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JPH065756B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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JPH065756B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method

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Publication number
JPH065756B2
JPH065756B2 JP62073251A JP7325187A JPH065756B2 JP H065756 B2 JPH065756 B2 JP H065756B2 JP 62073251 A JP62073251 A JP 62073251A JP 7325187 A JP7325187 A JP 7325187A JP H065756 B2 JPH065756 B2 JP H065756B2
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JP
Japan
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gate electrode
forming
film
gate
insulating film
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武光 國尾
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はMISFET製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to a MISFET manufacturing method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、SOI基板を用いた積層デバイスが盛んに開発され
ている。その一例として、A.H.Shah等による積層CMOS S
RAM(1984.シンポジウム オン ブイエルエスアイ
シンポジウム,ダイジェスト オブ テクニカル ペー
パース,1984.Symposium on VLSI Technology Digest o
f Technical papers)がある。その構造を第2図に示
す。図において、3はゲート電極、4はゲート絶縁膜、
21はn++拡散層、22はp拡散層、23はn層、24は
Al電極である。図より、ゲート電極3をnMOSFETとpMOSF
ETとに共通に使用していることがわかる。このとき、上
層に位置するpMOSFET用の半導体膜表面が平坦化されて
いないためソース・ドレイン領域を形成する時に、イオ
ン注入用マスクとして使用するフォトレジストの露光精
度が上がらず、これが素子の微細化に欠点となってい
る。
In recent years, laminated devices using SOI substrates have been actively developed. As an example, a stacked CMOS S by AHShah etc.
RAM (1984. Symposium on B.S.I.
Symposium, Digest of Technical Papers, 1984. Symposium on VLSI Technology Digest o
f Technical papers). Its structure is shown in FIG. In the figure, 3 is a gate electrode, 4 is a gate insulating film,
21 is an n ++ diffusion layer, 22 is a p + diffusion layer, 23 is an n + layer, and 24 is
It is an Al electrode. From the figure, the gate electrode 3 is shown as nMOSFET and pMOSF.
You can see that it is used in common with ET. At this time, since the surface of the semiconductor film for the pMOSFET located in the upper layer is not flattened, the exposure accuracy of the photoresist used as the ion implantation mask does not increase when the source / drain regions are formed. Has become a drawback.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

この問題を解消するためにはセルフアライン法によりソ
ースおよびドレイン領域を形成する必要がある。また、
pMOSFETの半導体膜表面と表面保護用のSiO2とが接触し
た界面に発生する界面準位によりゲート電極3では制御
できないソース・ドレイン間電流が前述の界面近傍を流
れる可能性があり、これを除去するためには、pMOSFET
用半導体膜表面に第2のゲート電極(バックゲート電
極)を設けなければならないという欠点がある。
To solve this problem, it is necessary to form the source and drain regions by the self-alignment method. Also,
A source-drain current that cannot be controlled by the gate electrode 3 may flow near the above-mentioned interface due to the interface state generated at the interface where the semiconductor film surface of the pMOSFET and SiO 2 for surface protection are in contact. In order to
There is a drawback that the second gate electrode (back gate electrode) must be provided on the surface of the semiconductor film for use.

本発明の目的はこのような従来の欠点を除去したMISFET
製造方法を提供することにある。また、チャネル領域と
なる半導体膜が平坦化により薄膜化されているので、作
製したMOSFETのドレイン電流−ドレイン電圧特性におい
て、サブスレッショルド電流の傾きをより急峻なものに
することが可能になる。
The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional defects.
It is to provide a manufacturing method. Further, since the semiconductor film to be the channel region is thinned by flattening, it becomes possible to make the slope of the subthreshold current steeper in the drain current-drain voltage characteristics of the manufactured MOSFET.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明はSOI基板を用いたMISFETの製造方法において、
半導体基板上に絶縁膜を形成したのち、第1のゲート電
極を形成する工程と、前記第1のゲート電極表面に第1
のゲート絶縁膜を成長させる工程と、前記第1のゲート
電極膜厚と第1のゲート絶縁膜厚の合計膜厚より厚員半
導体膜を形成する工程と、イオン注入法により前記半導
体膜表面に不純物層を形成する工程と、その後、前記第
1のゲート電極上の不純物層が除去され、かつ前記第1
のゲート電極上以外の不純物層が除去されない程度に前
記半導体膜表面を研磨して平坦化する工程と、第2のゲ
ート絶縁膜を形成し、更に第1のゲート電極により形成
されるMISFETのチャネル領域を全て覆う形状を有する第
2のゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とす
る半導体素子製造方法である。
The present invention is a method of manufacturing a MISFET using an SOI substrate,
A step of forming a first gate electrode after forming an insulating film on the semiconductor substrate, and a step of forming a first gate electrode on the surface of the first gate electrode.
Growing a gate insulating film, forming a thicker semiconductor film with a total film thickness of the first gate electrode film thickness and the first gate insulating film thickness, and forming a thick semiconductor film on the surface of the semiconductor film by ion implantation. Forming an impurity layer, and thereafter removing the impurity layer on the first gate electrode, and
The step of polishing and flattening the surface of the semiconductor film to the extent that an impurity layer other than on the gate electrode is not removed, a second gate insulating film is formed, and a channel of the MISFET formed by the first gate electrode And a step of forming a second gate electrode having a shape that covers the entire region.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

