專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體基板上形成的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件之一例，有在SOI(絕緣體上的硅或絕緣體上的半導(dǎo)體)襯底上形成的P溝道MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)晶體管。
在SOI襯底中，依次層疊了硅基板等支撐基板、氧化膜層和SOI層。另外，P溝道MOS晶體管具有柵電極、柵絕緣膜和P型源/漏有源層。
在SOI襯底上形成P溝道MOS晶體管的場合，在SOI層的表面上形成柵電極和柵絕緣膜的疊層結(jié)構(gòu)，在夾著SOI層內(nèi)的柵電極的下方區(qū)域的位置處形成源/漏有源層。
現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件一般被配置成使MOS晶體管的源/漏間的溝道方向與半導(dǎo)體晶片的晶向<110>平行。
但是，通過將溝道方向配置成不與晶向<110>平行，而與晶向<100>平行，可以改變晶體管的特性。具體地說，已知借助于將溝道方向配置成與晶向<100>平行，P溝道MOS晶體管的電流驅(qū)動能力提高約15％，另外，還減小了短溝道效應(yīng)(參照后面將要述及的專利文獻(xiàn)1)。
電流驅(qū)動能力提高的理由是由于空穴在晶向<100>的遷移率比在晶向<110>的高，短溝道效應(yīng)減小的理由可以認(rèn)為是由于硼在晶向<100>的擴(kuò)散系數(shù)的值比在晶向<110>的小。
因此，在SOI襯底上形成P溝道MOS晶體管的場合，其溝道方向最好也配置成與SOI層的晶向<100>平行。為此，例如可采用以使支撐基板的晶向<110>與表面?zhèn)鹊腟OI層的晶向<100>相一致的方式形成的SOI襯底，并且在其表面上形成P溝道MOS晶體管等器件。
在(100)晶片的場合，晶面{110}為解理面。因此，若使SOI層用晶片的晶向<100>與支撐基板的晶片的晶向<110>一致地進(jìn)行貼合，則在試驗(yàn)研究的解理時，可以沿占據(jù)了晶片厚度的大部分的支撐基板的晶片的解理面分割整個晶片。這樣一來，具有可以既在支撐基板上露出晶向<110>的截面，又在SOI層上露出晶向<100>的截面的優(yōu)點(diǎn)。
這種使SOI層的晶向<100>與支撐基板1的晶向<110>一致的技術(shù)例如在專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2中有記述。
另外，作為與本申請的發(fā)明相關(guān)的以前的技術(shù)文獻(xiàn)信息有非專利文獻(xiàn)1～3。
使支撐基板的晶向<110>與SOI層的晶向<100>一致地形成的SOI襯底雖然由于電流驅(qū)動能力提高等原因適合于P溝道MOS晶體管的形成，但在提高P溝道MOS晶體管的電流驅(qū)動能力方面還有改善的余地。
專利文獻(xiàn)1特開2002-134374號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平7-335511號公報(bào)非專利文獻(xiàn)1Y.Hirano等人，「Bulk-Layout-Compatible 0.18μm SOI-CMOS Tech nologyUsing Body-Fixed Partial Trench Isolation(PTI)」，(美國)，IEEE 1999 SOIconf.，p.131-132非專利文獻(xiàn)2S.Maeda等人，「Suppression of Delay Time Instability on Freq uencyusing Field Shield Isolation Technology for Deep Sub-Mi cron SOI Circuits」，(美國)，IEDM，1996，p.129～132非專利文獻(xiàn)3L.-J.Huang等人，「Carrier Mobility Enhancement in Strained Si-On-Insulator Fabricated by Wafer Bonding」，(美國)，2001 Symposium onVLSI Technology，p.57-58發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的課題在于提供能夠提高在半導(dǎo)體基板上形成的MOS晶體管的電流驅(qū)動能力的半導(dǎo)體器件。
