JP2545904B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はレーザーまたはランプなどにより絶縁膜上に
溶融再結晶化されたMIS半導体装置に関し、特にそのチ
ャンネルリーク電流を低減し内蔵の絶縁ゲート電界効果
トランジスタの特性を安定化した半導体装置に関する。
本発明の半導体装置はMOS集積回路装置などに適用可能
である。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a MIS semiconductor device melt-recrystallized on an insulating film by a laser, a lamp, or the like, and particularly to a channel leakage current thereof reduced and a built-in insulated gate electric field. The present invention relates to a semiconductor device in which the characteristics of an effect transistor are stabilized.
The semiconductor device of the present invention can be applied to a MOS integrated circuit device and the like.
[従来の技術] 従来、シリコン基板上に二酸化シリコン膜のような中
間絶縁膜を介してポリシリコン層を形成し、更にこのポ
リシリコン層をレーザーまたはランプ等で溶融再結晶化
し、再結晶化されたシリコン層を使用して絶縁ゲート電
界効果トランジスタを形成した3次元半導体装置が提案
され、一般にSOI半導体装置と呼ばれている。このSOI半
導体装置において、N型チャンネル絶縁ゲート電界効果
トランジスタのチャンネルリーク電流を低減することが
問題となっており、この問題を改善するためにP型化さ
れた前記シリコン層(以下P型シリコン層という)にボ
ロンをイオン注入することが提案されていた。[Prior Art] Conventionally, a polysilicon layer is formed on a silicon substrate via an intermediate insulating film such as a silicon dioxide film, and the polysilicon layer is melted and recrystallized by a laser or a lamp and recrystallized. A three-dimensional semiconductor device in which an insulated gate field effect transistor is formed using the above silicon layer has been proposed and is generally called an SOI semiconductor device. In this SOI semiconductor device, reducing the channel leak current of the N-type channel insulated gate field effect transistor has been a problem, and in order to improve this problem, the P-type silicon layer (hereinafter referred to as P-type silicon layer) is used. It has been proposed to ion implant boron.
即ち、前記チャンネルリーク電流の主成分は主とし
て、P型シリコン層の前記中間絶縁膜に近接する領域
(以下境界領域という)を流れるいわゆるバックチャン
ネル電流であるので、従来では前記境界領域にボロンを
イオン注入してその反転を防止していた。That is, since the main component of the channel leak current is a so-called back channel current that mainly flows in a region of the P-type silicon layer adjacent to the intermediate insulating film (hereinafter referred to as a boundary region), boron ions are conventionally ionized in the boundary region. It was injected to prevent its reversal.
[解決を必要とする問題点] ところが前記した従来のSOI半導体装置は、以下の問
題をもつ。[Problems Requiring Solution] However, the conventional SOI semiconductor device described above has the following problems.
第1の問題は、中間絶縁膜上のシリコン層に形成され
たNチャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタのしき
い値電圧が変動することである。このしきい値電圧はシ
リコン層の上の各種絶縁膜中のナトリウムイオンの変位
により変動すると従来考えられていたが、それだけでは
なくシリコン層の下の前記中間絶縁膜中のナトリウムイ
オンの変位によっても影響されることがわかった。即
ち、中間絶縁膜中のナトリウムイオンが変位すると、そ
の上のシリコン層の電位が変化し、バックバイアス効果
により絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい値電圧
が変化する。なお、この問題は中間絶縁膜上にN型シリ
コン層をもつSOI半導体装置でも同様に発生する。The first problem is that the threshold voltage of the N-channel insulated gate field effect transistor formed in the silicon layer on the intermediate insulating film varies. It was conventionally thought that this threshold voltage fluctuates due to displacement of sodium ions in various insulating films on the silicon layer, but not only that, but also due to displacement of sodium ions in the intermediate insulating film below the silicon layer. It turned out to be affected. That is, when the sodium ions in the intermediate insulating film are displaced, the potential of the silicon layer on the intermediate insulating film is changed, and the back bias effect changes the threshold voltage of the insulated gate field effect transistor. This problem also occurs in the SOI semiconductor device having the N-type silicon layer on the intermediate insulating film.
第2の問題は、前記境界領域の導電型の反転防止のた
めに中間絶縁膜上のP型シリコン層にボロンをイオン注
入する場合、前記イオン注入後のアニールによりボロン
が再分布し、絶縁ゲート電界効果トランジスタのVg-Id
特性やドレイン耐圧の制御が困難になることである。The second problem is that when boron is ion-implanted into the P-type silicon layer on the intermediate insulating film to prevent the inversion of the conductivity type in the boundary region, the boron is redistributed by the annealing after the ion implantation, and the insulation gate Vg-Id of field effect transistor
It is difficult to control the characteristics and the drain breakdown voltage.
