JP2003298047A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2003298047A
JP2003298047A JP2002099625A JP2002099625A JP2003298047A JP 2003298047 A JP2003298047 A JP 2003298047A JP 2002099625 A JP2002099625 A JP 2002099625A JP 2002099625 A JP2002099625 A JP 2002099625A JP 2003298047 A JP2003298047 A JP 2003298047A
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oxide film
semiconductor device
epitaxial silicon
film
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JP2002099625A
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Takehide Shirato
白土猛英
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor element (a MIS field-effect transistor or a bipolar transistor) of an SOI structure (including an SON structure) on a semiconductor substrate, using an easy technique. <P>SOLUTION: A pair of vertical epitaxial silicon layers 5 are provided between a nitride film 2 and an oxide film 4 selectively provided on a p-type silicon substrate 1. Between the vertical epitaxial silicon layers 5, a transverse epitaxial silicon layer 7 (SON substrate) is provided with a void (space) directly above the nitride film 2 between while both ends are in contact with the vertical epitaxial silicon layer 5. On a part of the transverse epitaxial silicon layer 7, a gate electrode 15 having a barrier metal 14 is provided via a gate oxide film 13 in between. The transverse epitaxial silicon layer 7 is provided with n<SP>+</SP>type and n type source/drain regions (9, 8), while being self-aligned with the gate electrode 15. A conductive film 12, comprising a barrier metal 11 that is insulated/separated at the gate oxide film 13, is provided on both ends of the gate electrode 15, while being in contact with the n<SP>+</SP>source/drain region 8, and an N-channel MIS field-effect transistor is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はSOI(ilicon
nsulator)構造あるいはSON(
ilicon othing)構造の半導体集
積回路に係り、特に半導体基板(バルクウエハー)に、
容易な製造プロセスにより、低コストなSOI基板ある
いはSON基板を形成し、このSOI基板あるいはSO
N基板に、高速、低電力、高信頼且つ高性能なショート
チャネルのMIS電界効果トランジスタあるいはバイポ
ーラトランジスタを含む半導体装置を形成することに関
する。従来、SOI構造の半導体装置に関しては、均一
な単結晶を持つ半導体基板を酸化膜を介して別の半導体
基板に貼り合わせる、いわゆる貼り合わせSOIウエハ
ーを使用した半導体集積回路が実用化され始めつつある
が、2枚の半導体基板を使用すること及び完全空乏化す
るために極めて薄いSOI基板を形成しなければならな
いこと等から歩留りが悪く、市販されている貼り合わせ
SOIウエハーは極めてコスト高であるという欠点があ
る。また通常の半導体基板(バルクウエハー)に酸素イ
オンを注入して高温の熱処理によりバルクウエハー内部
に酸化膜を形成する、いわゆるSIMOX法によるSO
I基板の形成においては、高価な高ドーズイオン注入マ
シン購入、長時間の製造工程によるコスト高及び大口径
ウエハーの使用における特性の不安定性の問題等の欠点
があった。また、研究段階ではあるが、シリコン基板に
トレンチを形成し、H2 アニールを加えることにより、
シリコンを溶融させ、シリコン基板内部に中空構造を形
成するSON構造に関しては、チャネル領域を平坦な、
完全空乏型に形成できる極薄のSON基板を得ることが
難しい等の問題がある。現状では、コスト高の問題を無
視して、極めて高速化及び低電力化を要する携帯機器や
アナログ/デジタル混載のシステムLSI用に限り実用
化しており、いずれもSOIウエハーを使用して、慣例
的なサイドウオールを利用したLDD(ightly
oped rain)構造のショートチャネルの
MIS電界効果トランジスタを周囲を絶縁膜で分離され
たSOI基板に形成したもので、接合容量、空乏層容
量、閾値電圧等を低減することにより高速化及び低電力
化を計ったものであるが、一方薄膜のSOI基板に形成
するためソースドレイン領域のコンタクト抵抗が増大す
ること及び各要素の抵抗の低減がなされていないこと等
から微細化を計っている割には高速化が達成されていな
いという欠点があった。また、SOI基板下の導電体
(半導体基板又は下層配線)にゲート電極に印加される
電圧と異なる電圧が印加された場合、SOI基板底部に
生ずる微少なバックチャネルリークを防止できなかった
ことによる高信頼性が達成されていないという欠点もあ
った。そこで、低コストで、しかも容易なプロセスによ
り完全空乏型のSOI構造(SON構造を含む)が形成
でき、さらなる微細化が可能で、コンタクト抵抗を含む
各要素の抵抗を低減でき、より高速化が達成でき、しか
もバックチャネルリークを防止できるSOI構造(SO
N構造を含む)の半導体装置を形成できる手段が要望さ
れている。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is SOI (S ilicon
O n I nsulator) structure or SON (S
relates to a semiconductor integrated circuit ilicon O n N othing) structure, particularly in the semiconductor substrate (bulk wafer),
A low-cost SOI substrate or SON substrate is formed by an easy manufacturing process, and this SOI substrate or SO
The present invention relates to forming a high-speed, low-power, high-reliability, high-performance semiconductor device including a short-channel MIS field-effect transistor or a bipolar transistor on an N-substrate. 2. Description of the Related Art Conventionally, as for a semiconductor device having an SOI structure, a semiconductor integrated circuit using a so-called bonded SOI wafer, in which a semiconductor substrate having a uniform single crystal is bonded to another semiconductor substrate via an oxide film, is beginning to be put into practical use. However, since the use of two semiconductor substrates and the necessity of forming an extremely thin SOI substrate for complete depletion, the yield is low, and commercially available bonded SOI wafers are extremely expensive. There are drawbacks. A so-called SIMOX method of forming an oxide film inside the bulk wafer by high-temperature heat treatment by implanting oxygen ions into a normal semiconductor substrate (bulk wafer),
The formation of the I-substrate has disadvantages such as the purchase of an expensive high-dose ion implantation machine, high cost due to a long manufacturing process, and instability of characteristics when using a large-diameter wafer. At the research stage, by forming a trench in the silicon substrate and adding H 2 annealing,
As for the SON structure in which silicon is melted to form a hollow structure inside the silicon substrate, the channel region is flattened,
There is a problem that it is difficult to obtain an extremely thin SON substrate that can be formed into a fully depleted type. At present, ignoring the problem of high cost, it has been practically used only for portable devices that require extremely high speed and low power consumption, and for system LSIs with mixed analog / digital. LDD using a side wall (L ightly
D oped D rain) around the MIS field effect transistor of short channel structure obtained by forming the SOI substrate which are separated by an insulating layer, the junction capacitance, the depletion layer capacitance, high speed and low by reducing the threshold voltage and the like Although power is measured, on the other hand, miniaturization is attempted due to the fact that the contact resistance of the source / drain region is increased due to the formation on a thin-film SOI substrate and the resistance of each element is not reduced. Has the drawback that high speed has not been achieved. Further, when a voltage different from the voltage applied to the gate electrode is applied to a conductor (semiconductor substrate or lower layer wiring) under the SOI substrate, a small back channel leak generated at the bottom of the SOI substrate cannot be prevented. There was also the disadvantage that reliability was not achieved. Therefore, a fully depleted SOI structure (including a SON structure) can be formed by a low-cost and easy process, further miniaturization is possible, the resistance of each element including a contact resistance can be reduced, and a higher speed can be achieved. SOI structure (SOI structure
Means capable of forming a semiconductor device (including an N structure) are demanded.

【0002】[0002]

【従来の技術】図33は従来の半導体装置の模式側断面
図で、貼り合わせSOIウエハーを使用して形成したS
OI構造のNチャネルのMIS電界効果トランジスタを
含む半導体集積回路の一部を示しており、61はp型の第
1のシリコン基板、62は貼り合わせ用酸化膜、63はp型
の第2のシリコン基板(SOI基板)、64は素子分離領
域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜、65はn型ソース
ドレイン領域、66はn+型ソースドレイン領域、67はゲ
ート酸化膜(SiO2)、68はゲート電極、69は下地酸化
膜、70はサイドウオール(SiO2)、71は不純物ブロック
用酸化膜、72はPSG膜、73はバリアメタル(Ti/TiN
)、74は導電プラグ(W)、75はバリアメタル(Ti/T
iN )、76はAl配線、77はバリアメタル(Ti/TiN )を
示している。同図においては、p型の第1のシリコン基
板61上に酸化膜62を介して貼り合わせられ、素子分離領
域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜64により島状に絶
縁分離された薄膜のp型の第2のシリコン基板(SOI
基板)63が形成され、このp型の第2のシリコン基板
(SOI基板)63にはNチャネルのLDD構造のMIS
電界効果トランジスタが形成されている。したがって、
周囲を絶縁膜で囲まれたソースドレイン領域を形成でき
ることによる接合容量の低減、SOI基板を完全空乏化
できることによる空乏層容量の低減及びサブスレッショ
ルド特性を改善できることによる閾値電圧の低減、SO
I基板へのコンタクト領域の除去等により通常のバルク
ウエハーに形成するMIS電界効果トランジスタからな
る半導体集積回路に比較し、高速化、低電力化及び高集
積化が可能となる。しかし、薄膜の完全空乏型のSOI
基板に形成するため、ソースドレイン領域のコンタクト
抵抗が増大すること及び各要素の抵抗の低減がなされて
いないこと等から微細化を計っている割りには高速化が
達成されていないという欠点があった。また、SOI基
板下の導電体(半導体基板又は下層配線)にゲート電極
に印加される電圧と異なる電圧が印加された場合、SO
I基板底部に生ずる微少なバックチャネルリークを防止
できなかったことによる高信頼性が達成されていないと
いう欠点もあった。さらに、このようなSOI構造をつ
くるために、市販されている貼り合わせSOIウエハー
を購入しなければならず、ウエハーメーカーの低コスト
化技術に頼ったとしても、量産段階においてバルクウエ
ハーの3倍〜5倍程度と極めてコスト高であるという欠
点があった。
2. Description of the Related Art FIG. 33 is a schematic side sectional view of a conventional semiconductor device, and shows a semiconductor device formed using a bonded SOI wafer.
It shows a part of a semiconductor integrated circuit including an N-channel MIS field-effect transistor having an OI structure, 61 is a first p-type silicon substrate, 62 is an oxide film for bonding, and 63 is a second p-type silicon film. A silicon substrate (SOI substrate), 64 is a trench for forming an element isolation region and a buried oxide film, 65 is an n-type source / drain region, 66 is an n + -type source / drain region, 67 is a gate oxide film (SiO 2 ), and 68 is a gate. Electrodes, 69 is a base oxide film, 70 is a sidewall (SiO 2 ), 71 is an oxide film for impurity blocks, 72 is a PSG film, and 73 is a barrier metal (Ti / TiN).
), 74 is a conductive plug (W), 75 is a barrier metal (Ti / T)
iN), 76 denotes an Al wiring, and 77 denotes a barrier metal (Ti / TiN). In the figure, a p-type thin film is bonded on a first p-type silicon substrate 61 via an oxide film 62 and is insulated and isolated in an island shape by a trench for forming an element isolation region and a buried oxide film 64. Second silicon substrate (SOI
A p-type second silicon substrate (SOI substrate) 63 is provided with an MIS having an N-channel LDD structure.
A field effect transistor is formed. Therefore,
A reduction in junction capacitance by forming a source / drain region surrounded by an insulating film, a reduction in depletion layer capacitance by being able to completely deplete the SOI substrate, and a reduction in threshold voltage by being able to improve sub-threshold characteristics;
By removing the contact region from the I-substrate or the like, higher speed, lower power, and higher integration can be achieved as compared with a semiconductor integrated circuit including MIS field-effect transistors formed on a normal bulk wafer. However, a fully-depleted thin film SOI
Since it is formed on a substrate, the contact resistance of the source / drain region increases, and the resistance of each element is not reduced. Was. When a voltage different from the voltage applied to the gate electrode is applied to a conductor (semiconductor substrate or lower wiring) under the SOI substrate, the SO
There is also a drawback that high reliability has not been achieved due to failure to prevent minute back channel leak at the bottom of the I-substrate. Furthermore, in order to make such an SOI structure, a commercially available bonded SOI wafer must be purchased, and even if the cost reduction technology of a wafer maker is relied on, it is three times as large as a bulk wafer in a mass production stage. There is a disadvantage that the cost is extremely high, about five times.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来例に示されるように、高速性を改善し
た半導体装置を得るためには完全空乏化させた薄膜のS
OI基板が必要とされ、この薄膜化されたSOI基板に
ソースドレイン領域を形成するため、導電プラグ形成用
の層間絶縁膜のエッチングの際、ソースドレイン領域を
形成しているSOI基板がオーバーエッチングされるこ
とは避けられず、導電プラグとのコンタクトは取れるも
ののソースドレイン領域のコンタクト抵抗が増大してし
まうこと、また容量の低減はできるものの薄層のソース
ドレイン領域の抵抗及びゲート電極の抵抗が低減できな
いこと等により微細化している割には高速化が達成でき
なかったこと、CーMOSを形成する場合またはSOI
基板下にゲート電極に印加される電圧と異なる電圧が印
加される下層配線が存在する場合、バックチャネルリー
クを防止できないことによる高信頼性が得られなかった
こと、SOI構造を形成するために、貼り合わせSOI
ウエハーを使用しても、あるいはSIMOX法によりS
OI基板を形成しても、現状の技術においてはかなりの
コスト高になるため、付加価値の高い特殊用途の製品に
しか使用できず、廉価な汎用品に適用できる技術に乏し
かったことである。
The problem to be solved by the present invention is that, as shown in the prior art, in order to obtain a semiconductor device with improved high-speed performance, a fully depleted thin film S is required.
An OI substrate is required. In order to form a source / drain region on the thinned SOI substrate, the SOI substrate forming the source / drain region is over-etched when etching the interlayer insulating film for forming a conductive plug. Inevitably, the contact with the conductive plug can be obtained, but the contact resistance of the source / drain region increases, and the capacitance can be reduced, but the resistance of the thin source / drain region and the resistance of the gate electrode are reduced. Higher speed could not be achieved despite miniaturization due to inability, etc., when forming C-MOS or SOI
When there is a lower wiring to which a voltage different from the voltage applied to the gate electrode is applied below the substrate, high reliability cannot be obtained due to inability to prevent back channel leakage, and in order to form an SOI structure, Laminated SOI
Using a wafer or SIMOX method
Even if an OI substrate is formed, the current technology is considerably expensive, so that it can be used only for special-purpose products with high added value, and there is little technology applicable to inexpensive general-purpose products.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体基板
と、前記半導体基板上に選択的に設けられた縦(垂直)
方向エピタキシャル半導体層と、前記半導体基板上に選
択的に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に空孔(スペ
ース)を介し、前記縦(垂直)方向エピタキシャル半導
体層の側面の一部に設けられた横(水平)方向エピタキ
シャル半導体層と、少なくとも前記横(水平)方向エピ
タキシャル半導体層に設けられた半導体素子とを具備し
てなる本発明の半導体装置によって解決される。
The object of the present invention is to provide a semiconductor substrate and a vertically (vertically) selectively provided on the semiconductor substrate.
A direction epitaxial semiconductor layer, an insulating film selectively provided on the semiconductor substrate, and a part of a side surface of the longitudinal (vertical) direction epitaxial semiconductor layer via a hole (space) on the insulating film. The problem is solved by the semiconductor device of the present invention comprising the lateral (horizontal) epitaxial semiconductor layer provided and a semiconductor element provided at least in the lateral (horizontal) epitaxial semiconductor layer.

