JP2006041417A - Semiconductor substrate, semiconductor device, process for manufacturing the semiconductor substrate and process for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor substrate, semiconductor device, process for manufacturing the semiconductor substrate and process for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor layer on insulating layers having film thicknesses that differ from each other. <P>SOLUTION: After a cavity 17 is formed between second single-crystal semiconductor layers 13a and 13b by removing first single-crystal semiconductor layers 12a and 12b between the second single-crystal semiconductor layers 13a and 13b and before the second single-crystal semiconductor layer 13a in a thickened BOX layer region R2 disappears, a semiconductor substrate 11, the second single-crystal semiconductor layers 13a and 13b and a support 16 are thermally oxidized to form an insulating layer 18 beneath the second single-crystal semiconductor layer 13b. The thickness of the insulating layer 18, beneath the second single crystal semiconductor layer 13b, is made to differ in the thickened BOX layer regions R2 and R3. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体基板、半導体装置、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、SOI(Silicon On Insulator)基板上に形成された電界効果型トランジスタに適用して好適なものである。   The present invention relates to a semiconductor substrate, a semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor substrate, and a method for manufacturing a semiconductor device, and is particularly suitable for application to a field effect transistor formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

SOI基板上に形成された電界効果型トランジスタは、素子分離の容易性、ラッチアップフリー、ソース/ドレイン接合容量が小さいなどの点から、その有用性が注目されている。
また、例えば、特許文献1には、数百V程度のドレイン耐圧を持つ高耐圧電界効果トランジスタをSOI基板上に形成する方法が開示されている。また、特許文献2には、サブミクロン程度に微細化された電界効果トランジスタをSOI基板上に形成する方法が開示されている。
Field effect transistors formed on an SOI substrate are attracting attention because of their ease of element isolation, latch-up freeness, and low source / drain junction capacitance.
For example, Patent Document 1 discloses a method of forming a high breakdown voltage field effect transistor having a drain breakdown voltage of about several hundred volts on an SOI substrate. Patent Document 2 discloses a method of forming a field effect transistor miniaturized to about submicron on an SOI substrate.

ここで、用途の異なる半導体素子では、最適なSOI層の膜厚やBOX層の膜厚が異なっている。すなわち、数百V程度のドレイン耐圧を持つ高耐圧電界効果トランジスタでは、BOX層の破壊耐圧やバックチャネル閾値耐圧を確保するため、BOX層を厚膜化する必要があり、BOX層の膜厚はμmオーダーとなる。例えば、50Vのドレイン耐圧を持つ高耐圧電界効果トランジスタでは、BOX層の膜厚は数百nm程度、500Vのドレイン耐圧を持つ高耐圧電界効果トランジスタでは、BOX層の膜厚は数μm程度だけ必要となる。   Here, in the semiconductor elements having different applications, the optimum film thickness of the SOI layer and the film thickness of the BOX layer are different. That is, in a high breakdown voltage field effect transistor having a drain breakdown voltage of about several hundred volts, it is necessary to increase the thickness of the BOX layer in order to ensure the breakdown breakdown voltage and the back channel threshold breakdown voltage of the BOX layer. It is on the order of μm. For example, in a high withstand voltage field effect transistor having a drain withstand voltage of 50 V, the film thickness of the BOX layer is about several hundred nm, and in a high withstand voltage field effect transistor having a drain withstand voltage of 500 V, the film thickness of the BOX layer is only about several μm. It becomes.

一方、サブミクロン程度に微細化された電界効果トランジスタでは、短チャネル効果による閾値低下を抑制するため、BOX層を薄膜化する必要があり、BOX層の膜厚は数百オングストロームオーダーとなる。例えば、実行チャネル長が0.1μm以下になると、SOI層の膜厚を50nm以下にするとともに、BOX層の膜厚を50〜100nmに設定する必要がある。   On the other hand, in a field effect transistor miniaturized to about submicron, it is necessary to reduce the thickness of the BOX layer in order to suppress a threshold drop due to the short channel effect, and the thickness of the BOX layer is on the order of several hundred angstroms. For example, when the execution channel length is 0.1 μm or less, it is necessary to set the film thickness of the SOI layer to 50 nm or less and set the film thickness of the BOX layer to 50 to 100 nm.

一方、ユピキタス社会の到来に伴って、情報携帯機器の小型化、低消費電力化、多機能化、大容量化を一層促進するために、様々の耐圧を持つデバイスやデジタルとアナログのデバイスを1チップ上に混載することが可能なSOC(System On Chip)技術が注目されている。
また、特許文献3には、SOI基板上でSOCを実現できるようにするため、半導体基板の主面から異なる深さに絶縁膜を埋め込むことで、用途の異なる半導体素子をその用途に適した厚みを有する活性層内に形成する方法が開示されている。
特開平7−211917号公報 特開2003−158091号公報 特開2002−299591号公報
On the other hand, with the advent of the ubiquitous society, in order to further promote the downsizing, low power consumption, multi-functionality, and large capacity of portable information devices, devices with various withstand voltages and digital and analog devices have been added. Attention has been focused on SOC (System On Chip) technology that can be mounted on a chip.
Further, in Patent Document 3, in order to realize SOC on an SOI substrate, an insulating film is embedded at different depths from the main surface of the semiconductor substrate, so that different thicknesses of semiconductor elements suitable for the application can be obtained. Disclosed is a method of forming in an active layer having.
JP-A-7-211917 JP 2003-158091 A JP 2002-299951 A

しかしながら、特許文献1〜3に開示された方法では、BOX層の膜厚はSOI基板で一定に保たれる。このため、用途の異なる半導体素子をSOI基板上に形成するには、用途ごとに半導体素子を別々のSOI基板上に作り分ける必要があり、SOCを実現する上での障害になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、互いに異なる膜厚を有する絶縁層上に半導体層を形成することが可能な半導体基板、半導体装置、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
However, in the methods disclosed in Patent Documents 1 to 3, the thickness of the BOX layer is kept constant on the SOI substrate. For this reason, in order to form semiconductor elements having different applications on the SOI substrate, it is necessary to make the semiconductor elements on different SOI substrates for each application, which is an obstacle to realizing the SOC. It was.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate, a semiconductor device, a semiconductor substrate manufacturing method, and a semiconductor device manufacturing method capable of forming a semiconductor layer on insulating layers having different film thicknesses. .

