JP2006339484A - Semiconductor device and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置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 device and a method for manufacturing the 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。特に、完全空乏型SOIトランジスタは、低消費電力かつ高速動作が可能で、低電圧駆動が容易なため、SOIトランジスタを完全空乏モードで動作させるための研究が盛んに行われている。ここで、SOI基板としては、例えば、特許文献1、2に開示されているように、SIMOX(Separation by Implanted Oxgen)基板や貼り合わせ基板などが用いられている。 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. In particular, since a fully depleted SOI transistor can operate at low power consumption and at high speed and can be easily driven at a low voltage, research for operating the SOI transistor in a fully depleted mode has been actively conducted. Here, as the SOI substrate, for example, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, a SIMOX (Separation by Implanted Oxgen) substrate or a bonded substrate is used.
また、非特許文献1には、バルク基板上にSOI層を形成することで、SOIトランジスタを低コストで形成できる方法が開示されている。この非特許文献1に開示された方法では、Si基板上にSi/SiGe層を成膜し、SiとSiGeとの選択比の違いを利用してSiGe層のみを選択的に除去することにより、Si基板とSi層との間に空洞部を形成する。そして、空洞部内に露出したSiの熱酸化を行うことにより、Si基板とSi層との間にSiO2層を埋め込み、Si基板とSi層との間にBOX層を形成する。
しかしながら、SIMOX基板を製造するには、シリコンウェハに高濃度の酸素のイオン注入が必要となる。また、貼り合わせ基板を製造するには、2枚のシリコンウェハを貼り合わせた後、シリコンウェハの表面を研磨する必要がある。このため、SOIトランジスタでは、バルク半導体に形成された電界効果型トランジスタに比べてコストアップを招くという問題があった。 However, in order to manufacture a SIMOX substrate, high-concentration oxygen ions must be implanted into a silicon wafer. In order to manufacture a bonded substrate, it is necessary to polish the surface of the silicon wafer after bonding two silicon wafers. For this reason, the SOI transistor has a problem that the cost is increased as compared with a field effect transistor formed in a bulk semiconductor.
また、イオン注入や研磨では、SOI層の膜厚のばらつきが大きく、完全空乏型SOIトランジスタを作製するためにSOI層を薄膜化すると、電界効果型トランジスタの特性を安定化させることが困難であるという問題があった。
また、非特許文献1に開示された方法では、SiGe層を除去した時にSi層をSi基板上で支持するための領域や、Si層下のSiGe層にエッチング液を接触させるための領域をSi層の周囲に確保する必要がある。このため、アクティブ領域として利用できない無駄な部分の面積が大きくなり、トランジスタの集積化に支障をきたすという問題があった。
Also, in ion implantation and polishing, the variation in the thickness of the SOI layer is large, and it is difficult to stabilize the characteristics of the field effect transistor when the SOI layer is thinned in order to produce a fully depleted SOI transistor. There was a problem.
Further, in the method disclosed in Non-Patent Document 1, a region for supporting the Si layer on the Si substrate when the SiGe layer is removed and a region for bringing the etching solution into contact with the SiGe layer under the Si layer are formed in Si. Must be secured around the layer. For this reason, there is a problem that the area of a useless portion that cannot be used as an active region is increased, which hinders integration of transistors.
そこで、本発明の目的は、SOI基板を用いることなく、絶縁体上に形成される半導体層の面積を拡大することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can increase the area of a semiconductor layer formed on an insulator without using an SOI substrate.
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装置によれば、半導体基板上にエピタキシャル成長にて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の間に埋め込まれた埋め込み絶縁層と、前記半導体層上に形成されたゲート電極と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層とを備え、前記埋め込み絶縁層は、前記半導体層の一部が前記半導体基板に接触した状態で、前記半導体層の一部が熱酸化された酸化膜を含んで構成されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, according to a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a semiconductor layer formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate and embedded between the semiconductor substrate and the semiconductor layer A buried insulating layer; a gate electrode formed on the semiconductor layer; a source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode; formed on the semiconductor layer; A drain layer disposed on the other side, wherein the buried insulating layer includes an oxide film in which a part of the semiconductor layer is thermally oxidized in a state where a part of the semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate It is characterized by comprising.