ここで、MISFETとしてシリコンを用いたnMOSFETを例に
とって説明する。シリコンは他の半導体膜でも、また、
nMOSFET以外にpMOSFETでも可能である。
Here, an nMOSFET using silicon as the MISFET will be described as an example. Silicon is another semiconductor film,
In addition to nMOSFETs, pMOSFETs are also possible.

第1図(a)において、Si基板1上にまず1μmSiO22を熱
酸化法により形成する。つぎに、n+poly-SiをLPCVD法に
より0.5μm成長したのち、ゲート電極3をレジスト工程
およびエッチング工程により形成する。つぎに、熱酸化
法を用いてゲート電極3表面にゲート絶縁膜4として酸
化膜を400Å成長させる。その後、第1図(b)に示すよう
にLPCVD法を用いて0.7μmの膜厚を有するSi薄膜5を表
面に堆積する。次に、イオン注入法を用いて、AsをSi薄
膜5に導入する。このときの注入条件は加速電圧が180K
eV,ドーズ量が5×1015cm-2である。このSi薄膜5
の表面には、ゲート電極3の形状に対応した凹凸が存在
するので、これを平坦化するために機械化学研磨法によ
り表面を研磨する。これによりSi薄膜5の表面が平坦化
され、第1図(c)に示すSi薄膜7が得られる。このと
き、研磨の程度はゲート絶縁膜4を露出させず、かつソ
ース領域8およびドレイン領域9となるイオン注入層6
を残して終了される。つぎに、Si薄膜7の表面上にバッ
クゲート絶縁膜10を400Å成長させたのち、MISFETのチ
ャネル領域16をすべて覆うような形状をもつバックゲー
ト11を0.5μm LPCVD poly-Siにより形成する。
In FIG. 1 (a), 1 μm SiO 2 2 is first formed on the Si substrate 1 by a thermal oxidation method. Next, after growing n + poly-Si by 0.5 μm by the LPCVD method, the gate electrode 3 is formed by a resist process and an etching process. Next, an oxide film is grown as a gate insulating film 4 on the surface of the gate electrode 3 by 400 Å using a thermal oxidation method. Thereafter, as shown in FIG. 1 (b), a LPF method is used to deposit a Si thin film 5 having a thickness of 0.7 μm on the surface. Next, As is introduced into the Si thin film 5 by using an ion implantation method. The injection condition at this time is that the acceleration voltage is 180K.
The eV and dose amount are 5 × 10 15 cm -2 . This Si thin film 5
Since there is unevenness corresponding to the shape of the gate electrode 3 on the surface of, the surface is polished by a mechanical chemical polishing method in order to flatten it. As a result, the surface of the Si thin film 5 is flattened, and the Si thin film 7 shown in FIG. 1 (c) is obtained. At this time, the degree of polishing does not expose the gate insulating film 4 and serves as the source region 8 and the drain region 9.
It will be finished leaving. Next, a back gate insulating film 10 is grown on the surface of the Si thin film 7 by 400 Å, and then a back gate 11 having a shape covering the entire channel region 16 of the MISFET is formed by 0.5 μm LPCVD poly-Si.

つぎに第1図(d)において、表面保護膜となるSiO212を
0.5μm,LPCVD法により成長させたのち、ソース領域
8、ドレイン領域9およびバックゲート11にコンタクト
孔を開孔し、Alによるソース電極13,ドレイン電極14お
よびゲート電極15を形成し、MISFETを完成する。
Next, in FIG. 1 (d), SiO 2 12 which becomes a surface protective film is removed.
After growing by 0.5 μm by LPCVD method, contact holes are formed in the source region 8, the drain region 9 and the back gate 11, and the source electrode 13, the drain electrode 14 and the gate electrode 15 made of Al are formed to complete the MISFET. To do.