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体基板によれば、半導体基材と、前記半導体基材上に形成された互いに異なる膜厚を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層とを備えることを特徴とする。
これにより、半導体素子の用途に適するようにBOX層の膜厚を設定することを可能としつつ、互いに用途の異なる半導体素子を同一のSOI基板上に形成することができる。このため、短チャネル効果を抑制することを可能としつつ、電界効果トランジスタを微細化することが可能となるとともに、BOX層の破壊耐圧やバックチャネル閾値耐圧を確保することを可能としつつ、高耐圧電界効果トランジスタを同一のSOI基板上に形成することができる。このため、システム・オン・チップを同一のSOI基板上で実現することが可能となり、半導体装置の小型化、低消費電力化、多機能化および大容量化を促進することができる。
In order to solve the above-described problems, according to a semiconductor substrate according to an aspect of the present invention, a semiconductor base material, insulating layers formed on the semiconductor base material and having different film thicknesses, and the insulating layer are provided. And a semiconductor layer formed thereon.
Thereby, while making it possible to set the film thickness of the BOX layer so as to be suitable for the use of the semiconductor element, semiconductor elements having different uses can be formed on the same SOI substrate. Therefore, the field effect transistor can be miniaturized while the short channel effect can be suppressed, and the breakdown voltage of the BOX layer and the back channel threshold voltage can be secured, and the high breakdown voltage can be secured. Field effect transistors can be formed on the same SOI substrate. Therefore, it becomes possible to realize a system-on-chip on the same SOI substrate, and it is possible to promote downsizing, low power consumption, multiple functions, and large capacity of a semiconductor device.

また、本発明の一態様に係る半導体基板によれば、前記半導体層は同一の膜厚を有する単結晶半導体層であることを特徴とする。
これにより、互いに用途の異なる半導体素子を単結晶半導体層上に形成することが可能となり、半導体素子の特性を向上させることを可能としつつ、システム・オン・チップを同一のSOI基板上で実現することが可能となる。
According to the semiconductor substrate of one embodiment of the present invention, the semiconductor layer is a single crystal semiconductor layer having the same thickness.
As a result, semiconductor elements having different uses can be formed on the single crystal semiconductor layer, and the system-on-chip can be realized on the same SOI substrate while improving the characteristics of the semiconductor elements. It becomes possible.

また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された互いに異なる膜厚を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層に形成された互いに用途の異なる半導体素子とを備えることを特徴とする。
これにより、半導体素子を用途ごとに別々のSOI基板上に作り分けることなく、それぞれ最適な膜厚を有するBOX層上に用途の異なる半導体素子を形成することを可能となり、システム・オン・チップの高性能化を図ることができる。
According to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, a semiconductor substrate, insulating layers formed on the semiconductor substrate and having different thicknesses, a semiconductor layer formed on the insulating layer, And a semiconductor element having a different use formed in the semiconductor layer.
As a result, it is possible to form different semiconductor elements on the BOX layer having the optimum film thickness without making the semiconductor elements on different SOI substrates for each application. High performance can be achieved.

また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板と、前記半導体基板上の一部領域に形成された互いに異なる膜厚を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層とに形成された互いに用途の異なる半導体素子とを備えることを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記半導体層を水平方向に素子分離する素子分離領域をさらに備え、前記絶縁層は前記素子分離領域間に自己整合的に配置されていることを特徴とする。
In addition, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate, the insulating layers formed in partial regions on the semiconductor substrate and having different thicknesses, and the semiconductor formed over the insulating layer And a semiconductor element formed on the semiconductor substrate and the semiconductor layer and having different uses.
The semiconductor device according to one aspect of the present invention further includes an element isolation region that isolates the semiconductor layer in the horizontal direction, and the insulating layer is disposed in a self-aligned manner between the element isolation regions. It is characterized by that.

これにより、BOX層の欠落や重複を防止することを可能としつつ、半導体素子の用途ごとにBOX層の膜厚を異ならせることが可能となる。このため、互いに用途の異なる半導体素子を同一のSOI基板上に形成することを可能としつつ、半導体素子の高集積化および高信頼性化を図ることができる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記互いに異なる膜厚を有する絶縁層のうち、膜厚の薄い方の絶縁層上に形成された半導体層には、低電圧駆動される電界効果型トランジスタが配置され、膜厚の厚い方の絶縁層上に形成された半導体層には、高電圧駆動される電界効果型トランジスタが配置され、前記半導体基板との間に絶縁層のない半導体層には、保護ダイオードまたはバイポートランジスタが配置されていることを特徴とする。
This makes it possible to vary the film thickness of the BOX layer for each application of the semiconductor element while preventing the missing or overlapping of the BOX layer. Therefore, high integration and high reliability of the semiconductor elements can be achieved while enabling the semiconductor elements having different uses to be formed on the same SOI substrate.
Further, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor layer formed over the thinner insulating layer among the insulating layers having different thicknesses is driven at a low voltage. A field effect transistor is disposed, and a high voltage driven field effect transistor is disposed in the semiconductor layer formed on the thicker insulating layer, and there is no insulating layer between the semiconductor substrate. A protective diode or a bipolar transistor is arranged in the semiconductor layer.

これにより、高速・低パワー半導体素子では、実行チャネル長が0.1μm以下の時、半導体層の膜厚を50nm以下にするとともに、BOX層の膜厚を10−100nmに薄膜化することが可能となり、短チャネル効果が抑制されるとともに、高性能化かつ高信頼性化された微細トランジスタを提供することができる。また、高い電圧負荷がかかるトランジスタでは、BOX層の膜厚を厚膜化することが可能となり、BOX層の破壊耐圧やバックチャネル閾値耐圧を確保することを可能として、高性能化かつ高信頼性化された高耐圧トランジスタを提供することができる。さらに、大きな電流が流れる半導体素子では、BOX層を省略することができ、大きな電流が流れる半導体素子の性能および信頼性を維持することができる。   As a result, in the high-speed / low-power semiconductor device, when the execution channel length is 0.1 μm or less, the thickness of the semiconductor layer can be reduced to 50 nm or less and the thickness of the BOX layer can be reduced to 10-100 nm. As a result, it is possible to provide a fine transistor with high performance and high reliability while suppressing the short channel effect. In addition, in a transistor with a high voltage load, the thickness of the BOX layer can be increased, and the breakdown voltage and back channel threshold voltage resistance of the BOX layer can be secured. An improved high voltage transistor can be provided. Further, in a semiconductor element in which a large current flows, the BOX layer can be omitted, and the performance and reliability of the semiconductor element in which a large current flows can be maintained.