これにより、半導体層の一部を利用することで、半導体層と半導体基板との間に隙間を持たせた状態で半導体層を半導体基板上に支持することができる。このため、半導体層を半導体基板上に支持するために、支持体を配置する領域を半導体層の周囲に確保する必要がなくなり、絶縁体上に形成される半導体層の面積を拡大することが可能となる。このため、SOI基板を用いることなく、半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 Thereby, by utilizing a part of the semiconductor layer, the semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate with a gap between the semiconductor layer and the semiconductor substrate. For this reason, in order to support the semiconductor layer on the semiconductor substrate, it is not necessary to secure a region for arranging the support around the semiconductor layer, and the area of the semiconductor layer formed on the insulator can be increased. It becomes. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on a semiconductor layer without using an SOI substrate, it is possible to reduce the price of the SOI transistor, and relax restrictions on the size and layout of the SOI transistor. However, the integration degree of the SOI transistor can be improved.
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、半導体基板の表面の一部に第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を一部が前記半導体基板の表面に接触するようにして前記第1半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる露出部を形成する工程と、前記露出部を介して第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1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、前記第2半導体層が前記半導体基板に接触する部分を熱酸化させながら、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第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 step of forming the first semiconductor layer on a part of the surface of the semiconductor substrate, and the second semiconductor having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer. Forming a layer on the first semiconductor layer such that a part of the layer contacts the surface of the semiconductor substrate, and forming an exposed portion exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer. A step of selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion to form a cavity from which the first semiconductor layer has been removed under the second semiconductor layer; and the second semiconductor Forming a buried insulating layer embedded in the cavity while thermally oxidizing a portion of the layer contacting the semiconductor substrate; and forming a gate electrode on the second semiconductor layer via a gate insulating film And the above Characterized in that it comprises a source layer disposed so as to sandwich the gate electrode and a step of forming a drain layer on the second semiconductor layer.
これにより、第1半導体層上に第2半導体層が積層された場合においても、露出部を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層に接触させることが可能となり、第2半導体層を残したまま、第1および第2半導体層間の選択比の違いを利用して第1半導体層を除去することが可能となるとともに、第2半導体層下の空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成することができる。また、第1半導体層上に形成された第2半導体層の一部を半導体基板の表面に接触させることで、第2半導体層の一部を用いて第2半導体層を半導体基板上で支持する支持体を構成することが可能となり、支持体を配置する領域を第2半導体層の周囲に確保する必要がなくなる。さらに、空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する時に、第2半導体層が半導体基板に接触する部分を熱酸化することにより、第2半導体層の一部を用いて支持体を構成した場合においても、第2半導体層を半導体基板から完全に分離することが可能となる。このため、第2半導体層の面積を拡大することを可能としつつ、第2半導体層を埋め込み絶縁層上に配置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、第2半導体層と半導体基板との間の絶縁を図ることが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 As a result, even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, it becomes possible to contact the etching gas or the etchant with the first semiconductor layer through the exposed portion, leaving the second semiconductor layer. The first semiconductor layer can be removed using the difference in selectivity between the first and second semiconductor layers, and a buried insulating layer embedded in the cavity under the second semiconductor layer is formed. can do. Further, a part of the second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer is brought into contact with the surface of the semiconductor substrate, whereby the second semiconductor layer is supported on the semiconductor substrate by using a part of the second semiconductor layer. The support can be configured, and it is not necessary to secure a region for arranging the support around the second semiconductor layer. Further, when forming the buried insulating layer embedded in the cavity, the support is configured using a part of the second semiconductor layer by thermally oxidizing the portion where the second semiconductor layer contacts the semiconductor substrate. In this case, the second semiconductor layer can be completely separated from the semiconductor substrate. For this reason, it becomes possible to arrange the second semiconductor layer on the buried insulating layer while making it possible to enlarge the area of the second semiconductor layer, and without damaging the quality of the second semiconductor layer. Insulation between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate can be achieved. As a result, it is possible to form an SOI transistor on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, and it is possible to reduce the cost of the SOI transistor and to restrict the size and layout of the SOI transistor. The integration degree of the SOI transistor can be improved while relaxing the above.