第1方面所述的發(fā)明是具備依次層疊了支撐基板、氧化膜層和SOI(絕緣體上的半導(dǎo)體)層的SOI襯底；以及包含在上述SOI層上形成的柵絕緣膜、在上述柵絕緣膜上形成的柵電極、在上述SOI層內(nèi)在與上述柵電極鄰接的位置處形成的源/漏有源層的MIS(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體)晶體管，去除了上述支撐基板中的至少位于上述MIS晶體管的下方的部分的半導(dǎo)體器件。


圖1是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的俯視圖。
圖2是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖3是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的俯視圖。
圖4是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的剖面圖。
圖5是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的制造方法的俯視圖。
圖6是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的制造方法的剖面圖。
圖7是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的制造方法的俯視圖。
圖8是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的制造方法的剖面圖。
圖9是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例的俯視圖。
圖10是示出實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖11是示出實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖12是示出實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖13是示出實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖14是示出實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在本實(shí)施例中，在使支撐基板的晶向<110>與SOI層的晶向<100>一致而形成的SOI襯底上形成P溝道MOS晶體管，借助于在除掉其下部的支撐基板，對溝道形成區(qū)施加應(yīng)變。
在圖1和圖2中示出了本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。另外，圖2是示出圖1中的剖開線II-II的剖面的圖。
該半導(dǎo)體器件是P溝道MOS晶體管，它在依次層疊了硅基板等支撐基板1、氧化膜層2和硅層等SOI層3的SOI襯底的表面上形成。另外，該P(yáng)溝道MOS晶體管具備柵電極12、柵絕緣膜11和P型源/漏有源層5。
柵電極12和柵絕緣膜11的疊層結(jié)構(gòu)在SOI層3的表面上形成，P型源/漏有源層5在SOI層3內(nèi)從平面上看在與柵電極12鄰接的位置處形成。另外，源/漏有源層5的外邊沿由部分隔離型的元件隔離區(qū)4規(guī)定。
側(cè)壁絕緣膜13在柵電極12和柵絕緣膜11的側(cè)面形成，硅化物區(qū)12b、5a分別在柵電極12和源/漏有源層5的表面形成。另外，為了縮短柵的長度，將柵電極12中的從平面上看與源/漏有源層5鄰接的部分形成得較細(xì)，而將用于與接觸栓(未圖示)連接的引出部分12a形成得較寬。另外，SOI層3中柵電極12下方的部分為濃度較低(N-)的N型體層3a。