また、本発明の一態様に係る半導体基板の製造方法によれば、第1半導体層よりもエッチング時の選択比が小さな第2半導体層が前記第1半導体層上に積層された積層構造を半導体基材上に複数層形成する工程と、前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基材を露出させる第1溝を形成する工程と、前記半導体基材上で前記第2半導体層を支持する支持体を前記第1溝内の前記第1半導体層および第2半導体層の側壁に形成する工程と、前記支持体が側壁に形成された前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を、前記第1溝で区分けされた第1領域に形成する工程と、前記第2溝にて露出させられた第1半導体層よりも上層の第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第3溝を、前記第1溝で区分けされた第2領域に形成する工程と、前記第2溝および第3溝を介して前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第2半導体層の間に空洞部を形成する工程と、前記空洞部で上下を挟まれた第2半導体層が消失するまで前記第2半導体層の熱酸化を行うことにより、最上層の第2半導体層下に配置された互いに異なる膜厚を有する絶縁層を形成する工程とを備えることを特徴とする。   In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate according to one embodiment of the present invention, a semiconductor has a stacked structure in which a second semiconductor layer having a lower selectivity at the time of etching than the first semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer. Forming a plurality of layers on the substrate, forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate, and forming the first groove on the semiconductor substrate. Forming a support for supporting the two semiconductor layers on the side walls of the first and second semiconductor layers in the first groove; and at least one of the first semiconductor layers having the support formed on the side walls. Forming a second groove that exposes the portion from the second semiconductor layer in the first region partitioned by the first groove, and a layer higher than the first semiconductor layer exposed in the second groove Whether at least part of the first semiconductor layer is the second semiconductor layer Forming a third groove to be exposed in a second region partitioned by the first groove, and selectively etching the first semiconductor layer through the second groove and the third groove, A step of forming a cavity between the second semiconductor layers, and thermal oxidation of the second semiconductor layer until the second semiconductor layer sandwiched between the upper and lower portions disappears, whereby the second layer of the uppermost layer is formed. And a step of forming insulating layers having different film thicknesses disposed below the semiconductor layer.

これにより、第1溝内に形成された支持体を介して、第2半導体層を半導体基材上で支持することが可能となるとともに、第2半導体層から露出する第1半導体層の層数を第1領域と第2領域とで異ならせることを可能としつつ、第2溝および第3溝を介して、第1半導体層にエッチングガスまたはエッチング液を接触させることが可能となる。このため、第2半導体層を半導体基材上で安定して支持することを可能としつつ、第2半導体層間に挟まれた第1半導体層を除去することが可能となるとともに、第2半導体層間において除去される第1半導体層の層数を第1領域と第2領域とで異ならせることが可能となる。この結果、第2半導体層間に挟まれた第1半導体層を除去した後に熱酸化される第2半導体層の層数を第1領域と第2領域とで異ならせることが可能となり、最上層の第2半導体層の品質を損なうことなく、最上層の第2半導体層下に配置された絶縁層の膜厚を異ならせることができる。   Thus, the second semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate via the support formed in the first groove, and the number of first semiconductor layers exposed from the second semiconductor layer Can be made different between the first region and the second region, and an etching gas or an etchant can be brought into contact with the first semiconductor layer through the second groove and the third groove. As a result, the first semiconductor layer sandwiched between the second semiconductor layers can be removed while the second semiconductor layer can be stably supported on the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer can be removed. The number of first semiconductor layers removed in step 1 can be made different between the first region and the second region. As a result, the number of layers of the second semiconductor layer thermally oxidized after removing the first semiconductor layer sandwiched between the second semiconductor layers can be made different between the first region and the second region. Without degrading the quality of the second semiconductor layer, the thickness of the insulating layer disposed under the uppermost second semiconductor layer can be varied.

また、本発明の一態様に係る半導体基板の製造方法によれば、前記第2半導体層および前記支持体は単結晶Si、前記第1半導体層は単結晶SiGeであることを特徴とする。
これにより、第2半導体層、支持体および第1半導体層間の格子整合をとることを可能としつつ、第2半導体層および支持体よりも第1半導体層のエッチング時の選択比を大きくすることが可能となる。このため、結晶品質の良い第2半導体層を第1半導体層上に形成することが可能となるとともに、支持体を第1溝内に安定して形成することが可能となり、第2半導体層の品質を損なうことなく、膜厚が互いに異なるBOX層を同一の半導体基板に形成することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention, the second semiconductor layer and the support are single crystal Si, and the first semiconductor layer is single crystal SiGe.
This makes it possible to achieve lattice matching between the second semiconductor layer, the support and the first semiconductor layer, and to increase the selection ratio during etching of the first semiconductor layer compared to the second semiconductor layer and the support. It becomes possible. For this reason, it is possible to form the second semiconductor layer with good crystal quality on the first semiconductor layer, and it is possible to stably form the support in the first groove. BOX layers having different film thicknesses can be formed on the same semiconductor substrate without degrading quality.

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、第1半導体層よりもエッチング時の選択比が小さな第2半導体層が前記第1半導体層上に積層された積層構造を半導体基板上に複数層形成する工程と、前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる第1溝を形成する工程と、前記半導体基板上で前記第2半導体層を支持する支持体を前記第1溝内の前記第1半導体層および第2半導体層の側壁に形成する工程と、前記支持体が側壁に形成された前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を、前記第1溝で区分けされた第1領域に形成する工程と、前記第2溝にて露出させられた第1半導体層よりも上層の第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第3溝を、前記第1溝で区分けされた第2領域に形成する工程と、前記第2溝および第3溝を介して前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第2半導体層の間に空洞部を形成する工程と、前記空洞部で上下を挟まれた第2半導体層が消失するまで前記第2半導体層の熱酸化を行うことにより、最上層の第2半導体層下に配置された互いに異なる膜厚を有する絶縁層を形成する工程と、互いに用途の異なる半導体素子を前記最上層の第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。   In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor device has a stacked structure in which a second semiconductor layer having a lower selectivity at the time of etching than the first semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer. Forming a plurality of layers on the substrate; forming a first groove penetrating the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate; and the second semiconductor layer on the semiconductor substrate. Forming a support on the side walls of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the first groove, and at least part of the first semiconductor layer on which the support is formed on the side wall. Forming a second groove exposed from the second semiconductor layer in a first region divided by the first groove; and a first semiconductor layer above the first semiconductor layer exposed by the second groove At least part of the layer is the second semiconductor layer Forming a third groove to be exposed in a second region partitioned by the first groove, and selectively etching the first semiconductor layer through the second groove and the third groove, A step of forming a cavity between the second semiconductor layers, and thermal oxidation of the second semiconductor layer until the second semiconductor layer sandwiched between the upper and lower portions disappears, whereby the second layer of the uppermost layer is formed. The method includes a step of forming insulating layers having different film thicknesses disposed under the semiconductor layer, and a step of forming semiconductor elements having different uses in the second semiconductor layer as the uppermost layer.

これにより、最上層の第2半導体層の品質を損なうことなく、最上層の第2半導体層下に配置された絶縁層の膜厚を異ならせることが可能となるとともに、素子分離領域間に絶縁層を自己整合的に配置することができる。このため、BOX層の欠落や重複を防止することを可能としつつ、半導体素子の用途ごとにBOX層の膜厚を異ならせることが可能となるとともに、互いに用途の異なる半導体素子を単結晶半導体層上に形成することが可能となり、システム・オン・チップの小型化、低消費電力化、多機能化、大容量化および高信頼性化を図ることが可能となる。   As a result, the thickness of the insulating layer disposed under the uppermost second semiconductor layer can be varied without deteriorating the quality of the uppermost second semiconductor layer, and insulation between the element isolation regions can be achieved. The layers can be arranged in a self-aligning manner. For this reason, while making it possible to prevent the BOX layer from being missing or overlapping, it is possible to vary the film thickness of the BOX layer for each application of the semiconductor element, and to separate the semiconductor elements having different uses from each other into the single crystal semiconductor layer Thus, the system-on-chip can be reduced in size, reduced in power consumption, multifunctional, large capacity, and high in reliability.

