JP3312691B2 - 半導体装置 - Google Patents
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-
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Description
sulator)構造半導体装置に関する。
基板にイオン注入し、熱処理を施して埋め込み 絶縁層
を形成するSIMOX(Separation by IMplanted OXyge
n) 基板、表面に酸化膜を 形成したシリコン基板と、別
のシリコン基板を貼り合わせた、貼り合わせ基板等があ
る。このSOI構造を持つ半導体装置として例えば、M
OS型トランジスタにおいては、従来のシリコン基板を
用いたMOSトランジスタに比べ、寄生容量を小さくす
ることができるためSOI基板を用いたMOSトランジ
スタは高速化動作と低消費電力化が可能となる。
スタに対して1つのゲート電極を持つ、シングルゲート
SOI型MOSトランジスタでは、微細化を目的として
素子寸法を小さくしていくと、飽和状態では電流駆動能
力は従来のシリコン基板を用いたMOSトランジスタと
ほとんど変わらなくなってくる。またSOIは素子が絶
縁層により完全分離されるため、基板電位が固定されな
い。そのためドレイン電位の変化に伴い基板電位も変化
するため、ゲート長が0.05μm程度までになると短チャ
ネル効果がシリコン基板に比べかえって不利となる。
力化及び短チャネル効果を抑制できる構造となるMOS
トランジスタを提供することを目的とする。
に、本発明は次の手段を用いた。 (1) 半導体基板内に形成した埋め込み絶縁層によっ
て素子の形成される主面部分を絶縁分離したSOI型半
導体装置において、先の埋め込み絶縁層の上部にMOS
トランジスタを有し、先のMOSトランジスタの周囲に
深さ方向で先の埋め込み絶縁層に接する厚さを持つ素子
分離絶縁膜を有し、先の埋め込み絶縁層の下部に埋め込
み電極を有し、先のMOSトランジスタの多結晶シリコ
ンゲート電極と先の埋め込み電極が平面的に重なりを有
していることを特徴とする半導体装置。 (2) 先のゲート電極と先の埋め込み電極が電気的に
接続している半導体装置。 (3) 先のMOSトランジスタ上に層間絶縁膜が設け
られ、先の層間絶縁膜上に金属配線が設けられ、先のゲ
ート電極上の先の層間絶縁膜にコンタクトホールを有
し、先の埋め込み電極上であって先の素子分離領域と先
の層間絶縁膜を有する領域に先の埋め込み電極まで達す
る深さのコンタクトホールを有し、先のゲート電極と先
の埋め込み電極が先のコンタクトホールを介して先の金
属配線により接続されている半導体装置。 (4) 先の埋め込み電極上であって先の素子分離領域
と先の層間絶縁膜を有する領域に先の埋め込み電極まで
達する深さのビアホールを有し、先のゲート電極と先の
埋め込み電極が先のビアホールを介して、先のゲート電
極を構成する多結晶シリコンにより接続されている半導
体装置。 (5) 先の埋め込み電極が先の半導体基板とは逆導電
型である不純物拡散層である半導体装置。 (6) 先の埋め込み電極が先のゲート電極とは異なる
多結晶シリコンであり、先の埋め込み電極と先の半導体
基板の間に絶縁膜を有する半導体装置。 (7) 先の埋め込み絶縁層と先のMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜の厚さが等しい半導体装置。
ランジスタを一実施例として図面を用いて説明する。実
施例1として図1に示すのは、本発明の一実施例の形態
である半導体装置の要部を示す断面図である。図1の半
導体基板101はP型の貼り合わせSOI基板であり、
埋め込み絶縁層102により素子が形成される半導体基
板101の主面が裏面と絶縁されている。この半導体基
板101の裏面にあたる埋め込み絶縁層102の下部
に、埋め込み電極104となるN型拡散層を設けてい
る。この時埋め込み絶縁層102は埋め込み電極104
に対しゲート絶縁膜として働くことになる。
トランジスタが形成されている。このMOSトランジス
タはN型のソース領域107、ドレイン領域108及び
ゲート絶縁膜106を介してゲート電極105で構成さ
れている。このN型MOSトランジスタはフィールド絶
縁膜103により、平面的に規定されている。そして埋
め込み電極104は導通をとるために、フィールド絶縁
膜上に、例えば埋め込んだ多結晶シリコン109を配線
としてゲート電極105と電気的に接続されている。
尚、金属膜で導通をとってもかまわない。
加すると、埋め込み電極104およびゲート電極105
を同時に作動させることができる。そのため素子内部に
おいてチャネルが上下に形成され電流駆動力は増加す
る。また埋め込み電極104およびゲート電極105で
素子内部の基板電位を固定できるため、短チャネル効果
を抑制することができる。
施例を図3及び図4を用いて説明する。図3(a)に示す
ように、単結晶シリコンからなるP型半導体基板301
の表面にフォトレジスト302でパターンを施し、部分
的にN型不純物例えばヒ素をイオン打ち込みを行い、埋
め込み電極104となるN型拡散層を形成する。濃度は
1×10 20 /cm 3 程度である。その後この半導体基板3
01に熱酸化を施し、半導体基板301表面に埋め込み
絶縁層102となる酸化膜を形成する。絶縁層102を