【0005】[0005]

【作 用】即ち、本発明の半導体装置を構成する要点
は、 (1) 半導体基板 (2) 半導体基板上に形成された絶縁膜(Si3N4 ) (3) 絶縁膜の一部を開孔して露出された半導体基板 (4) 露出された半導体基板上に形成された縦(垂直)方
向エピタキシャル半導体層 (5) 縦方向エピタキシャル半導体層の側面の一部に形成
された露出部 (6) 露出された縦方向エピタキシャル半導体層の側面及
び下部に形成された空間 (7) 露出された縦方向エピタキシャル半導体層の側面か
ら形成された横(水平)方向エピタキシャル半導体層 (8) 横方向エピタキシャル半導体層直下に形成された空
孔(空間が閉じた空孔になったもの) (9) 横方向エピタキシャル半導体層(SON基板)に形
成された半導体素子 以上からなっている。また、さらなる要点は、この閉じ
た空孔に絶縁膜を埋め込んで横方向エピタキシャル半導
体層をSON基板に変換したもの、あるいは、この閉じ
た空孔にゲート絶縁膜を介してゲート電極を埋め込みチ
ャネル領域包囲型ゲート電極構造を持つMIS電界効果
トランジスタを形成したもの、あるいは、この閉じた空
孔に不純物がドープされた多結晶シリコン層を埋め込
み、バイポーラトランジスタに必要とされる埋め込み低
抵抗層を形成したもの等である。したがって、選択的に
露出した半導体基板に縦方向エピタキシャル半導体層を
設け、空間上に縦方向エピタキシャル半導体層の一部側
面を露出し、下地の影響を受けない横方向エピタキシャ
ル半導体層を橋渡しするように設けることにより、結晶
欠陥の極めて少ない空孔上の半導体層を形成することが
可能である。即ち、高価な貼り合わせSOIウエハーを
使用することなく、安価なウエハーを使用し、比較的容
易な技術を利用して、信頼性が極めて高く且つ膜厚制御
が容易な完全空乏型のSOI構造(SON構造も含む)
の半導体装置を形成することが可能となる。本願の発明
者は当該技術を空間橋状エピタキシャル成長法(pa
tialridge pitaxy)と名ずけ、以
後SBEと略称する。
[Operation] That is, the main points constituting the semiconductor device of the present invention are (1) a semiconductor substrate (2) an insulating film (Si 3 N 4 ) formed on the semiconductor substrate, and (3) a part of the insulating film is opened. The semiconductor substrate exposed by the hole (4) The vertical (vertical) epitaxial semiconductor layer (5) formed on the exposed semiconductor substrate (5) The exposed portion (6) formed on a part of the side surface of the vertical epitaxial semiconductor layer (7) Spaces formed at the exposed side and lower portions of the vertical epitaxial semiconductor layer (7) Lateral (horizontal) epitaxial semiconductor layers formed from the exposed side surfaces of the vertical epitaxial semiconductor layer (8) Lateral epitaxial semiconductor Voids formed immediately below the layer (pores in which the space is closed) (9) Consisting of more than semiconductor elements formed in the lateral epitaxial semiconductor layer (SON substrate). Further, a further point is that a lateral epitaxial semiconductor layer is converted into an SON substrate by burying an insulating film in the closed hole, or a gate electrode is buried in the closed hole through a gate insulating film via a gate insulating film. An MIS field-effect transistor having an encircling gate electrode structure, or a polycrystalline silicon layer doped with impurities is buried in these closed holes to form a buried low-resistance layer required for a bipolar transistor. Things. Therefore, the vertical epitaxial semiconductor layer is provided on the selectively exposed semiconductor substrate, a part of the side surface of the vertical epitaxial semiconductor layer is exposed on the space, and the lateral epitaxial semiconductor layer unaffected by the base is bridged. With the provision, a semiconductor layer over a hole having extremely few crystal defects can be formed. That is, without using an expensive bonded SOI wafer, an inexpensive wafer is used, a relatively easy technique is used, and a highly-depleted SOI structure with extremely high reliability and easy film thickness control ( (Including SON structure)
Can be formed. The inventor of the present application space bridged epitaxy the art (S pa
tial B ridge E pitaxy) a name not a only, referred to hereinafter as SBE.

【0006】[0006]