如圖1和圖2所示，在該半導(dǎo)體器件中，去除掉支撐基板1中位于MOS晶體管下方的部分，形成開口部HL1。
這樣，按照本實(shí)施例，去除掉SOI襯底的支撐基板1中位于P溝道MOS晶體管下方的部分，形成開口部。借助于去除掉支撐基板1的一部分形成開口部，對該部分的上層氧化膜層2和SOI層3施加了應(yīng)變應(yīng)力。因此，可以對包含MOS晶體管的溝道形成區(qū)的SOI層3施加應(yīng)變，能夠提高溝道內(nèi)的載流子的遷移率。
另外，下面對在對SOI層3施加應(yīng)變時提高溝道內(nèi)的載流子的遷移率進(jìn)行說明。
存在將SOI層中的表面?zhèn)?溝道形成區(qū))作為晶格常數(shù)比通常的硅大的硅應(yīng)變溝道層，將SOI層的其余部分(溝道形成區(qū)的鄰接區(qū))作為晶格常數(shù)比硅大的硅鍺層的結(jié)構(gòu)的MOS晶體管(參照非專利文獻(xiàn)3)。這就是所謂的應(yīng)變溝道結(jié)構(gòu)的MOS晶體管。
在晶格常數(shù)也比硅大的鄰接區(qū)外延生長的表面?zhèn)鹊墓鑼拥木Ц癯?shù)的值受鄰接區(qū)的晶格配置的影響，變得大致等于鄰接區(qū)的晶格常數(shù)的值，具有比通常的硅大的晶格常數(shù)。因此，表面?zhèn)鹊墓鑼犹幱诔惺芾鞈?yīng)力(strain stress)的狀態(tài)。這樣一來，發(fā)現(xiàn)溝道內(nèi)的載流子的遷移率上升，能夠得到提高了特性的MOS晶體管。
在本實(shí)施例的場合，通過去除掉支撐基板1的一部分形成開口部，對該部分的上層氧化膜層2和SOI層3施加應(yīng)變應(yīng)力。由此，當(dāng)然可以得到與上述的應(yīng)變溝道結(jié)構(gòu)的MOS晶體管相同的效果。
另外，在本實(shí)施例的SOI襯底中，支撐基板1與SOI層3的晶向相互偏離。由此，能夠使支撐基板1的解理面與SOI層3的解理面不同，能夠使SOI襯底難以割裂。
另外，由于晶體管的特性隨應(yīng)力發(fā)生變化，所以應(yīng)力控制很重要。特別是在本實(shí)施例中，通過去除掉支撐基板1的一部分形成開口部，對該部分的上層氧化膜層2和SOI層3施加應(yīng)變應(yīng)力，所以需要更高精度的應(yīng)力控制。借助于使用本SOI襯底，除可以提高P溝道MOS晶體管中的電流驅(qū)動能力外，還可以減小在各制造工序中產(chǎn)生的不確定的應(yīng)力，提高對應(yīng)力的控制。
另外，圖1和圖2的結(jié)構(gòu)能夠容易地形成。例如，在支撐基板1的相對的表面中的距氧化膜層2遠(yuǎn)的表面上形成光致抗蝕劑，對其構(gòu)制圖形，形成開口部HL1的刻蝕用掩模。然后，進(jìn)行刻蝕，除掉光致抗蝕劑，得到圖1和圖2的結(jié)構(gòu)。
另外，圖3和圖4是圖1和圖2的結(jié)構(gòu)的變例。圖4是示出圖3中的剖開線IV-IV的剖面的圖。在該變例中，在P溝道MOS晶體管的源/漏有源層5的正下方的支撐基板1上設(shè)置了與源/漏有源層5的尺寸大致相同的從平面上看為長方形的開口部HL2。另外，向開口部HL2露出、并圍繞在其四周的支撐基板1的端面全部是(111)面。
由于(111)面是與晶向<110>平行的面，所以若進(jìn)行使(111)面露出的刻蝕，可以在支撐基板1上設(shè)置具有與支撐基板1的晶向<110>平行的邊的開口部。因此，能夠?qū)⒅位?的去除部分從平面上看形成為長方形，能夠根據(jù)MOS晶體管的尺寸將要去除部分的尺寸固定在必要的最小限度。
使(111)面露出的刻蝕例如也可以以如下的方法進(jìn)行。
如圖5和圖6所示，首先，在支撐基板1的相對的表面中距氧化膜層2遠(yuǎn)的表面上，在MOS晶體管正下方的位置形成光致抗蝕劑RM2，在光致抗蝕劑RM2上設(shè)置開口面積比開口部HL2小的開口OP1。另外，圖6是示出圖5中的剖線VI-VI的剖面的圖。
接著，用氫氧化鉀溶液等強(qiáng)堿性溶液進(jìn)行濕法刻蝕。這樣，如圖7和圖8所示，在支撐基板1上形成了由作為(111)面的支撐基板1的端面規(guī)定的開口部HL2。由于氫氧化鉀溶液幾乎不刻蝕氧化硅膜，所以氧化膜層2成了刻蝕終止層。另外，圖8是示出圖7中的剖開線VIII-VIII的剖面的圖。