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1〜図18は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図である。
図1および図2において、半導体基板11上には、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bが交互に積層されている。なお、半導体基板11、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bの材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、GaP、GaN、SiCなどを用いることができる。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 18 are a plan view and a sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
1 and 2, on the semiconductor substrate 11, the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b are alternately stacked. For example, Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, GaP, GaN, SiC, or the like is used as the material of the semiconductor substrate 11, the first single crystal semiconductor layers 12a, 12b, and the second single crystal semiconductor layers 13a, 13b. be able to.

ここで、第1単結晶半導体層12a、12bは、半導体基板11および第2単結晶半導体層13a、13bよりもエッチング時の選択比が大きな材質を用いることができる。特に、半導体基板11がSiの場合、第1単結晶半導体層12a、12bとしてSiGe、第2単結晶半導体層13a、13bとしてSiを用いることが好ましい。これにより、第1単結晶半導体層12a、12bと第2単結晶半導体層13a、13bとの間の格子整合をとることを可能としつつ、第1単結晶半導体層12a、12bと第2単結晶半導体層13a、13bとの間の選択比を確保することができる。   Here, the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b can be made of a material having a higher selectivity during etching than the semiconductor substrate 11 and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b. In particular, when the semiconductor substrate 11 is Si, it is preferable to use SiGe as the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b and Si as the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b. Accordingly, the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b and the second single crystal can be lattice-matched between the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b. A selection ratio between the semiconductor layers 13a and 13b can be ensured.

なお、半導体基板11には、無BOX層領域R1、厚膜化BOX層領域R2および薄膜化BOX層領域R3を設けることができる。そして、無BOX層領域R1には、保護ダイオードまたはバイポートランジスタを形成し、厚膜化BOX層領域R2には、高電圧駆動される電界効果型トランジスタを形成し、薄膜化BOX層領域R3には、低電圧駆動される電界効果型トランジスタを形成することができる。   The semiconductor substrate 11 can be provided with a non-BOX layer region R1, a thickened BOX layer region R2, and a thinned BOX layer region R3. A protective diode or a bipolar transistor is formed in the non-BOX layer region R1, a field-effect transistor driven at a high voltage is formed in the thick BOX layer region R2, and the thin BOX layer region R3 is formed in the thin BOX layer region R3. Can form a field effect transistor driven at a low voltage.

そして、第2単結晶半導体層13bの熱酸化により第2単結晶半導体層13bの表面に犠牲酸化膜14を形成する。そして、CVDなどの方法により、犠牲酸化膜14上の全面に酸化防止膜15を形成する。なお、酸化防止膜15としては、例えば、シリコン窒化膜を用いることができる。
次に、図3および図4に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、酸化防止膜15、犠牲酸化膜14、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bをパターニングすることにより、半導体基板11を露出させる溝M1を所定の方向に沿って形成する。
Then, a sacrificial oxide film 14 is formed on the surface of the second single crystal semiconductor layer 13b by thermal oxidation of the second single crystal semiconductor layer 13b. Then, an antioxidant film 15 is formed on the entire surface of the sacrificial oxide film 14 by a method such as CVD. For example, a silicon nitride film can be used as the antioxidant film 15.
Next, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, using the photolithography technique and the etching technique, the antioxidant film 15, the sacrificial oxide film 14, the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b, and the second single crystal semiconductor layer 13a. , 13b is patterned to form a groove M1 exposing the semiconductor substrate 11 along a predetermined direction.

なお、半導体基板11を露出させる場合、半導体基板11の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、半導体基板11をオーバーエッチングして半導体基板11に凹部を形成するようにしてもよい。また、溝M1の配置位置は、無BOX層領域R1、厚膜化BOX層領域R2および薄膜化BOX層領域R3を互いに分離させる素子分離領域の一部に対応させることができる。また、無BOX層領域R1、厚膜化BOX層領域R2および薄膜化BOX層領域R3を互いに分離させるとともに、無BOX層領域R1内がさらに細かく分断されるように、溝M1の配置するようにしてもよい。   When the semiconductor substrate 11 is exposed, the etching may be stopped on the surface of the semiconductor substrate 11 or the semiconductor substrate 11 may be over-etched to form a recess in the semiconductor substrate 11. The arrangement position of the groove M1 can correspond to a part of the element isolation region that separates the non-BOX layer region R1, the thick BOX layer region R2, and the thin BOX layer region R3 from each other. Further, the non-BOX layer region R1, the thick BOX layer region R2, and the thin BOX layer region R3 are separated from each other, and the groove M1 is arranged so that the inside of the non-BOX layer region R1 is further finely divided. May be.

次に、図5および図6に示すように、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bの側壁に成膜され、第2単結晶半導体層13a、13bを半導体基板11上で支持する支持体16を溝M1内に形成する。なお、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bの側壁に成膜された支持体16を形成する場合、半導体のエピタキシャル成長を用いることができる。ここで、半導体のエピタキシャル成長を用いることにより、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bの側壁ならびに半導体基板11の表面に支持体16を選択的に形成することができる。なお、支持体16の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどから選択することができる。特に、半導体基板11および第2単結晶半導体層13a、13bがSi、第1単結晶半導体層12a、12bがSiGeの場合、支持体16の材質としてSiを用いることが好ましい。   Next, as shown in FIGS. 5 and 6, films are formed on the side walls of the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b, and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b are formed as semiconductors. A support 16 that is supported on the substrate 11 is formed in the groove M1. Note that when the support 16 formed on the sidewalls of the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b is formed, semiconductor epitaxial growth can be used. Here, the support 16 can be selectively formed on the sidewalls of the first single crystal semiconductor layers 12 a and 12 b and the second single crystal semiconductor layers 13 a and 13 b and the surface of the semiconductor substrate 11 by using semiconductor epitaxial growth. it can. The material of the support 16 can be selected from, for example, Si, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, InP, GaP, GaN, or ZnSe. In particular, when the semiconductor substrate 11 and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b are Si and the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b are SiGe, it is preferable to use Si as the material of the support 16.

