層3の全領域が空乏化するように構成
する。
【0004】このように構成する理由は、能動層内の実
効的な電界強度を低減することによるゲート絶縁膜直下
の反転層キャリアの移動度劣化の抑制とこれによるドレ
イン電流の増大と、能動層内の空乏層の電荷量の減少に
対応する反転層キャリアの増大によるドレイン電流の増
大とを実現できるからである。
【0005】また、このように構成されるSOI型半導
体装置では、能動層内がゲート電界により空乏化されて
いるため、ドレイン接合から能動層へのドレイン電界の
侵入を抑制でき、閾値電圧の短チャネル効果を抑制でき
る。したがってこの種の半導体装置は寸法の微細化によ
る半導体装置の高集積化と高速動作との双方を期待で
き、近年その将来性が注目されている。
【0006】図9〜図12は、図8に示した半導体装置
の製造方法を説明する工程の断面図である。まず、図9
に示すように例えばシリコン基板1中にシリコン酸化膜
11が埋め込まれてこのシリコン酸化膜11上にシリコ
ン層12を有するシリコン半導体基板を用意する。その
後、このシリコン層12の表面を酸化してシリコン酸化
膜13を形成し、引き続きこのシリコン酸化膜13上に
耐酸化性絶縁膜として例えばシリコン窒化膜14を堆積
する。
【0007】次に図10に示すようにこのシリコン窒化
膜14を例えば異方性プラズマエッチング法により所定
の寸法に加工し、引き続きシリコン酸化膜13を同寸法
に加工してシリコン層12の一部を露出させる。
【0008】次に図11に示すようにこのシリコン半導
体基板を酸化性雰囲気に晒してシリコン層12のうち露
出した領域のみを酸化する。このとき、シリコン酸化膜
2がシリコン基板1内に既に存在するシリコン酸化膜1
1と合体するまでシリコン半導体基板の酸化を行う。こ
のようにしてシリコン能動層12′が他の領域に同時に
形成される他の能動層と電気的に絶縁分離される。
【0009】次に図12に示すようにシリコン窒化膜1
4′を例えばリン酸により除去する。例えばイオン注入
法により、シリコン能動層12′中に所定の不純物例え
ばホウ素を導入し、シリコン能動層12′を第1の導電
形とする。引き続きシリコン窒化膜14′直下のシリコ
ン酸化膜を例えば弗化水素酸により除去し、再びシリコ
ン半導体基板を酸化性雰囲気に晒してゲート絶縁膜とし
てのシリコン酸化膜4を形成する。その後、ゲート電極
5を形成する。
【0010】その後、例えばイオン注入法などにより、
第2導電形のソース領域6とドレイン領域7とを形成
し、その後、シリコン半導体基板の主面側にシリコン酸
化膜などの絶縁膜8を堆積し、引き続いてソース領域6
およびドレイン領域7上にコンタクト孔を形成し、電極
配線用の金属層を堆積する。その後、この金属層を加工
してソース電極9,ドレイン電極10を形成することに
より半導体装置を製造してきた。
【0011】このような方法により実際に製造してきた
図8に示すこの種の半導体装置のX1 −X2 線の断面を
見ると、図12に示すように構成されている。この場
合、良く知られているバーズビークと呼ばれる横方向へ
の酸化膜の成長が起こる。ここでは幅lB で示した領域
に及んでいる。この横方向酸化により、シリコン能動層
12′のうち、Aで示した部分はシリコン層が底部から
酸化されて上の方向に押し上げられている。一方、Bで
示した部分ではシリコン層は上側から酸化されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな製造方法で形成された半導体装置では次に説明する
ような問題があつた。 図12に示すように幅lA で設計した半導体装置のゲ
ート幅がバーズビークの発生により、ゲート幅lA ′に
減少する。これは半導体装置の利得の減少につながると
いう問題があった。 ゲート幅の減少を見込んだ設計を行うと、設計上のゲ
ート幅lA が相対的に増大し、半導体装置の小型化に逆
行するという問題が生じた。 電気的特性の面からは、シリコン能動層12′の端部
Cの厚さがシリコン能動層12′の他の部分の厚さtS
に比べて薄くなる。つまり、シリコン能動層12′中の
不純物濃度が全域で均一あれば、この領域の閾値電圧が
他の領域の閾値電圧よりも低下することを意味する。こ
の場合に見られる特徴的な現象を図13に示す。
【0013】図13はゲート電圧とドレイン電流との関
係を示したものである。同図において、例えば正常なn
チャネル形半導体装置では、ゲート電圧を負値から正値
の掃引すると、初めaで示した破線のようにドレイン電
流が増大し、やがてbのように変化する。このとき、ド
レイン電流が10-7A流れるゲート電圧を閾値電圧とす
ると、その値はVT1となる。
【0014】一方、図8に示した半導体装置では、ゲー
ト電圧を同様に掃引すると、図12の領域Cを流れる電
流により、初めa′のように増大し、やがてbのように
変化する。この場合、閾値電圧はVT2となり、設計した
値VT1より大幅にずれてしまう。
【0015】このようにこの種の半導体装置は、いくつ
かの大きな特徴を持ちながらも、同時に上記のような問
題点を持つために実用化されるには至っていなかった。
【0016】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、横
方向酸化現象による半導体装置の小型化の難点および能
動層端部に発生する寄生的な半導体装置の影響による閾
値電圧設計の困難性を解決し、この種の半導体装置の大
規模集積化および歩留まりの飛躍的向上を実現できるS
OI型半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、半導体中に絶縁物層が埋め込まれこ
の絶縁物層上に半導体層を有する面を主面に持つ半導体
基板を用いてSOI型半導体装置を形成するSOI型半
導体装置の製造方法において、半導体層に所定の幅およ
び深さの溝を閉じた図柄状に形成しそれぞれ独立した半
導体領域を半導体層に形成する工程と、半導体層の溝お
