JP2007201006A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - 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、(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 a (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 Oxygen)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
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。
Non-Patent
ここで、SOIトランジスタをSOI層に形成した場合、素子分離を行うためにSTI(シャロートレンチアイソレーション)法を用いる方法がある。このSTI法では、周囲の半導体層と完全に孤立した島状の半導体層にトランジスタが形成されるため、隣の半導体層のトランジスタとの間でラッチアップが発生しないなど、多くの利点があることが報告されている。ただし、STI法にて素子分離を行うと、分離されたSOI層のコーナー部のゲート絶縁膜の耐圧や信頼性の劣化、閾値電圧の低い寄生トランジスタが形成される等の課題を生ずることがある。 Here, when the SOI transistor is formed in the SOI layer, there is a method using an STI (Shallow Trench Isolation) method for element isolation. This STI method has many advantages, such as a transistor being formed in an island-shaped semiconductor layer that is completely isolated from the surrounding semiconductor layers, so that no latch-up occurs between the transistors in the adjacent semiconductor layers. Has been reported. However, when element isolation is performed by the STI method, problems such as deterioration of the breakdown voltage and reliability of the gate insulating film at the corner portion of the isolated SOI layer and formation of a parasitic transistor having a low threshold voltage may occur. .
このため、STI法にて素子分離を行った時に、素子分離されたSOI層のコーナー部のゲート絶縁膜の耐圧や信頼性の劣化、閾値電圧の低い寄生トランジスタが形成される等の課題を防止するために、1100℃程度の高温酸化を行うことで、素子分離されたSOI層の上端部を丸め処理する方法がある。
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をイオン注入することが必要となる。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。
また、イオン注入や貼り合わせでは、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ばらつきが大きくなる等の問題があった。
However, in order to manufacture a SIMOX substrate, it is necessary to ion-implant high concentration oxygen into a silicon wafer. In order to manufacture a bonded substrate, it is necessary to bond 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.
In addition, in ion implantation and bonding, there is a large variation in the thickness of the SOI layer, and when the SOI layer is thinned to produce a fully depleted SOI transistor, there are problems such as a large variation in characteristics of the field effect transistor. there were.
一方、非特許文献1に開示された方法では、素子分離されたSOI層の上端部を丸め処理するために、1100℃程度の高温酸化を行うと、SiGe層のGeがSi層に拡散し、リーク電流の増大やゲート絶縁膜の信頼性の劣化などを招くという問題があった。一方、素子分離されたSOI層の上端部を丸め処理するために、Si層下のSiGe層を除去してから、1100℃程度の高温酸化を行うと、Si層の端部にはSi層をSi基板上で支持するための支持体が所定の方向に沿って埋め込まれているため、支持体が埋め込まれている部分ではSi層の上端部を丸めることが困難となり、ゲート電極の配置方向に制約がかかるという問題があった。
On the other hand, in the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、製造コストを抑制しつつ、絶縁体上に半導体層を形成するとともに、ゲート電極の配置方向の制約を緩和しつつ、素子分離された半導体層の上端部の丸め処理を行う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。 Accordingly, an object of the present invention is to form a semiconductor layer on an insulator while suppressing manufacturing costs, and to relieve restrictions on the arrangement direction of the gate electrode, and to round the upper end portion of the semiconductor layer separated from the element A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device capable of performing the above are provided.
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、メサ状に分離された半導体層と、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、前記半導体層のアクティブ領域の隅に配置され、前記半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体と、前記半導体層の上端部を丸めるように形成された丸め部とを備え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 separated in a mesa shape, the semiconductor substrate and the semiconductor layer, Embedded in a buried insulating layer, disposed at a corner of the active region of the semiconductor layer, and formed to round the upper end of the semiconductor layer, a support that supports the semiconductor layer on the semiconductor substrate, and And a rounding part.