【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明の半導体装置における第1の実施
例のチャネル長方向の模式側断面図、図2は本発明の半
導体装置における第1の実施例のチャネル幅方向の模式
側断面図、図3は本発明の半導体装置における第2の実
施例の模式側断面図、図4は本発明の半導体装置におけ
る第3の実施例の模式側断面図、図5は本発明の半導体
装置における第4の実施例の模式側断面図、図6は本発
明の半導体装置における第5の実施例の模式側断面図、
図7は本発明の半導体装置における第6の実施例の模式
側断面図、図8は本発明の半導体装置における第7の実
施例の模式側断面図、図9は本発明の半導体装置におけ
る第8の実施例の模式側断面図、図10は本発明の半導
体装置における第9の実施例の模式側断面図、図11は
本発明の半導体装置における第10の実施例のチャネル
長方向の模式側断面図、図12は本発明の半導体装置に
おける第10の実施例のチャネル幅方向の模式側断面
図、図13は本発明の半導体装置における第11の実施
例の模式側断面図(横方向エピタキシャルシリコン層に
沿う方向)、図14は本発明の半導体装置における第1
1の実施例の模式側断面図(横方向エピタキシャルシリ
コン層に垂直方向)、図15は本発明の半導体装置にお
ける第12の実施例の模式側断面図、図16〜図23は
本発明の半導体装置における第1の製造方法の工程断面
図、図24〜図32は本発明の半導体装置における第2
の製造方法の工程断面図である。全図を通じ同一対象物
は同一符号で示す。ただし、側断面図における斜線は主
要な絶縁膜のみに記載し、また発明の要部を示すため、
水平方向及び垂直方向のサイズは、必ずしも正確な寸法
を示してはいない。図1及び図2は本発明の半導体装置
における第1の実施例の模式側断面図(図1はチャネル
長方向、図2はチャネル幅方向)で、通常のp型シリコ
ン基板を使用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SB
E)により成長したSON基板に形成したショートチャ
ネルのNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む
半導体集積回路の一部を示しており、1は1015cm-3程度
のp型のシリコン基板、2は200nm 程度の膜厚の窒化膜
(Si3N4 )、3は深さ200nm 程度の空孔(スペース)、
4は500nm 程度の膜厚の酸化膜(SiO2、縦(垂直)方向
エピタキシャルシリコン層形成用)、5は縦(垂直)方
向エピタキシャルシリコン層、6は10nm程度の膜厚の酸
化膜(SiO2、空孔及び横(水平)方向エピタキシャルシ
リコン層形成用)、7は厚さ100nm 程度の横(水平)方
向エピタキシャルシリコン層(SON基板)、8は1017
cm-3程度のn型ソースドレイン領域、9は1020cm-3程度
のn+ 型ソースドレイン領域、10は200nm 程度の膜厚の
酸化膜(SiO2)、11は20nm程度のバリアメタル(TiN
)、12は厚さ200nm 程度の導電膜(W、メタルソース
ドレイン領域)、13は12nm程度の膜厚のゲート酸化膜
(SiO2/Ta2O5 )、14は10nm程度のバリアメタル(TiN
)、15はゲート長100nm 程度のゲート電極(Al)、16
は800nm 程度の燐珪酸ガラス(PSG )膜、17は20nm程度
のバリアメタル(TiN )、18は導電プラグ(W)、19は
50nm程度のバリアメタル(TiN )、20は500nm 程度のAl
配線、21は50nm程度のバリアメタル(TiN )を示してい
る。同図においては、p型のシリコン基板1上に選択的
に設けられた窒化膜(Si3N 4 )2及び酸化膜(SiO2)4
間に一対の縦(垂直)方向エピタキシャルシリコン層5
が設けられ、この一対の縦(垂直)方向エピタキシャル
シリコン層5間に、窒化膜(Si3N4 )2直上の空孔(ス
ペース)3を介して、両端を一対の縦(垂直)方向エピ
タキシャルシリコン層5に接して、横(水平)方向エピ
タキシャルシリコン層7(SON基板)が設けられ、こ
の横(水平)方向エピタキシャルシリコン層7(SON
基板)上の一部に、ゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )13を
介して、バリアメタル(TiN )14を有するゲート電極
(Al)15が設けられ、このゲート電極(Al)15に自己整
合して、横(水平)方向エピタキシャルシリコン層7
(SON基板)にn+ 型及びn型ソースドレイン領域
(9、8)が設けられ、n+ 型ソースドレイン領域9に
接して、ゲート電極(Al)15の両側には、ゲート酸化膜
(SiO2/Ta2O5 )13で絶縁分離されたバリアメタル(Ti
N )11を有する導電膜(W、メタルソースドレイン領
域)12が設けられている構造を有するNチャネルのMI
S電界効果トランジスタが形成されている。(本願発明
におけるメタルソースドレイン領域とは、シリコン半導
体基板に形成した不純物領域と金属膜との化合物[サリ
サイド]からなる慣例的なメタルソースドレイン領域と
は異なり不純物領域を含まない金属膜又は合金膜のみの
領域である。)したがって、通常の半導体基板を使用
し、選択的に形成した縦方向エピタキシャルシリコン層
に支えられた、空孔上の横方向エピタキシャルシリコン
層をSON基板として、MIS電界効果トランジスタを
形成することができるので、極めて低コストのSON型
半導体集積回路の形成が可能である。また膜厚制御が容
易な完全空乏型のSON基板を形成できるので、放熱性
がよく、セルフヒーテ ング現象(温度上昇によるトラ
ンジスタ特性の劣化現象)を防止することが可能であ
る。またSON基板に大部分のソースドレイン領域を形
成できるため、接合容量の低減が可能である。また不純
物領域上に導電膜を設けたソースドレイン領域を形成で
きるため、ソースドレイン領域の抵抗の低減及びコンタ
クト抵抗の低減も可能である。また高誘電率を有するTa
2O5 をゲート酸化膜として使用できるためゲート酸化膜
の厚膜化が可能で、ゲート電極とSON基板間の微少な
電流リークの改善及びゲート容量の低減も可能である。
また不純物領域の活性化に高温の熱処理が必要なソース
ドレイン領域をゲート電極の形成前に自己整合して形成
できることにより、低抵抗な低融点金属からなるゲート
電極を形成できるため、ゲート電極配線の低抵抗化も可
能である。また素子分離領域の酸化膜、ソースドレイン
領域上の導電膜及びゲート電極の上面を段差がない連続
した平坦面に形成できることにより、極めて信頼性の高
い層間絶縁膜及び配線体を形成することもできる。この
結果、半導体基板を使用し、極めて低コストで、容易な
製造プロセスにより、高速、低電力、高信頼及び高性能
を併せ持つMIS電界効果トランジスタを有するSON
構造の半導体装置を得ることができる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
I will tell. FIG. 1 shows a first embodiment of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side sectional view of the example in the channel length direction, and FIG.
Schematic in the channel width direction of the first embodiment in the conductor device
FIG. 3 is a side sectional view, and FIG. 3 shows a second embodiment of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic side sectional view of an embodiment, and FIG.
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a third embodiment according to the present invention, and FIG.
FIG. 6 is a schematic sectional side view of a fourth embodiment of the apparatus,
5 is a schematic side sectional view of a fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention;
FIG. 7 is a schematic view of a sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 8 is a side sectional view, and FIG. 8 shows a seventh embodiment of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 9 is a schematic side sectional view of an embodiment, and FIG.
FIG. 10 is a schematic side sectional view of an eighth embodiment according to the present invention, and FIG.
FIG. 11 is a schematic side sectional view of a ninth embodiment of the body device,
10th Embodiment Channel in Semiconductor Device of Present Invention
FIG. 12 is a schematic side sectional view of the semiconductor device of the present invention.
Side sectional view of the tenth embodiment in the channel width direction
FIG. 13 and FIG. 13 show an eleventh embodiment of the semiconductor device of the present invention.
Schematic cross-sectional view of example (with lateral epitaxial silicon layer
FIG. 14 shows a first example of the semiconductor device of the present invention.
1 is a schematic cross-sectional side view (lateral epitaxial
FIG. 15 shows a semiconductor device of the present invention.
16 to 23 are schematic side sectional views of a twelfth embodiment.
Step cross section of first manufacturing method in semiconductor device of present invention
FIGS. 24 to 32 show a second example of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a step in the method for manufacturing Same object throughout all figures
Are indicated by the same reference numerals. However, the oblique lines in the side sectional view are mainly
To describe only the essential insulating film and to show the main part of the invention,
Horizontal and vertical sizes are not necessarily exact dimensions
Is not shown. 1 and 2 show a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 1 is a schematic side sectional view of the first embodiment (FIG.
In the long direction (Fig. 2 is the channel width direction), ordinary p-type silicon
Bridge-type epitaxial growth method (SB
E) Short channel formed on SON substrate grown
Includes N-channel MIS field-effect transistor
Shows a part of a semiconductor integrated circuit, where 1 is 10Fifteencm-3degree
P-type silicon substrate, 2 is a nitride film with a thickness of about 200 nm
(SiThreeNFour 3) vacancies (spaces) with a depth of about 200 nm,
4 is an oxide film (SiO 2) having a thickness of about 500 nm.Two, Vertical (vertical) direction
5) vertical (vertical) direction
Oriented epitaxial silicon layer, 6 is an acid with a thickness of about 10 nm
Oxide film (SiOTwoHoles and horizontal (horizontal) epitaxial
7 for horizontal (horizontal) with a thickness of about 100 nm
Epitaxial silicon layer (SON substrate), 8 is 1017
cm-3About n-type source / drain regions, 9 is 1020cm-3degree
N+ Type source / drain region, 10 has a thickness of about 200 nm
Oxide film (SiOTwo), 11 is a barrier metal (TiN) of about 20 nm
 ), 12 is a conductive film (W, metal source) about 200 nm thick
13) a gate oxide film with a thickness of about 12 nm
(SiOTwo/ TaTwoOFive ), 14 is about 10 nm barrier metal (TiN
 ), 15 are gate electrodes (Al) with a gate length of about 100 nm, 16
Is a phosphor silicate glass (PSG) film of about 800 nm, and 17 is about 20 nm
Barrier metal (TiN), 18 is a conductive plug (W), 19 is
Barium metal (TiN) of about 50nm, 20 is about 500nm of Al
Wiring, 21 indicates about 50 nm barrier metal (TiN)
You. In FIG. 1, a p-type silicon substrate 1 is selectively
Nitride film (SiThreeN Four 2) and oxide film (SiOTwo) 4
A pair of vertical (vertical) epitaxial silicon layers 5 between
And a pair of vertical (vertical) direction epitaxial
Between the silicon layers 5, a nitride film (SiThreeNFour ) 2 hole just above
Pace) 3, a pair of vertical (vertical) direction epi at both ends
In contact with the axial silicon layer 5,
The axial silicon layer 7 (SON substrate) is provided.
(Horizontal) epitaxial silicon layer 7 (SON)
A gate oxide film (SiOTwo/ TaTwoOFive ) 13
Via a gate electrode with barrier metal (TiN) 14
(Al) 15 is provided, and the gate electrode (Al) 15 is self-aligned.
In combination, the lateral (horizontal) direction epitaxial silicon layer 7
(SON substrate)+ And n-type source / drain regions
(9, 8) are provided and n+ Type source / drain region 9
In contact with both sides of the gate electrode (Al) 15, the gate oxide film
(SiOTwo/ TaTwoOFive ) 13 barrier metal (Ti
N) 11 conductive film (W, metal source drain region)
Region) 12 and an N-channel MI having a structure in which
An S field effect transistor is formed. (The present invention
Metal source / drain region is a silicon semiconductor
Compound between the impurity region formed on the substrate and the metal film [Sali
Side) and a conventional metal source / drain region
Is different from that of the metal film or alloy film only
Area. ) Therefore, use a normal semiconductor substrate
Vertical epitaxial silicon layer selectively formed
Lateral silicon over vacancies supported by
MIS field-effect transistor
Extremely low cost SON type because it can be formed
A semiconductor integrated circuit can be formed. Also, film thickness control
Easy to form fully depleted SON substrate, heat dissipation
Good, self-heatedI Phenomenon (traffic caused by temperature rise)
(Deterioration of transistor characteristics).
You. Most of the source / drain regions are formed on the SON substrate.
Therefore, the junction capacitance can be reduced. Also impure
The source / drain region with a conductive film provided on the object region
To reduce the resistance of the source / drain
It is also possible to reduce the load resistance. Ta with high dielectric constant
TwoOFive Can be used as a gate oxide film.
The thickness of the gate electrode and the SON substrate can be very small.
It is also possible to improve current leakage and reduce gate capacitance.
Sources requiring high-temperature heat treatment to activate impurity regions
Drain region is self-aligned before gate electrode formation
A gate made of a low-resistance low-melting-point metal
Since electrodes can be formed, the resistance of the gate electrode wiring can be reduced.
Noh. Also, the oxide film of the element isolation region, the source / drain
Continuous without step on top surface of conductive film and gate electrode on region
It can be formed on a flat surface
In addition, a thin interlayer insulating film and a wiring body can be formed. this
As a result, using a semiconductor substrate, extremely low cost, easy
High speed, low power, high reliability and high performance depending on the manufacturing process
Having a MIS field-effect transistor combined with
A semiconductor device having a structure can be obtained.

【0007】図3は本発明の半導体装置における第2の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板に形成したショートチャネルのNチ
ャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体集積
回路の一部を示しており、1〜21は図1と同じ物を示し
ている。同図においては、一対の縦方向エピタキシャル
シリコン層が設けられる替わりに、片側のみに縦方向エ
ピタキシャルシリコン層5が設けられ、この縦方向エピ
タキシャルシリコン層5に一端を接して、横方向エピタ
キシャルシリコン層7(SON基板)が設けられている
以外は図1と同じ構造のNチャネルのMIS電界効果ト
ランジスタが形成されている。本実施例においても、第
1の実施例と同じ効果を得ることができる。
FIG. 3 is a schematic side sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. The semiconductor device is formed on a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE) using a normal p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor. Reference numerals 1 to 21 denote the same components as those in FIG. In this figure, instead of providing a pair of vertical epitaxial silicon layers, a vertical epitaxial silicon layer 5 is provided only on one side, and one end of the vertical epitaxial silicon layer 5 An N-channel MIS field-effect transistor having the same structure as that of FIG. 1 except that an (SON substrate) is provided is formed. In this embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

【0008】図4は本発明の半導体装置における第3の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板に形成したショートチャネルのNチ
ャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体集積
回路の一部を示しており、1〜9、16〜21は図1と同じ
物を、22はゲート酸化膜(SiO2)、23はゲート電極(po
lySi/WSi)、24はサイドウオール(SiO2)、25は不純
物ブロック用酸化膜(SiO2)を示している。同図におい
ては、図1と同じ構造の一対の縦方向エピタキシャルシ
リコン層5及び横方向エピタキシャルシリコン層7(S
ON基板)が設けられ、この横方向エピタキシャルシリ
コン層7に、通常のサイドウオール24を利用したLDD
型のNチャネルのMIS電界効果トランジスタが形成さ
れている。本実施例においては、ゲート電極及びソース
ドレイン領域の抵抗は低減できず且つソースドレイン領
域への導電プラグのコンタクト抵抗はやや増大するもの
の、第1の実施例とほぼ同じ効果を得ることができる慣
例的なNチャネルのMIS電界効果トランジスタを形成
できる。
FIG. 4 is a schematic side sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, which is formed on a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE) using a normal p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an N-channel MIS field-effect transistor of a short channel, 1 to 9, 16 to 21 are the same as those in FIG. 1, 22 is a gate oxide film (SiO 2 ), and 23 is Gate electrode (po
lySi / WSi), 24 denotes a sidewall (SiO 2 ), and 25 denotes an impurity blocking oxide film (SiO 2 ). In the figure, a pair of vertical epitaxial silicon layers 5 and horizontal epitaxial silicon layers 7 (S
ON substrate), and an LDD using a normal sidewall 24 is provided on the lateral epitaxial silicon layer 7.
N-channel MIS field-effect transistor is formed. In this embodiment, although the resistance of the gate electrode and the source / drain region cannot be reduced and the contact resistance of the conductive plug to the source / drain region slightly increases, the same effect as in the first embodiment can be obtained. N-channel MIS field-effect transistor can be formed.

【0009】図5は本発明の半導体装置における第4の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板に形成したショートチャネルのNチ
ャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体集積
回路の一部を示しており、1〜6、8、9、16〜25は図
1及び図4と同じ物を、26は第1の横方向エピタキシャ
ルシリコン層(SON基板)、27は第2の横方向エピタ
キシャルシリコン層(SON基板)、28は酸化膜(Si
O2)、29は酸化膜(SiO2、エッチングストッパー膜)を
示している。同図においては、一対の縦方向エピタキシ
ャルシリコン層5が設けられ、この一対の縦方向エピタ
キシャルシリコン層5間に、膜厚の厚い第1の横方向エ
ピタキシャルシリコン層(ソースドレイン領域形成用の
SON基板)26が両側から途中まで設けられ、さらにこ
の第1の横方向エピタキシャルシリコン層26間に、膜厚
の薄い第2の横方向エピタキシャルシリコン層(チャネ
ル領域形成用のSON基板であるが、このSON基板に
自己整合してゲート電極を形成できないため、ソースド
レイン領域の一部が拡散される)27が設けられ、この2
ステップの空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)に
よる第1及び第2の横方向エピタキシャルシリコン層
(26、27)に、通常のサイドウオール24を利用したLD
D型のNチャネルのMIS電界効果トランジスタが形成
されている。本実施例においては、ソースドレイン領域
への導電プラグのコンタクト抵抗が厚いSON基板によ
り改善され、ゲート電極及びソースドレイン領域の抵抗
は低減できず且つ接合容量もやや増加するが、第1の実
施例とほぼ同じ効果を得ることができる慣例的なNチャ
ネルのMIS電界効果トランジスタを形成できる。
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. The semiconductor device is formed on a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE) using a normal p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor, wherein 1 to 6, 8, 9, 16 to 25 are the same as those in FIGS. A lateral epitaxial silicon layer (SON substrate), 27 is a second lateral epitaxial silicon layer (SON substrate), and 28 is an oxide film (Si substrate).
O 2 ) and 29 indicate oxide films (SiO 2 , etching stopper films). In the figure, a pair of vertical epitaxial silicon layers 5 is provided, and a thick first horizontal epitaxial silicon layer (SON substrate for forming source / drain regions) is provided between the pair of vertical epitaxial silicon layers 5. ) 26 are provided halfway from both sides, and a thin second lateral epitaxial silicon layer (which is a SON substrate for forming a channel region, is formed between the first lateral epitaxial silicon layers 26). Since a gate electrode cannot be formed by self-alignment with the substrate, a part of the source / drain region is diffused).
An LD using a normal sidewall 24 is applied to the first and second lateral epitaxial silicon layers (26, 27) formed by the stepwise spatial bridge epitaxial growth method (SBE).
A D-type N-channel MIS field-effect transistor is formed. In the present embodiment, the contact resistance of the conductive plug to the source / drain region is improved by the thick SON substrate, the resistance of the gate electrode and the source / drain region cannot be reduced, and the junction capacitance slightly increases. A conventional N-channel MIS field-effect transistor capable of obtaining substantially the same effect as described above can be formed.