これにより、支持体16と第1単結晶半導体層12a、12bとの間の格子整合をとることを可能としつつ、支持体16と第1単結晶半導体層12a、12bとの間の選択比を確保することができる。また、支持体16の材質として、Siなどの半導体を用いることにより、第1単結晶半導体層12a、12bが除去された場合においても、半導体による3次元的な立体構造を維持することが可能となる。このため、化学的耐性や機械的ストレス耐性を向上させることが可能となり、再現性の良い安定した素子分離プロセスを実現することができる。なお、支持体16の材質としては、半導体の他、シリコン酸化膜などの絶縁体を用いるようにしてもよい。   Thus, the lattice ratio between the support 16 and the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b can be obtained, and the selection ratio between the support 16 and the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b can be increased. Can be secured. Further, by using a semiconductor such as Si as the material of the support 16, it is possible to maintain a three-dimensional solid structure by the semiconductor even when the first single crystal semiconductor layers 12 a and 12 b are removed. Become. For this reason, chemical resistance and mechanical stress resistance can be improved, and a stable element isolation process with good reproducibility can be realized. In addition, as a material of the support body 16, you may make it use insulators, such as a silicon oxide film, besides a semiconductor.

次に、図7および図8に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて酸化防止膜15、犠牲酸化膜14、第1単結晶半導体層12a、12bおよび第2単結晶半導体層13a、13bをパターニングすることにより、半導体基板11を露出させる溝M2を溝M1と直交する方向に沿って厚膜化BOX層領域R2に形成する。なお、半導体基板11を露出させる場合、半導体基板11の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、半導体基板11をオーバーエッチングして半導体基板11に凹部を形成するようにしてもよい。また、溝M2の配置位置は、単結晶半導体層13bの素子分離領域に対応させることができる。   Next, as shown in FIGS. 7 and 8, using the photolithography technique and the etching technique, the antioxidant film 15, the sacrificial oxide film 14, the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b, and the second single crystal semiconductor layer 13a, By patterning 13b, a groove M2 exposing the semiconductor substrate 11 is formed in the thickened BOX layer region R2 along a direction orthogonal to the groove M1. When the semiconductor substrate 11 is exposed, the etching may be stopped on the surface of the semiconductor substrate 11 or the semiconductor substrate 11 may be over-etched to form a recess in the semiconductor substrate 11. The arrangement position of the trench M2 can correspond to the element isolation region of the single crystal semiconductor layer 13b.

次に、図9および図10に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて酸化防止膜15、犠牲酸化膜14、第1単結晶半導体層12bおよび第2単結晶半導体層13bをパターニングすることにより、第2単結晶半導体層13aを露出させる溝M3を溝M1と直交する方向に沿って薄膜化BOX層領域R3に形成する。なお、第2単結晶半導体層13aを露出させる場合、第2単結晶半導体層13aの表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第2単結晶半導体層13aをオーバーエッチングして第2単結晶半導体層13aに凹部を形成するようにしてもよい。また、溝M3の配置位置は、単結晶半導体層13bの素子分離領域に対応させることができる。   Next, as shown in FIGS. 9 and 10, the antioxidant film 15, the sacrificial oxide film 14, the first single crystal semiconductor layer 12b, and the second single crystal semiconductor layer 13b are patterned by using a photolithography technique and an etching technique. Thus, the groove M3 exposing the second single crystal semiconductor layer 13a is formed in the thinned BOX layer region R3 along the direction orthogonal to the groove M1. In the case where the second single crystal semiconductor layer 13a is exposed, the etching may be stopped at the surface of the second single crystal semiconductor layer 13a, or the second single crystal semiconductor layer 13a may be over-etched to form the second single crystal semiconductor layer 13a. A recess may be formed in the semiconductor layer 13a. The arrangement position of the groove M3 can correspond to the element isolation region of the single crystal semiconductor layer 13b.

また、第2単結晶半導体層13aの表面を露出させる代わりに、第1単結晶半導体層12bの表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第1単結晶半導体層12bをオーバーエッチングして第1単結晶半導体層12bの途中までエッチングするようにしてもよい。ここで、第1単結晶半導体層12bのエッチングを途中で止めることにより、溝M3内の第2単結晶半導体層13aの表面が露出されることを防止することができる。このため、第1単結晶半導体層12a、12bをエッチング除去する際に、溝M3内の第2単結晶半導体層13aがエッチング液またはエッチングガスに晒される時間を減らすことが可能となり、溝M3内の第2単結晶半導体層13aのオーバーエッチングを抑制することができる。   Further, instead of exposing the surface of the second single crystal semiconductor layer 13a, the etching may be stopped at the surface of the first single crystal semiconductor layer 12b, or the first single crystal semiconductor layer 12b may be over-etched. Etching may be performed halfway through the single crystal semiconductor layer 12b. Here, by stopping the etching of the first single crystal semiconductor layer 12b, it is possible to prevent the surface of the second single crystal semiconductor layer 13a in the groove M3 from being exposed. Therefore, when the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b are removed by etching, it is possible to reduce the time during which the second single crystal semiconductor layer 13a in the groove M3 is exposed to the etching solution or the etching gas. Overetching of the second single crystal semiconductor layer 13a can be suppressed.

次に、図11および図12に示すように、溝M2を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1単結晶半導体層12a、12bに接触させるとともに、溝M3を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1単結晶半導体層12bに接触させることにより、厚膜化BOX層領域R2の第1単結晶半導体層12a、12bをエッチング除去するとともに、薄膜化BOX層領域R3の第1単結晶半導体層12bをエッチング除去する。そして、厚膜化BOX層領域R2では、半導体基板11と第2単結晶半導体層13aとの間ならびに第2単結晶半導体層13a、13b間に空洞部17を形成するとともに、薄膜化BOX層領域R3では、第2単結晶半導体層13a、13b間に空洞部17を形成する。   Next, as shown in FIGS. 11 and 12, the etching gas or the etching solution is brought into contact with the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b through the groove M2, and the etching gas or the etching solution is supplied through the groove M3. The first single crystal semiconductor layers 12a and 12b in the thickened BOX layer region R2 are removed by etching by contacting the single single crystal semiconductor layer 12b, and the first single crystal semiconductor layer 12b in the thinned BOX layer region R3 is removed. Etch away. In the thickened BOX layer region R2, the cavity 17 is formed between the semiconductor substrate 11 and the second single crystal semiconductor layer 13a and between the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b, and the thinned BOX layer region. In R3, the cavity 17 is formed between the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b.

ここで、溝M1内に支持体16を設けることにより、第1単結晶半導体層12a、12bが除去された場合においても、第2単結晶半導体層13a、13bを半導体基板11上で支持することが可能となるとともに、溝M1とは別に溝M2、M3を設けることにより、第2単結晶半導体層13a、13b下にそれぞれ配置された第1単結晶半導体層12a、12bにエッチングガスまたはエッチング液を接触させることが可能となる。このため、第2単結晶半導体層13a、13bの結晶品質を損なうことなく、半導体基板11と第2単結晶半導体層13aとの間ならびに第2単結晶半導体層13a、13b間に空洞部17を形成することができる。   Here, by providing the support 16 in the groove M1, the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b are supported on the semiconductor substrate 11 even when the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b are removed. In addition, by providing the grooves M2 and M3 in addition to the groove M1, the etching gas or the etching liquid is applied to the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b respectively disposed below the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b. Can be brought into contact with each other. Therefore, the cavity 17 is formed between the semiconductor substrate 11 and the second single crystal semiconductor layer 13a and between the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b without deteriorating the crystal quality of the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b. Can be formed.