以上実施例では、イオン注入不純物としてAsを、またゲ
ート絶縁膜としてSi酸化膜を使用したが、他のものでも
よいことは明らかである。
In the above embodiments, As is used as the ion-implanted impurities and Si oxide film is used as the gate insulating film, but it is obvious that other materials may be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明はゲート電極をSOI薄膜の裏面に有する構造のMIS
FETの製造方法に関するものであり、SOI薄膜表面を研磨
などに用いて平坦化することにより、ソースおよびドレ
イン領域をセルフアライン的に形成できる。また、平坦
化されたSOI薄膜表面に第2のゲート電極(バックゲー
ト)を有しているため、SOI薄膜表面と表面保護膜とな
るSiO2が直接接触したときに生ずる、ゲート電極によっ
て制御できない、ソース・ドレイン間電流の制御が可能
となる。特に本発明によればSOI薄膜表面が十分に平坦
化されているため、第2のゲート電極をレジスト工程に
おいて、精度よく加工できる効果を有する。
The present invention is a MIS having a structure having a gate electrode on the back surface of an SOI thin film.
The present invention relates to a method for manufacturing a FET, in which the source and drain regions can be formed in a self-aligned manner by planarizing the surface of the SOI thin film by polishing or the like. In addition, since the flattened SOI thin film surface has the second gate electrode (back gate), it cannot be controlled by the gate electrode, which occurs when the SOI thin film surface and SiO 2 which is the surface protection film come into direct contact with each other. It is possible to control the source-drain current. Particularly, according to the present invention, since the SOI thin film surface is sufficiently flattened, there is an effect that the second gate electrode can be accurately processed in the resist process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)〜(d)は本発明の実施例を工程順に示す断面
図、第2図は従来例を示す断面図である。 1…Si基板 2,12…SiO2 3…ゲート電極 4…ゲート絶縁膜 5,7…Si薄膜 6…イオン注入層 8…ソース領域 9…ドレイン領域 10…バックゲート絶縁膜 11…バックゲート 13…ソース電極 14…ドレイン電極 15…バックゲート電極 16…チャネル領域
1 (a) to 1 (d) are sectional views showing an embodiment of the present invention in the order of steps, and FIG. 2 is a sectional view showing a conventional example. 1 ... Si substrate 2, 12 ... SiO 2 3 ... Gate electrode 4 ... Gate insulating film 5, 7 ... Si thin film 6 ... Ion implantation layer 8 ... Source region 9 ... Drain region 10 ... Back gate insulating film 11 ... Back gate 13 ... Source electrode 14 ... Drain electrode 15 ... Back gate electrode 16 ... Channel region

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】SOI基板を用いたMISFETの製造方法におい
て、半導体基板上に絶縁膜を形成したのち、第1のゲー
ト電極を形成する工程と、前記第1のゲート電極表面に
第1のゲート絶縁膜を成長させる工程と、前記第1のゲ
ート電極膜厚と第1のゲート絶縁膜厚の合計膜厚より厚
い半導体膜を形成する工程と、イオン注入法により前記
半導体膜表面に不純物層を形成する工程と、その後、前
記第1のゲート電極上の不純物層が除去され、かつ前記
第1のゲートの電極上以外の不純物層が除去されない程
度に前記半導体膜表面を研磨して平坦化する工程と、第
2のゲート絶縁膜を形成し、更に第1のゲート電極によ
り形成されるMISFETのチャネル領域を全て覆う形状を有
する第2のゲート電極を形成する工程とを含むことを特
徴とする半導体素子製造方法。
1. A method of manufacturing a MISFET using an SOI substrate, comprising the steps of forming an insulating film on a semiconductor substrate and then forming a first gate electrode, and forming a first gate on the surface of the first gate electrode. Growing an insulating film; forming a semiconductor film thicker than the total film thickness of the first gate electrode film and the first gate insulating film; and forming an impurity layer on the surface of the semiconductor film by ion implantation. Forming step, and thereafter, polishing and flattening the surface of the semiconductor film to the extent that the impurity layer on the first gate electrode is removed and the impurity layer other than on the electrode of the first gate is not removed. And a step of forming a second gate insulating film and further forming a second gate electrode having a shape that covers the entire channel region of the MISFET formed by the first gate electrode. Semiconductor device manufacturing Law.
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