よび半導体装置の能動層となる領域を耐酸化性絶縁膜で
覆う工程と、半導体基板の主面側を酸化性雰囲気に晒し
て耐酸化性絶縁膜に覆われていない半導体層の一部を酸
化物に変える工程と、耐酸化性絶縁膜を溝の内部にのみ
残して他を除去する工程と、から製造するものである。
【0018】
【作用】本発明による半導体装置の製造方法において
は、半導体装置のゲート幅を設計した数値通りに実現す
ることができるだけでなく、能動層端部において能動層
の厚さが薄くなることを防止できる。
【0019】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1〜図7は本発明によるSOI型半導体装
置の製造方法の一実施例を説明する工程の断面図であ
る。まず、図1に示すように例えばシリコン基板21中
に絶縁物層として例えばシリコン酸化膜22が埋め込ま
れ、このシリコン酸化膜22上にシリコン層23を有す
る半導体基板を用意する。その後、このシリコン層23
上にシリコン酸化膜24を形成し、引き続きこのシリコ
ン酸化膜24上に耐酸化性絶縁膜として例えばシリコン
窒化膜25を形成する。
【0020】次に図2に示すように異方性エッチング法
例えば反応性イオンエッチング法により、シリコン窒化
膜25に所定の寸法の溝パターンを形成し、引き続きシ
リコン酸化膜24を例えば弗化水素酸によりエッチング
し、引き続き異方性エッチング法例えば反応性イオンエ
ッチング法により、能動層領域となるシリコン能動層2
3′を取り囲む溝26を形成する。このとき、この溝2
6はシリコン層23の底面までの深さでも良く、また、
シリコン酸化膜22に底面までの深さでも良く、さらに
シリコン基板21の内部に及ぶ深さでも良い。
【0021】次に図3に示すようにこの半導体基板の表
面を例えば熱酸化することによってシリコン能動層2
3′のうち、溝26において露出している領域にシリコ
ン酸化膜27を形成し、引き続いてこの半導体基板の主
面側に耐酸化性絶縁膜として例えばシリコン窒化膜28
を堆積する。
【0022】次に図4に示すようにシリコン能動層2
3′とこれを取り囲む溝26とを共に覆える寸法にシリ
コン窒化膜25およびシリコン窒化膜28を例えば異方
性エッチング法により加工し、シリコン窒化膜25′お
よびシリコン窒化膜28′を形成する。
【0023】次に図5に示すようにこの半導体基板を酸
化性雰囲気に晒して主面を酸化し、シリコン酸化膜29
を形成する。このとき、シリコン酸化膜24′を除去し
てシリコン酸化膜29を形成しても良く、あるいはシリ
コン酸化膜24′を残したままで酸化しても良い。ま
た、シリコン酸化膜29の底面がシリコン基板21に達
するまで酸化しても良い。あるいはシリコン酸化膜29
の底面がシリコン酸化膜22に達しないように酸化して
も良い。
【0024】次に図6に示すようにシリコン窒化膜2
8′を例えばリン酸を用いて除去する。ただし、溝26
内部にはシリコン窒化膜28″を残す。
【0025】次に図7に示すようにシリコン能動層2
3′に例えばイオン注入法などで不純物を導入してシリ
コン能動層23′を第1の導電形とする。次にシリコン
酸化膜24′を除去した後、シリコン能動層23′を酸
化してゲート酸化膜31を形成し、引き続きこの半導体
基板の主面側にゲート電極32を形成する。その後、例
えばイオン注入法により第2導電形のソース領域33お
よびドレイン領域34を形成し、その後、絶縁膜35を
この半導体基板の主面側に堆積し、その後、ソース領域
33およびドレイン領域34上にコンタクト孔を形成
し、最後にソース電極36とドレイン電極37を形成す
ることにより半導体装置を製造する。
【0026】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
以下に示すような極めて優れた効果が得られる。 能動層周辺を酸化することによって半導体装置間を電
気的に絶縁分離する工程において、能動層となるシリコ
ン層周辺を耐酸化性絶縁膜で覆うことにより、横方向酸
化によるゲート幅の減少を防止でき、半導体装置の利得
性能を設計値通りに実現することができる。 前述した効果により、半導体装置の設計時にゲート幅
を予め大きくとる必要がなくなり、半導体装置の小型化
に有利である。 本発明による製造方法では、能動層の厚さが全域にわ
たって均一であるため、これまでに端部で作り込まれ易
かった寄生的な半導体装置による異常なドレイン電流の
発生を防止できるため、半導体装置の歩留まりが飛躍的
に改善され、高集積化を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるSOI型半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。
【図2】図1に引き続く工程の一断面図である。
【図3】図2に引き続く工程の一断面図である。
【図4】図3に引き続く工程の一断面図である。
【図5】図4に引き続く工程の一断面図である。
【図6】図5に引き続く工程の一断面図である。
【図7】図6に引き続く工程の一断面図である。
【図8】SOI型半導体装置の構成を示す断面図であ
る。
【図9】図8に示す半導体装置の製造方法を説明する工
程の一断面図である。
【図10】図9に引き続く工程の一断面図である。
【図11】図10に引き続く工程の一断面図である。
【図12】図11に引き続く工程の一断面図である。
【図13】図9〜図12に示す製造方法により形成され
た半導体装置のゲート電圧とドレイン電流との関係を測
定した結果を示す図である。
【符号の説明】
21 シリコン基板 22 シリコン酸化膜 23 シリコン層 23′ シリコン能動層 24 シリコン酸化膜 24′ シリコン酸化膜 25 シリコン窒化膜 25′ シリコン窒化膜 26 溝 27 シリコン酸化膜 28 シリコン窒化膜 28′ シリコン窒化膜 28″ シリコン窒化膜 29 シリコン酸化膜 30 シリコン能動層 31 ゲート酸化膜 32 ゲート電極 33 ソース領域 34 ドレイン領域 35 絶縁膜 36 ソース電極 37 ドレイン電極