また、薄膜化BOX層領域R3では、第1単結晶半導体層12a上に第2単結晶半導体層13aが残るように溝M3の深さを設定することにより、第1単結晶半導体層12aがエッチング除去されることを防止することができ、半導体基板11と第2単結晶半導体層13aとの間に空洞部17が形成されないようにすることができる。このため、第2単結晶半導体層13a、13bの熱酸化を行う時に、厚膜化BOX層領域R2の第2単結晶半導体層13aを上下から熱酸化させるとともに、薄膜化BOX層領域R3の第2単結晶半導体層13aを上から熱酸化させることが可能となる。この結果、薄膜化BOX層領域R3の第2単結晶半導体層13aを残したままで、厚膜化BOX層領域R2の第2単結晶半導体層13aを消失させることが可能となり、厚膜化BOX層領域R2と薄膜化BOX層領域R3とでBOX層の膜厚を異ならせることができる。   Further, in the thinned BOX layer region R3, the first single crystal semiconductor layer 12a is etched by setting the depth of the groove M3 so that the second single crystal semiconductor layer 13a remains on the first single crystal semiconductor layer 12a. It can be prevented from being removed, and the cavity 17 can be prevented from being formed between the semiconductor substrate 11 and the second single crystal semiconductor layer 13a. For this reason, when the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b are thermally oxidized, the second single crystal semiconductor layer 13a in the thickened BOX layer region R2 is thermally oxidized from above and below, and the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b in the thinned BOX layer region R3. The two single crystal semiconductor layers 13a can be thermally oxidized from above. As a result, the second single crystal semiconductor layer 13a in the thickened BOX layer region R2 can be eliminated while leaving the second single crystal semiconductor layer 13a in the thinned BOX layer region R3, and the thickened BOX layer The thickness of the BOX layer can be made different between the region R2 and the thinned BOX layer region R3.

なお、半導体基板11、第2単結晶半導体層13a、13bおよび支持体16がSi、第1単結晶半導体層12a、12bがSiGeの場合、第1単結晶半導体層12a、12bのエッチング液としてフッ硝酸を用いることが好ましい。これにより、SiとSiGeの選択比として1:1000〜10000程度を得ることができ、半導体基板11、第2単結晶半導体層13a、13bおよび支持体16のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1単結晶半導体層12a、12bを除去することが可能となる。   Note that when the semiconductor substrate 11, the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b, and the support 16 are Si and the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b are SiGe, the first single crystal semiconductor layers 12a and 12b are used as an etchant. Nitric acid is preferably used. Thus, a Si / SiGe selection ratio of about 1: 1000 to 10000 can be obtained, and the first single crystal can be suppressed while over-etching of the semiconductor substrate 11, the second single crystal semiconductor layers 13a and 13b, and the support 16 is suppressed. The crystal semiconductor layers 12a and 12b can be removed.

次に、図13および図14に示すように、厚膜化BOX層領域R2の第2単結晶半導体層13aが消失するまで、半導体基板11、第2単結晶半導体層13a、13bおよび支持体16の熱酸化を行うことにより、第2単結晶半導体層13b下に絶縁層18を形成する。ここで、厚膜化BOX層領域R2の第2単結晶半導体層13aを消失させることにより、厚膜化BOX層領域R2では、第2単結晶半導体層13aと半導体基板11との間を絶縁層18で埋め尽くすことが可能となる。一方、薄膜化BOX層領域R3では、厚膜化BOX層領域R2の第2単結晶半導体層13aが消失するまで熱酸化を行った場合においても、第1単結晶半導体層12aおよび第2単結晶半導体層13aの一部を残すことが可能となる。   Next, as shown in FIGS. 13 and 14, the semiconductor substrate 11, the second single crystal semiconductor layers 13 a and 13 b, and the support body 16 until the second single crystal semiconductor layer 13 a in the thickened BOX layer region R <b> 2 disappears. By performing the thermal oxidation, the insulating layer 18 is formed under the second single crystal semiconductor layer 13b. Here, by eliminating the second single crystal semiconductor layer 13a in the thickened BOX layer region R2, in the thickened BOX layer region R2, an insulating layer is formed between the second single crystal semiconductor layer 13a and the semiconductor substrate 11. 18 can be filled. On the other hand, in the thinned BOX layer region R3, even when thermal oxidation is performed until the second single crystal semiconductor layer 13a in the thickened BOX layer region R2 disappears, the first single crystal semiconductor layer 12a and the second single crystal semiconductor layer 12a A part of the semiconductor layer 13a can be left.

このため、第2単結晶半導体層13bの結晶品質を維持しつつ、厚膜化BOX層領域R2と薄膜化BOX層領域R3とで第2単結晶半導体層13b下の絶縁層18の膜厚を異ならせることができる。このため、半導体素子の用途に適するようにBOX層の膜厚を設定することを可能としつつ、互いに用途の異なる半導体素子を同一の半導体基板11上に形成することができる。   Therefore, while maintaining the crystal quality of the second single crystal semiconductor layer 13b, the thickness of the insulating layer 18 below the second single crystal semiconductor layer 13b is increased in the thickened BOX layer region R2 and the thinned BOX layer region R3. Can be different. For this reason, while making it possible to set the film thickness of the BOX layer so as to be suitable for the use of the semiconductor element, semiconductor elements having different uses can be formed on the same semiconductor substrate 11.

また、エピタキシャル成長時の第2単結晶半導体層13bの膜厚および第2単結晶半導体層13bの熱酸化時に形成された絶縁層18の膜厚によって、素子分離後の第2単結晶半導体層13bの膜厚を規定することができる。このため、第2単結晶半導体層13bの膜厚を精度よく制御することができ、第2単結晶半導体層13bの膜厚のバラツキを低減させることを可能としつつ、厚膜化BOX層領域R2と薄膜化BOX層領域R3とで第2単結晶半導体層13b下の絶縁層18の膜厚を異ならせることができる。また、第2単結晶半導体層13b上に酸化防止膜15を設けることで、第2単結晶半導体層13bの表面が熱酸化されることを防止しつつ、第2単結晶半導体層13b下に絶縁層18を形成することが可能となる。   Further, depending on the film thickness of the second single crystal semiconductor layer 13b during epitaxial growth and the film thickness of the insulating layer 18 formed during thermal oxidation of the second single crystal semiconductor layer 13b, The film thickness can be defined. For this reason, the film thickness of the second single crystal semiconductor layer 13b can be accurately controlled, and the variation in the film thickness of the second single crystal semiconductor layer 13b can be reduced, and the thickened BOX layer region R2 can be reduced. The film thickness of the insulating layer 18 under the second single crystal semiconductor layer 13b can be made different between the thinned BOX layer region R3. In addition, by providing the antioxidant film 15 on the second single crystal semiconductor layer 13b, the surface of the second single crystal semiconductor layer 13b is prevented from being thermally oxidized and insulated under the second single crystal semiconductor layer 13b. The layer 18 can be formed.