【0010】図6は本発明の半導体装置における第5の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板に形成したショートチャネルのNチ
ャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体集積
回路の一部を示しており、1〜6、8、9、16〜27は図
1、図4及び図5と同じ物を、30は埋め込み窒化膜(Si
3N4 )を示している。同図においては、膜厚の厚い第1
の横方向エピタキシャルシリコン層(ソースドレイン領
域形成用のSOI基板)26下には窒化膜(Si3N4 )30を
埋め込み、膜厚の薄い第2の横方向エピタキシャルシリ
コン層(チャネル領域形成用のSON基板であるが、こ
のSON基板に自己整合してゲート電極を形成できない
ため、ソースドレイン領域の一部が拡散される)27は空
孔上に設け、この2ステップの空間橋状エピタキシャル
成長法による第1及び第2の横方向エピタキシャルシリ
コン層(26、27)に、通常のサイドウオール24を利用し
たLDD型のNチャネルのMIS電界効果トランジスタ
が形成されている。本実施例においても、ソースドレイ
ン領域への導電プラグのコンタクト抵抗が厚いSOI基
板により改善され、ゲート電極及びソースドレイン領域
の抵抗は低減できず且つ接合容量もやや増加するが、第
1の実施例とほぼ同じ効果を得ることができる慣例的な
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを形成でき
る。
FIG. 6 is a schematic side sectional view of a fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device is formed on a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE) using a normal p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor, wherein 1 to 6, 8, 9, 16 to 27 are the same as those in FIGS. 1, 4 and 5, and 30 is Buried nitride film (Si
3 N 4 ). In FIG.
A nitride film (Si 3 N 4 ) 30 is buried under the lateral epitaxial silicon layer (SOI substrate for forming the source / drain region) 26 of FIG. Although a SON substrate is used, a part of the source / drain region is diffused because a gate electrode cannot be formed in a self-aligned manner with the SON substrate. On the first and second lateral epitaxial silicon layers (26, 27), an LDD type N-channel MIS field effect transistor utilizing a normal sidewall 24 is formed. Also in the present embodiment, the contact resistance of the conductive plug to the source / drain region is improved by the thick SOI substrate, the resistance of the gate electrode and the source / drain region cannot be reduced, and the junction capacitance slightly increases. A conventional N-channel MIS field-effect transistor capable of obtaining substantially the same effect as described above can be formed.

【0011】図7は本発明の半導体装置における第6の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板下の空孔に酸化膜を埋め込み、SO
I構造化したSOI基板に形成したショートチャネルの
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体
集積回路の一部を示しており、1、2、4〜21は図1と
同じ物を、31は埋め込み酸化膜(SiO2)を示している。
同図においては、空孔3が埋め込み酸化膜(SiO2)31に
より埋め込まれ、ゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )13を介
して、バリアメタル(TiN )14を有するゲート電極(A
l)15が設けられた直下部のみに横方向エピタキシャル
シリコン層(SOI基板)7が設けられ、この横方向エ
ピタキシャルシリコン層7にチャネル領域及び微細なn
+ 型及びn型ソースドレイン領域(9、8)が設けら
れ、このn+型ソースドレイン領域9に接してバリアメ
タル(TiN )11を有する導電膜(W、メタルソースドレ
イン領域)12が設けられている以外は図1とほぼ同じ構
造を有するNチャネルのMIS電界効果トランジスタが
形成されている。本実施例においては、第1の実施例と
ほぼ同じ効果を得ることができること以外にソースドレ
イン領域の大部分を厚膜の低抵抗の導電膜で形成できる
ため、さらなる低抵抗化及び接合容量の低減が可能であ
り、また高価な貼り合わせSOIウエハーを使用するこ
となく、SOI構造のNチャネルのMIS電界効果トラ
ンジスタを形成できる。
FIG. 7 is a schematic side sectional view of a sixth embodiment of the semiconductor device according to the present invention, which is an empty space under a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE) using a normal p-type silicon substrate. An oxide film is buried in the hole, SO
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor formed on an I-structured SOI substrate, wherein 1, 2 and 4 to 21 are the same as those in FIG. An oxide film (SiO 2 ) is shown.
In the figure, the holes 3 are filled with a buried oxide film (SiO 2 ) 31, and a gate electrode (A) having a barrier metal (TiN) 14 is interposed via a gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 13.
l) A lateral epitaxial silicon layer (SOI substrate) 7 is provided only directly below the area where 15 is provided, and a channel region and fine n
+ Type and n type source / drain regions (9, 8) are provided, and a conductive film (W, metal source / drain region) 12 having a barrier metal (TiN) 11 is provided in contact with the n + type source / drain region 9. An N-channel MIS field-effect transistor having substantially the same structure as that of FIG. 1 is formed. In this embodiment, almost the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and most of the source / drain regions can be formed of a thick low-resistance conductive film. An N-channel MIS field-effect transistor having an SOI structure can be formed without using an expensive bonded SOI wafer.

【0012】図8は本発明の半導体装置における第7の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板下の空孔に酸化膜を埋め込み、SO
I構造化したSOI基板に形成したショートチャネルの
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体
集積回路の一部を示しており、1、2、4〜9、16〜2
5、31は図1、図4及び図7と同じ物を示している。同
図においては、空孔3が埋め込み酸化膜(SiO2)31によ
り埋め込まれている以外は図4と同じ構造のSOI型の
NチャネルのMIS電界効果トランジスタが形成されて
いる。本実施例においては、第3の実施例とほぼ同じ効
果を得ることができる。
FIG. 8 is a schematic side sectional view of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the seventh embodiment uses a normal p-type silicon substrate and is grown under a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE). An oxide film is buried in the hole, SO
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor formed on an I-structured SOI substrate, and includes 1, 2, 4 to 9, and 16 to 2
Reference numerals 5 and 31 denote the same components as those in FIGS. 1, 4 and 7. 4, an SOI N-channel MIS field-effect transistor having the same structure as that of FIG. 4 is formed except that the holes 3 are filled with a buried oxide film (SiO 2 ) 31. In this embodiment, substantially the same effects as in the third embodiment can be obtained.

【0013】図9は本発明の半導体装置における第8の
実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を使
用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)により
成長したSON基板下の空孔に酸化膜を埋め込み、SO
I構造化したSOI基板に形成したショートチャネルの
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体
集積回路の一部を示しており、1、2、4〜21は図1と
同じ物を、32はp+ 型不純物領域、33は下層ゲート酸化
膜(SiO2)、34は下層ゲート電極(W)を示している。
同図においては、窒化膜(Si3N4 )2上に、一部にp+
型不純物領域が形成された縦方向エピタキシャルシリコ
ン層5に接続され、ソース領域と同じ電圧が印加された
下層ゲート電極(W)34が設けられ、空孔3が比較的薄
い下層ゲート酸化膜(SiO2)33により埋め込まれている
以外は図7とほぼ同じ構造を有するNチャネルのMIS
電界効果トランジスタが形成されている。本実施例にお
いては、第6の実施例とほぼ同じ効果を得ることができ
ること以外にバックチャネルリークを完全に抑制するこ
とが可能である。また本実施例においては、下層ゲート
電極にソース領域と同じ電圧を印加しているが、上層の
ゲート電極と接続させるように変形しても差し支えな
い。
FIG. 9 is a schematic side sectional view of an eighth embodiment of the semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device according to the eighth embodiment uses an ordinary p-type silicon substrate and is grown under a SON substrate grown by a spatial bridge epitaxial growth method (SBE). An oxide film is buried in the hole, SO
A part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor formed on an I-structured SOI substrate is shown. Reference numerals 1, 2, 4 to 21 are the same as those in FIG. A + type impurity region, 33 indicates a lower gate oxide film (SiO 2 ), and 34 indicates a lower gate electrode (W).
In the figure, p + is partially formed on the nitride film (Si 3 N 4 ) 2.
A lower gate electrode (W) 34 connected to the vertical epitaxial silicon layer 5 in which the type impurity region is formed, to which the same voltage as that of the source region is applied, and a lower gate oxide film (SiO 2 ) N-channel MIS having almost the same structure as that of FIG.
A field effect transistor is formed. In the present embodiment, it is possible to completely suppress back channel leak, in addition to obtaining substantially the same effect as the sixth embodiment. In this embodiment, the same voltage as that of the source region is applied to the lower gate electrode, but the lower gate electrode may be modified so as to be connected to the upper gate electrode.

【0014】図10は本発明の半導体装置における第9
の実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板を
使用し、空間橋状エピタキシャル成長法(SBE)によ
り成長したSON基板下の空孔に酸化膜を埋め込み、S
OI構造化したSOI基板に形成したショートチャネル
のNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導
体集積回路の一部を示しており、1、2、4、6〜21、
31は図1及び図7と同じ物を、35は埋め込み酸化膜(Si
O2)を示している。同図においては、縦方向エピタキシ
ャルシリコン層5が除去され、替わりに酸化膜35が埋め
込まれ、メタルソースドレイン領域が絶縁膜で島状に分
離されている以外は図7とほぼ同じ構造を有するNチャ
ネルのMIS電界効果トランジスタが形成されている。
本実施例においては、第6の実施例とほぼ同じ効果を得
ることができること以外にソースドレイン領域の接合容
量のさらなる低減(概略零)が可能である。
FIG. 10 shows a ninth semiconductor device according to the present invention.
In the schematic side cross-sectional view of the embodiment, an ordinary p-type silicon substrate is used, and an oxide film is buried in holes under the SON substrate grown by the space-bridge epitaxial growth method (SBE).
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field-effect transistor formed on an SOI substrate having an OI structure, and includes 1, 2, 4, 6 to 21,
31 is the same as in FIGS. 1 and 7, and 35 is a buried oxide film (Si
O 2 ). 7, the vertical epitaxial silicon layer 5 is removed, an oxide film 35 is buried in place, and the metal source / drain region is substantially the same as that of FIG. A channel MIS field effect transistor is formed.
In this embodiment, substantially the same effect as in the sixth embodiment can be obtained, and the junction capacitance of the source / drain region can be further reduced (substantially zero).

【0015】図11及び図12は本発明の半導体装置に
おける第10の実施例の模式側断面図(図11はチャネ
ル長方向、図12はチャネル幅方向)で、通常のp型シ
リコン基板を使用し、空間橋状エピタキシャル成長法
(SBE)により成長したSON基板下の空孔にゲート
酸化膜を介してバリアメタルを有するゲート電極を埋め
込み、SOI構造化した変形SOI基板に形成したショ
ートチャネルのNチャネルのMIS電界効果トランジス
タを含む半導体集積回路の一部を示しており、1、2、
4〜9、11〜14、16〜21、29は図1及び図5と同じ物
を、36はチャネル領域包囲型ゲート電極(W)、37は埋
め込み窒化膜(Si3N4 )、52は酸化膜(SiO2)を示して
いる。同図においては、縦方向エピタキシャルシリコン
層5の大部分が除去され、替わりに窒化膜(Si3N4 )37
及びバリアメタル11を有するメタルソースドレイン領域
(W)12が埋め込まれ、横方向エピタキシャルシリコン
層(変形SOI基板)7にはチャネル領域及び微細なn
+ 型及びn型ソースドレイン領域(9、8)が設けら
れ、横方向エピタキシャルシリコン層(変形SOI基
板)7をゲート酸化膜13を介してバリアメタル14を有す
るゲート電極36が包囲して設けられている構造からなる
NチャネルのMIS電界効果トランジスタが形成されて
いる。本実施例においては、第1の実施例とほぼ同じ効
果を得ることができること以外にすべてのチャネル(フ
ロントチャネル、バックチャネル及びサイドチャネル)
を制御することが可能で、より高速化及び高性能化が達
成できる。
FIGS. 11 and 12 are schematic side sectional views of a semiconductor device according to a tenth embodiment of the present invention (FIG. 11 shows a channel length direction, and FIG. 12 shows a channel width direction), using a normal p-type silicon substrate. Then, a gate electrode having a barrier metal is buried through a gate oxide film in a hole under the SON substrate grown by the spatial bridge epitaxial growth method (SBE) to form an N-channel of a short channel formed on a deformed SOI substrate having an SOI structure. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a MIS field-effect transistor of FIG.
4 to 9, 11 to 14, 16 to 21, and 29 are the same as those in FIGS. 1 and 5, 36 is a gate electrode surrounding the channel region (W), 37 is a buried nitride film (Si 3 N 4 ), and 52 is An oxide film (SiO 2 ) is shown. In the figure, most of the vertical epitaxial silicon layer 5 is removed, and instead, a nitride film (Si 3 N 4 ) 37 is formed.
And a metal source / drain region (W) 12 having a barrier metal 11 and a channel region and a fine n are formed in the lateral epitaxial silicon layer (deformed SOI substrate) 7.
+ -Type and n-type source / drain regions (9, 8) are provided, and a gate electrode 36 having a barrier metal 14 is provided so as to surround a lateral epitaxial silicon layer (modified SOI substrate) 7 via a gate oxide film 13. An N-channel MIS field-effect transistor having the above structure is formed. In this embodiment, all the channels (front channel, back channel, and side channel) can be obtained except that substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Can be controlled, and higher speed and higher performance can be achieved.

