JP3264402B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3264402B2 JP32282393A JP32282393A JP3264402B2 JP 3264402 B2 JP3264402 B2 JP 3264402B2 JP 32282393 A JP32282393 A JP 32282393A JP 32282393 A JP32282393 A JP 32282393A JP 3264402 B2 JP3264402 B2 JP 3264402B2
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
SOI半導体装置における基板電位付与構造に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上に埋込絶縁体層を挟んで配
設されるとともに側面が側壁分離絶縁領域に接する複数
の単結晶島状半導体領域と、島状半導体領域及び側壁分
離絶縁領域上に配設された層間絶縁膜とを有するいわゆ
るSOI構造の従来の半導体装置では、基板電位付与の
ために基板の裏面全面に電極を設けるのが通例である
が、この方法では裏面電極形成工程が必要となる点、及
び、基板全体が同電位となり基板のある部分のみに所定
のバイアス電位を印加することができないなどの問題が
あった。
【0003】この問題を解決するために、特開平2ー2
94076号公報は、側壁分離絶縁領域及び埋込絶縁体
層からなる素子分離絶縁膜(フィールド絶縁膜)とその
上の層間絶縁膜とを一挙に貫孔して接続孔を形成し、こ
の接続孔を通じて層間絶縁膜上の基板電位付与用の配線
を基板に接続している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記した公報
の基板接続方式では、この場合には、接続孔の深さがフ
イールド絶縁膜(側壁分離絶縁領域及びその直下の埋込
絶縁体層を総称してフイールド絶縁膜ともいう)及び層
間絶縁膜の膜厚の和となり、この値は約1μm以上にも
なるので、この段差によって配線が段差切れし易いとい
う問題がある。
【0005】すなわち、SOI構造の半導体装置では、
比較的厚い(薄いと基板間の寄生容量が大きくなってし
まう)埋込絶縁体層が存在するために少なくともその分
だけ従来より基板電位付与用の開口深さが増大してしま
い、必然的に基板電位付与用の配線の段差切れが生じ易
くなってしまう。本発明は上記問題点に鑑みなされたも
のであり、基板電位付与用の配線の段差切れが抑止可能
なSOI構造の半導体装置を提供することを、その目的
としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1発明の半導体装置
は、半導体基板上に埋込絶縁体層を挟んで配設されると
ともに側面が側壁分離絶縁領域に接する複数の単結晶島
状半導体領域と、前記島状半導体領域及び前記側壁分離
絶縁領域上に配設された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜
及び前記埋込絶縁体層に開口された接続孔と、前記層間
絶縁膜上に配設されるとともに前記接続孔に充填される
基板電位付与用の配線とを備える半導体装置において、
前記接続孔は、前記島状半導体領域及びその直下の埋込
絶縁体層に開口された外孔と、前記外孔に充填された前
記層間絶縁膜に開口された内孔とからなり、前記基板電
位付与用の配線は前記内孔を通じて前記基板に接続され
ることを特徴としている。
【0007】第2発明の半導体装置は、半導体基板上に
埋込絶縁体層を挟んで配設されるとともに側面が側壁分
離絶縁領域に接する複数の単結晶島状半導体領域と、前
記島状半導体領域及び前記側壁分離絶縁領域上に配設さ
れた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜及び前記埋込絶縁体
層に開口された接続孔と、前記層間絶縁膜上に配設され
るとともに前記接続孔に充填される基板電位付与用の配
線とを備える半導体装置において、前記接続孔は、前記
側壁分離絶縁領域及びその直下の埋込絶縁体層に開口さ
れた外孔と、前記外孔に充填された前記層間絶縁膜に開
口された内孔とからなり、前記基板電位付与用の配線は
前記内孔を通じて前記基板に接続されることを特徴とし
ている。
【0008】
【作用及び発明の効果】両発明はSOI半導体装置であ
って、各島状半導体領域の底面は埋込絶縁体層により、
その側面は側壁分離絶縁領域により絶縁分離されてい
る。島状半導体領域の表面に配設された配線は層間絶縁