これにより、半導体層下に埋め込み絶縁層を埋め込んでから、半導体層の上端部を丸めることが可能となるとともに、半導体層を半導体基板上で支持する支持体が形成された場合においても、半導体層の辺に沿って丸め部の形成が妨げられることを防止することができる。また、半導体層下に埋め込み絶縁層を埋め込むために、エッチングレートが互いに異なる半導体層が半導体基板上に形成された場合においても、前記エッチングレートの異なる半導体層をエッチング除去後、高温酸化を行えることから、前記エッチングレートの異なる半導体層に含まれる成分による汚染を防止しつつ、ゲート電極下の半導体層の端部にかかる電界集中を緩和することが可能となり、素子分離された半導体層の端部に寄生トランジスタが形成されることを防止することが可能となるとともに、ゲート絶縁膜の耐圧、信頼性の劣化を防止することができる。この結果、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、ゲート電極の配置方向の制約を緩和しつつ、ゲート絶縁膜の耐圧及び信頼性の劣化防止、界面準位の低減、及び寄生トランジスタ等による電流リークを抑制することが可能となった。即ち、SOIトランジスタのレイアウトの柔軟性を確保しつつ、SOIトランジスタを安定して動作させることができるようになった。 As a result, it is possible to round the upper end of the semiconductor layer after embedding the buried insulating layer under the semiconductor layer, and the semiconductor layer even when the support for supporting the semiconductor layer on the semiconductor substrate is formed. It is possible to prevent the formation of the rounded portion from being hindered along the side. Further, even when semiconductor layers having different etching rates are formed on a semiconductor substrate in order to embed a buried insulating layer under the semiconductor layer, high-temperature oxidation can be performed after removing the semiconductor layers having different etching rates by etching. From this, it is possible to alleviate the electric field concentration applied to the end of the semiconductor layer under the gate electrode while preventing contamination by components contained in the semiconductor layers having different etching rates. In addition, it is possible to prevent the formation of a parasitic transistor, and it is possible to prevent the breakdown voltage and reliability of the gate insulating film from being deteriorated. As a result, it is possible to form an SOI transistor on a semiconductor layer without using an SOI substrate, to realize a reduction in the price of the SOI transistor, and to ease restrictions on the arrangement direction of the gate electrode. However, it became possible to prevent the breakdown voltage and reliability of the gate insulating film from being deteriorated, to reduce the interface state, and to suppress current leakage due to a parasitic transistor or the like. That is, the SOI transistor can be stably operated while ensuring the flexibility of the layout of the SOI transistor.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記支持体は前記半導体層の4隅に配置され、前記丸め部は前記半導体層のアクティブ領域の4隅を除いた上端部の4辺に形成されていることを特徴とする。
これにより、半導体基板上で半導体層を安定して保持しつつ、半導体層下に埋め込み絶縁層を形成することが可能となるとともに、半導体層の4辺に沿って丸め部を形成することが可能となる。このため、丸め部に跨るようにしてゲート電極を互いに直交する方向に配置することを可能としつつ、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トランジスタのレイアウトの柔軟性を確保しつつ、SOIトランジスタを安定して動作させることができる。
Further, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the support is disposed at the four corners of the semiconductor layer, and the rounded portions are the four sides of the upper end portion excluding the four corners of the active region of the semiconductor layer. It is characterized by being formed.