【0016】図13及び図14は本発明の半導体装置に
おける第11の実施例の模式側断面図(図13は横方向
エピタキシャルシリコン層に沿う方向、図14は横方向
エピタキシャルシリコン層に垂直方向)で、通常のp型
シリコン基板を使用し、空間橋状エピタキシャル成長法
(SBE)により成長したSON基板下の空孔にn+
の不純物がドープされたpolySiを埋め込み、SOI構造
化したSOI基板に形成したバイポーラトランジスタを
含む半導体集積回路の一部を示しており、1、2、4、
16〜21は図1と同じ物を、38は埋め込み低抵抗層(n+
型の不純物がドープされたpolySi)、39はn+ 型コレク
ター領域、40はn- 型コレクター領域、41はp型ベース
領域、42はp+ 型ベースコンタクト領域、43はn+ 型エ
ミッター領域、44は側壁絶縁膜(SiO2)、45はコレクタ
ーコンタクト領域(W)を示している。同図において
は、縦方向エピタキシャルシリコン層5が除去され、替
わりに窒化膜(Si3N4 )37が埋め込まれ、絶縁膜により
島状に絶縁分離された横方向エピタキシャルシリコン層
7にn+ 型コレクター領域(空孔に埋め込まれたn+
の不純物がドープされたpolySiから不純物が拡散して形
成された領域)39、n- 型コレクター領域40、p型ベー
ス領域41、p+ 型ベースコンタクト領域42、n+ 型エミ
ッター領域43、がそれぞれ形成され、横方向エピタキシ
ャルシリコン層7直下に形成された空孔には低抵抗層と
なるn+ 型の不純物がドープされたpolySi38が埋め込ま
れ、この埋め込み低抵抗層38はコレクターコンタクト領
域(W)45に接続されているSOI構造のバイポーラト
ランジスタが形成されている。本実施例においては、従
来の不純物による埋め込み低抵抗層の形成後のエピタキ
シャルシリコン層の形成時における、制御が難かしい不
純物領域のはい上がり工程を除去することにより、ベー
ス幅及びコレクター幅を微細に制御よく形成できるた
め、高性能且つ高速なSOI構造のバイポーラトランジ
スタを形成することが可能である。
FIGS. 13 and 14 are schematic side sectional views of an eleventh embodiment of the semiconductor device of the present invention (FIG. 13 is a direction along the lateral epitaxial silicon layer, and FIG. 14 is a direction perpendicular to the lateral epitaxial silicon layer). Then, using an ordinary p-type silicon substrate, buried poly-silicon doped with n + -type impurities into vacancies under the SON substrate grown by spatial bridge epitaxial growth (SBE) to form an SOI substrate having an SOI structure. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a formed bipolar transistor, and includes 1, 2, 4,.
16 to 21 are the same as those in FIG. 1, and 38 is a buried low resistance layer (n +
39 is an n + -type collector region, 40 is an n -type collector region, 41 is a p-type base region, 42 is a p + -type base contact region, 43 is an n + -type emitter region, 44 indicates a side wall insulating film (SiO 2 ), and 45 indicates a collector contact region (W). In the figure, the vertical epitaxial silicon layer 5 is removed, a nitride film (Si 3 N 4 ) 37 is buried in place, and the lateral epitaxial silicon layer 7 which is insulated and isolated in an island shape by an insulating film is n + type. Collector region (region formed by diffusing impurities from poly-Si doped with n + -type impurities embedded in holes) 39, n -type collector region 40, p-type base region 41, p + -type base contact A region 42 and an n + -type emitter region 43 are respectively formed, and polySi 38 doped with an n + -type impurity to be a low-resistance layer is buried in a hole formed immediately below the lateral epitaxial silicon layer 7. In the buried low resistance layer 38, a bipolar transistor having an SOI structure connected to the collector contact region (W) 45 is formed. In this embodiment, the base width and the collector width can be reduced by removing the step of raising the impurity region, which is difficult to control, when forming the epitaxial silicon layer after the conventional formation of the buried low-resistance layer by the impurity. Since the transistor can be formed with good control, a high-performance and high-speed bipolar transistor having an SOI structure can be formed.

【0017】図15は本発明の半導体装置における第1
2の実施例の模式側断面図で、通常のp型シリコン基板
を使用し、p型シリコン基板にトレンチを形成すること
により設けた縦方向のシリコン基板の柱を利用し、空間
橋状エピタキシャル成長法(SBE)により成長したS
ON基板に形成したショートチャネルのNチャネルのM
IS電界効果トランジスタを含む半導体集積回路の一部
を示しており、1〜4、6〜21は図1と同じ物を示して
いる。同図においては、縦方向エピタキシャルシリコン
層を形成せずに、p型シリコン基板にトレンチを形成す
ることにより設けた縦方向のシリコン基板の柱を利用
し、このシリコン基板の柱の側面の一部に形成した横方
向エピタキシャルシリコン層をSON基板としている以
外は図1と同じ構造を有するNチャネルのMIS電界効
果トランジスタが形成されている。本実施例において
も、第1の実施例と同じ効果を得ることが可能である。
また図示はされていないが、空孔を絶縁膜で埋め込みS
OI構造に変形することも可能である。
FIG. 15 shows a first example of the semiconductor device of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional side view of the second embodiment, using a normal p-type silicon substrate, and utilizing a vertical silicon substrate column formed by forming a trench in the p-type silicon substrate, using a spatial bridge-like epitaxial growth method. S grown by (SBE)
N channel M of short channel formed on ON substrate
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an IS field-effect transistor, and 1 to 4 and 6 to 21 show the same thing as FIG. In the same drawing, a vertical silicon substrate column provided by forming a trench in a p-type silicon substrate without using a vertical epitaxial silicon layer is used, and a part of the side surface of the silicon substrate column is used. An N-channel MIS field-effect transistor having the same structure as that of FIG. 1 except that the lateral epitaxial silicon layer formed in FIG. Also in the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
Although not shown, the holes are filled with an insulating film.
It is also possible to transform into an OI structure.

【0018】上記実施例の説明においては、Nチャネル
のMIS電界効果トランジスタについて説明している
が、PチャネルのMIS電界効果トランジスタに適用し
てもよい(ただし、ホットキャリア効果を考慮しなくて
よいため、低濃度のソースドレイン領域を設ける必要が
ない)し、C−MOS及びバイC−MOSに適用するこ
とも可能であるし、またトランジスタ以外の半導体素子
を形成することも可能である。また縦方向エピタキシャ
ル半導体層と横方向エピタキシャル半導体層をシリコン
層としているが、シリコン層には限らないし、また縦方
向エピタキシャル半導体層と横方向エピタキシャル半導
体層が異なるいわゆるヘテロ接合を形成していても本願
発明は成立する。またメタルソースドレイン領域、ゲー
ト電極、バリアメタル、導電プラグ、ゲート絶縁膜、配
線等は上記実施例に限定されず、同様の特性を有する材
料であれば、どのような材料を使用しても差し支えな
い。
In the above embodiment, an N-channel MIS field-effect transistor has been described. However, the present invention may be applied to a P-channel MIS field-effect transistor (however, it is not necessary to consider the hot carrier effect). Therefore, it is not necessary to provide a low-concentration source / drain region), the present invention can be applied to a C-MOS and a bi-C-MOS, and a semiconductor element other than a transistor can be formed. Although the vertical epitaxial semiconductor layer and the lateral epitaxial semiconductor layer are silicon layers, the present invention is not limited to the silicon layer. The invention holds. The metal source / drain region, gate electrode, barrier metal, conductive plug, gate insulating film, wiring, etc. are not limited to those in the above embodiment, and any material having similar characteristics may be used. Absent.

【0019】次いで本発明に係る半導体装置における第
1の製造方法の実施例について、図16〜図23及び図
1を参照して説明し、第2の製造方法の実施例につい
て、図24〜図32及び図11を参照して説明する。た
だし、ここでは本発明の半導体装置の形成に関する製造
方法のみを記述し、一般の半導体集積回路に搭載される
各種の素子(他のトランジスタ、抵抗、容量等)の形成
に関する製造方法の記述は省略する。
Next, an embodiment of a first manufacturing method in a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 23 and FIG. 1, and an embodiment of a second manufacturing method will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG. However, here, only the manufacturing method relating to the formation of the semiconductor device of the present invention is described, and description of the manufacturing method relating to the formation of various elements (other transistors, resistors, capacitors, etc.) mounted on a general semiconductor integrated circuit is omitted. I do.