其后，去除掉光致抗蝕劑RM2，可得到圖3和圖4所示的結(jié)構(gòu)。
另外，除氫氧化鉀溶液外，也可以用氫氧化鈉、氫氧化四甲銨(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)等強(qiáng)堿性溶液。
圖9是示出在相鄰的2個MOS晶體管之間共有源/漏有源層5而形成多個MOS晶體管的情形的圖。這時，也可以在支撐基板1是表面上形成開口部HL2。開口部HL2也可以以覆蓋共有和非共有的任何一種的源/漏有源層5的全部的形式形成。
實(shí)施例2本實(shí)施例是實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例，是完全去除掉支撐基板1，而代之以在形成于MOS晶體管上的層間絕緣膜上貼合了另外的支撐基板的半導(dǎo)體器件。
在圖10中示出了本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。在該半導(dǎo)體器件中，支撐基板1完全被除掉。因此，氧化膜層2成了半導(dǎo)體器件的底面。然后，再形成覆蓋住形成于SOI層3上的MOS晶體管的第1至第3層間絕緣膜IL1～I(xiàn)L3。
另外，在第2層間絕緣膜IL2內(nèi)形成了第2層布線LN1，在第3層間絕緣膜IL3內(nèi)形成了第3層布線LN2。還有，第2層布線LN1利用接觸栓PG1與源/漏有源層5連接，第3層布線LN2經(jīng)接觸栓PG2與第2層布線LN1連接。
在該半導(dǎo)體器件中，在最上層的第3層間絕緣膜IL3的表面上貼合了新的另外的支撐基板100。關(guān)于該支撐基板100，也可以使其晶向<110>與SOI層3的晶向<100>一致地進(jìn)行貼合。另外，對另外的支撐基板100可以采用硅基板，但不必限于此，只要是具有支撐作用的基板，例如玻璃基板、塑料基板等半導(dǎo)體以外的基板都可以采用。
在本實(shí)施例的場合，支撐基板1只承擔(dān)制造工序中的支撐功能，在新的另外的支撐基板100被貼合后它將通過刻蝕或CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)等被去除掉。
在本實(shí)施例中，由于完全去除掉支撐基板1，所以對在MOS晶體管及其附近產(chǎn)生的熱的散熱性能良好。此外，由于具備另外的支撐基板100，所以也不存在強(qiáng)度方面的問題。
實(shí)施例3本實(shí)施例也是實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的變例，是以覆蓋包含向開口部HL1或HL2露出的端面的支撐基板1的表面的方式形成金屬膜的半導(dǎo)體器件。
圖11是根據(jù)圖4的結(jié)構(gòu)來說明本實(shí)施例的圖。如圖11所示，在本實(shí)施例中，在支撐基板1的相對的表面中距氧化膜層2遠(yuǎn)的表面上以及向開口部HL2露出的端面和氧化膜層2上，例如通過金屬蒸鍍等方法形成Au、Al、W、Cu等的金屬膜MT1。
這樣，借助于形成金屬膜MT1，可以實(shí)現(xiàn)對在MOS晶體管及其附近產(chǎn)生的熱的散熱性能良好的半導(dǎo)體器件。另外，若在數(shù)百℃的高溫下形成金屬膜MT1，在返回到室溫時金屬膜MT1比氧化膜層2及SOI層3收縮得厲害。這是由于金屬膜MT1的熱膨脹系數(shù)比氧化膜層2及SOI層3大的緣故。因此，這也具有對SOI層3施加應(yīng)變的效果，能夠提高溝道內(nèi)的載流子的遷移率。
實(shí)施例4本實(shí)施例是實(shí)施例3的變例，是將在支撐基板1的相對的表面中距氧化膜層2遠(yuǎn)的表面上設(shè)置的金屬膜MT1與SOI層3內(nèi)的源/漏有源層5的一部分進(jìn)行電連接的半導(dǎo)體器件。
圖12示出了本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。在圖12中示出了兩組MOS晶體管。而且，在它們的任何一組中都是貫通氧化膜層2的接觸栓PG3的一端與源/漏有源層5的例如源側(cè)相連接。另外，接觸栓PG3借助于如下的方法在氧化膜層2內(nèi)形成利用光刻技術(shù)及刻蝕技術(shù)從支撐基板1側(cè)將氧化膜層2的一部分開口后，將金屬膜埋入。然后，接觸栓PG3的另一端與金屬膜MT1連接。