特に、高集積化とともに前記シリコン層は一般に薄く
されるので、前記ボロンの再分布問題や前記しきい値電
圧の変動問題は近時、より重要となっていた。In particular, since the silicon layer is generally thinned with higher integration, the problem of boron redistribution and the problem of fluctuation of the threshold voltage have recently become more important.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、内
蔵の絶縁ゲート電界効果トランジスタのチャンネルリー
ク電流を低減しかつ前記絶縁ゲート電界効果トランジス
タの電気特性を安定化したSOI半導体装置を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and provides an SOI semiconductor device in which channel leakage current of a built-in insulated gate field effect transistor is reduced and electric characteristics of the insulated gate field effect transistor are stabilized. With the goal.
[問題点を解決するための手段] 本発明の半導体装置は、シリコン基板と、前記シリコ
ン基板上に形成されボロンとリンまたはヒ素とをイオン
注入された中間絶縁膜と、前記中間絶縁膜上に形成され
溶融再結晶化されたP形シリコン層と、前記中間絶縁膜
から前記P形シリコン層への前記ボロンのオートドープ
により前記P形シリコン層に形成されたP型オートドー
プ領域と、前記P型シリコン層の表面に形成されたゲー
ト絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電
極と、前記P形シリコン層の表面に形成され前記ゲート
電極により互いの導通を制御されるN型ソース領域およ
びN型ドレイン領域と、を具備するように構成されてい
る。[Means for Solving the Problems] A semiconductor device of the present invention includes: a silicon substrate; an intermediate insulating film formed on the silicon substrate and ion-implanted with boron and phosphorus or arsenic; and an intermediate insulating film on the intermediate insulating film. The formed and melt-recrystallized P-type silicon layer, the P-type auto-doped region formed in the P-type silicon layer by auto-doping of the boron from the intermediate insulating film to the P-type silicon layer, and the P-type silicon layer. -Type gate insulating film formed on the surface of a silicon layer, a gate electrode formed on the gate insulating film, and an N-type which is formed on the surface of the P-type silicon layer and whose conduction is controlled by the gate electrode A source region and an N-type drain region.
なお、P型シリコン層は単結晶層であることが好まし
いが多結晶層であってもよい。The P-type silicon layer is preferably a single crystal layer, but may be a polycrystalline layer.
[作用] 本発明の半導体装置において、P型シリコン層の下の
中間絶縁膜に注入されたリンまたはひ素は、この中間絶
縁膜内のナトリウムイオンなどのアルカリイオンを不動
態化させ、アルカリイオンの移動によるP型シリコン層
の電位変動を防止し、P型シリコン層の表面に形成され
たN型チャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタのし
きい値電圧の変動を防止する。[Operation] In the semiconductor device of the present invention, phosphorus or arsenic implanted into the intermediate insulating film below the P-type silicon layer passivates alkali ions such as sodium ions in the intermediate insulating film, and The potential change of the P-type silicon layer due to the movement is prevented, and the change of the threshold voltage of the N-type channel insulated gate field effect transistor formed on the surface of the P-type silicon layer is prevented.
P型シリコン層の下の中間絶縁膜に注入されたボロン
は、その後の熱処理によりP形シリコン層にオートドー
プされて、P型シリコン層の前記境界領域に、P型オー
トドープ領域を形成する。そしてこのP型オートドープ
領域は前記境界領域のバックチャンネル電流を防止す
る。Boron implanted into the intermediate insulating film below the P-type silicon layer is auto-doped into the P-type silicon layer by the subsequent heat treatment, and a P-type auto-doped region is formed in the boundary region of the P-type silicon layer. The P-type auto-doped region prevents the back channel current in the boundary region.
[実施例] 本発明の半導体装置の一実施例であるMOS集積回路装
置を以下図面により説明する。[Embodiment] A MOS integrated circuit device which is an embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本実施例のMOS集積回路装置の一部断面図で
あり、第2図乃至第4図はそれぞれ本MOS集積回路装置
の製造プロセスを示す断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the MOS integrated circuit device of this embodiment, and FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the MOS integrated circuit device.