【0020】第1の製造方法の実施例について説明す
る。 図16 p型のシリコン基板1に化学気相成長により、500nm 程
度の窒化膜(Si3N4) 2を成長する。次いで通常のフォト
リソグラフィー技術を利用し、レジスト(図示せず)を
マスク層として、窒化膜(Si3N4) 2を異方性ドライエッ
チングする。次いでレジスト(図示せず)を除去する。
次いで化学気相成長により、500nm 程度の酸化膜(Si
O2)4を成長する。次いで窒化膜(Si3N4) 2上に積層し
た酸化膜(SiO2)4を化学的機械研磨(hemica
echanicl ol−ishing 以後
CMPと略称する)し、平坦化する。 図17 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及び酸化膜(SiO2)4をマスク層とし
て、窒化膜(Si3N4) 2を選択的に異方性ドライエッチン
グし、p型のシリコン基板1の開孔部を形成する。次い
でレジスト(図示せず)を除去する。次いで露出したp
型のシリコン基板1上に縦(垂直)方向にエピタキシャ
ルシリコン層5を形成する。次いで平坦面より突出した
エピタキシャルシリコン層5を化学的機械研磨(CM
P)し、平坦化する。 図18 次いで窒化膜(Si3N4) 2を100nm 程度異方性ドライエッ
チングする。(この窒化膜のエッチング膜厚が横(水
平)方向エピタキシャルシリコン層の膜厚を決定するの
で、窒化膜のエッチング膜厚を少なくすれば、さらに薄
膜の横(水平)方向エピタキシャルシリコン層を精度よ
く形成することが可能である。)次いでスパッタによ
り、10nm程度のTiN 46を成長する。次いでTiN 46を異方
性ドライエッチングし、縦方向エピタキシャルシリコン
層5の側壁にのみTiN 46を残す。次いで、残された窒化
膜(Si3N4) 2を200nm 程度等方性ドライエッチングし、
TiN 31下の縦方向エピタキシャルシリコン層5の側面の
一部を露出する。次いで露出した縦方向エピタキシャル
シリコン層5の上面及び側面に10nm程度の熱酸化膜(Si
O2)を成長する。 図19 次いで側壁に残されたTiN 46を等方性ドライエッチング
する。次いで露出した縦方向エピタキシャルシリコン層
5の側面に、空間上を橋渡しするように、横(水平)方
向エピタキシャルシリコン層7を成長する。こうして下
地に影響されず、シリコンウエハー並に結晶欠陥が極め
て少ないエピタキシャルシリコン層7(SON基板とな
る)が空孔(スペース)3上に形成される。次いでイオ
ン注入用に10nm程度の酸化膜(SiO2)を成長する。次いで
閾値電圧の制御用の硼素をSON基板7にイオン注入す
る。次いでイオン注入用の酸化膜を化学的機械研磨(C
MP)し、平坦化する。 図20 次いで化学気相成長により、200nm 程度の酸化膜(SiO2)
10を成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術
を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層として、酸
化膜(SiO2)10を異方性ドライエッチングし、SON基板
7を選択的に露出する。次いでレジスト(図示せず)を
除去する。次いでイオン注入用に10nm程度の酸化膜(SiO
2)を成長する。次いで酸化膜10をマスク層として、燐を
イオン注入する。次いで 800℃程度のN2アニールを加え
ることにより横方向に拡散させ、n型ソースドレイン領
域8を形成する。次いで砒素をイオン注入する。次いで
800℃程度のN2アニールを加えることにより、若干の横
方向拡散を含むn+ 型ソースドレイン領域9を形成す
る。(2回のアニールをおこなわずに、800 ℃程度のア
ニールだけで、燐と砒素の拡散係数の差により横方向拡
散の制御をおこなってもよい。)次いでイオン注入用の
酸化膜(SiO2)を異方性ドライエッチングする。 図21 次いでスパッタにより、20nm程度のTiN 11を成長する。
次いで化学気相成長により、タングステン膜(W)12を
成長する。次いで化学的機械研磨(CMP)し、開孔部
にTiN 11及びタングステン膜(W)12を埋め込み、n+
型ソースドレイン領域9上にバリアメタル(TiN )11を
有するメタルソースドレイン領域(W)12を形成する。 図22 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及びバリアメタル(TiN )11を有する
メタルソースドレイン領域(W)12をマスク層として、
酸化膜10を選択的に異方性ドライエッチングし、ゲート
電極形成用の開孔部を形成する。次いでレジスト(図示
せず)を除去する。次いで12nm程度のゲート酸化膜13
(SiO2/Ta2O5 )を成長する。次いで10nm程度のバリア
メタル(TiN )14及びゲート電極となるAl15を連続スパ
ッタにより成長する。次いで化学的機械研磨(CMP)
によりゲート電極形成用の開孔部に埋め込み、ゲート酸
化膜13(SiO2/Ta2O5 )、バリアメタル(TiN )14及び
ゲート電極(Al)15からなる埋め込みゲート電極構造を
形成する。この際不要部のAl15、バリアメタル(TiN)1
4及びゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )13も除去される。 図23 次いで化学気相成長により、800nm 程度の燐珪酸ガラス
(PSG )膜16を成長する。次いで通常のフォトリソグラ
フィー技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層
として、PSG膜16を異方性ドライエッチングして選択
的にコンタクトホールを開孔する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。次いでスパッタにより、バリアメ
タルとなるTiN 17を成長する。次いで化学気相成長によ
り、タングステン膜(W)18を成長する。次いで化学的
機械研磨(CMP)によりコンタクトホールに埋め込
み、導電プラグ(W)18を形成する。 図1 次いでスパッタにより、50nm程度のバリアメタルとなる
TiN 19、500nm 程度の配線となるAl(数%のCuを含む)
20、50nm程度のバリアメタルとなるTiN 21を順次成長す
る。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、
レジスト(図示せず)をマスク層として、バリアメタル
(TiN )21、Al(数%のCuを含む)20及びバリアメタル
(TiN )19を順次異方性ドライエッチングしてAl配線20
を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除去して、
空間橋状構造のエピタキシャルシリコン層をSON基板
とするNチャネルのMIS電界効果トランジスタを完成
する。
An embodiment of the first manufacturing method will be described. FIG. 16 A nitride film (Si 3 N 4 ) 2 of about 500 nm is grown on a p-type silicon substrate 1 by chemical vapor deposition. Next, the nitride film (Si 3 N 4 ) 2 is anisotropically dry-etched using a normal photolithography technique with a resist (not shown) as a mask layer. Next, the resist (not shown) is removed.
Next, an oxide film (Si
O 2 ) grow 4; Then the nitride film (Si 3 N 4) 2 was laminated on the oxide film (SiO 2) 4 chemical mechanical polishing (C hemica
l M echanicl referred to as P ol-ishing after CMP), and is flattened. Next, using a resist (not shown) and an oxide film (SiO 2 ) 4 as a mask layer, the nitride film (Si 3 N 4 ) 2 is selectively anisotropically dry-etched using a normal photolithography technique. , An opening of the p-type silicon substrate 1 is formed. Next, the resist (not shown) is removed. Then exposed p
An epitaxial silicon layer 5 is formed on a silicon substrate 1 in a vertical direction. Next, the epitaxial silicon layer 5 protruding from the flat surface is subjected to chemical mechanical polishing (CM).
P) and flatten. Next, the nitride film (Si 3 N 4 ) 2 is anisotropically dry-etched by about 100 nm. (Since the etching thickness of the nitride film determines the thickness of the lateral (horizontal) epitaxial silicon layer, the thinner the etching thickness of the nitride film, the more accurate the lateral (horizontal) epitaxial silicon layer of the thin film becomes. Next, TiN 46 of about 10 nm is grown by sputtering. Next, the TiN 46 is anisotropically dry-etched to leave the TiN 46 only on the side walls of the vertical epitaxial silicon layer 5. Next, the remaining nitride film (Si 3 N 4 ) 2 is isotropically dry-etched about 200 nm,
A part of the side surface of the vertical epitaxial silicon layer 5 under the TiN 31 is exposed. Next, a thermal oxide film (Si) of about 10 nm is formed on the upper and side surfaces of the exposed vertical epitaxial silicon layer 5.
O 2 ) grow. FIG. 19 Next, the TiN 46 remaining on the side wall is subjected to isotropic dry etching. Next, a lateral (horizontal) direction epitaxial silicon layer 7 is grown on the exposed side surface of the vertical epitaxial silicon layer 5 so as to bridge the space. In this way, an epitaxial silicon layer 7 (which becomes an SON substrate) having an extremely small number of crystal defects similar to a silicon wafer without being affected by the underlayer is formed on the holes (spaces) 3. Next, an oxide film (SiO 2 ) of about 10 nm is grown for ion implantation. Next, boron for controlling the threshold voltage is ion-implanted into the SON substrate 7. Next, the oxide film for ion implantation is chemically mechanically polished (C
MP) and flatten. FIG. 20 Next, an oxide film (SiO 2 ) of about 200 nm is formed by chemical vapor deposition.
Grow 10 Next, the oxide film (SiO 2 ) 10 is anisotropically dry-etched using a resist (not shown) as a mask layer by using a usual photolithography technique to selectively expose the SON substrate 7. Next, the resist (not shown) is removed. Next, an oxide film (SiO
2 ) Grow. Next, phosphorus is ion-implanted using the oxide film 10 as a mask layer. Next, N 2 annealing at about 800 ° C. is performed to diffuse in the lateral direction, thereby forming an n-type source / drain region 8. Next, arsenic is ion-implanted. Then
By performing N 2 annealing at about 800 ° C., an n + -type source / drain region 9 including a slight lateral diffusion is formed. (The lateral diffusion may be controlled by the difference between the diffusion coefficients of phosphorus and arsenic only by annealing at about 800 ° C. without performing annealing twice.) Then, an oxide film for ion implantation (SiO 2 ) Is anisotropically dry-etched. FIG. 21 Then, about 20 nm of TiN 11 is grown by sputtering.
Next, a tungsten film (W) 12 is grown by chemical vapor deposition. Next, chemical mechanical polishing (CMP) is performed, and TiN 11 and a tungsten film (W) 12 are buried in the opening, and n +
A metal source / drain region (W) 12 having a barrier metal (TiN) 11 is formed on the mold source / drain region 9. Next, using a normal photolithography technique, a metal source drain region (W) 12 having a resist (not shown) and a barrier metal (TiN) 11 is used as a mask layer.
Oxide film 10 is selectively anisotropically dry-etched to form an opening for forming a gate electrode. Next, the resist (not shown) is removed. Next, a gate oxide film 13 of about 12 nm
(SiO 2 / Ta 2 O 5 ) is grown. Next, a barrier metal (TiN) 14 of about 10 nm and Al 15 serving as a gate electrode are grown by continuous sputtering. Next, chemical mechanical polishing (CMP)
To form a buried gate electrode structure comprising a gate oxide film 13 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ), a barrier metal (TiN) 14 and a gate electrode (Al) 15. In this case, unnecessary portions of Al15 and barrier metal (TiN) 1
4 and the gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 13 are also removed. Next, a phosphor silicate glass (PSG) film 16 of about 800 nm is grown by chemical vapor deposition. Next, the PSG film 16 is anisotropically dry-etched using a resist (not shown) as a mask layer, and a contact hole is selectively formed using a normal photolithography technique. Next, the resist (not shown) is removed. Next, TiN 17 serving as a barrier metal is grown by sputtering. Next, a tungsten film (W) 18 is grown by chemical vapor deposition. Then, the conductive plug (W) 18 is formed by filling the contact hole by chemical mechanical polishing (CMP). Fig. 1 Next, a barrier metal of about 50 nm is formed by sputtering.
TiN 19, Al for wiring of about 500nm (including several percent Cu)
TiN 21 to be a barrier metal of about 20 and 50 nm is sequentially grown. Then, using normal photolithography technology,
Using a resist (not shown) as a mask layer, barrier metal (TiN) 21, Al (containing several% of Cu) 20 and barrier metal (TiN) 19 are successively anisotropically dry-etched to form an Al wiring 20.
To form Then remove the resist (not shown)
An N-channel MIS field-effect transistor using an epitaxial silicon layer having a space bridge structure as an SON substrate is completed.