Accordingly, it is possible to form a buried insulating layer under the semiconductor layer while stably holding the semiconductor layer on the semiconductor substrate, and to form a rounded portion along the four sides of the semiconductor layer. It becomes. For this reason, it is possible to form the SOI transistor on the semiconductor layer while allowing the gate electrodes to be arranged in directions orthogonal to each other so as to straddle the rounded portion, and to ensure the flexibility of the layout of the SOI transistor. However, the SOI transistor can be operated stably.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記丸め部が形成された前記半導体層の上端部と交差するようにして前記半導体層上に形成されたゲート電極をさらに備えることを特徴とする。
これにより、ゲート電極下の半導体層の端部にかかる電界集中を緩和することが可能となり、素子分離された半導体層の端面に寄生トランジスタが形成されることを防止することが可能となるとともに、ゲート絶縁膜の耐圧及び信頼性を向上させることができる。
The semiconductor device according to one aspect of the present invention further includes a gate electrode formed on the semiconductor layer so as to intersect with an upper end portion of the semiconductor layer in which the rounded portion is formed. And
Thereby, it is possible to alleviate the electric field concentration applied to the end portion of the semiconductor layer under the gate electrode, and it is possible to prevent a parasitic transistor from being formed on the end face of the semiconductor layer that is element-isolated, The breakdown voltage and reliability of the gate insulating film 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、半導体基板上に第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半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、前記第1および第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる開口部を前記第1および第2半導体層のアクティブ領域の隅に形成する工程と、前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を前記開口部内に形成する工程と、前記支持体が形成された後に前記第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溝を形成する工程と、前記溝を介して第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、前記溝を介して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半導体層の上端部を丸めるように形成された丸め部を前記溝に沿って形成する工程と、前記溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成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 the first semiconductor layer over the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer are provided in the first semiconductor layer. Forming on one semiconductor layer, forming an opening through the first and second semiconductor layers to expose the semiconductor substrate at a corner of an active region of the first and second semiconductor layers; Forming a support in the opening for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate, and exposing at least a portion of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer after the support is formed; Forming a groove to be formed, and forming a cavity from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer through the groove, under the second semiconductor layer; Through the groove Forming a buried insulating layer buried in the cavity, forming a rounded portion along the groove so as to round the upper end of the second semiconductor layer, and embedding in the groove Forming a buried insulator.
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、支持体から露出された側壁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2半導体層下の第1半導体層が除去された場合においても、第2半導体層の隅を半導体基板上で支持することを可能としつつ、第2半導体層の4辺に沿って配置された溝を介して第2半導体層の上端部を丸めることが可能となる。このため、第2半導体層の品質を損なうことなく、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るとともに、溝と交差するようにゲート電極が配置された場合においても、第2半導体層の上端部にかかる電界集中を緩和することができ、ゲート絶縁膜の耐圧確保、信頼性劣化の防止を実現しつつ、素子分離された半導体層のコーナー部に寄生トランジスタが形成されることを防止することができる。更に、周囲の半導体層と完全に孤立した島状の第2半導体層にトランジスタを形成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るとともに、第2半導体層をSTI法等にて素子分離した場合においても、ゲート電極の配置方向の制約を緩和しつつ、寄生トランジスタによる電流リークを抑制やゲート絶縁膜の耐圧や信頼性を確保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トランジスタのレイアウトの柔軟性を確保しつつ、SOIトランジスタを安定して動作させることができる。 Thus, even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, the etching gas or the etchant can be brought into contact with the first semiconductor layer through the side wall exposed from the support. The first semiconductor layer can be removed using the difference in selectivity between the first and second semiconductor layers while leaving the two semiconductor layers, and embedded in the cavity under the second semiconductor layer. A buried insulating layer can be formed. Further, even when the first semiconductor layer under the second semiconductor layer is removed, the corners of the second semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate, and are arranged along the four sides of the second semiconductor layer. The upper end portion of the second semiconductor layer can be rounded through the groove. Therefore, it is possible to dispose the second semiconductor layer on the buried insulating layer without degrading the quality of the second semiconductor layer, and even when the gate electrode is disposed so as to intersect the trench, 2 Concentration of the electric field applied to the upper end of the semiconductor layer can be alleviated, and a parasitic transistor is formed at the corner of the semiconductor layer where the elements are isolated while ensuring the breakdown voltage of the gate insulating film and preventing the deterioration of reliability. This can be prevented. Further, a transistor can be formed in the island-shaped second semiconductor layer that is completely isolated from the surrounding semiconductor layers. As a result, an SOI transistor can be formed on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, and the arrangement direction of the gate electrode even when the second semiconductor layer is separated by the STI method or the like. It is possible to reduce current leakage due to parasitic transistors, to ensure the breakdown voltage and reliability of the gate insulating film, and to reduce the cost of SOI transistors, while reducing the restrictions on the SOI transistors. The SOI transistor can be stably operated while ensuring the flexibility of layout.