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、散点状に配置された酸化膜を半導体基板上に形成する工程と、前記酸化膜をマスクとして選択エピタキシャル成長を行うことにより、前記半導体基板の表面の一部に第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層が形成された半導体基板から前記酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜が除去された半導体基板に接触するように配置され、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上にエピタキシャル成長にて形成する工程と、前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる露出部を形成する工程と、前記露出部を介して第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1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、前記第2半導体層が前記半導体基板に接触する部分を熱酸化させながら、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第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 according to one embodiment of the present invention, by performing selective epitaxial growth using the oxide film as a mask, the step of forming the oxide film arranged in the form of dots on the semiconductor substrate, Forming a first semiconductor layer on a part of a surface of the semiconductor substrate; removing the oxide film from the semiconductor substrate on which the first semiconductor layer is formed; and removing the oxide film from the semiconductor substrate. Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer by epitaxial growth, the second semiconductor layer being disposed so as to be in contact and having a lower etching rate than the first semiconductor layer; and a part of the first semiconductor layer being formed by the second semiconductor layer. Forming an exposed portion to be exposed from the semiconductor layer; and selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion, thereby removing the cavity from which the first semiconductor layer has been removed. Forming under a semiconductor layer, forming a buried insulating layer embedded in the cavity while thermally oxidizing a portion where the second semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate, and on the second semiconductor layer Forming a gate electrode with a gate insulating film interposed therebetween, and forming a source layer and a drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer.
これにより、第2半導体層を複数の箇所で支えることが可能となるとともに、第2半導体層が半導体基板に接触する部分の面積を小さくすることができる。このため、第2半導体層の一部を用いて支持体を構成した場合においても、第2半導体層を半導体基板上で安定して支持することが可能となるとともに、第2半導体層の膜厚を確保しつつ、第2半導体層の熱酸化にて第2半導体層を半導体基板から完全に分離することが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 Accordingly, the second semiconductor layer can be supported at a plurality of locations, and the area of the portion where the second semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate can be reduced. Therefore, even when the support is configured using a part of the second semiconductor layer, the second semiconductor layer can be stably supported on the semiconductor substrate, and the thickness of the second semiconductor layer can be increased. It is possible to completely separate the second semiconductor layer from the semiconductor substrate by thermal oxidation of the second semiconductor layer while ensuring the above. As a result, it is possible to form an SOI transistor on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, and it is possible to reduce the cost of the SOI transistor and to restrict the size and layout of the SOI transistor. The integration degree of the SOI transistor can be improved while relaxing the above.
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、前記第2半導体層上に酸化防止膜を形成する工程と、前記埋め込み絶縁層を形成した後に前記第2半導体層上に酸化膜を堆積する工程と、前記酸化防止膜をストッパとして前記絶縁膜を薄膜化することにより、前記酸化膜を平坦化する工程と、前記酸化膜を平坦化した後に前記酸化防止膜を除去する工程とを備えることを特徴とする。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming an antioxidant film on the second semiconductor layer, and the oxidation on the second semiconductor layer after forming the buried insulating layer are performed. A step of depositing a film, a step of planarizing the oxide film by thinning the insulating film using the antioxidant film as a stopper, and a step of removing the antioxidant film after planarizing the oxide film It is characterized by providing.
これにより、半導体基板と半導体層との間に埋め込み絶縁層を埋め込んだ後に、第2半導体層の表面を安定して露出させることが可能となるとともに、第2半導体層の周囲に膜厚の厚い酸化膜を形成することができる。このため、ゲート電極を第2半導体層上に配置した際に、ゲート電極の両端が酸化膜にかかった場合においても、絶縁不良による半導体基板やソース/ドレイン層へのリーク電流の発生を防止することができる。 This makes it possible to stably expose the surface of the second semiconductor layer after embedding the buried insulating layer between the semiconductor substrate and the semiconductor layer, and to increase the thickness around the second semiconductor layer. An oxide film can be formed. For this reason, when the gate electrode is disposed on the second semiconductor layer, even when both ends of the gate electrode are covered with the oxide film, leakage current to the semiconductor substrate and the source / drain layer due to insulation failure is prevented. be able to.
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、前記半導体基板および前記第2半導体層は単結晶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、半導体基板、第1半導体層および第2半導体層間の格子整合をとることを可能としつつ、半導体基板および第2半導体層よりも第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、第2半導体層の一部を用いて支持体を構成した場合においても、第2半導体層半導体基板上で安定して維持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、第2半導体層と半導体基板との間の絶縁を図ることが可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate and the second semiconductor layer are single crystal Si, and the first semiconductor layer is single crystal SiGe.