【0021】第2の製造方法の実施例について説明す
る。 図24 p型のシリコン基板1に化学気相成長により、200nm 程
度の窒化膜(Si3N4) 2、10nm程度の酸化膜(SiO2)29、
200nm 程度の窒化膜(Si3N4) 47、10nm程度の酸化膜(Si
O2)48、100nm 程度の窒化膜(Si3N4) 49、10nm程度の酸
化膜(SiO2)50、200nm 程度の窒化膜(Si3N4) 51を順次
成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利
用し、レジスト(図示せず)をマスク層として、窒化膜
(Si3N4)51、酸化膜(SiO2)50、窒化膜(Si3N4) 49、酸
化膜(SiO2)48、窒化膜(Si3N4)47を順次異方性ドライ
エッチングする。次いでレジスト(図示せず)を除去す
る。次いで化学気相成長により、600nm 程度の酸化膜
(SiO2)4を成長する。次いで窒化膜(Si3N4)51 上に積
層した酸化膜(SiO2)4を化学的機械研磨(CMP)
し、平坦化する。 図25 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、窒化膜(Si3N4) 5
1、酸化膜(SiO2)50、窒化膜(Si3N4) 49、酸化膜(SiO
2)48、窒化膜(Si3N4) 47、酸化膜(SiO2)29、窒化膜
(Si3N4) 2を順次異方性ドライエッチングする。次いで
レジスト(図示せず)を除去する。次いで露出したp型
のシリコン基板1上に縦(垂直)方向にエピタキシャル
シリコン層5を形成する。次いで化学的機械研磨(CM
P)し、平坦化する。 図26 次いで窒化膜(Si3N4) 51を異方性ドライエッチングす
る。次いで酸化膜(SiO2)50を異方性ドライエッチング
する。次いで熱酸化し、露出した縦方向エピタキシャル
シリコン層5に10nm程度の酸化膜(SiO2)52を成長す
る。 図27 次いで窒化膜(Si3N4) 49を異方性ドライエッチングす
る。次いで酸化膜(SiO2)48を異方性ドライエッチング
する。次いでスパッタにより、10nm程度のTiN 46を成長
する。次いでTiN 46を異方性ドライエッチングし、縦方
向エピタキシャルシリコン層5の側壁にのみTiN 46を残
す。次いで、窒化膜(Si3N4) 47を等方性ドライエッチン
グし、TiN 46下の縦方向エピタキシャルシリコン層5の
側面の一部を露出する。次いで酸化膜(SiO2)29を等方
性ドライエッチングする。次いで熱酸化し、露出した縦
方向エピタキシャルシリコン層5に10nm程度の酸化膜
(SiO2)6を成長する。 図28 次いで側壁に残されたTiN 46を等方性ドライエッチング
する。次いで露出した縦方向エピタキシャルシリコン層
5の側面に、空間上を橋渡しするように、横(水平)方
向エピタキシャルシリコン層7を成長する。こうして下
地に影響されず、シリコンウエハー並に結晶欠陥が極め
て少ないエピタキシャルシリコン層7(SON基板とな
る)が空孔(スペース)3上に形成される。次いで熱酸
化し、イオン注入用に10nm程度の酸化膜(SiO2 、図示せ
ず) を成長する。次いで閾値電圧の制御用の硼素をSO
N基板7にイオン注入する。 図29 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及びエピタキシャルシリコン層7をマ
スク層として、酸化膜(SiO2)4を異方性ドライエッチン
グし(窒化膜2がエッチングのストッパー膜となる)、
SON基板7の両側に選択的にゲート電極形成用の開孔
部を設ける。(その際イオン注入用の酸化膜(SiO2)もエ
ッチング除去される。)次いでレジスト(図示せず)を
除去する。次いで12nm程度のゲート酸化膜13(SiO2/Ta
2O5 )を成長する。次いで10nm程度のバリアメタル(Ti
N )14及びゲート電極となるタングステン膜(W)36を
連続スパッタにより成長する。次いで化学的機械研磨
(CMP)によりゲート電極形成用の開孔部に埋め込
み、ゲート酸化膜13(SiO2/Ta2O5 )、バリアメタル
(TiN )14及びゲート電極(W)36からなる、エピタキ
シャルシリコン層7(チャネル領域となるシリコン基
板)の包囲型のゲート電極構造を形成する。この際不要
部のゲート電極(W)36、バリアメタル(TiN )14、ゲ
ート酸化膜(SiO2/Ta 2O5 )13及び酸化膜(SiO2)6も
除去される。 図30 次いで露出したエピタキシャルシリコン層5を異方性ド
ライエッチングし、開孔部を形成する。(その際、p型
のシリコン基板1が多少エッチングされても問題な
い。)次いで燐を斜めイオン注入する。次いで 800℃程
度のN2アニールを加えることにより横方向に若干拡散さ
せ、n型ソースドレイン領域8を形成する。次いで砒素
を斜めイオン注入する。次いで 800℃程度のN2アニール
を加えることにより、若干の横方向拡散を含むn+ 型ソ
ースドレイン領域9を形成する。(2回のアニールをお
こなわずに、800 ℃程度のアニールだけで、燐と砒素の
拡散係数の差により横方向拡散の制御をおこなってもよ
い。)次いで化学気相成長により、窒化膜(Si3N4) 37を
成長する。次いで化学的機械研磨(CMP)し、開孔部
に窒化膜(Si3N4) 37を埋め込み、平坦化する。次いで埋
め込まれた窒化膜(Si3N4) 37を400nm 程度異方性ドライ
エッチングし、新たな開孔部を形成する。 図31 次いでスパッタにより、20nm程度のTiN 11を成長する。
次いで化学気相成長により、タングステン膜(W)12を
成長する。次いで化学的機械研磨(CMP)し、開孔部
にTiN 11及びタングステン膜(W)を埋め込み、窒化膜
(Si3N4) 37上にn+ 型ソースドレイン領域9に接触する
バリアメタル(TiN )11を有するメタルソースドレイン
領域(W)12を形成する。 図32 次いで化学気相成長により、800nm 程度の燐珪酸ガラス
(PSG )膜16を成長する。次いで通常のフォトリソグラ
フィー技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層
として、PSG膜16を異方性ドライエッチングして選択
的にコンタクトホールを開孔する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。次いでスパッタにより、バリアメ
タルとなるTiN 17を成長する。次いで化学気相成長によ
り、タングステン膜(W)18を成長する。次いで化学的
機械研磨(CMP)によりコンタクトホールに埋め込
み、導電プラグ(W)18を形成する。 図11 次いでスパッタにより、50nm程度のバリアメタルとなる
TiN 19、500nm 程度の配線となるAl(数%のCuを含む)
20、50nm程度のバリアメタルとなるTiN 21を順次成長す
る。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、
レジスト(図示せず)をマスク層として、バリアメタル
(TiN )21、Al(数%のCuを含む)20及びバリアメタル
(TiN )19を順次異方性ドライエッチングしてAl配線20
を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除去して、
空間橋状構造に形成したエピタキシャルシリコン層(チ
ャネル領域となるシリコン基板)を包囲するゲート電極
構造を有するNチャネルのMIS電界効果トランジスタ
を完成する。
An embodiment of the second manufacturing method will be described.
You. FIG. About 200 nm by chemical vapor deposition on p-type silicon substrate 1
Degree nitride film (SiThreeNFour) Oxide film (SiOTwo) 29,
200nm nitride film (SiThreeNFour) 47, 10nm oxide film (Si
OTwo) Nitride film (SiThreeNFour) 49, 10nm acid
Oxide film (SiOTwo) 50-200nm nitride film (SiThreeNFour) 51
grow up. Then use normal photolithography technology.
Using a resist (not shown) as a mask layer and a nitride film
(SiThreeNFour) 51, oxide film (SiOTwo) 50, nitride film (SiThreeNFour) 49, acid
Oxide film (SiOTwo) 48, nitride film (SiThreeNFour) 47 is sequentially anisotropic dry
Etch. Next, the resist (not shown) is removed.
You. Next, an oxide film of about 600 nm is formed by chemical vapor deposition.
(SiOTwo) Grow 4. Next, nitride film (SiThreeNFour) 51
Layered oxide film (SiOTwo4) Chemical mechanical polishing (CMP)
And flatten. FIG. Next, using normal photolithography technology,
The nitride film (Si) is used as a mask (not shown) as a mask layer.ThreeNFour) Five
1. Oxide film (SiOTwo) 50, nitride film (SiThreeNFour) 49, Oxide film (SiO
Two) 48, nitride film (SiThreeNFour) 47, Oxide film (SiOTwo29) Nitride film
(SiThreeNFour2) is sequentially anisotropically dry-etched. Then
The resist (not shown) is removed. Then exposed p-type
Epitaxial on the silicon substrate 1
A silicon layer 5 is formed. Next, chemical mechanical polishing (CM
P) and flatten. FIG. Next, nitride film (SiThreeNFour) Anisotropic dry etching of 51
You. Next, an oxide film (SiOTwo) 50 anisotropic dry etching
I do. Then thermally oxidized and exposed vertical epitaxial
An oxide film (SiO 2) of about 10 nm is formed on the silicon layer 5.TwoGrow 52)
You. FIG. Next, nitride film (SiThreeNFour) Anisotropic dry etching of 49
You. Next, an oxide film (SiOTwo) 48 is anisotropic dry etching
I do. Next, about 10 nm of TiN 46 is grown by sputtering
I do. Next, anisotropic dry etching of TiN 46
TiN 46 remains only on the side wall of the epitaxial silicon layer 5
You. Next, a nitride film (SiThreeNFour) 47 isotropic dry etchin
The vertical epitaxial silicon layer 5 under TiN 46
Exposing a part of the side. Next, an oxide film (SiOTwo) 29 isotropic
Dry etching. Then thermally oxidized and exposed vertical
Oxide film of about 10 nm on the direction epitaxial silicon layer 5
(SiOTwo6.) Grow 6. FIG. Next, isotropic dry etching of TiN 46 left on the side wall
I do. Then exposed vertical epitaxial silicon layer
5 on the side (horizontal) so as to bridge the space
The epitaxial silicon layer 7 is grown. So below
Unaffected by ground, crystal defects are as high as silicon wafers
Less epitaxial silicon layer 7
Are formed on the holes (spaces) 3. Then hot acid
Oxide film (SiO 2) of about 10 nm for ion implantation.Two , Illustrated
G) to grow. Then, boron for controlling the threshold voltage is replaced with SO.
Ions are implanted into the N substrate 7. FIG. Next, using normal photolithography technology,
(Not shown) and the epitaxial silicon layer 7
Oxide film (SiOTwo4) Anisotropic dry etching
(The nitride film 2 serves as an etching stopper film)
Openings for gate electrode formation selectively on both sides of SON substrate 7
Section is provided. (At this time, an oxide film for ion implantation (SiOTwo)
Pitching is removed. ) Then resist (not shown)
Remove. Next, a gate oxide film 13 (SiOTwo/ Ta
TwoOFive Grow). Next, a barrier metal (Ti
N) 14 and a tungsten film (W) 36 serving as a gate electrode
It grows by continuous sputtering. Then chemical mechanical polishing
(CMP) embedded in the opening for gate electrode formation
Only, the gate oxide film 13 (SiOTwo/ TaTwoOFive ), Barrier metal
Epitaxy consisting of (TiN) 14 and gate electrode (W) 36
Char silicon layer 7 (silicon base serving as channel region)
The gate electrode structure of the surrounding type is formed. Unnecessary
Gate electrode (W) 36, barrier metal (TiN) 14,
Oxide film (SiOTwo/ Ta TwoOFive 13) and oxide film (SiOTwo6)
Removed. FIG. Next, the exposed epitaxial silicon layer 5 is anisotropically doped.
Light etching is performed to form an opening. (In that case, p-type
There is no problem even if the silicon substrate 1 is slightly etched.
No. Then, phosphorus is obliquely ion-implanted. Then about 800 ° C
Degree NTwoSlightly diffused laterally by adding annealing
Then, an n-type source / drain region 8 is formed. Then arsenic
Is obliquely ion-implanted. Then N at about 800 ℃TwoAnnealing
To add n with some lateral diffusion+ Type
The source drain region 9 is formed. (Do two annealings
Without annealing, only annealing at about 800 ° C.
The lateral diffusion may be controlled by the difference in diffusion coefficient.
No. ) Next, nitride film (SiThreeNFour) 37
grow up. Next, the chemical mechanical polishing (CMP)
Nitride film (SiThreeNFour) 37 is buried and flattened. Then buried
Embedded nitride film (SiThreeNFour) 37 is about 400nm anisotropic dry
Etching is performed to form a new opening. FIG. Then, about 20 nm of TiN 11 is grown by sputtering.
Next, a tungsten film (W) 12 is formed by chemical vapor deposition.
grow up. Next, the chemical mechanical polishing (CMP)
Embedded with TiN 11 and tungsten film (W), and nitride film
(SiThreeNFour) 37 on n+ Contacts the source / drain region 9
Metal source drain with barrier metal (TiN) 11
An area (W) 12 is formed. FIG. Next, by chemical vapor deposition, a phosphor silicate glass of about 800 nm
A (PSG) film 16 is grown. Next, normal photolithography
Using a fee technology, a resist (not shown) is used as a mask layer
Select the PSG film 16 by anisotropic dry etching
A contact hole is formed. Then resist (Figure
(Not shown). Next, the barrier
Grow TiN 17 which will become a barrel. Then by chemical vapor deposition
Then, a tungsten film (W) 18 is grown. Then chemical
Embedded in contact holes by mechanical polishing (CMP)
Then, a conductive plug (W) 18 is formed. FIG. Next, it becomes a barrier metal of about 50 nm by sputtering.
TiN 19, Al for wiring of about 500nm (including several percent Cu)
Growth of TiN 21 as barrier metal of about 20 and 50 nm sequentially
You. Then, using normal photolithography technology,
Barrier metal using resist (not shown) as a mask layer
(TiN) 21, Al (including several% of Cu) 20 and barrier metal
(TiN) 19 is successively anisotropically dry-etched to form Al wiring 20
To form Then remove the resist (not shown)
Epitaxial silicon layer formed in a spatial bridge-like structure
Gate electrode surrounding silicon substrate)
N-channel MIS field-effect transistor having structure
To complete.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、技術
的に難しい特殊な方法によるSOI基板形成(SIMO
XによるSOI基板形成、半導体基板の貼り合わせによ
るSOI基板形成、レ−ザー照射による再結晶SOI基
板形成)によらず、半導体基板に選択的に形成した縦
(垂直)方向エピタキシャル半導体層を利用し、この縦
方向エピタキシャル半導体層の側面の一部に、空間橋状
構造に形成した、極めて結晶欠陥の少ない横方向エピタ
キシャル半導体層を半導体基板(SON基板あるいはS
OI基板)とし、この半導体基板に半導体素子(MIS
電界効果トランジスタあるいはバイポーラトランジス
タ)を容易に形成している。したがって、MIS電界効
果トランジスタを形成する場合は、メタルソースドレイ
ン領域の形成によるソースドレイン領域の低抵抗化、接
合容量の低減及びコンタクト抵抗の低減、低抵抗の金属
ゲート電極の使用によるゲート電極配線の低抵抗化、高
誘電率のTa2O5 のゲート酸化膜使用によるゲート電極と
SOI基板(SON基板も含む)間の微少な電流リーク
の改善及びゲート容量の低減、膜厚制御が容易な完全空
乏化したSOI基板の使用による空乏層容量の除去及び
サブスレッショルド特性の改善による閾値電圧の低減等
が可能である。またSOI基板の上下にゲート電極を形
成できるため(SOI基板を包囲してゲート電極を形成
する場合も含む)、オフ時のバックチャネルリーク(サ
イドチャネルリークも含む)を完全に防止できるばかり
でなく、オン時において、フロントチャネルばかりでな
く、バックチャネル(サイドチャネルも含む)にも可能
な限りの駆動電流を流すことが可能である。またバイポ
ーラトランジスタを形成する場合は、エピタキシャル成
長時における埋め込み低抵抗層の不純物のはい上がりを
考慮しなくてよいため、縦方向の微細化及び制御が容易
で、高速化及び高性能化が達成可能となる。即ち、半導
体基板を使用し、極めて低コストで、容易な製造プロセ
スにより、高速、低電力、高信頼且つ高性能な半導体集
積回路の形成を可能とするSOI構造(SON構造も含
む)の半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, an SOI substrate is formed by a special method which is technically difficult (SIMO).
X, an SOI substrate formed by bonding semiconductor substrates, and a recrystallized SOI substrate formed by laser irradiation) without using a vertical (vertical) epitaxial semiconductor layer selectively formed on a semiconductor substrate. A lateral epitaxial semiconductor layer having a very small number of crystal defects formed in a spatial bridge structure on a part of the side surface of the vertical epitaxial semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate (SON substrate or S substrate).
OI substrate), and a semiconductor element (MIS)
Field effect transistors or bipolar transistors) are easily formed. Therefore, when the MIS field-effect transistor is formed, the resistance of the source / drain region is reduced by forming the metal source / drain region, the junction capacitance is reduced, the contact resistance is reduced, and the gate electrode wiring is formed by using a low-resistance metal gate electrode. Improvement of minute current leakage between gate electrode and SOI substrate (including SON substrate), reduction of gate capacitance, and easy control of film thickness by using low resistance, high dielectric constant Ta 2 O 5 gate oxide film It is possible to remove a depletion layer capacitance by using a depleted SOI substrate and to reduce a threshold voltage by improving a subthreshold characteristic. In addition, since gate electrodes can be formed above and below the SOI substrate (including the case where the gate electrode is formed so as to surround the SOI substrate), not only can back channel leakage (including side channel leakage) during off-time be completely prevented, but also In the ON state, as much drive current as possible can flow through not only the front channel but also the back channel (including the side channel). Also, when forming a bipolar transistor, it is not necessary to consider the rise of impurities in the buried low-resistance layer during epitaxial growth, so that vertical miniaturization and control are easy, and high speed and high performance can be achieved. Become. That is, a semiconductor device having an SOI structure (including a SON structure) that can form a high-speed, low-power, highly reliable, and high-performance semiconductor integrated circuit by using a semiconductor substrate, at an extremely low cost, and by an easy manufacturing process. Can be obtained.