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、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成した後、前記第2半導体層の1050℃以上の高温ドライ酸化にて前記丸め部を形成することを特徴とする。
これにより、埋め込み絶縁層の埋め込み性を損なうことなく、第2半導体層の上端部を丸めることが可能となり、第2半導体層上にゲート電極を配置した場合においても、ゲート電極下の第2半導体層の端部にかかる電界集中を緩和することが可能となることから、第2半導体層の側面と表面の間のコーナー部の絶縁膜の耐圧や信頼性を改善すると共に、閾値の低い寄生トランジスタが形成されることを防止す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, after forming the buried insulating layer buried in the cavity, the rounding is performed by high-temperature dry oxidation of the second semiconductor layer at 1050 ° C. or higher. Forming a portion.
Accordingly, the upper end portion of the second semiconductor layer can be rounded without impairing the embedding property of the buried insulating layer, and even when the gate electrode is disposed on the second semiconductor layer, the second semiconductor under the gate electrode. Since it is possible to alleviate the electric field concentration applied to the end of the layer, the breakdown voltage and reliability of the insulating film at the corner between the side surface and the surface of the second semiconductor layer are improved, and a low threshold transistor Can be prevented from being formed.
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Si、前記第1半導体層はSiGeであることを特徴とする。
これにより、半導体基板、第2半導体層および第1半導体層間の格子整合をとることを可能としつつ、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レート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 Si, and the first semiconductor layer is SiGe.
As a result, it is possible to increase the etching rate of the first semiconductor layer compared to the semiconductor substrate and the second semiconductor layer while allowing lattice matching between the semiconductor substrate, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer. . For this reason, it becomes possible to form the second semiconductor layer with good crystal quality on the first semiconductor layer, and insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate is achieved without impairing the quality of the second semiconductor layer. It becomes possible.
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、前記丸め部が形成された溝と交差するようにして前記第2半導体層上にゲート電極を形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
これにより、ゲート電極下の半導体層の端部にかかる電界集中を緩和することが可能となり、素子分離された半導体層のコーナー部に寄生トランジスタが形成されることを防止することが可能となるとともに、ゲート絶縁膜の耐圧及び信頼性を向上させることができる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention further includes a step of forming a gate electrode on the second semiconductor layer so as to intersect the groove in which the rounded portion is formed. Features.
As a result, it is possible to reduce the electric field concentration applied to the end of the semiconductor layer under the gate electrode, and it is possible to prevent the formation of a parasitic transistor at the corner of the semiconductor layer where the elements are separated. The breakdown voltage and reliability of the gate insulating film can be improved.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置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11(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平面図、図1(b)〜図11(b)は、図1(a)〜図11(a)のA1−A1´〜A11−A11´線でそれぞれ切断した断面図、図1(c)〜図11(c)は、図1(a)〜図11(a)のB1−B1´〜B11−B11´線でそれぞれ切断した断面図である。
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A to 11A are plan views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 11B are FIGS. Sectional views cut along lines A1-A1 ′ to A11-A11 ′ in FIG. 11A, and FIGS. 1C to 11C show B1- in FIG. 1A to FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the B1'-B11-B11 'line | wire, respectively.
