(57)【要約】【課題】支持基板へ確実に不純物をイオン注入できる半導体装置の製造方法と、支持基板の電位をすばやく操作できる半導体装置を提供する。【解決手段】埋め込み酸化膜２０下の支持基板１０全面に不純物をイオン注入するので、不純物がコンタクトホール９０の底部以外にも行き渡る。このために、素子形成領域下部から素子分離領域下部に延在する低抵抗層４０を有するようになる。したがって、コンタクト９０から素子形成領域下部の支持基板１０にかけて多くの電流を流すことができる。このために、素子形成領域下部の支持基板１０へ早く電荷を供給できるので、素子形成領域下部の支持基板１０の電位の操作を迅速に行うことができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に、酸化膜を介して素子形成領域及び素子分離領域を有するＳＯＩ層を形成する工程と、
前記酸化膜付近の前記支持基板に対して、前記素子形成領域下部から前記素子分離領域下部に亘って延在するように不純物をイオン注入することによって、前記不純物をイオン注入した部分の前記支持基板を低抵抗層とする工程と、
前記支持基板を熱処理する工程と、
前記ＳＯＩ層の前記素子分離領域に素子分離層を形成する工程と、
前記素子分離層及び前記酸化膜を貫通し、前記低抵抗層まで到達するコンタクトを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記コンタクトは、前記支持基板と接触する部分に密着層を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記不純物は、Ａｓであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ＳＯＩ層の前記素子形成領域に拡散層を有する半導体素子を形成する工程を有し、
前記拡散層の熱処理と前記支持基板の熱処理とを同時に行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ＳＯＩ層の前記素子分離領域に素子分離層を熱処理を用いて形成する工程を有し、
前記素子分離層の熱処理と前記支持基板の熱処理とを同時に行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
支持基板上に酸化膜を介して形成された、ＳＯＩ層及び素子分離層と、
前記酸化膜付近の前記支持基板において、前記ＳＯＩ層下部から前記素子形成層下部に亘って延在する低抵抗層と、
前記素子分離層及び前記酸化膜を貫通し、前記低抵抗層まで到達するコンタクトとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記コンタクトは、前記支持基板と接触する部分に密着層を有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記低抵抗層は、Ａｓを前記支持基板にイオン注入して形成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて、支持基板の電位を固定することが可能な半導体装置を製造する方法、及びその方法によって製造された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＩ基板とは、ＳＯＩ層と支持基板とが、埋め込み酸化膜で分離された構造となっている半導体基板のことである。ＳＯＩ基板に形成したトランジスタは、トランジスタを形成したＳＯＩ層が厚い埋め込み酸化膜によって支持基板と電気的に完全に分離されているために、寄生容量が小さい、ラッチアップを起こさない、クロストークノイズに強い、などの特徴がある。
【０００３】
しかし、ＳＯＩ基板を用いた場合でも、同一の基板上に形成された素子同士のクロストークを完全に防ぐことは難しい。この対策として、埋めこみ酸化膜下にある支持基板の電位を固定する方法がある。ただし、ＷＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）のように支持基板側が樹脂で覆われてしまうパッケージを用いる場合、支持基板から直接電気的なコンタクトをとることができないので、ウェハの表面から支持基板へのコンタクトを形成し、ＳＯＩ層側から電気的なコンタクトをとる必要がある。このとき、コンタクトと支持基板との間に生じる抵抗を低減するために、ＳＯＩ層に形成した素子分離層と埋めこみ酸化膜を貫通するコンタクトホールを形成し、その底部において露出している支持基板に、コンタクトホールを形成した素子分離層をマスクとして高濃度の不純物をイオン注入する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３５４６３１
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１１０９５１
【０００６】
【特許文献３】
特開２００２−８３９７２
【０００７】
【特許文献４】
特開平９−２８３７６６
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＯＩ層側から支持基板へ向かってコンタクトホールを形成し、コンタクトホール底部の支持基板へイオン注入する方法では、微細化の進んだプロセスの場合はアスペクト比が増大するため、不純物が支持基板まで十分に届かない恐れがある。
【０００９】
また、仮に不純物が支持基板まで十分に届いたとしても、不純物が高濃度にイオン注入される領域はコンタクトホール底部に限られる。そのため、このような方法によって得られた半導体装置では、コンタクトホール底部から素子形成領域下部にかけてのほとんどの領域においては、不純物が高濃度にイオン注入されていない。このことによって、さらに以下のような問題が生じる。
【００１０】
ＳＯＩ層における素子形成領域に形成されたトランジスタの動作をコントロールするために、素子形成領域下部の支持基板の電位を操作する場合があるが、この操作はコンタクトホールを埋めるプラグの電位を変化させることによって行う。しかしながら上記説明したように、支持基板のコンタクトホール底部から素子形成領域下部にかけてのほとんどの領域においては、不純物が高濃度にイオン注入されていないので、抵抗が高くなっている。このため、支持基板のコンタクトホール底部から素子形成領域下部にかけての領域には電流をあまり多く流すことができないので、素子形成領域下部の支持基板へ電荷の供給が遅くなる。したがって、素子形成領域下部の支持基板の電位の操作を迅速に行えない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために本発明の半導体装置の製造方法では、支持基板上に酸化膜を介して素子形成領域及び素子分離領域を有するＳＯＩ層を形成し、酸化膜付近の支持基板に対して素子形成領域下部から素子分離領域下部に亘って延在するように不純物をイオン注入することによって、前記不純物をイオン注入した部分の前記支持基板を低抵抗層とし、支持基板を熱処理し、ＳＯＩ層の素子分離領域に素子分離層を形成し、素子分離層及び酸化膜を貫通し低抵抗層まで到達するプラグを形成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１（Ａ）〜図４（Ａ）は、本発明の第１の実施例を示す平面図である。また、図１（Ｂ）〜図４（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）〜図４（Ａ）を点線ＸＹで切断した時の断面を示す断面図である。以下、図１〜図４を用いて本発明の第１の実施例を説明する。本発明の第１の実施例は、ＳＯＩ基板を用いた半導体装置の製造方法である。
【００１３】
まず、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、支持基板１０とＳＯＩ層３０との間に埋めこみ酸化膜２０を有する半導体基板（以下ＳＯＩ基板）を用意する。ＳＯＩ基板は、ウェハの状態のものでも、ウェハを個片に分割したチップでもよい。また、ＳＩＭＯＸ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｉｄｅ）法によって形成されたものでも、貼り合わせ法によって形成されたものでもよい。また、ＳＯＩ層３０は素子形成領域と素子分離領域を有している。そして、支持基板１０の埋め込み酸化膜２０近傍に、不純物を１Ｅ２０ｃｍ−３程度の高濃度にイオン注入することによって、支持基板１０の埋め込み酸化膜２０近傍を低抵抗層４０とする。この不純物は、少なくとも素子形成領域下部の支持基板１０から素子分離領域下部の支持基板１０まで延在するように行う。この条件を満たす限り、支持基板１０の埋め込み酸化膜２０近傍であれば、どこに不純物をイオン注入してもよい。例えば、支持基板１０の全面に対してイオン注入することもできる。なお、イオン注入はＳＯＩ層３０と埋め込み酸化膜２０を通して行う。
【００１４】
そして、支持基板１０に対して熱処理を行う。なお、この熱処理によって支持基板１０にイオン注入した不純物はある程度拡散するので、支持基板１０にイオン注入する不純物は拡散係数の小さいものが望ましい。これは、熱処理による拡散を最小限にすることによって、不純物をイオン注入することによって形成した低抵抗層４０の抵抗の上昇を抑えるためである。例えば、支持基板１０がシリコンである場合には、Ａｓなどが望ましい。
【００１５】
なお、上記の熱処理は、必ずしも不純物のイオン注入直後に行う必要はなく、次工程のトランジスタ６０を形成する時の拡散層７０の熱処理や、同じく次工程の素子分離層５０を形成する時の熱処理と同時に行ってもよい。このようにすることで、熱処理の回数を減らし、工程数を削減することができ、不純物の拡散を最小限に抑えることができる。
【００１６】
次に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ層３０の素子分離領域にＬＯＣＯＳ法などにより素子分離層５０を形成し、ＳＯＩ層３０の素子形成領域に拡散層７０を有するトランジスタ６０を形成する。
そして、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜８０をＳＯＩ層３０及び素子分離層５０の上に堆積する。さらに、層間絶縁膜８０、素子分離層５０、埋めこみ酸化膜２０を貫通し、支持基板１０まで到達するコンタクトホール９０を形成する。
【００１７】
最後に、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ＴｉＮからなる密着層９５をコンタクトホール９０の底部に形成し、その上にＷからなるプラグ１００を堆積して、コンタクトホール９０を埋める。またコンタクトホール９０の埋め込みにＷではなく、不純物をイオン注入したＰｏｌｙ−Ｓｉを用いることも可能である。この場合は、支持基板１０にイオン注入した不純物とＰｏｌｙ−Ｓｉにイオン注入した不純物を同じ導電型にしておくことで、支持基板１０とプラグ１００との間に生じるショットキーバリアの形成を防ぐ。
【００１８】
以上説明したように本発明の第１の実施例の半導体装置の製造方法によれば、不純物を酸化膜下の支持基板にイオン注入する時にコンタクトホールを有する素子分離層をマスクとして用いるわけではない。素子や素子分離層の形成前に不純物を支持基盤にイオン注入するので、コンタクトホールのアスペクト比に関係なく、不純物が支持基板まで届く。
【００１９】
また、あらかじめ不純物をイオン注入した支持基板、埋めこみ酸化膜、ＳＯＩ層のそれぞれを張り合わせるのではなく、完成したＳＯＩウェハの支持基板に対して不純物をイオン注入するので、貼り合わせ時の熱によって支持基板にイオン注入した不純物が拡散することによって、不純物をイオン注入した領域、つまり低抵抗層の抵抗が大きくなってしまうことがない。
【００２０】
（第２の実施例）
図５（Ａ）は、本発明の第２の実施例を示す平面図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）を点線ＸＹで切断した時の断面を示す断面図である。以下、図５を用いて本発明の第２の実施例を説明する。本発明の第２の実施例は、ＳＯＩ基板を用いた半導体装置であり、第１の実施例を用いて製造した半導体装置に相当する。
【００２１】
本発明の第２の半導体装置は、支持基板１０上に形成された埋めこみ酸化膜２０上に形成されている。
埋めこみ酸化膜２０の上には、ＳＯＩ層３０及び素子分離層５０が配置されている。ＳＯＩ層３０には、拡散層７０を有する半導体素子６０が形成されている。また、支持基板１０の埋めこみ酸化膜２０に近い領域には、Ａｓなどの不純物が１Ｅ２０ｃｍ−３程度の高濃度にイオン注入されており、ここが低抵抗層４０になっている。また、この低抵抗層４０は、素子分離層５０の下部からＳＯＩ層３０の下部まで延在している。
【００２２】
さらに、ＳＯＩ層３０及び素子分離層５０の上には、層間絶縁膜８０が形成されている。そして、この層間絶縁膜８０、素子分離層５０、埋めこみ酸化膜２０をそれぞれ貫通し、支持基板１０の表面まで到達しているＷからなるプラグ１００が形成されている。また、プラグ１００の底部はＴｉＮからなる密着層９５となっている。つまり、プラグ１００は底部の密着層９５が、低抵抗層４０と接触していることになる。
【００２３】
以上説明したように本発明の第２の実施例の半導体装置は、支持基板の酸化膜付近に、ＳＯＩ層下部から素子分離層下部に延在する低抵抗層を有する。また、コンタクトはその低抵抗層に接続されている。この構造を、回路図で示すと図６のようになる。以下、図６を用いて本発明の第２の実施例の効果を説明する。
図６において、ノードＮ１はプラグ１００、それぞれのノードＮ２は低抵抗層４０のうち、ＳＯＩ層３０の下部にある部分、配線抵抗Ｒは低抵抗層４０のうち、プラグ１００からＳＯＩ層３０の下部まで延在している部分である。
【００２４】
トランジスタ６０の動作をコントロールする時に、トランジスタ６０に対して埋めこみ酸化膜２０を挟んで反対側にある部分の低抵抗層４０の電位を調節する場合がある。この時、当該部分の低抵抗層４０（以下Ｎ２）は、図６に示すようにプラグ１００（以下Ｎ１）と電気的に接続されているので、Ｎ１の電位を変化させることによってＮ２の電位を調節することができる。
【００２５】
Ｎ１の電位を変化させると、Ｎ１とＮ２との間に電位差が生じるので、Ｎ１とＮ２との間に電流が流れる。この電流によって、Ｎ１からＮ２に電荷が移動し、最終的にはＮ１とＮ２が同電位になる。以上がＮ２の電位を調節するメカニズムである。しかしこの時、Ｎ１とＮ２との間の配線抵抗Ｒがあるので、Ｎ１とＮ２との電位差が決まっていれば、オームの法則によって電流の大きさも決まってしまう。そしてこの電流は、配線抵抗Ｒの値が小さいほど大きくなる。したがって、配線抵抗Ｒが小さいほどＮ１とＮ２との間に大きな電流を流すことがでる。また、電流とは単位時間あたりに流れる電荷の量を示す。したがって、電流が大きくなるほど電荷の移動が早くなるので、Ｎ１の電位の変化に対してＮ２の電位を高速に変化させることができる。
【００２６】
本発明の第２の実施例では、低抵抗層がプラグからＳＯＩ層下部にかけて延在しているので、プラグからＳＯＩ層下部の支持基板にかけて多くの電流を流すことができる。ゆえに、ＳＯＩ層における素子形成領域に形成されたトランジスタの動作をコントロールするため、ＳＯＩ層下部の支持基板の電位を操作する時、ＳＯＩ層下部の支持基板へ早く電荷を供給できる。したがって、ＳＯＩ層下部の支持基板の電位の操作を迅速に行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の実施例に記載の半導体装置の製造方法においては、コンタクトホールのアスペクト比に関係なく、不純物が支持基板まで届く。また、完成したＳＯＩウェハの支持基板に対して不純物をイオン注入するので、貼り合わせ時の熱によって支持基板にイオン注入した不純物が拡散し、不純物をイオン注入した領域、つまり低抵抗層の抵抗が大きくなってしまうことがない。一方、本発明の第２の実施例の半導体装置は、素子形成領域下部の支持基板の電位の操作を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す平面図及び断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す平面図及び断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す平面図及び断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例の効果を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０：支持基板
２０：埋めこみ酸化膜
３０：ＳＯＩ層
４０：低抵抗層
５０：素子分離層
６０：トランジスタ
７０：拡散層
８０：層間絶縁膜
９０：コンタクトホール
９５：密着層
１００：プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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