膜により各島状半導体領域から絶縁分離される。
【0009】第1発明の半導体装置では、島状半導体領
域及びその直下の埋込絶縁体層に開口された外孔に充填
された層間絶縁膜を開口して内孔が形成され、基板電位
付与用の配線はこの内孔を通じて基板に接続される。第
2発明の半導体装置では、側壁分離絶縁領域及びその直
下の埋込絶縁体層に開口された外孔に充填された層間絶
縁膜を開口して内孔が形成され、基板電位付与用の配線
はこの内孔を通じて基板に接続される。
【0010】すなわちこれら両発明によれば、基板電位
付与用の接続孔を外孔及び内孔の2段開口により構成す
ることになるので、上記従来のSOI半導体装置におけ
る基板電位付与用の接続孔に比較して段差が格段に低減
され、その結果、配線の段差切れが防止できる。
【0011】
【実施例】
(実施例1)図1に本発明の第1の実施例を示す。シリ
コン基板1上に埋め込み酸化膜(本発明でいう埋込絶縁
体層)2を介して単結晶シリコン層(本発明でいう単結
晶島状半導体領域、以下SOI層ともいう)3が形成さ
れ、SOI層3には、ゲート絶縁膜4、ゲート電極5、
層間絶縁膜6、配線7から成るMOSFETが形成され
ている。ここでMOSFETを形成しないSOI層(島
状半導体領域)3Aの内側に形成された第1の接続孔
(本発明でいう外孔)8において層間絶縁膜6とシリコ
ン基板1とが接触している。さらに、第1の接続孔8の
内側に位置して層間絶縁膜6を開口して形成された第2
の接続孔(本発明でいう内孔)9において配線7Aとシ
リコン基板1とが接触している。
【0012】このようにすれば、第1の接続孔8の段差
はd2 +d3 となる。d2 はSOI層3Aの膜厚に相当
し通常100nm以下であり、d3 は埋め込み酸化膜2
の膜厚に相当し通常100〜400nm程度であるため
2 +d3 の値は500nm程度以下となり、本段差は
MOSFETのゲート電極による段差とほぼ同程度以下
となる。また、第1の接続孔8を形成後、その段差上に
形成される層間絶縁膜6のリフロー処理により、接続孔
8の段差上における層間絶縁膜6の表面の段差は緩和さ
れ、そ上に配設される配線7Aの段差は大幅に緩和さ
れ、その段差切れが防止される。
【0013】次に、第2の接続孔9における段差d1
層間絶縁膜6の膜厚による段差であり、MOSFETの
コンタクトホール11における段差と全く同一形状とな
ることから、本段差において配線7Aが断線することも
ない。以下図2〜図5を参照して、上記装置の製造工程
について説明する。まず図2に示すように、公知の方法
によりシリコン基板1上に埋め込み酸化膜2を介して単
結晶シリコン層を形成し、この単結晶シリコン層の所定
領域を例えばLOCOS酸化により側壁分離絶縁領域1
0を形成して、残りを単結晶シリコン層(島状半導体領
域)3、3Aとし、ゲート絶縁膜4、ゲート電極5を順
次形成する。なお、埋め込み酸化膜2及びその直上の側
壁分離絶縁領域10を素子分離絶縁膜(フィールド酸化
膜)12と総称する。
【0014】次に図3に示すように、第2の接続孔形成
予定領域を含み、しかもこの予定領域よりも広範囲の単
結晶シリコン層3A及び埋め込み酸化膜2を通常のフォ
トリソグラフィ及びエッチング技術によりエッチング除
去することにより、第1の接続孔8を形成してシリコン
基板1の表面を露出させる。その後、本図中には示さな
いものの、ゲート電極用の側壁形成を行った場合には第
1の接続孔8による段差部にも同時に側壁が形成され
る。
【0015】次に図4に示すように、単結晶シリコン層
3に形成する基板と同一導電型のMOSFETのソース
・ドレインを形成する不純物13′をイオン注入する際
に、上記第1の接続孔8によって露出されたシリコン基
板1の表面にも同時に不純物13′をイオン注入して、
ソース・ドレイン領域13及び高濃度不純物領域14を
形成する。この時、ソース・ドレイン領域13の表面に
薄い酸化膜が形成されている場合には、第1の接続孔8
により露出されたシリコン基板1の表面部分にも同様に
酸化膜が形成されている。
【0016】次に図5に示すように、層間絶縁膜6を形
成してから熱処理を行うことにより層間絶縁膜6をリフ
ローして表面をなだらかにするとともにMOSFETの
ソース・ドレイン領域13及び高濃度不純物14にイオ
ン注入された不純物13′を活性化する。その後、単結
晶シリコン層3にコンタクトホール11を形成すると同
時に、第1の接続孔8の内側に第2の接続孔9を形成し
て再びシリコン基板1の表面を露出させる。したがっ
て、層間絶縁膜6はリンガラスなどが用いられることが
好ましいがCVDシリコン酸化膜などでもよい。