図1において、半導体基板1上にはエピタキシャル成長にて第1半導体層2が形成され、第1半導体層2上にはエピタキシャル成長にて第2半導体層3が形成されている。なお、第1半導体層2は、半導体基板1および第2半導体層3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1、第1半導体層2および第2半導体層3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1がSiの場合、第1半導体層2としてSiGe、第2半導体層3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2と第2半導体層3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2と第2半導体層3との間の選択比を確保することができる。
In FIG. 1, a first semiconductor layer 2 is formed on a
また、第1半導体層2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2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2および第2半導体層3の膜厚は、例えば、1〜200nm程度とすることができる。
As the first semiconductor layer 2, a polycrystalline semiconductor layer, an amorphous semiconductor layer, or a porous semiconductor layer may be used in addition to the single crystal semiconductor layer. Instead of the first semiconductor layer 2, a metal oxide film such as γ-aluminum oxide capable of forming a single crystal semiconductor layer by epitaxial growth may be used. Moreover, the film thickness of the 1st semiconductor layer 2 and the
そして、第2半導体層3の熱酸化により第2半導体層3の表面に下地酸化膜4を形成する。そして、CVDなどの方法により、下地酸化膜4上の全面に酸化防止膜5を形成する。なお、酸化防止膜5としては、例えば、シリコン窒化膜を用いることができ、第2半導体層3の酸化防止としての機能のほかに、CMP(化学的機械研磨)による平坦化プロセスのストッパー層として機能させることもできる。
Then, a
次に、図2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6、下地酸化膜5、第2半導体層4および第1半導体層3をパターニングすることにより、半導体基板1の一部を露出させる開口部7を形成する。ここで、開口部7は、第2半導体層3のアクティブ領域の4隅にくるように配置することができる。なお、半導体基板1の一部を露出させる場合、半導体基板1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1をオーバーエッチングして半導体基板1に凹部を形成するようにしてもよい。また、開口部7の配置位置は、第2半導体層4の素子分離領域の一部に対応させることができる。
Next, as shown in FIG. 2, by using the photolithography technique and the etching technique, the
次に、図3に示すように、CVDなどの方法により基板全面が覆われるようにして開口部7内に埋め込まれた支持体8を成膜する。なお、支持体8は、開口部7内における第1半導体層3および第2半導体層4の側壁にも成膜され、第2半導体層4を半導体基板1上で支持することができる。また、基板全体を覆うように形成された支持体8は、第2半導体層4の撓み等を抑制して、平坦性を保ったまま第2半導体層4を支持する必要がある。そのため、その機械的な強度を確保する意味で、400nm以上の膜厚にすることが好ましい。また、支持体8の材質としては、シリコン酸化膜などの絶縁体を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、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支持体8、酸化防止膜6、下地酸化膜5、第2半導体層4および第1半導体層3をパターニングすることにより、第1半導体層3の一部を露出させる溝9を形成する。ここで、溝9は、開口部7が4隅に配置された第2半導体層4のアクティブ領域の周囲を囲むように配置することができ、第2半導体層4の素子分離領域の一部に対応させることができる。例えば、溝9は、第2半導体層4の4隅に配置された開口部7を除く第2半導体層4の4辺に配置することができる。なお、第1半導体層3の一部を露出させる場合、第1半導体層3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3をオーバーエッチングして第1半導体層3に凹部を形成するようにしてもよい。あるいは、溝9内の第1半導体層3を貫通させて半導体基板1の表面を露出させるようにしてもよい。ここで、第1半導体層3のエッチングを途中で止めることにより、溝9内の半導体基板1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半導体層3をエッチング除去する際に、溝9内の半導体基板1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9内の半導体基板1のオーバーエッチングを抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 4, by patterning the
次に、図5に示すように、溝9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3に接触させることにより、第1半導体層3をエッチング除去し、半導体基板1と第2半導体層4との間に空洞部10を形成する。