また、空洞部17が埋め込まれるようにして絶縁層18を形成することにより、絶縁層18を素子分離領域間に自己整合的に配置することが可能となる。このため、厚膜化BOX層領域R2と薄膜化BOX層領域R3との間でBOX層の欠落や重複を防止することを可能としつつ、半導体素子の用途ごとにBOX層の膜厚を異ならせることが可能となり、半導体素子の高集積化および高信頼性化を図ることができる。   Further, by forming the insulating layer 18 so that the cavity portion 17 is embedded, the insulating layer 18 can be disposed in a self-aligned manner between the element isolation regions. For this reason, it is possible to prevent the BOX layer from being lost or overlapped between the thickened BOX layer region R2 and the thinned BOX layer region R3, and the thickness of the BOX layer is made different for each application of the semiconductor element. Therefore, high integration and high reliability of the semiconductor element can be achieved.

なお、絶縁層18を形成した後、高温アニールを行う。これにより、絶縁層18をリフローさせることが可能となり、絶縁層18のストレスを緩和させることが可能となるとともに、界面準位を減らすことができる。
次に、図15および図16に示すように、CVDなどの方法により、絶縁層18が側壁に形成された溝M1〜M3内が埋め込まれるようにして、第2単結晶半導体層上に絶縁層を堆積する。そして、CMP(化学的機械的研磨)などの方法を用いて絶縁層を平坦化することにより、第2単結晶半導体層の表面を露出させ、埋め込み絶縁層19を溝M1〜M3内に形成する。なお、埋め込み絶縁層19としては、例えば、SiO2またはSi34などを用いることができる。
Note that after the insulating layer 18 is formed, high-temperature annealing is performed. Thereby, the insulating layer 18 can be reflowed, the stress of the insulating layer 18 can be relieved, and the interface state can be reduced.
Next, as shown in FIGS. 15 and 16, an insulating layer is formed on the second single crystal semiconductor layer by filling the trenches M1 to M3 in which the insulating layer 18 is formed on the sidewalls by a method such as CVD. To deposit. Then, the insulating layer is planarized using a method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) to expose the surface of the second single crystal semiconductor layer, and the buried insulating layer 19 is formed in the trenches M1 to M3. . For example, SiO 2 or Si 3 N 4 can be used as the buried insulating layer 19.

次に、図17および図18に示すように、無BOX層領域R1において、第2単結晶半導体層13bにイオン注入を選択的に行うことにより不純物拡散層22cを形成し、無BOX層領域R1に保護ダイオードを形成する。
また、厚膜化BOX層領域R2および薄膜化BOX層領域R3において、第2単結晶半導体層13bの表面の熱酸化を行うことにより、第2単結晶半導体層13b上にゲート絶縁膜20a、20bをそれぞれ形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜20a、20bが形成された第2単結晶半導体層13b上に多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、多結晶シリコン膜のパターニングを行うことにより、第2単結晶半導体層13b上にゲート電極21a、21bを形成する。そして、ゲート電極21a、21bをマスクとして、不純物のイオン注入を第2単結晶半導体層13bに行うことにより、ゲート電極21a、21bの側方にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層22a、22bを第2単結晶半導体層13bに形成する。
Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the impurity diffusion layer 22c is formed by selectively implanting ions into the second single crystal semiconductor layer 13b in the non-BOX layer region R1, thereby forming the non-BOX layer region R1. A protective diode is formed.
Further, in the thickened BOX layer region R2 and the thinned BOX layer region R3, the surface of the second single crystal semiconductor layer 13b is thermally oxidized to thereby form the gate insulating films 20a and 20b on the second single crystal semiconductor layer 13b. Respectively. Then, a polycrystalline silicon layer is formed on the second single crystal semiconductor layer 13b on which the gate insulating films 20a and 20b are formed by a method such as CVD. Then, by patterning the polycrystalline silicon film using photolithography technology and etching technology, gate electrodes 21a and 21b are formed on the second single crystal semiconductor layer 13b. Then, by ion implantation of impurities into the second single crystal semiconductor layer 13b using the gate electrodes 21a and 21b as a mask, the source / drain layers 22a and 22b respectively disposed on the sides of the gate electrodes 21a and 21b Two single crystal semiconductor layers 13b are formed.

これにより、薄膜化BOX層領域R3では、高速・低パワー半導体素子の実行チャネル長が0.1μm以下の時、第2単結晶半導体層13bの膜厚を50nm以下にするとともに、BOX層の膜厚を10−100nmに薄膜化することが可能となり、短チャネル効果が抑制された完全空乏型SOIトランジスタを形成することができる。
また、厚膜化BOX層領域R2では、BOX層の膜厚を厚膜化することが可能となり、BOX層の破壊耐圧やバックチャネル閾値耐圧を確保することを可能として、高性能化かつ高信頼性化された高耐圧トランジスタを形成することができる。
Thereby, in the thinned BOX layer region R3, when the effective channel length of the high-speed / low-power semiconductor element is 0.1 μm or less, the thickness of the second single crystal semiconductor layer 13b is 50 nm or less, and the film of the BOX layer The thickness can be reduced to 10-100 nm, and a fully depleted SOI transistor in which the short channel effect is suppressed can be formed.
Further, in the thickened BOX layer region R2, it is possible to increase the film thickness of the BOX layer, and it is possible to secure the breakdown voltage and back channel threshold voltage resistance of the BOX layer, so that high performance and high reliability are achieved. Thus, a high-voltage transistor can be formed.

さらに、無BOX層領域R1では、BOX層を省略することができ、半導体素子の性能および信頼性を維持することを可能としつつ、大きな電流が流れる半導体素子を形成することができる。なお、無BOX層領域R1には、保護ダイオードの他、バイポーラトランジスタを形成することが好ましい。   Furthermore, in the non-BOX layer region R1, the BOX layer can be omitted, and a semiconductor element in which a large current flows can be formed while maintaining the performance and reliability of the semiconductor element. In addition, it is preferable to form a bipolar transistor in addition to the protective diode in the non-BOX layer region R1.