【0017】次に図1に示すように、配線7、7Aを形
成することにより図1に示す構造が完成する。本実施例
によれば、SOI構造を有する半導体装置において層間
絶縁膜上の基板電位付与用の配線を基板に接続するため
の接続孔に複数の段差を与えたので、配線の断線を防止
することができる。
【0018】また、電気的に良好にコンタクトを形成す
る為には配線と接触する基板表面部分に高濃度に不純物
をドーピングする必要があるが、本実施例によれば、こ
のドーピングをMOSFETのソース・ドレイン等の不
純物ドーピング工程で同時に行うので、製造工程を簡略
化することができる。 (実施例2)本発明の第2の実施例を図6を参照して説
明する。
【0019】この実施例では、埋込絶縁体層2と、埋込
絶縁体層2上の単結晶シリコン層をLOCOS酸化して
形成された側壁分離絶縁領域10とからなる素子分離絶
縁膜(フィールド酸化膜)12を開口して第1の接続孔
8Aを形成する点が、第1の実施例と異なっている。本
実施例における第1の接続孔8Aにおける段差dd2
素子分離絶縁膜12の膜厚(dd2 )に相当するが、d
2 の値を小さくすることはゲート電極配線の寄生容量
が大きくなり、素子の動作速度が遅くなり、消費電力が
増加する等の問題を招き、dd2 の値を上記d2 +d3
の値よりも小さくすることはできない。従ってこの実施
例の第1の接続孔8Aによる段差は、第1の実施例の第
1の接続孔8による段差よりも大きくなる。しかし、図
7に示した従来構造の接続孔の段差は素子分離絶縁膜1
2(埋込絶縁体層2及び側壁分離絶縁領域10)の膜厚
(D2 )と層間絶縁膜6の膜厚(D1 )との和となるこ
とを考えれば、格段の段差低減を実現することができ、
断線を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図3】図1の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図4】図1の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図5】図1の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図6】本発明の他実施例を示す断面図である。
【図7】従来の装置構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1はシリコン基板(半導体基板)、2は埋め込み酸化膜
(埋込絶縁体層)、3Aは多結晶シリコン層(島状半導
体領域)、6は層間絶縁膜、7Aは配線、8は第1の接
続孔(外孔)、9は第2の接続孔(内孔)、12は素子
分離絶縁領域(側壁分離絶縁領域及びその直下の埋込絶
縁体層)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に埋込絶縁体層を挟んで配設
    されるとともに側面が側壁分離絶縁領域に接する複数の
    単結晶島状半導体領域と、前記島状半導体領域及び前記
    側壁分離絶縁領域上に配設された層間絶縁膜と、前記層
    間絶縁膜及び前記埋込絶縁体層に開口された接続孔と、
    前記層間絶縁膜上に配設されるとともに前記接続孔に充
    填される基板電位付与用の配線とを備える半導体装置に
    おいて、 前記接続孔は、前記島状半導体領域及びその直下の埋込
    絶縁体層に開口された外孔と、前記外孔に充填された前
    記層間絶縁膜に開口された内孔とからなり、 前記基板電位付与用の配線は前記内孔を通じて前記基板
    に接続されることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体基板上に埋込絶縁体層を挟んで配設
    されるとともに側面が側壁分離絶縁領域に接する複数の
    単結晶島状半導体領域と、前記島状半導体領域及び前記
    側壁分離絶縁領域上に配設された層間絶縁膜と、前記層
    間絶縁膜及び前記埋込絶縁体層に開口された接続孔と、
    前記層間絶縁膜上に配設されるとともに前記接続孔に充
    填される基板電位付与用の配線とを備える半導体装置に
    おいて、 前記接続孔は、前記側壁分離絶縁領域及びその直下の埋
    込絶縁体層に開口された外孔と、前記外孔に充填された
    前記層間絶縁膜に開口された内孔とからなり、 前記基板電位付与用の配線は前記内孔を通じて前記基板
    に接続されることを特徴とする半導体装置。
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