本発明のMOS集積回路装置は、シリコン基板1と、シ
リコン基板1上にLOCOS法により形成された中間絶縁膜
としての分離用二酸化シリコン膜2と、分離用二酸化シ
リコン膜2上に形成されレーザー再結晶化法により単結
晶化されたP型シリコン層5と、分離用二酸化シリコン
膜2からP形シリコン層5へのボロンのオートドープに
より形成されたP型オートドープ領域6と、P型シリコ
ン層5の表面に形成されたゲート絶縁膜7と、ゲート絶
縁膜5上に形成されたゲート電極8と、P形シリコン層
5に形成されゲート電極8により互いの導通を制御され
るN型ソース領域9AおよびN型ドレイン領域9Bと、から
なる。The MOS integrated circuit device of the present invention comprises a silicon substrate 1, a separation silicon dioxide film 2 as an intermediate insulating film formed on the silicon substrate 1 by the LOCOS method, and a laser re-formation film formed on the separation silicon dioxide film 2. A P-type silicon layer 5 single-crystallized by the crystallization method, a P-type auto-doped region 6 formed by auto-doping of boron from the separating silicon dioxide film 2 to the P-type silicon layer 5, and a P-type silicon layer. 5, a gate insulating film 7 formed on the surface of the gate electrode 5, a gate electrode 8 formed on the gate insulating film 5, and an N-type source region formed on the P-type silicon layer 5 and controlled in mutual conduction by the gate electrode 8. 9A and N-type drain region 9B.
シリコン基板1は、約1015原子/cm3のN型基板であ
る。The silicon substrate 1 is an N-type substrate of about 10 15 atoms / cm 3 .
分離用二酸化シリコン膜2は、シリコン基板1上にLO
COS法により形成された0.1〜2μm(好ましくは約1.2
μm)厚の絶縁分離用の絶縁膜であり、イオン注入によ
りボロンとリンとをイオン注入されている。The isolation silicon dioxide film 2 is LO on the silicon substrate 1.
0.1-2 μm (preferably about 1.2) formed by the COS method
(μm) thick insulating film for insulation separation, and boron and phosphorus are ion-implanted by ion implantation.
P型シリコン層5は、分離用二酸化シリコン膜2上に
CVD法により形成されたポリシリコン層をレーザー再結
晶化法により単結晶化した単結晶膜であり、約1015原子
/cm3の濃度と0.1〜0.5μm(好ましくは約0.4μm)の
厚さとをもつ。The P-type silicon layer 5 is formed on the separating silicon dioxide film 2.
A single crystal film obtained by single crystallizing a polysilicon layer formed by a CVD method by a laser recrystallization method, having a concentration of about 10 15 atoms / cm 3 and a thickness of 0.1 to 0.5 μm (preferably about 0.4 μm). With.
P型オートドープ領域6は、分離用二酸化シリコン膜
2からP型シリコン層5へのボロンイオンのオートドー
プによりP型シリコン層5に形成された高濃度P型領域
であり、P型シリコン層5の半分以下の厚さをもつ。The P-type auto-doped region 6 is a high-concentration P-type region formed in the P-type silicon layer 5 by auto-doping boron ions from the separating silicon dioxide film 2 into the P-type silicon layer 5. It has a thickness less than half of.
ゲート絶縁膜7は、P型シリコン層の表面に熱酸化法
により形成された0.05μmの二酸化シリコン膜である。The gate insulating film 7 is a 0.05 μm silicon dioxide film formed on the surface of the P-type silicon layer by a thermal oxidation method.
ゲート電極8は、ゲート絶縁膜7上にCVD法により形
成された0.5μm厚のポリシリコン電極である。The gate electrode 8 is a 0.5 μm thick polysilicon electrode formed on the gate insulating film 7 by the CVD method.
N型ソース領域9AおよびN型ドレイン領域9BはP型シ
リコン層5にリンイオンを約1015原子/cm2だけイオン
注入して形成されたN型領域であり、絶縁ゲート電界効
果トランジスタのソースまたはドレインとして機能する
領域である。The N-type source region 9A and the N-type drain region 9B are N-type regions formed by implanting phosphorus ions into the P-type silicon layer 5 by about 10 15 atoms / cm 2 and are the source or drain of the insulated gate field effect transistor. Is a region that functions as.
本実施例のMOS集積回路装置の製造工程を第2図乃至
第4図で説明する。The manufacturing process of the MOS integrated circuit device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
まず第2図で示すように、N型シリコン基板1の開孔
部21以外の表面に分離用二酸化シリコン膜2をLOCOS法
で形成する。First, as shown in FIG. 2, a separation silicon dioxide film 2 is formed on the surface of the N-type silicon substrate 1 other than the openings 21 by the LOCOS method.