Thus, it is possible to make the lattice matching between the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer, and to increase the etching selectivity of the first semiconductor layer compared to the semiconductor substrate and the second semiconductor layer. It becomes possible. Therefore, the second semiconductor layer with good crystal quality can be formed on the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer can be formed even when the support is configured by using a part of the second semiconductor layer. It becomes possible to stably maintain the semiconductor substrate, and it is possible to achieve insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate without deteriorating the quality of the second semiconductor layer.
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(a)〜図10(a)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斜視図、図1(b)〜図10(b)は、図1(a)〜図10(a)のA10−A10´〜A19−A19´線でそれぞれ切断した断面図、図1(c)〜図10(c)は、図1(a)〜図10(a)のB10−B10´〜B19−B19´線でそれぞれ切断した断面図である。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 10A are perspective views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 10B are FIGS. Cross-sectional views cut along lines A10-A10 ′ to A19-A19 ′ in FIG. 10A, and FIGS. 1C to 10C are B10− in FIGS. 1A to 10A, respectively. It is sectional drawing cut | disconnected by the B10'-B19-B19 'line | wire, respectively.
図1において、熱酸化などの方法により半導体基板11上の全面に酸化膜12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酸化膜12をパターニングすることにより、酸化膜12を半導体基板11上に散点状に配置する。なお、散点状に配置された酸化膜12のサイズは、数十nm程度とすることが好ましい。
次に、図2に示すように、酸化膜12をマスクとした選択エピタキシャル成長を行うことにより、酸化膜12に対応した開口部13aを有する第1半導体層13を半導体基板11上に形成する。ここで、選択エピタキシャル成長では、第1半導体層13を形成するための原料ガスを供給しながら、熱CVDにて第1半導体層13が成膜される。そして、酸化膜12が配置された半導体基板11上には、第1半導体層13として単結晶半導体層を成膜させることができる。ここで、単結晶半導体層を半導体基板11上に成膜させる時に、アモルファス半導体層が酸化膜12上に成膜するが、アモルファス半導体層を塩素ガスなどに晒すことにより、半導体基板11上に成膜された単結晶半導体層を残したまま、アモルファス半導体層を分解除去することができる。このため、選択エピタキシャル成長を行うことにより、酸化膜12上に半導体層が成膜されないようにして、半導体基板11上に第1半導体層13を選択的に形成することができる。
In FIG. 1, an
Next, as shown in FIG. 2, by performing selective epitaxial growth using the
次に、図3に示すように、第1半導体層13を形成した後、半導体基板11に存在する酸化膜12を除去する。そして、エピタキシャル成長を行うことにより、開口部13aを介して半導体基板11の表面に接触する支持体14aが設けられた第2半導体層14を第1半導体層上に形成する。なお、第1半導体層13は、半導体基板11および第2半導体層14よりもエッチングレートが大きな材質を用いることができ、半導体基板11、第1半導体層13および第2半導体層14の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどの中から選択された組み合わせ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半導体層13としてSiGe、第2半導体層14としてSiを用いることが好ましい。これにより、第1半導体層13と第2半導体層14との間の格子整合をとることを可能としつつ、第1半導体層13と第2半導体層14との間の選択比を確保することができる。なお、第1半導体層13としては、単結晶半導体層の他、多結晶半導体層、アモルファス半導体層または多孔質半導体層を用いるようにしてもよい。また、第1半導体層13の代わりに、単結晶半導体層をエピタキシャル成長にて成膜可能なγ−酸化アルミニウムなどの金属酸化膜を用いるようにしてもよい。また、第1半導体層13および第2半導体層14の膜厚は、例えば、1〜100nm程度とすることができる。
Next, as shown in FIG. 3, after forming the
次に、図4に示すように、第2半導体層14の熱酸化により第2半導体層14の表面にパッド酸化膜15を形成する。そして、CVDなどの方法により、パッド酸化膜15上の全面に酸化防止膜16を形成する。なお、酸化防止膜16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5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16、パッド酸化膜15、第2半導体層14および第1半導体層13をパターニングすることにより、第1半導体層13の側面を露出させる露出部17を形成する。なお、第1半導体層13の側面を露出させる露出部17を形成する場合、必ずしも半導体基板11の表面の一部を露出させる必要はなく、第1半導体層13の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第1半導体層13をオーバーエッチングして第1半導体層13に凹部を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4, a
Next, as shown in FIG. 5, the first semiconductor layer is patterned by patterning the
次に、図6に示すように、第1半導体層13の側面を露出させる露出部17を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層13に接触させることにより、第1半導体層13をエッチング除去し、半導体基板11と第2半導体層14との間に空洞部19を形成する。
ここで、第1半導体層13の側面を露出させる露出部17を形成することにより、第1半導体層13上に第2半導体層14が積層された場合においても、露出部17を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層13に接触させることが可能となり、第2半導体層14を残したまま、第1半導体層13と第2半導体層14との間の選択比の違いを利用して第1半導体層13を除去することが可能となる。また、第1半導体層13上に形成された第2半導体層14の一部を半導体基板11の表面に接触させることで、第2半導体層14の一部を用いて第2半導体層14を半導体基板11上で支持する支持体14aを構成することが可能となる。このため、支持体14aを配置する領域を第2半導体層14の周囲に確保する必要がなくなり、第2半導体層14の面積を拡大することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 6, the