形成した半導体基板301に別のP型半導体基板303
を貼り合わせ、研磨研削し、SOI型の半導体基板10
1とする。この状態を図3(b)に示す。この時埋め込み
絶縁層102の厚さは10nmから100nm程度であ
る。尚、ここでは半導体基板301に埋め込み絶縁層1
02を形成したが、貼り合わせる別の半導体基板303
に酸化膜を形成し、埋め込み絶縁層102とすることも
可能である。
ィールド絶縁膜103を形成したのち、熱酸化を施すこ
とで半導体基板101表面にシリコン酸化膜をゲート絶
縁膜106として形成する。ここでゲート絶縁膜106
の膜厚は10nmから100nm程度で、埋め込み絶縁層
102の厚さと同じにする。その後、埋め込み絶縁層1
02下部のN型拡散層である埋め込み電極104と導通
をとるため、図4(c)で示すように、フォトレジスト4
01でパターンを施した後エッチングを行い、任意形状
の溝402を形成する。この際エッチングは埋め込み絶
縁層102まで行い、N型拡散層まで到達したのち止ま
るようにする。
め込み電極104と導通をとるため配線となる多結晶シ
リコン109を埋め込み、さらに素子上部のゲート電極
105を形成するため多結晶シリコン層を堆積させる。
この状態を図4(d)に示す。この多結晶シリコンには導
電性を持たせるためリンのプリデポを施す。そして図3
(d)で示すように、フォトレジストでパターンを施し、
エッチングすることでゲート電極105を形成する。
絶縁膜103をマスクとしてN型不純物例えばヒ素をイ
オン打ち込みし、ソース領域107およびドレイン領域
108を形成する。その後層間絶縁膜(図示せず)を堆積
させ、フォトレジストでパターンを施しエッチングを行
い、形成した溝に金属膜を堆積させ、ソース領域10
7、ドレイン領域108及びゲート電極105と電気的
接続をとる。
他の実施例の形態である半導体装置の要部を示す断面図
である。図5では、貼り合わせSOI基板である半導体
基板501の裏面にあたる埋め込み絶縁層502の下部
に、絶縁膜510で覆われた多結晶シリコンを埋め込
み、この多結晶シリコンを埋め込み電極504としてい
る。
トランジスタが形成されており、実施例1と同様に、素
子の上下にゲート電極を有する構造となるため電流駆動
力は増加し、また短チャネル効果を抑制することができ
る。次に図5に示す本発明の他の実施例の形態である半
導体装置の製造方法を、図6を用いて説明する。
01の表面にフォトレジストでパターンを施し、エッチ
ングを行い、埋め込み電極となる位置に深さ0.1μm
から0.5μm程度の溝を形成する。この半導体基板6
01に部分的に熱酸化を施し、溝に絶縁膜510となる
30nm程度の酸化膜を形成する。その後図6(a)に示す
ように多結晶シリコンを溝に埋め込み、埋め込み電極5
04を形成する。この際、多結晶シリコンに導電性を持
たせるためリンのプリデポを施している。この実施例2
では、素子を形成する側である、別のP型半導体基板6
02に熱酸化を施して表面に埋め込み絶縁層502とな
る酸化膜を形成したのち、埋め込み電極504を埋め込
んだ半導体基板601と貼り合わせ、研磨研削し、SO
I型の半導体基板501とした。
OSトランジスタを形成する。なお、本実施の形態では
N型MOSトランジスタについて説明したが、P型MO
Sトランジスタについても同様の構成は可能である。
効果は以下のようになる。SOI型半導体装置におい
て、MOSトランジスタの下部にも電極を有する、ダブ
ルゲート構造にすることで、より高電流駆動力化が可能
となる効果がある。また本発明により短チャネル効果抑
制がより効果的となる。
装置の要部を示す断面図である。
装置の要部を示す平面図である。
装置の要部の工程で、図2のA−A’線に沿った断面図
である。
装置の要部の工程で、図2のB−B’線に沿った断面図
である。
体装置の要部を示す断面図である。
体装置の要部の工程断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 第一の半導体基板と、 前記第一の半導体基板表面に形成された凹部に、熱酸化
により形成された絶縁膜を介して形成された多結晶シリ
コンよりなる埋め込み電極と、 前記第一の半導体基板表面と前記埋め込み電極の上に、
膜厚10〜100nmの埋め込み絶縁膜を介して形成された
第二の半導体基板と、 前記第二の半導体基板に形成され、半導体領域を規定す
るためのフィールド絶縁膜と、 前記第二の半導体基板表面に形成されたゲート絶縁膜
と、前記ゲート絶縁膜及び前記フィールド絶縁膜上に、前記
埋め込み電極と平面的に重なりを有するように形成され
た 多結晶シリコンよりなるゲート電極と、 前記フィールド絶縁膜及び前記ゲート電極をマスクとし
て、前記第二の半導体基板に不純物を注入して形成され
たソース領域及びドレイン領域と、 前記フィールド絶縁膜及び前記埋め込み絶縁膜に形成さ
れた前記埋め込み電極まで達する接続孔と、 前記接続孔に埋め込まれ、前記埋め込み電極と前記ゲー
ト電極とを接続する多結晶シリコンよりなる配線とから
なることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記埋め込み絶縁層と前記ゲート絶縁膜
の厚さが等しい請求項1記載の半導体装置。
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