次に第3図に示すように、開孔部21の表面にフォトマ
スク22を設置し、その後分離用二酸化シリコン膜2にリ
ンイオンを加速電圧300keVで約1015〜17原子/cm2だけ
イオン注入し、ボロンイオンを加速電圧30keVで約1015
〜17原子/cm2だけイオン注入する。Next, as shown in FIG. 3, a photomask 22 is set on the surface of the opening 21, and then phosphorus ions are ion-implanted into the silicon dioxide film 2 for isolation at an acceleration voltage of 300 keV by about 10 15 to 17 atoms / cm 2. Then, boron ions are accelerated at an acceleration voltage of 30 keV for approximately 10 15
Ion implantation of only ~ 17 atoms / cm 2 .
次に第4図に示すように、分離用二酸化シリコン膜2
上にCVD法等によりP型ポリシリコン膜5および1μm
厚の保護用二酸化シリコン膜51を順次形成する。次にP
型ポリシリコン膜5をレーザー走査により溶融単結晶化
してP型シリコン層5とする。なお、レーザー加熱の代
わりに赤外線加熱や電子線加熱を採用してもよい。Next, as shown in FIG. 4, the separation silicon dioxide film 2
P type polysilicon film 5 and 1 μm on top by CVD method
A thick protective silicon dioxide film 51 is sequentially formed. Then P
The type polysilicon film 5 is melted and crystallized by laser scanning to form a P type silicon layer 5. Infrared heating or electron beam heating may be adopted instead of laser heating.
次に第5図に示すように、保護用二酸化シリコン膜51
を除去し、P型シリコン層5を選択エッチングで台形状
に形成する。Next, as shown in FIG. 5, a protective silicon dioxide film 51 is formed.
Are removed, and the P-type silicon layer 5 is formed into a trapezoid by selective etching.
その後通常のMOSプロセスにより、P型シリコン層5
へのしきい値電圧制御用イオン注入、P型シリコン層5
表面へのゲート絶縁膜7の形成、ゲート絶縁膜7上への
ポリシリコンのゲート電極8の形成、ゲート電極8表面
の酸化とそれによる二酸化シリコン膜10の形成、イオン
注入等によるN+型ソース領域9A及びドレイン領域9Bの形
成、前記各イオン注入工程の後工程としての約800℃の
アニール、パッシベーション用のBPSG膜11の形成、ゲー
ト電極8およびソース領域9A及びドレイン領域9B上のBP
SG膜11の開孔、BPSG膜11上への配線用アルミ電極線12
A、12B、12Cの形成、プラズマCVD法によるパッシベーシ
ョン用窒化シリコン膜13の形成、などを順次に実施す
る。After that, the P-type silicon layer 5 is formed by the normal MOS process.
Ion implantation for controlling threshold voltage, P-type silicon layer 5
Forming the gate insulating film 7 on the surface, forming the gate electrode 8 of polysilicon on the gate insulating film 7, oxidizing the surface of the gate electrode 8 and forming the silicon dioxide film 10 by it, N + type source by ion implantation, etc. Formation of the region 9A and the drain region 9B, annealing at about 800 ° C. as a post-process of each of the ion implantation steps, formation of a BPSG film 11 for passivation, BP on the gate electrode 8 and the source region 9A and the drain region 9B.
Opening of SG film 11, aluminum electrode wire 12 for wiring on BPSG film 11
The formation of A, 12B, 12C, the formation of the silicon nitride film 13 for passivation by the plasma CVD method, etc. are sequentially carried out.
なお、ゲート電極8の下のP型シリコン層5の表面は
ゲート電極8によりN型チャンネルを形成されるチャン
ネル領域14である。また、P型オートドープ領域6は前
記アニールの実施により形成される他、前記P型ポリシ
リコン層へのレーザー照射によっても形成される。The surface of the P-type silicon layer 5 below the gate electrode 8 is a channel region 14 in which an N-type channel is formed by the gate electrode 8. Further, the P-type auto-doped region 6 is formed not only by performing the annealing but also by irradiating the P-type polysilicon layer with a laser.
本実施例の変形態様として、P型シリコン層5をメサ
型にする代りに、P型シリコン層5の活性領域即ち所要
領域以外を選択的に酸化して二酸化シリコン領域として
もよい。この場合、P型シリコン層5とそれを酸化して
形成された前記二酸化シリコン領域とは段差ができるの
で、P型シリコン層5の酸化されるべき領域を予めある
程度エッチングしてから前記酸化を実施することができ
る。更に、中間絶縁膜としての分離用二酸化シリコン膜
2に注入されるリンの代りに同様のアルカリゲッタリン
グ効果を示すひ素を使用することができる。これらのリ
ンまたはひ素はP型シリコン層5に注入されるボロンよ
りもより深く注入されることが好ましい。ただしシリコ
ン基板1の表面に半導体素子を形成する場合には前記リ
ン、ひ素、ボロンはシリコン基板1の表面に到達しない
ようにすることが好ましい。As a modification of this embodiment, instead of making the P-type silicon layer 5 a mesa type, the active region of the P-type silicon layer 5, that is, a region other than a required region may be selectively oxidized to be a silicon dioxide region. In this case, since a step is formed between the P-type silicon layer 5 and the silicon dioxide region formed by oxidizing the P-type silicon layer 5, the region of the P-type silicon layer 5 to be oxidized is etched to some extent in advance and then the oxidation is performed. can do. Further, arsenic, which exhibits a similar alkali gettering effect, can be used in place of phosphorus injected into the silicon dioxide film 2 for isolation as an intermediate insulating film. It is preferable that the phosphorus or arsenic is implanted deeper than the boron implanted in the P-type silicon layer 5. However, when a semiconductor element is formed on the surface of the silicon substrate 1, it is preferable that the phosphorus, arsenic, and boron do not reach the surface of the silicon substrate 1.
以下本実施例の作用効果を説明する。 The operation and effect of this embodiment will be described below.
先ず、P型オートドープ領域6はP型シリコン層5の
バックチャンネルの形成を防止し分離用二酸化シリコン
膜2上の絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい値電
圧などの電気的特性の変動を防止する。分離用二酸化シ
リコン膜2に打込まれたリンまたはひ素は分離用二酸化
シリコン膜2中のアルカリイオンをゲッタする。その結
果、分離用二酸化シリコン膜2上に形成された絶縁ゲー
ト電界効果トランジスタのしきい値電圧などの電気的特
性の変動は小さくなる。この作用を更に詳細に説明す
る。分離用二酸化シリコン膜2上の絶縁ゲート電界効果
トランジスタのチャンネル領域であるP型シリコン層5
(第1図)は、実際の使用状態ではほとんど空乏化して
空乏層となっている。従って、もし分離用二酸化シリコ
ン膜2中でアルカリイオンが移動すると、前記空乏層内
に静電的な電位変化が生じ、P型シリコン層5の表面の
チャンネル領域14の電位変化を招き、この絶縁ゲート電
界効果トランジスタのしきい値電圧などを変化させる。
SOI半導体装置におけるこの問題は分離用二酸化シリコ
ン膜2中のアルカリイオンをゲッタする本実施例により
大幅に改善される。First, the P-type auto-doped region 6 prevents formation of a back channel of the P-type silicon layer 5 and prevents fluctuations in electrical characteristics such as the threshold voltage of the insulated gate field effect transistor on the isolation silicon dioxide film 2. . The phosphorus or arsenic implanted in the separating silicon dioxide film 2 getsters the alkali ions in the separating silicon dioxide film 2. As a result, variations in electrical characteristics such as the threshold voltage of the insulated gate field effect transistor formed on the isolation silicon dioxide film 2 are reduced. This operation will be described in more detail. A P-type silicon layer 5 which is a channel region of an insulated gate field effect transistor on the isolation silicon dioxide film 2.
In FIG. 1, the depletion layer is almost depleted in actual use. Therefore, if the alkali ions move in the separation silicon dioxide film 2, an electrostatic potential change occurs in the depletion layer, which causes a potential change in the channel region 14 on the surface of the P-type silicon layer 5, and this insulation The threshold voltage of the gate field effect transistor is changed.
This problem in the SOI semiconductor device is greatly improved by the present embodiment in which the alkali ions in the separating silicon dioxide film 2 are gettered.
更に、本実施例においてリンまたはひ素やボロンは分
離用二酸化シリコン膜2にイオン注入によりドープされ
ているので、拡散によりドープする場合に比較して処理
温度を低く押えることができる。一般にイオン注入のア
ニールは850℃以下であり、前記拡散の温度は1000℃程
度である。従ってシリコン基板1に半導体素子を形成し
た場合に、その電気特性の熱劣化を低減することができ
る。Further, in the present embodiment, phosphorus or arsenic or boron is doped into the separation silicon dioxide film 2 by ion implantation, so that the processing temperature can be kept low as compared with the case of doping by diffusion. Generally, the annealing temperature for ion implantation is 850 ° C. or lower, and the diffusion temperature is about 1000 ° C. Therefore, when a semiconductor element is formed on the silicon substrate 1, thermal deterioration of its electrical characteristics can be reduced.
なお分離用二酸化シリコン膜2はシリコン基板1の上
方に設置されていればよく、必ずしもシリコン基板1の
直上に設置される必要は無い。もちろん分離用二酸化シ
リコン膜2とシリコン基板1との間に絶縁膜や電極など
を形成することはできる。更に、分離用二酸化シリコン
膜2は2層の再結晶化シリコン層の間に設置することが
できる。The separation silicon dioxide film 2 has only to be installed above the silicon substrate 1, and does not necessarily have to be installed directly above the silicon substrate 1. Of course, an insulating film, an electrode or the like can be formed between the separating silicon dioxide film 2 and the silicon substrate 1. Furthermore, the separating silicon dioxide film 2 can be placed between two recrystallized silicon layers.
本実施例のMOS集積回路装置におけるN型チャンネル
絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい値電圧の安定
化効果を第10図および第11図に示す。10 and 11 show the effect of stabilizing the threshold voltage of the N-type channel insulated gate field effect transistor in the MOS integrated circuit device of this embodiment.
第10図は第1図に示す本実施例の絶縁ゲート電界効果
トランジスタからリンイオンの注入を省略した場合にお
けるBT試験実施後のしきい値電圧の変動を表し、第11図
は本実施例の絶縁ゲート電界効果トランジスタから前記
リンイオンの注入を省略しない場合におけるBT試験実施
後のしきい値電圧の変動を表す。ただし、+BTは雰囲気
温度300℃、ゲート/基板間電圧+20V(ゲート電極8を
正として)、試験時間3分の試験条件を表し、−BTは雰
囲気温度300℃、ゲート/基板間電圧−20V(ゲート電極
8を正として)、試験時間3分の試験条件を表す。第10
図および第11図からわかるように、リンイオンの注入に
よりしきい値電圧の変動(アルカリイオンによる変動)
は大幅に低減される。FIG. 10 shows the variation of the threshold voltage after conducting the BT test when phosphorus ion implantation is omitted from the insulated gate field effect transistor of this embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 11 shows the insulation of this embodiment. 7 shows the variation of the threshold voltage after the BT test is performed when the phosphorus ion implantation from the gate field effect transistor is not omitted. However, + BT represents an atmosphere temperature of 300 ° C., a gate / substrate voltage of +20 V (assuming the gate electrode 8 is positive), and a test time of 3 minutes. −BT represents an atmosphere temperature of 300 ° C., a gate / substrate voltage of −20 V The gate electrode 8 is defined as positive), and the test condition is 3 minutes. 10th
As can be seen from Fig. 11 and Fig. 11, the threshold voltage changes due to the implantation of phosphorus ions (change due to alkali ions).
Is significantly reduced.
なお本実施例において、リンイオンおよびボロンイオ
ンの注入はマスクの使用により特定の領域にだけ選択的
に実施してもよい。分離用二酸化シリコン膜2は当然他
の絶縁膜に変更することができる。ボロンイオンの代り
に他の3価イオンをイオン注入することも可能である。
開孔部21を設置せずにP形シリコン層5をシードレスで
再結晶化特に単結晶化してもよい。In this embodiment, the implantation of phosphorus ions and boron ions may be selectively performed only in a specific region by using a mask. The isolation silicon dioxide film 2 can of course be changed to another insulating film. It is also possible to implant other trivalent ions instead of boron ions.
The P-type silicon layer 5 may be recrystallized in a seedless manner, particularly single crystallized, without providing the opening 21.
なお本実施例ではアルカリイオンゲッタリングおよび
バックチャンネル防止を、イオン工程におけるイオン種
の変更だけで実施できるので、生産性に富む利点もあ
る。In this embodiment, since the alkali ion gettering and the back channel prevention can be performed only by changing the ion species in the ion process, there is an advantage that the productivity is high.
本実施例の装置の他の製造プロセスを第6図から第9
図に示す。Another manufacturing process of the device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
Shown in the figure.
まず第6図に示すように、N型シリコン基板31の開孔
部30以外の表面に分離用二酸化シリコン膜32をLOCOS法
で形成する。First, as shown in FIG. 6, a separation silicon dioxide film 32 is formed on the surface of the N-type silicon substrate 31 other than the openings 30 by the LOCOS method.
次に第7図に示すように、分離用二酸化シリコン膜32
上にCVD法により約0.4μ厚のP型ポリシリコン膜35およ
び約1μm厚の保護用二酸化シリコン膜61を順次形成す
る。次にP型ポリシリコン膜35をレーザー走査により溶
融単結晶化してP型シリコン層35とする。もちろんこの
場合、レーザーの代りに電子ビームまたは赤外線ランプ
を使用してもよい。Next, as shown in FIG. 7, a separating silicon dioxide film 32 is formed.
A P-type polysilicon film 35 having a thickness of about 0.4 .mu.m and a protective silicon dioxide film 61 having a thickness of about 1 .mu.m are sequentially formed on the upper surface by the CVD method. Next, the P-type polysilicon film 35 is melted and crystallized by laser scanning to form a P-type silicon layer 35. In this case, of course, electron beams or infrared lamps may be used instead of lasers.
次に第8図に示すように、保護用二酸化シリコン膜61
を除去し、P型シリコン層35を選択エッチングで台形状
で形成する。その後台形状のP型でシリコン層35以外に
分離用二酸化シリコン膜32の表面にフォトマスクを設置
して分離用二酸化シリコン膜32にリンイオンを加速電圧
600keVで約1015〜17原子/cm2だけイオン注入し、ボロ
ンイオンを加速電圧150keVで約1015〜17原子/cm2だけ
イオン注入する。Next, as shown in FIG. 8, a protective silicon dioxide film 61 is formed.
Are removed, and the P-type silicon layer 35 is formed in a trapezoidal shape by selective etching. Then, a trapezoidal P-type photomask is placed on the surface of the separating silicon dioxide film 32 in addition to the silicon layer 35, and phosphorus ions are accelerated to the separating silicon dioxide film 32 by an accelerating voltage.
About 10 15-17 atom / cm 2 by ion implantation at 600 keV, to only the ion implantation about 10 15-17 atom / cm 2 of boron ions at an acceleration voltage 150 keV.
次に第9図に示すように、保護用二酸化シリコン膜61
を除去し、アニールによりP型シリコン層35の下部にP
型オートドープ領域36を形成する。このアニール温度は
850℃、約30分である。Next, as shown in FIG. 9, a protective silicon dioxide film 61 is formed.
Is removed, and P is formed under the P-type silicon layer 35 by annealing.
A mold auto-doped region 36 is formed. This annealing temperature is
850 ℃, about 30 minutes.
その後は前記した実施例1と同じMOSプロセスによ
り、第1図に示す絶縁ゲート電界効果トランジスタを形
成する。After that, the insulated gate field effect transistor shown in FIG. 1 is formed by the same MOS process as that of the first embodiment.
なお本実施例においては、レーザー照射によるP型シ
リコン層35の単結晶化の後で、リン、ボロンのイオン注
入を実施しているが、リン、ボロンのイオン注入の後で
レーザーを照射することも可能である。このようにすれ
ば前記イオン注入によるP型シリコン層35のダメージ
は、その後のレーザー照射によるP型シリコン層35の単
結晶化工程により補償される。In this embodiment, phosphorus and boron are ion-implanted after the P-type silicon layer 35 is single-crystallized by laser irradiation. However, laser irradiation is performed after phosphorus and boron ion implantation. Is also possible. In this way, the damage of the P-type silicon layer 35 due to the ion implantation is compensated by the subsequent single crystallization process of the P-type silicon layer 35 by laser irradiation.
以上各実施例では、分離用二酸化シリコン膜2、32に
はリンまたはひ素と、ボロンとをイオン注入していた
が、単にリンまたはひ素だけをイオン注入する場合で
も、分離用二酸化シリコン膜2、32上の絶縁ゲート電界
効果トランジスタのしきい値電圧が分離用二酸化シリコ
ン膜2、32中のアルカリイオンにより変動することを防
止できる。Although phosphorus or arsenic and boron are ion-implanted into the separation silicon dioxide films 2 and 32 in each of the above-described embodiments, even when only phosphorus or arsenic is ion-implanted, the separation silicon dioxide film 2 and It is possible to prevent the threshold voltage of the insulated gate field effect transistor on 32 from being changed by the alkali ions in the silicon dioxide films 2 and 32 for isolation.