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体中に絶縁物層が埋め込まれ前記絶
    縁物層上に半導体層を有する面を主面に持つ半導体基板
    を用いてSOI型半導体装置を形成するSOI型半導体
    装置の製造方法において、 前記半導体層に所定の幅および深さの溝を閉じた図柄状
    に形成しそれぞれ独立した半導体領域を前記半導体層に
    形成する工程と、 前記半導体層の前記溝および半導体装置の能動層となる
    領域を耐酸化性絶縁膜で覆う工程と、 前記半導体基板の主面側を酸化性雰囲気に晒して前記耐
    酸化性絶縁膜に覆われていない前記半導体層の一部を酸
    化物に変える工程と、 前記耐酸化性絶縁膜を前記溝の内部にのみ残して他を除
    去する工程と、 を含むことを特徴とするSOI型半導体装置の製造方
    法。
JP4034491A 1992-01-24 1992-01-24 Soi型半導体装置の製造方法 Expired - Fee Related JP2550457B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4034491A JP2550457B2 (ja) 1992-01-24 1992-01-24 Soi型半導体装置の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4034491A JP2550457B2 (ja) 1992-01-24 1992-01-24 Soi型半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05206421A JPH05206421A (ja) 1993-08-13
JP2550457B2 true JP2550457B2 (ja) 1996-11-06

Family

ID=12415718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4034491A Expired - Fee Related JP2550457B2 (ja) 1992-01-24 1992-01-24 Soi型半導体装置の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2550457B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5194328B2 (ja) 2001-02-01 2013-05-08 ソニー株式会社 半導体装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05206421A (ja) 1993-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2603886B2 (ja) 薄層soi型絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法
US6188104B1 (en) Trench DMOS device having an amorphous silicon and polysilicon gate
JP3415459B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPS6410105B2 (ja)
JPH11111710A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US5225356A (en) Method of making field-effect semiconductor device on sot
JPH07249770A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4054557B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JP2550457B2 (ja) Soi型半導体装置の製造方法
JP3796227B2 (ja) 電荷結合素子の製造方法
JP3127253B2 (ja) Soi型半導体装置およびその製造方法
JP3057792B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
US5459347A (en) Method of making field-effect semiconductor device on SOI
JP3105229B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US5893759A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JP2663371B2 (ja) 電界効果型半導体装置及びその製造方法
JP3075348B2 (ja) 半導体素子とその製造方法
JPH06196689A (ja) 絶縁ゲート電界効果半導体装置およびその製造方法
JPH01181566A (ja) 絶縁ゲート電界効果トランジスタおよびその製造方法
JPH06151842A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP3249034B2 (ja) 半導体集積回路装置及びその製造方法
JP3157595B2 (ja) 誘電体分離基板
JP2531688B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0558258B2 (ja)
JPH0252859B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees