(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方に存在するシリコン層（１１１）と、埋め込み酸化珪素層（１１２）と、薄いシリコンの表面膜（１１４）とを具備するＳＯＩ型の基板を製造するにあたり、横方向の酸化物絶縁ブロック（１１６）により、シリコンの表面膜中の少なくとも１つの活性トランジスタ領域（１１４ａ）の範囲を定めるべく、
−各活性領域に対応する表面膜の一部を窒化珪素の層（１５２）で覆う工程と、
−絶縁酸化物ブロックを形成するために表面のシリコン層のうち窒化珪素層によって覆われていない領域を局所的に酸化する工程とを具備してなる基板製造のためのプロセスにおいて、
前記局所的に酸化する工程は、乾式法による第１の酸化工程と蒸気の下における第２の酸化工程とを具備することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記局所的に酸化する工程は、１０００℃から１２００℃までの間の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記局所的に酸化する工程は、１０５Ｐａから１０７Ｐａの間の圧力で行われることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記表面層を局所的に酸化する工程は、さらに、活性領域（１１４ａ）にドーピングする工程を具備し、このドーピングする工程は、前記局所的に酸化する工程の後に行われることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
活性領域が窒化珪素層（１５２）によって覆われる前に、基礎層と呼ばれる酸化珪素の薄い層（１５０）がシリコンの薄い層の表面に形成され、この基礎層と窒化珪素層とが前記局所的に酸化する工程の後に除去されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
さらに、前記局所的に酸化する工程の後に各活性領域上の窒化珪素層を除去する工程と、それに続く、露出された各活性領域をクリーニングする工程とを具備することを特徴とする請求項４に記載のプロセス。
【請求項７】
各活性領域の表面のクリーニングは、酸化珪素の防蝕層を形成するための表面酸化工程を含み、次いで、前記防蝕層は、除去されることを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
−トランジスタの活性領域（１１４ａ）がＳＯＩ型基板において範囲を決められており、
−ゲート酸化膜（１２０）が形成され、次いで、ゲート（１１８）が活性領域上に形成され、かつ、
−ドレイン領域とソース領域とがゲートの各側方の活性領域に形成されてなるＭＯＳトランジスタを形成するためのプロセスにおいて、
活性領域が請求項１のプロセスによって範囲を決められることを特徴とするＭＯＳトランジスタを形成するためのプロセス。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術の分野
本発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：絶縁物上のシリコン）タイプの基板上に形成されたＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：金属−酸化膜−半導体）タイプの電界効果型トランジスタに関する。ここで、ＳＯＩとは、シリコン酸化物からなる支持体上のシリコン薄膜を具備する基板である。
本発明は、またＳＯＩタイプの基板上のＭＯＳトランジスタの活性領域の範囲を定めるための製造工程に関するものでもある。
本発明は、消費電力の低い部品と高速集積回路とを製造するためのマイクロエレクトロニクスに適用される。
従来の技術
一般に、高速ＭＯＳトランジスタと高速バイポーラトランジスタとは、高い電力供給電圧が必要であり、かつ、その電気的なエネルギーの消費量が大きいことによる問題を引き起こす。集積密度の増加に伴って、ソースとドレインとの間の距離は、減少する傾向にある。この現象により、ＭＯＳトランジスタにおけるソースとドレインとの間のリーク電流が生じ、かつ、これらのリーク電流が、ジュール効果により、部品の信頼性を低下させる。
絶縁膜上のシリコン（ＳＯＩ）型の基板上に形成された素子（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）は、ソースとドレインとを基板と分離するのが常である。これにより、第１にソースと基板との間の寄生容量を低減させ、次いで、第２にドレインと基板との間の寄生容量を減少させる。この特徴により、素子を高い周波数で動作させることができる。ソース及びドレインの下における過剰なドーピングも同様に避けられる。しかしながら、ＳＯＩ基板上のＭＯＳトランジスタは、低い反転状態下におけるリーク電流により、高い消費電力を有する。ここで、低い反転状態とは、トランジスタへの印加電圧が低く、かつ、トランジスタ回路が待機状態すなわちスタンバイの状態にある時である。このような状態においては、リーク電流は、ソースとドレインとの間において高いノイズをも発生させる。
低い反転状態におけるトランジスタの特性を調べるという課題は、図１を参照すると、より明らかになる。
図１は、ＳＯＩ基板上に形成された公知のタイプのＭＯＳトランジスタの断面図である。
断面図に見られるトランジスタは、埋め込まれた酸化珪素層１２と表面のシリコン膜１４とを具備するＳＯＩ基板１０上に形成されている。トランジスタの活性領域１４ａは、膜１４中に形成される。活性領域は、酸化珪素の厚いブロック１６によって、横方向に範囲が決められている。
この図を簡単化するために、そして、その対称性ゆえに、図１には一側のみ、かつ、１つのブロック１６のみが示されている。
実質的に活性領域１４ａ上に形成されているゲート（ｇｒｉｄ）１８が、ゲート酸化膜２０の薄い層によって、この活性領域から分離されている。トランジスタのソースとドレインとは、図１の断面には存在せず、従って、図には示されていない。
図１に適合するトランジスタの低い反転特性における特性を調べる上での問題点は、３つの主要な現象に由来している。
第１の現象は、チャネルそれ自身とトランジスタの側面との間の電荷の分配という現象である。第２の現象は、トランジスタのソースとドレインとの間の貫通という現象である。最後に、以下に説明する第３の現象は、活性領域の底部を通る電流リークという現象である。
上記のうち第１及び第２の現象は、古典的なものであり、厚いシリコン基板上に形成されたＭＯＳトランジスタにおいても生じるものである。
上記の２つの現象に関しての制御の問題は、トランジスタの両側面の形状とドープ量とを変化させるとともに、ソース領域とドレイン領域とを適切に設計することによって解決される。例えば、ソースとドレインとを、ゲート下における横方向の拡散が減少するように、ドープ量が徐々に変化するプロファイルを具備するように注入することも可能である（ＬＤＤ）。この明細書の末尾に示されている文献（１）は、この問題に対して追加の情報を提供するものである。
第３番目の現象は、ＳＯＩ基板上に形成されたＭＯＳトランジスタに特有の現象である。活性領域の「底部」を通るリーク電流は、活性領域１４ａと酸化珪素の埋め込み層１２との間の直接のリークと；  活性領域１４ａ、酸化珪素のブロック１６、及び埋め込み層１２の界面における活性領域の端部におけるリークと、を含んでいることに留意すべきである。
この界面は、本明細書においては、以下「下隅部」と呼び、図１においては、符号２４で示される。
領域１４ａと層１２との間の界面において直接発生するリークは、材料の品質と製造プロセスとを選択することによって制御することができる。この点については、明細書の末尾において、文献（２）を参照して説明される。
しかしながら、下隅部２４において発生するリークは、制御することがさらに困難である。このリークは、少なくとも部分的には、活性領域のうちのこの非常に小さい部分におけるドーピングされた不純物の欠乏に起因するものである。
隅部２４の厚さは、０ｎｍから、ほんの数１０nmの間の厚さでしかない。
ドーピング濃度が１０18ｃｍ-3のオーダーの活性領域に対しては、１０ｎｍ×１０ｎｍの領域に実際に存在する平均の原子数は、１以下である。
従って、活性領域のドーピング濃度が低い場合には、シリコンの下隅部２４の所定の体積中には、ドープされている不純物は存在しないであろう。従って、厚い酸化珪素のブロック１６下の下隅部２４におけるシリコンは、実際には、真性の半導体であろう。
この現象は、ホウ素をドープしてｎ型のチャネルを増強したトランジスタに対しては、さらに強められる。酸化珪素中におけるホウ素の拡散係数は、シリコン中における拡散係数よりも大きい。従って、非常に小さい体積で、かつ、酸化珪素に囲まれているシリコンの閉じ込め領域では、ドーピングされた不純物が、さらに欠乏する傾向になる。従って、この領域においては、空間電荷の制御が困難であり、隅部２４を通るリーク電流が生じる。
文献（１）の記載によれば、本明細書の末尾にて参照文献される、層１４とゲート酸化膜２０と厚い酸化珪素のブロック１６との交差点に形成された活性領域１４ａの上隅部は、好ましくは、丸められなければならない。この上隅部は、図１において、符号２２で示されている。
上隅部２２の丸くなっている端部が、半導電性の部分における電界線のダイバージェンスを制御する。これにより、活性分極領域の空間電荷領域が、うまく制御されていない状態で伸びることを防止している。
活性領域において、丸くなっている上隅部を得るための１つの公知の方法としては、厚い酸化物ブロック１６を形成するための工程として高温酸化工程を用いる方法がある。
高温酸化工程は、文献（３）及び（４）に記載されており、この参考文献は、本明細書の末尾に挙げられている。
活性領域の上隅部を丸くするための高温処理工程は、中まで均質なシリコン基板上に形成されたトランジスタを製造する場合においては公知の方法あり、かつ、上記工程は、酸化珪素中でのクリープの原理に基づいている。従って、このタイプの工程は、本構造の上隅部を丸くすることのみを考慮すればよい。すなわち、この上隅部は、基板表面に自由に露出しているからである。まずはじめに、このタイプの高温処理工程は、ＳＯＩ型の基板に対しては活性領域からのドープされた不純物の移動を生じさせることによるマイナスの効果をもたらすということに注意する必要がある。
さらに厚い酸化物ブロックの表面２６とゲート酸化膜の表面２８との間に、正の段差を有する（すなわち正方向に突出する）突出部（overhang with a positive step）を有しているのは好都合であるということも知られている。
この正の段差により、トランジスタのゲートと活性領域の側面との間の寄生的な結合の危険性を回避している。この寄生的結合は、リークを生じさせるものである。
この点に関して、本明細書の末尾に挙げられている文献（１）と（５）とが参照される。
発明の開示
本発明の１つの目的は、トランジスタの活性領域の範囲を定めるにあたって、上述の制約によって影響を受けないようなＳＯＩタイプの基板の製造を行うための工程を提案することにある。
より詳細には、本発明の１つの目的は、低反転状態下、言い換えればトランジスタが導通するしきい値以下の状態にあるような場合に、リーク電流を総合的に制御し得るような活性領域を形成することである。
特に、本発明の１つの目的は、活性領域の下端部の界面におけるリーク電流を確実に減少させることであり、この界面とは、活性領域を横方向に規定する厚い絶縁酸化物と埋め込み酸化物層との界面である。
本発明のもう一つの目的は、低エネルギー消費のトランジスタを提案することであり、言い換えれば、スタンバイ状態において低いリーク電流を有するトランジスタを提案することである。
これらの目的を達成するために、より詳細には、本発明のもう一つの対象物は、活性領域を形成するシリコン層の部分を具備しているＭＯＳタイプの電界効果型トランジスタである。このトランジスタにおいて、活性領域は、ゲート酸化膜層と埋め込み酸化物層との間に存在し、かつ、この活性領域の側面は、横方向の絶縁酸化物ブロックによって範囲を決められている。本発明によれば、シリコン層の部分は、横方向に設けられている酸化物ブロックに面する凹状の側面を有している。
ゲート酸化膜に近接する端部である上端部と、埋め込み酸化物層に近接する端部である下端部が丸くなったときに、活性領域の端部は凹状の形状になるものと考えられる。
特に、前述の埋め込み酸化物層と絶縁酸化物ブロックとの間に延びる活性領域の突出する下隅部は、本発明によるトランジスタの構造においては、除去されている。
以下、この明細書中においては、便宜上、ゲートの酸化膜に近接する活性領域の端部を上隅部と呼び、埋め込み酸化物層に近接する活性領域の端部を「下隅部」と呼ぶことにする。
活性領域の端部が凹状の状態であることにより、真性のシリコンの小さな閉じ込め領域を具備することは困難になる。従って、リーク電流が防止される。
最後に、ホウ素がドープされたｎチャネルを有するトランジスタに対しては、ドーピングされた不純物（ホウ素）の酸化珪素の領域に向けての拡散の問題は、ほとんど無視できるということに注意すべきである。
特に有利な形態として、絶縁酸化物ブロックはゲート酸化膜に対して正方向に突出する突出部を形成することができる点である。
正方向に突出する突出部は、絶縁酸化物ブロックの表面とゲート酸化膜の表面との間に存在するものである。
本発明のもう一つの目的は、「下に存在する」シリコン層と、「埋め込み」酸化珪素層と、薄いシリコン表面膜とを具備しているＳＯＩタイプの基板を製造する工程を提供することである。これにより、横方向の絶縁酸化物ブロックを有するシリコンの表面膜中において、少なくとも１つのトランジスタの活性領域の範囲を規定する。この工程中においては、
−各活性領域に対応する表面の膜の部分を窒化珪素の層で覆う工程と、
−絶縁酸化物ブロックを形成するためにシリコン表面層のうち窒化珪素層で覆われていない領域を局所的に酸化する工程とを具備し、
本発明によれば、局所的な酸化が高温で行われる。
中まで均質なシリコン基板上に形成される古典的なＭＯＳトランジスタを備えた装置の場合と同様に、横方向絶縁ブロック中の酸化珪素の中でのクリープ現象によって、高温での酸化の際に、活性領域の端部の上隅部を丸くすることが可能である。
しかしながら本発明の枠組みの範囲内において、ＳＯＩ基板の製造に対してこの技術を応用すると、酸化工程は、活性領域の端部の下隅部を丸くするというもう一つの機能を有している。
下隅部は構造体の表面側には存在しないという事実により、クリープで下隅部を丸くすることは不可能であることに注目すべきである。
本発明の範囲内において、高温で熱酸化をする際の作用は、格子間のシリコン原子の分布を増加させるという作用である。
格子間のシリコン原子は、例えば熱的な振動の影響下においては、もはやシリコンのネットワーク構造の格子位置には存在できなくなった原子である。
本発明者は、ＳＯＩ基板が薄い表面層と一緒に製造されるような特殊な場合には、酸化温度の増加により、ＳＯＩの原子が、活性領域の端部の下隅部に向かって拡散することができるということを発見した。これらの原子は、主に下に存在するシリコン層から発生したものであるが、次いで、これらの原子は酸化される。その結果、シリコンの下隅部は丸くなる。
格子間のシリコン原子の拡散を増加させるために絶縁酸化物ブロックの酸化温度を上げることによって、シリコン原子の拡散係数が増加する。しかしながら、本発明の１つの好適な実施の形態として、高い温度と高い圧力とにおける酸化を行うこともできる。圧力の増加により、利用できる格子間シリコン原子の密度を増加させることができる。
本発明のもう一つの形態としては、表面層の局所的な酸化は、乾式法を用いた第１の酸化工程を具備しており、次いで、湿式法を用いた第２の酸化工程が、蒸気下で行われる。
酸化の雰囲気、特に蒸気の雰囲気中においては、埋め込みシリコン酸化物層を通して、下に存在するシリコン層からの格子間のシリコン原子の拡散が促進される。湿式の雰囲気は、予め形成された酸化物を通してＯＨ基の拡散係数をも増加させる。従って、活性層の下端部のＳｉ／ＳｉＯ2界面における酸化速度を加速させる。
好ましくは、湿式法による酸化の前に、乾式法による第１の酸化工程が行われる。
乾式法による酸化は、窒化珪素のマスクに対してより選択的であり、かつ、窒化珪素の酸化と窒化膜の下にあるシリコンの酸化とによって生じるバーズビークの形成を制限する。
本発明のもう一つの好都合な実施の形態としては、活性領域は、高い温度での酸化の後に活性領域がドープされる。このタイプのドーピングは、従来のボックス型の構造に対しては一般的に役に立たないが、本発明の場合には、表面のシリコン膜が比較的薄いことによって可能となる。
酸化の後のドーピングにより、高温におけるドーピングされた不純物の移動が阻止される。
本発明の他の特徴と利点については、添付図面を参照して以下に詳細に説明されるが、これは、単なる例示的なものであり、制限的なものではない。
【図面の簡単な説明】
図１は、上述のように、ＳＯＩ基板上の酸化珪素ブロックによる横方向絶縁を有する公知のトランジスタの模式的な断面図である。
図２は、本発明の基板とトランジスタとの間の模式的な部分断面図である。
図３、図４、及び図５は、ＳＯＩ基板の模式的な部分断面図と、本発明の実施の形態として示した基板の製造工程とを図示したものである。
発明の実施の形態
図２は、本発明による、基板の一部からトランジスタまでの断面を示している。
図１との部材の符号の類似性の点から、図２において、同一又は類似の部材には、図１の符号に１００を足した符号を付している。
図２におけるトランジスタは、下方に存在するシリコン支持層１１１と、埋込み酸化珪素層１１２と、薄いシリコンの表面膜１１４とを有するＳＯＩ基板１１０上に形成されている。表面膜１１４中の１又は数個の活性領域１１４ａは、側面の絶縁を形成する酸化珪素のブロック１１６によって範囲を決められている。ブロック１１６は、局所酸化によって形成されている。活性領域１１４ａの一部と酸化物ブロック１１６の一部のみが、図２に示されている。
符号１２２と符号１２４とが、酸化物ブロック１１６に面する活性領域の端部の上隅部と下隅部とをそれぞれ示している。
ゲート酸化膜１２０を形成する酸化珪素層が、単に説明だけのために破線によって示されているゲート１１８と活性領域１１４ａとを分離している。
活性領域における横方向の断面であるため、この図の面にはソースとドレインとは存在していない。同様に、簡単化のために、トランジスタの端子の上の接続ポイントも示されていない。
本発明によれば、トランジスタの活性領域１１４ａは、ブロック１１６に面する凹状の端部を有するシリコン層１１４である。端部における凹状の状態は、上隅部１２２と下隅部１２４とが丸くなっていることによるものである。
フィールド領域の酸化物ブロック１１６は、全肉厚にわたって薄い表面層中に延びており、かつ、埋め込み酸化珪素層１１２と一致するようになっている。
図２はまた、酸化物ブロック１１６の自由表面１２６が、ゲート１１８に接触しているゲート酸化膜１２０の表面１２１から上方に突出している様子を示している。
図３、図４、および図５を参照して、基板製造工程の実施の形態の説明する。図２と同一又は類似の部材の符号には、同じ符号が付される。
図３に示されるように、出発点は、下に存在するシリコン層１１１と埋め込み酸化珪素層１１２と表面膜１１４とを有するＳＯＩ型の基板である。
第１の工程は、酸化により、層１１４の表面上に酸化珪素の薄い層１５０を形成する工程からなっている。層１５０は、基礎層（ｐｅｄｅｓｔａｌ  ｌａｙｅｒ）と呼ばれる。この基礎層は、局所酸化工程の間に、活性領域に導入されるストレスを少なくするものである。
窒化珪素の層は、層１５０の上に形成される。この窒化珪素の層は、将来の活性領域に対応するＳＯＩ基板の一部を覆う１又は数個のパターン１５２を形成するために、公知のフォト・リソグラフィー工程によって形成される。以下、本明細書においては、１つのパターン１５２のみを示す。しかしながら、このタイプのパターン数個により、数個の活性領域を同時に形成できるものである。パターン１５２を形成するのに用いられた樹脂マスクがもし存在するのであれば、それを除去した後に、基板は、その中に厚い酸化珪素のブロックを形成するために局所的に酸化される。
説明されている例においては、窒化珪素によって保護されていない領域において、２つの別個の工程により酸化が行われる。
第１の工程は、ＨＣｌを含むＯ2雰囲気下において、乾燥雰囲気下で酸化を行う工程から成っている。この乾燥酸化工程は、窒化珪素のパターン１５２の酸化を制限し、かつ、結果として、バーズ・ビークの成長（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）、言い換えれば、窒化物のパターン１５２の端部においてみられる基板表面の変形を、制限する。窒化珪素は、湿った雰囲気中でよりも、乾燥雰囲気中での方が、酸化速度が非常に遅い。
第２の酸化工程は、Ｏ2とＨ2とが混合された湿った雰囲気中で行われる。この第２の工程は、活性領域１１４ａの端部１２２・１２４、特に下隅部１２４を丸くする。これは、図４に示されている。
酸化工程は、好ましくは１０００℃から１２００℃までの間の温度で、かつ、好ましくは、１０5Ｐａから１０7Ｐａまでの間の圧力で行われる。
酸化工程の後に、パターン１５２を形成する、一部が酸化された窒化物層と基礎層とが除去される。活性領域１１４ａ中におけるこの基礎層は、厚い酸化物ブロックによって画成され、かつ、範囲を決められる。図４では、複数のブロック１１６のうちの１つのみを見ることができる。
補助的に、活性領域１１４ａの表面は、酸化により、防蝕用酸化物の薄い層１５４を形成し、次いで、この薄い層１５４を除去することによって清浄化される。防蝕用酸化物層１５４は、図４においては破線で示されている。
これにより、基板において、活性領域内に１又は数個のトランジスタを形成する準備が完了する。
図５に示されるように、基板の製造は、ホウ素原子（Ｎチャネル）のイオン注入によって、活性領域１１４ａ中にドーピング１５６を行う。次いで活性領域の上にゲート酸化膜１２０を形成することによって完了する。本工程のこの段階において活性領域にドーピングを行うことにより、ドーピング不純物が高い酸化温度の影響を受けることを防ぐことができる。
トランジスタを形成するために、図５に示されていないゲート、ソース及びドレイン領域がそれぞれの公知の技術を用いて形成される。
次いで、上で説明された図２に示されているトランジスタが得られる。
このタイプのトランジスタは、高速であり、かつ、活性領域の端部におけるリーク電流が制限されるということにより、スタンバイ時の消費電力が低いという利点を有している。
参考文献
（１）S.DELEONIBUSら、ポストギガビット世代のフラッシュメモリの薄いトレンチ計画、「１００％ＣＭＰ平坦化を用いたLATI-STI（Large Tilt Implanted Sloped Trench Isolation）プロセス」、１９９５年国際固体材料素子会議（大阪）１９９５年の概要集の５８７ページから５８９ページ。
（２）C.Jaussaudら、「高ドーズの酸素イオンによるイオン注入されたシリコンの微細構造」Appl. Phys. Lett.,（11）, June 1, 1985, p.1064-1066．
（３）S.DELEONIBUSら、「１Ｇビットの密度の不揮発性メモリのための高圧高温ポリバッファＬＯＣＯＳ（ＨＰ−ＨＴＰＢＬ）絶縁プロセス」、１９９５年国際固体材料素子会議（大阪）１９９５年の概要集、８９３ページから８９５ページ。
（４）Liang N. Lieら、「乾燥した酸素中でのシリコンの高圧酸化」、J. Eectrochem. Soc:  Solid-State Science and Technology, December 1982, page 2828-2834．
（５）Asanga H. pereraら、「０．４５ミクロン或はそれ以下の実際のピッチのためのトレンチ・アイソレーション」DITTO 95, p.679-682．
【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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