[発明の効果] 以上説明したように本発明の半導体装置は、溶融再結
晶化されたP形シリコン層の下部にボロンとリンまたは
ひ素とをドープされた中間絶縁膜をもち、かつ、前記ボ
ロンのオートドープにより形成されたP型オートドープ
領域をもつので、中間絶縁膜中のアルカリイオンにより
中間絶縁膜上のN型チャンネル絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタのしきい値電圧の変動を防止し、更に前記N型
チャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタのバックチ
ャンネルを防止することができる。As described above, the semiconductor device of the present invention has the intermediate insulating film doped with boron and phosphorus or arsenic under the melt-recrystallized P-type silicon layer, and the boron Since it has a P-type auto-doped region formed by auto-doping, it is possible to prevent the threshold voltage of the N-type channel insulated gate field effect transistor on the intermediate insulating film from fluctuating due to alkali ions in the intermediate insulating film. The back channel of the N-type channel insulated gate field effect transistor can be prevented.
また本発明によれば、従来のバックチャンネル防止用
のイオン注入法に比較して、前記イオン注入によるP形
シリコン層の結晶性の劣化を防止することができる。Further, according to the present invention, the deterioration of the crystallinity of the P-type silicon layer due to the ion implantation can be prevented as compared with the conventional ion implantation method for preventing back channel.
なお、前記ボロンは前記リンまたはひ素よりも中間絶
縁膜の上層部に注入されることが好ましい。It is preferable that the boron is injected into the upper layer portion of the intermediate insulating film rather than the phosphorus or arsenic.
第1図は本発明の一実施例であるMOS集積回路装置の一
部断面図である。第2図,第3図,第4図,第5図はそ
れぞれ第1図のMOS集積回路装置の製造プロセスを説明
するための断面図である。第6図,第7図,第8図,第
9図は第1図のMOS集積回路装置のその他の製造プロセ
スを説明するための断面図である。第10図および第11図
は本実施例の絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい
値電圧の変動を示す図である。 1……シリコン基板 2……分離用二酸化シリコン膜(中間絶縁膜) 5……P型シリコン層 7……ゲート絶縁膜 8……ゲート電極 9A……N型ソース領域 9B……N型ドレイン領域FIG. 1 is a partial sectional view of a MOS integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. 2, FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5 are sectional views for explaining the manufacturing process of the MOS integrated circuit device of FIG. FIGS. 6, 7, 8, and 9 are cross-sectional views for explaining another manufacturing process of the MOS integrated circuit device of FIG. FIG. 10 and FIG. 11 are graphs showing variations in the threshold voltage of the insulated gate field effect transistor of this example. 1 ... Silicon substrate 2 ... Separation silicon dioxide film (intermediate insulating film) 5 ... P-type silicon layer 7 ... Gate insulating film 8 ... Gate electrode 9A ... N-type source region 9B ... N-type drain region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 618E (56)参考文献 特開 平1−175262(JP,A) 特開 昭63−258063(JP,A) 特開 昭60−126866(JP,A) 特開 昭60−64438(JP,A) 実開 昭58−143571(JP,U)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/78 618E (56) Reference JP-A-1-175262 (JP, A) JP-A-63 -258063 (JP, A) JP 60-126866 (JP, A) JP 60-64438 (JP, A) JP 58-143571 (JP, U)
Claims (1)
とをイオン注入された中間絶縁膜と、 前記中間絶縁膜上に形成され溶融再結晶化されたP形シ
リコン層と、 前記中間絶縁膜から前記P形シリコン層への前記ボロン
のオートドープにより前記P形シリコン層に形成された
P型オートドープ領域と、 前記P型シリコン層の表面に形成されたゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記P形シリコン層の表面に形成され前記ゲート電極に
より互いの導通を制御されるN型ソース領域およびN型
ドレイン領域と、からなることを特徴とする半導体装
置。1. A silicon substrate, an intermediate insulating film formed on the silicon substrate and ion-implanted with boron and phosphorus or arsenic, and a P-type silicon layer formed on the intermediate insulating film and melted and recrystallized. A P-type auto-doped region formed in the P-type silicon layer by auto-doping of boron from the intermediate insulating film to the P-type silicon layer; and a gate insulating film formed on the surface of the P-type silicon layer. A gate electrode formed on the gate insulating film, and an N-type source region and an N-type drain region which are formed on the surface of the P-type silicon layer and whose conduction is controlled by the gate electrode. A semiconductor device characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62332690A JP2545904B2 (en) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62332690A JP2545904B2 (en) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01175263A JPH01175263A (en) | 1989-07-11 |
JP2545904B2 true JP2545904B2 (en) | 1996-10-23 |
Family
ID=18257790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62332690A Expired - Lifetime JP2545904B2 (en) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2545904B2 (en) |
-
1987
- 1987-12-29 JP JP62332690A patent/JP2545904B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01175263A (en) | 1989-07-11 |
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