一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図および断面図。The top view and sectional drawing which show the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

R1 無BOX層領域、R2 厚膜化BOX層領域、R3 薄膜化BOX層領域、11 半導体基板、12a、12b 第1単結晶半導体層、13a、13b 第2単結晶半導体層、14 犠牲酸化膜、15 酸化防止膜、M1、M2、M3 素子分離用溝、16 支持体、17 空洞部、18 酸化膜、19 埋め込み絶縁層、20a、20b ゲート絶縁膜、21a、21b ゲート電極、22a、22b ソース/ドレイン層、22c 不純物拡散層   R1 non-BOX layer region, R2 thick BOX layer region, R3 thin BOX layer region, 11 semiconductor substrate, 12a, 12b first single crystal semiconductor layer, 13a, 13b second single crystal semiconductor layer, 14 sacrificial oxide film, 15 Antioxidation film, M1, M2, M3 Element isolation groove, 16 support, 17 cavity, 18 oxide film, 19 buried insulating layer, 20a, 20b gate insulating film, 21a, 21b gate electrode, 22a, 22b source / Drain layer, 22c Impurity diffusion layer

Claims (9)

半導体基材と、
前記半導体基材上に形成された互いに異なる膜厚を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された半導体層とを備えることを特徴とする半導体基板。
A semiconductor substrate;
Insulating layers having different film thicknesses formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor substrate comprising: a semiconductor layer formed on the insulating layer.
前記半導体層は同一の膜厚を有する単結晶半導体層であることを特徴とする請求項1記載の半導体基板。   2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a single crystal semiconductor layer having the same film thickness. 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された互いに異なる膜厚を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された半導体層と、
前記半導体層に形成された互いに用途の異なる半導体素子とを備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
Insulating layers having different film thicknesses formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor layer formed on the insulating layer;
A semiconductor device comprising: semiconductor elements having different uses formed in the semiconductor layer.
半導体基板と、
前記半導体基板上の一部領域に形成された互いに異なる膜厚を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された半導体層と、
前記半導体基板と前記半導体層とに形成された互いに用途の異なる半導体素子とを備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
Insulating layers having different film thicknesses formed in partial regions on the semiconductor substrate;
A semiconductor layer formed on the insulating layer;
A semiconductor device comprising: semiconductor elements having different uses formed on the semiconductor substrate and the semiconductor layer.
前記半導体層を水平方向に素子分離する素子分離領域をさらに備え、
前記絶縁層は前記素子分離領域間に自己整合的に配置されていることを特徴とする請求項3または4記載の半導体装置。
An element isolation region for isolating the semiconductor layer in the horizontal direction;
The semiconductor device according to claim 3, wherein the insulating layer is disposed in a self-aligned manner between the element isolation regions.
前記互いに異なる膜厚を有する絶縁層のうち、膜厚の薄い方の絶縁層上に形成された半導体層には、低電圧駆動される電界効果型トランジスタが配置され、膜厚の厚い方の絶縁層上に形成された半導体層には、高電圧駆動される電界効果型トランジスタが配置され、前記半導体基板との間に絶縁層のない半導体層には、保護ダイオードまたはバイポートランジスタが配置されていることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項記載の半導体装置。   Of the insulating layers having different thicknesses, a field effect transistor driven at a low voltage is disposed in the semiconductor layer formed on the thinner insulating layer, and the thicker insulating layer is provided. A field effect transistor driven at a high voltage is disposed in a semiconductor layer formed on the layer, and a protective diode or a bipolar transistor is disposed in a semiconductor layer without an insulating layer between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate. The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is provided. 第1半導体層よりもエッチング時の選択比が小さな第2半導体層が前記第1半導体層上に積層された積層構造を半導体基材上に複数層形成する工程と、
前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基材を露出させる第1溝を形成する工程と、
前記半導体基材上で前記第2半導体層を支持する支持体を前記第1溝内の前記第1半導体層および第2半導体層の側壁に形成する工程と、
前記支持体が側壁に形成された前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を、前記第1溝で区分けされた第1領域に形成する工程と、
前記第2溝にて露出させられた第1半導体層よりも上層の第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第3溝を、前記第1溝で区分けされた第2領域に形成する工程と、
前記第2溝および第3溝を介して前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第2半導体層の間に空洞部を形成する工程と、
前記空洞部で上下を挟まれた第2半導体層が消失するまで前記第2半導体層の熱酸化を行うことにより、最上層の第2半導体層下に配置された互いに異なる膜厚を有する絶縁層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体基板の製造方法。
Forming a plurality of stacked structures on a semiconductor substrate, wherein a second semiconductor layer having a lower selectivity at the time of etching than the first semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer;
Forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate on side walls of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the first groove;
Forming a second groove that exposes at least a part of the first semiconductor layer formed on the side wall of the support from the second semiconductor layer in a first region partitioned by the first groove;
A third groove that exposes at least a part of the first semiconductor layer above the first semiconductor layer exposed in the second groove from the second semiconductor layer is divided by the first groove. Forming in the region;
Forming a cavity between the second semiconductor layers by selectively etching the first semiconductor layer through the second grooves and the third grooves;
Insulating layers having different film thicknesses disposed under the uppermost second semiconductor layer by thermally oxidizing the second semiconductor layer until the second semiconductor layer sandwiched between the upper and lower sides of the cavity disappears And a step of forming the semiconductor substrate.
前記第2半導体層および前記支持体は単結晶Si、前記第1半導体層は単結晶SiGeであることを特徴とする請求項7記載の半導体基板の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 7, wherein the second semiconductor layer and the support are single crystal Si, and the first semiconductor layer is single crystal SiGe. 第1半導体層よりもエッチング時の選択比が小さな第2半導体層が前記第1半導体層上に積層された積層構造を半導体基板上に複数層形成する工程と、
前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる第1溝を形成する工程と、
前記半導体基板上で前記第2半導体層を支持する支持体を前記第1溝内の前記第1半導体層および第2半導体層の側壁に形成する工程と、
前記支持体が側壁に形成された前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を、前記第1溝で区分けされた第1領域に形成する工程と、
前記第2溝にて露出させられた第1半導体層よりも上層の第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第3溝を、前記第1溝で区分けされた第2領域に形成する工程と、
前記第2溝および第3溝を介して前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第2半導体層の間に空洞部を形成する工程と、
前記空洞部で上下を挟まれた第2半導体層が消失するまで前記第2半導体層の熱酸化を行うことにより、最上層の第2半導体層下に配置された互いに異なる膜厚を有する絶縁層を形成する工程と、
互いに用途の異なる半導体素子を前記最上層の第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of stacked structures on a semiconductor substrate, wherein a second semiconductor layer having a smaller selectivity at the time of etching than the first semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer;
Forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate on sidewalls of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the first groove;
Forming a second groove that exposes at least a part of the first semiconductor layer formed on the side wall of the support from the second semiconductor layer in a first region partitioned by the first groove;
A third groove that exposes at least a part of the first semiconductor layer above the first semiconductor layer that is exposed in the second groove from the second semiconductor layer is a second groove that is divided by the first groove. Forming in the region;
Forming a cavity between the second semiconductor layers by selectively etching the first semiconductor layer through the second and third grooves;
Insulating layers having different film thicknesses disposed under the uppermost second semiconductor layer by performing thermal oxidation of the second semiconductor layer until the second semiconductor layer sandwiched between the upper and lower sides of the cavity disappears Forming a step;
Forming a semiconductor element having a different use in the second semiconductor layer as the uppermost layer, and a method for manufacturing a semiconductor device.
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