Here, by forming the exposed
なお、半導体基板11および第2半導体層14がSi、第1半導体層13がSiGeの場合、第1半導体層13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1:100〜1000程度を得ることができ、半導体基板11および第2半導体層14のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層13を除去することが可能となる。また、第1半導体層13のエッチング液としてフッ硝酸過水、アンモニア過水、あるいはフッ酢酸過水を用いても良い。
In the case where the
また、第1半導体層13をエッチング除去する前に、陽極酸化などの方法により第1半導体層13を多孔質化するようにしてもよいし、第1半導体層13にイオン注入を行うことにより、第1半導体層13をアモルファス化するようにしてもよい。これにより、第1半導体層13のエッチングレートを増大させることが可能となり、第1半導体層13のエッチング面積を拡大することができる。
Further, before the
次に、図7に示すように、半導体基板11および第2半導体層14の熱酸化を行うことにより、半導体基板11と第2半導体層14との間の空洞部19に埋め込み酸化膜20を形成する。ここで、半導体基板11と第2半導体層14との間の空洞部19に埋め込み酸化膜20を形成する場合、第2半導体層14の一部からなる支持体14aを熱酸化にて消失させ、埋め込み酸化膜20にて半導体基板11と第2半導体層14とを完全に分離することが好ましい。これにより、第2半導体層14の一部を用いて支持体14aを構成した場合においても、第2半導体層14の品質を損なうことなく、第2半導体層14を埋め込み酸化膜20上に配置することが可能となり、第2半導体層14の面積を拡大することを可能としつつ、第2半導体層14と半導体基板11との間の絶縁を図ることが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層14上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 7, the buried
なお、半導体基板11および第2半導体層14の熱酸化にて埋め込み酸化膜20を形成する場合、埋め込み性を向上させるために、反応律速となる低温のウェット酸化を用いることが好ましい。その際、第2半導体層14の側壁も熱酸化される。また、空洞部19に埋め込み酸化膜20を形成した後、1100℃以上の高温アニールを行うようにしてもよい。これにより、埋め込み酸化膜20をリフローさせることが可能となり、埋め込み酸化膜20のストレスを緩和させることが可能となるとともに、第2半導体層14との境界における界面準位を減らすことができる。また、埋め込み酸化膜20は空洞部19を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部19が一部残るように形成しても良い。
In the case where the buried
次に、図8に示すように、CVDなどの方法によって半導体基板11上の全面に酸化膜21を堆積する。そして、エッチバックまたはCMP(化学的機械的研磨)などの方法にて酸化膜21を薄膜化することにより、酸化膜21を平坦化する。ここで、酸化膜21を平坦化する場合、エッチバックまたはCMPのストッパとして酸化防止膜16を利用することができる。このため、第2半導体層14にダメージを与えることなく、第2半導体層14の周囲に膜厚の厚い酸化膜21を形成することができ、図10のゲート電極32を第2半導体層14上に配置した際に、ゲート電極32の両端が酸化膜21にかかった場合においても、絶縁不良による半導体基板11やソース/ドレイン層35a、35bへのリーク電流の発生を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 8, an
次に、図9に示すように、第2半導体層14上の酸化防止膜16およびパッド酸化膜15を除去することにより、第2半導体層14の表面を露出させる。
次に、図10に示すように、第2半導体層14の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層14の表面にゲート絶縁膜31を形成する。そして、ゲート絶縁膜31が形成された第2半導体層14上に、CVDなどの方法により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層をパターニングすることにより、第2半導体層14上にゲート電極32を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, the surface of the
Next, as shown in FIG. 10, the surface of the
次に、ゲート電極32をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層14内にイオン注入することにより、ゲート電極32の両側にそれぞれ配置された低濃度不純物導入層からなるLDD層33a、33bを第2半導体層14に形成する。そして、LDD層33a、33bが形成された第2半導体層14上に、CVDなどの方法により絶縁層を形成し、RIEなどの異方性エッチングを用いて絶縁層をエッチバックすることにより、ゲート電極32の側壁にサイドウォール34a、34bを形成する。そして、ゲート電極32およびサイドウォール34a、34bをマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層14内にイオン注入することにより、ゲート電極32を挟み込むように配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層35a、35bを第2半導体層14に形成する。
Next, using the
11 半導体基板、12 酸化膜、13 第1半導体層、13a 開口部、14 第2半導体層、14a 支持体、15 パッド酸化膜、16 酸化防止膜、17 露出部、19 空洞部、20 埋め込み酸化膜、21 酸化膜、31 ゲート絶縁膜、32 ゲート電極、33a、33b、 LDD層、34a、34b サイドウォールスペーサ、35a、35b ソース/ドレイン層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み絶縁層と、
前記半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層とを備え、
前記埋め込み絶縁層は、前記半導体層の一部が前記半導体基板に接触した状態で、前記半導体層の一部が熱酸化された酸化膜を含んで構成されることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate;
A buried insulating layer buried between the semiconductor substrate and the semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer;
A source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode;
A drain layer formed on the semiconductor layer and disposed on the other side of the gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the buried insulating layer includes an oxide film in which a part of the semiconductor layer is thermally oxidized in a state where a part of the semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate.