據(jù)此，對金屬膜MT1例如施加電源電位Vdd，可以將MOS晶體管的源/漏有源層5的電位固定。另外，若在支撐基板1的整個表面上形成金屬膜MT1，則能夠?qū)⒔饘倌T1的電阻值壓低，從而可以既抑制功耗又進(jìn)行電位固定。
另外，本實(shí)施例的思想當(dāng)然也可以應(yīng)用于實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件。在圖13中示出了該場合的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。這時，由于支撐基板1被完全去除掉，氧化膜層2成了半導(dǎo)體器件的底面，所以金屬膜MT1變?yōu)樵谘趸?的表面上形成。但是，除此以外的接觸栓PG3等的形成與圖12的場合相同。
另外，也可以取代與源/漏有源層5直接連接的接觸栓PG3，采用不直接與源/漏有源層5連接，而是經(jīng)布線等將源/漏有源層5與金屬膜MT1電連接的接觸栓。圖14所示的接觸栓PG4就是其一例。該接觸栓PG4貫通氧化膜層2、元件隔離區(qū)4a和第1層間絕緣膜IL1與第2層布線LN1連接。另外，元件隔離區(qū)4a不是部分隔離型，而成為完全隔離型。
發(fā)明的效果按照第1方面所述的發(fā)明，去除掉SOI襯底的支撐基板中至少位于MIS晶體管的下方的部分。因此，可以對包含MIS晶體管的溝道形成區(qū)的SOI層施加應(yīng)變，能夠提高溝道內(nèi)的載流子的遷移率。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具備依次層疊了支撐基板、氧化膜層和SOI(絕緣體上的半導(dǎo)體)層的SOI襯底；以及包含在上述SOI層上形成的柵絕緣膜、在上述柵絕緣膜上形成的柵電極、在上述SOI層內(nèi)在與上述柵電極的下方部分鄰接的位置形成的源/漏有源層的MIS(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體)晶體管，去除掉上述支撐基板中的至少位于上述MIS晶體管的下方的部分，從而形成了開口部。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述開口部被上述支撐基板的4個端面包圍，上述端面向上述開口部露出，上述端面全部是(111)面。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于不具備上述支撐基板，而代之以還具備覆蓋上述MIS晶體管的層間絕緣膜；以及貼合在上述層間絕緣膜上的另外的支撐基板。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于還具備以覆蓋上述支撐基板的包含向上述開口部露出的端面的表面和向上述開口部露出的上述氧化膜層的方式形成的金屬膜。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于還具備貫通上述氧化膜層，將上述MIS晶體管的上述源/漏有源層與上述金屬膜進(jìn)行電連接的接觸栓。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述支撐基板與上述SOI層的晶向相互偏離。
全文摘要
本發(fā)明的課題是在半導(dǎo)體基板上形成的半導(dǎo)體器件，提供了可以有效利用半導(dǎo)體基板的特長的半導(dǎo)體器件。在使支撐基板1的晶向<110>與SOI層3的晶向<100>一致而形成的SOI襯底上形成P溝道MOS晶體管。然后，借助于設(shè)置開口部HL1去除掉其下部的支撐基板，對溝道形成區(qū)施加應(yīng)變。借助于去除掉支撐基板1的一部分，對該部分的上層氧化膜層2和SOI層3施加應(yīng)變應(yīng)力。因此，可以對包含MOS晶體管的溝道形成區(qū)的SOI層3施加應(yīng)變，能夠提高溝道內(nèi)的載流子的遷移率。
文檔編號H01L27/08GK1518115SQ20031010272
公開日2004年8月4日 申請日期2003年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者一法師隆志 申請人:株式會社瑞薩科技