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

【図1】 本発明の半導体装置における第1の実施例の
模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 1 is a schematic side sectional view of a first embodiment of a semiconductor device of the present invention (in a channel length direction).

【図2】 本発明の半導体装置における第1の実施例の
模式側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 2 is a schematic side sectional view of a first embodiment of the semiconductor device of the present invention (in a channel width direction).

【図3】 本発明の半導体装置における第2の実施例の
模式側断面図
FIG. 3 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図4】 本発明の半導体装置における第3の実施例の
模式側断面図
FIG. 4 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention;

【図5】 本発明の半導体装置における第4の実施例の
模式側断面図
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図6】 本発明の半導体装置における第5の実施例の
模式側断面図
FIG. 6 is a schematic side sectional view of a fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図7】 本発明の半導体装置における第6の実施例の
模式側断面図
FIG. 7 is a schematic side sectional view of a sixth embodiment of the semiconductor device according to the present invention;

【図8】 本発明の半導体装置における第7の実施例の
模式側断面図
FIG. 8 is a schematic side sectional view of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention;

【図9】 本発明の半導体装置における第8の実施例の
模式側断面図
FIG. 9 is a schematic side sectional view of an eighth embodiment of the semiconductor device according to the present invention;

【図10】 本発明の半導体装置における第9の実施例
の模式側断面図
FIG. 10 is a schematic side sectional view of a ninth embodiment of the semiconductor device according to the present invention;

【図11】 本発明の半導体装置における第10の実施
例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 11 is a schematic side sectional view of a tenth embodiment of the semiconductor device according to the present invention (in a channel length direction).

【図12】 本発明の半導体装置における第10の実施
例の模式側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 12 is a schematic side sectional view of a tenth embodiment of the semiconductor device according to the present invention (in a channel width direction).

【図13】 本発明の半導体装置における第11の実施
例の模式側断面図(横方向エピタキシャルシリコン層に
沿う方向)
FIG. 13 is a schematic side sectional view of an eleventh embodiment of the semiconductor device according to the present invention (in a direction along a lateral epitaxial silicon layer).

【図14】 本発明の半導体装置における第11の実施
例の模式側断面図(横方向エピタキシャルシリコン層に
垂直方向)
FIG. 14 is a schematic side sectional view of an eleventh embodiment of the semiconductor device according to the present invention (in a direction perpendicular to the lateral epitaxial silicon layer).

【図15】 本発明の半導体装置における第12の実施
例の模式側断面図
FIG. 15 is a schematic side sectional view of a twelfth embodiment of the semiconductor device according to the present invention;

【図16】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 16 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図17】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 17 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図18】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 18 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図19】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 19 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図20】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 20 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図21】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 21 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図22】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 22 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図23】 本発明の半導体装置における第1の製造方
法の工程断面図
FIG. 23 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図24】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 24 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図25】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 25 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図26】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 26 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図27】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 27 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図28】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 28 is a process sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention;

【図29】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 29 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図30】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 30 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図31】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 31 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device of the present invention.

【図32】 本発明の半導体装置における第2の製造方
法の工程断面図
FIG. 32 is a process sectional view of the second manufacturing method in the semiconductor device according to the present invention;

【図33】 従来の半導体装置の模式側断面図FIG. 33 is a schematic side sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型のシリコン(Si)基板 2 窒化膜(Si3N4 ) 3 空孔(スペース) 4 酸化膜(SiO2、縦方向エピタキシャルシリコン層形
成用) 5 縦方向エピタキシャルシリコン層 6 酸化膜(SiO2、空孔及び横方向エピタキシャルシリ
コン層形成用) 7 横方向エピタキシャルシリコン層(SOIあるいは
SON基板) 8 n型ソースドレイン領域 9 n+ 型ソースドレイン領域 10 酸化膜(SiO2) 11 バリアメタル(TiN ) 12 導電膜(W、メタルソースドレイン領域) 13 ゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 ) 14 バリアメタル(TiN ) 15 ゲート電極(Al) 16 燐珪酸ガラス(PSG )膜 17 バリアメタル(TiN ) 18 導電プラグ(W) 19 バリアメタル(TiN ) 20 Al配線 21 バリアメタル(TiN ) 22 ゲート酸化膜(SiO2) 23 ゲート電極(polySi/WSi) 24 サイドウオール(SiO2) 25 不純物ブロック用酸化膜(SiO2) 26 第1の横方向エピタキシャルシリコン層(SOIあ
るいはSON基板) 27 第2の横方向エピタキシャルシリコン層(SOIあ
るいはSON基板) 28 酸化膜(SiO2) 29 酸化膜(SiO2) 30 埋め込み窒化膜(Si3N4 ) 31 埋め込み酸化膜(SiO2) 32 p+ 型不純物領域 33 下層ゲート酸化膜(SiO2) 34 下層ゲート電極(W) 35 埋め込み酸化膜(SiO2) 36 チャネル領域包囲型ゲート電極(W) 37 埋め込み窒化膜(Si3N4 ) 38 埋め込み低抵抗層(n+ 型の不純物がドープされた
polySi) 39 n+ 型コレクター領域 40 n- 型コレクター領域 41 p型ベース領域 42 p+ 型ベースコンタクト領域 43 n+ 型エミッター領域 44 側壁絶縁膜(SiO2) 45 コレクターコンタクト領域 46 酸化防止膜(TiN ) 47 窒化膜(Si3N4 ) 48 酸化膜(SiO2) 49 窒化膜(Si3N4 ) 50 酸化膜(SiO2) 51 窒化膜(Si3N4 ) 52 酸化膜(SiO2
Reference Signs List 1 p-type silicon (Si) substrate 2 nitride film (Si 3 N 4 ) 3 vacancy (space) 4 oxide film (SiO 2 , for forming vertical epitaxial silicon layer) 5 vertical epitaxial silicon layer 6 oxide film (SiO 2. Voids and lateral epitaxial silicon layer formation 7. Lateral epitaxial silicon layer (SOI or SON substrate) 8 n-type source / drain region 9 n + type source / drain region 10 oxide film (SiO 2 ) 11 barrier metal (TiN) ) 12 conductive (W, metal source drain regions) 13 a gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 14 a barrier metal (TiN) 15 gate electrode (Al) 16 phosphosilicate glass (PSG) film 17 a barrier metal (TiN ) 18 conductive plug (W) 19 a barrier metal (TiN) 20 Al wiring 21 a barrier metal (TiN) 22 gate oxide film (SiO 2) 23 gate electrode (polySi / WSi) 24 side wall (SiO 2) 25 impure Block oxide film (SiO 2) 26 first lateral epitaxial silicon layer (SOI or SON substrate) 27 second transverse epitaxial silicon layer (SOI or SON substrate) 28 oxide film (SiO 2) 29 oxide film (SiO 2 ) 30 buried nitride film (Si 3 N 4 ) 31 buried oxide film (SiO 2 ) 32 p + -type impurity region 33 lower gate oxide film (SiO 2 ) 34 lower gate electrode (W) 35 buried oxide film (SiO 2 ) 36 Channel region surrounding gate electrode (W) 37 Buried nitride film (Si 3 N 4 ) 38 Buried low resistance layer (n + type impurity doped
polySi) 39 n + type collector region 40 n type collector region 41 p type base region 42 p + type base contact region 43 n + type emitter region 44 sidewall insulating film (SiO 2 ) 45 collector contact region 46 antioxidant film (TiN) ) 47 nitride film (Si 3 N 4 ) 48 oxide film (SiO 2 ) 49 nitride film (Si 3 N 4 ) 50 oxide film (SiO 2 ) 51 nitride film (Si 3 N 4 ) 52 oxide film (SiO 2 )

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/417 H01L 29/78 626C 29/732 29/72 P 29/786 Fターム(参考) 4M104 AA01 AA09 BB01 BB02 BB18 BB30 CC01 CC05 DD02 DD04 DD08 DD19 DD37 DD43 DD66 DD71 DD75 DD91 EE03 EE09 EE12 EE16 FF02 FF04 FF13 FF14 FF22 GG06 GG08 GG09 HH15 HH16 5F003 AZ03 BA12 BA27 BB06 BC08 BE08 5F110 AA02 AA03 AA06 AA09 BB04 CC02 DD05 DD14 EE01 EE03 EE14 EE44 FF01 FF02 FF09 FF29 FF35 GG02 GG12 GG25 GG32 GG41 HJ01 HJ13 HK01 HK04 HK21 HK33 HK34 HK42 HL01 HL04 HL14 HL23 HL24 HL27 HM15 NN02 NN04 NN25 NN35 QQ04 QQ09 QQ19 5F140 AA01 AA10 AA39 AB03 AB07 AC36 BA00 BA01 BA16 BB01 BB03 BB05 BB06 BC06 BC13 BC19 BD01 BD05 BD12 BE03 BE09 BE11 BF10 BF11 BF15 BF43 BF45 BF59 BF60 BG05 BG30 BG45 BH08 BH15 BH25 BH26 BH39 BH45 BJ10 BJ11 BJ17 BJ27 BK02 BK05 BK07 BK09 BK13 BK14 BK18 BK23 BK26 BK29 CA02 CA03 CB01 CB04 CB10 CC05 CE07 CE08 CF07 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/417 H01L 29/78 626C 29/732 29/72 P 29/786 F term (Reference) 4M104 AA01 AA09 BB01 BB02 BB18 BB30 CC01 CC05 DD02 DD04 DD08 DD19 DD37 DD43 DD66 DD71 DD75 DD91 EE03 EE09 EE12 EE16 FF02 FF04 FF13 FF14 FF22 GG06 GG08 GG09 HH15 HH16 5F003 AZ03 BA12 BA27 BB06 A08 EA06 DD08 A08 DD10 FF01 FF02 FF09 FF29 FF35 GG02 GG12 GG25 GG32 GG41 HJ01 HJ13 HK01 HK04 HK21 HK33 HK34 HK42 HL01 HL04 HL14 HL23 HL24 HL27 HM15 BC02 NN02 NN04 NN25 NN35 QQ13 AB01 BCBA A01BAB BD05 BD12 BE03 BE09 BE11 BF10 BF11 BF15 BF43 BF45 BF59 BF60 BG05 BG30 BG45 BH08 BH15 BH25 BH26 BH39 BH45 BJ10 BJ11 BJ17 BJ27 B K02 BK05 BK07 BK09 BK13 BK14 BK18 BK23 BK26 BK29 CA02 CA03 CB01 CB04 CB10 CC05 CE07 CE08 CF07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、前記半導体基板上に選択的
に設けられた縦(垂直)方向エピタキシャル半導体層
と、前記半導体基板上に選択的に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に空孔(スペース)を介し、前記縦(垂
直)方向エピタキシャル半導体層の側面の一部に設けら
れた横(水平)方向エピタキシャル半導体層と、少なく
とも前記横(水平)方向エピタキシャル半導体層に設け
られた半導体素子とを具備してなることを特徴とする半
導体装置。
A semiconductor substrate, a vertical (vertical) epitaxial semiconductor layer selectively provided on the semiconductor substrate, and an insulating film selectively provided on the semiconductor substrate.
A lateral (horizontal) epitaxial semiconductor layer provided on a part of a side surface of the vertical (vertical) epitaxial semiconductor layer via a hole (space) on the insulating film; and at least the lateral (horizontal) epitaxial semiconductor And a semiconductor element provided in the layer.
【請求項2】前記空孔(スペース)に、絶縁膜あるいは
ゲート絶縁膜を介したゲート電極が充填されていること
を特徴とする特許請求の範囲請求項1記載の半導体装
置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said holes are filled with a gate electrode via an insulating film or a gate insulating film.
【請求項3】前記縦(垂直)方向エピタキシャル半導体
層が前記半導体基板の一部からなることを特徴とする特
許請求の範囲請求項1及び請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said vertical (vertical) direction epitaxial semiconductor layer comprises a part of said semiconductor substrate.
【請求項4】半導体基板上に形成された絶縁膜の一部を
開孔し、前記半導体基板上に選択的に縦(垂直)方向エ
ピタキシャル半導体層を形成して後、前記縦(垂直)方
向エピタキシャル半導体層の側面の一部を露出し、前記
絶縁膜上の空間上に横(水平)方向エピタキシャル半導
体層を形成し、前記横(水平)方向エピタキシャル半導
体層に半導体素子を形成したことを特徴とする半導体装
置の製造方法。
4. An insulating film formed on a semiconductor substrate is partially opened, and a vertical (vertical) direction epitaxial semiconductor layer is selectively formed on the semiconductor substrate. A part of a side surface of the epitaxial semiconductor layer is exposed, a lateral (horizontal) epitaxial semiconductor layer is formed on a space above the insulating film, and a semiconductor element is formed on the lateral (horizontal) epitaxial semiconductor layer. Manufacturing method of a semiconductor device.
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