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を一部が前記半導体基板の表面に接触するようにして前記第1半導体層上に形成する工程と、
前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる露出部を形成する工程と、
前記露出部を介して第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1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、
前記第2半導体層が前記半導体基板に接触する部分を熱酸化させながら、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第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 first semiconductor layer on a part of the surface of the semiconductor substrate;
Forming a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer so that a part thereof is in contact with the surface of the semiconductor substrate;
Forming an exposed portion for exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer;
Forming a cavity under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion, and removing the first semiconductor layer;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity while thermally oxidizing a portion where the second semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
Forming a source layer and a drain layer arranged so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer.
前記酸化膜をマスクとして選択エピタキシャル成長を行うことにより、前記半導体基板の表面の一部に第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層が形成された半導体基板から前記酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜が除去された半導体基板に接触するように配置され、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上にエピタキシャル成長にて形成する工程と、
前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる露出部を形成する工程と、
前記露出部を介して第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1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、
前記第2半導体層が前記半導体基板に接触する部分を熱酸化させながら、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第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 an oxide film arranged in the form of scattered dots on a semiconductor substrate;
Forming a first semiconductor layer on part of the surface of the semiconductor substrate by performing selective epitaxial growth using the oxide film as a mask;
Removing the oxide film from the semiconductor substrate on which the first semiconductor layer is formed;
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer by epitaxial growth, the second semiconductor layer being disposed in contact with the semiconductor substrate from which the oxide film has been removed and having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer;
Forming an exposed portion for exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer;
Forming a cavity under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion, and removing the first semiconductor layer;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity while thermally oxidizing a portion where the second semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
Forming a source layer and a drain layer arranged so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer.
前記埋め込み絶縁層を形成した後に前記第2半導体層上に酸化膜を堆積する工程と、
前記酸化防止膜をストッパとして前記絶縁膜を薄膜化することにより、前記酸化膜を平坦化する工程と、
前記酸化膜を平坦化した後に前記酸化防止膜を除去する工程とを備えることを特徴とする請求項3または4記載の半導体装置の製造方法。 Forming an antioxidant film on the second semiconductor layer;
Depositing an oxide film on the second semiconductor layer after forming the buried insulating layer;
Flattening the oxide film by thinning the insulating film using the antioxidant film as a stopper;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising a step of removing the antioxidant film after planarizing the oxide film.
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JP2005163740A JP2006339484A (en) | 2005-06-03 | 2005-06-03 | Semiconductor device and its fabrication process |
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