ここで、開口部7内に支持体8を設けることにより、第1半導体層3が除去された場合においても、第2半導体層4を半導体基板1上で支持することが可能となるとともに、開口部7とは別に溝9を設けることにより、第2半導体層4下の第1半導体層3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4の品質を損なうことなく、第2半導体層4と半導体基板1との間の絶縁を図ることが可能となる。
Next, as shown in FIG. 5, the
Here, by providing the
なお、半導体基板1および第2半導体層4がSi、第1半導体層3がSiGeの場合、第1半導体層3のエッチング液としてフッ硝酸(フッ酸、硝酸、水の混合液)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1および第2半導体層4のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層3を除去することが可能となる。また、第1半導体層3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などを用いても良い。
When the
また、第1半導体層3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3を多孔質化するようにしてもよいし、第1半導体層3にイオン注入を行うことにより、第1半導体層3をアモルファス化するようにしてもよいし、半導体基板1としてP型半導体基板を用いるようにしてもよい。これにより、第1半導体層3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3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6に示すように、半導体基板1および第2半導体層4の熱酸化を行うことにより、半導体基板1と第2半導体層4との間の空洞部10に埋め込み絶縁層11を形成する。その際、第2半導体層4の側壁も酸化され、第2半導体層4の側壁に酸化膜12が形成される。
なお、半導体基板1および第2半導体層4の熱酸化にて埋め込み絶縁層11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。また、埋め込み絶縁層11は空洞部10を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部10が一部残るように形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 6, a buried insulating
In the case where the buried insulating
また、図6の方法では、半導体基板1および第2半導体層4の熱酸化を行うことにより、半導体基板1と第2半導体層4との間の空洞部10に埋め込み絶縁層11を形成する方法について説明したが、CVD法にて半導体基板1と第2半導体層4との間の空洞部10に絶縁膜を成膜させることにより、半導体基板1と第2半導体層4との間の空洞部10を埋め込み絶縁層11で埋め込むようにしてもよい。
In the method of FIG. 6, the buried insulating
これにより、第2半導体層4の膜減りを防止しつつ、半導体基板1と第2半導体層4との間の空洞部10を酸化膜以外の材料で埋め込むことが可能となる。このため、第2半導体層4の裏面側に配置される埋め込み絶縁層11の厚膜化を図ることが可能となるとともに、誘電率を低下させることが可能となり、第2半導体層4の裏面側の寄生容量を低減させることができる。
As a result, it is possible to fill the
また、第2半導体層4上に酸化防止膜6を設けることで、第2半導体層4の表面が熱酸化されることを防止しつつ、第2半導体層4の裏面側に埋め込み絶縁層11を形成することが可能となり、第2半導体層4の膜減りを抑制することが可能となる。
また、開口部7、9の配置位置を第2半導体層4の素子分離領域に対応させることにより、第2半導体層4の横方向および縦方向の素子分離を一括して行うことが可能となるとともに、開口部7内に支持体8を埋め込むことにより、第2半導体層4を半導体基板1上で支持する支持体8をアクティブ領域に確保する必要がなくなる。このため、工程増を抑制しつつ、SOIトランジスタを形成することが可能となるとともに、チップサイズの増大を抑制することができ、SOIトランジスタのコストダウンを図ることが可能となる。
Further, by providing the
Further, by making the arrangement positions of the
次に、図7に示すように、半導体基板1および第2半導体層4を熱酸化することにより、溝9に沿って第2半導体層4の上端部を丸める。ここで、第2半導体層4の上端部を熱酸化する場合、1100℃前後、好ましくは、1050℃〜1150℃の高温でドライ酸化を行う。これにより、第2半導体層4の上端部を効率よく丸めることができ、第2半導体層4上に図10のゲート電極15を配置した場合においても、ゲート電極15下の第2半導体層4の端部にかかる電界集中を緩和することができ、第2半導体層4の側面のコーナー部の絶縁膜の耐圧や信頼性を改善すると共に、閾値の低い寄生トランジスタが形成されることを防止することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 7, the upper end portion of the
ここで、図8の埋め込み絶縁体13にて溝9内を埋め込む前に第2半導体層4を熱酸化することにより、溝9を介して酸化性ガスを第2半導体層4の上端部に効率よく接触させることができ、第2半導体層4の上端部を効率よく丸めることができる。また、ウェット酸化にて埋め込み絶縁層11を形成してから、第2半導体層4の上端部の高温ドライ酸化を行うことにより、埋め込み絶縁層11の埋め込み性を確保しつつ、第2半導体層4の上端部を効率よく丸めることができる。
Here, the
また、第2半導体層4のアクティブ領域の4隅に開口部7を配置することにより、開口部7内に支持体8が埋め込まれた場合においても、第1半導体層3を除去してから、第2半導体層4のアクティブ領域の4辺に沿って第2半導体層4の上端部を丸めることが可能となる。このため、第1半導体層3に含まれる成分による汚染を防止することが可能となるとともに、第2半導体層4の上端部の丸め部に跨るようにしてゲート電極を互いに直交する方向に配置することを可能としつつ、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トランジスタのレイアウトの柔軟性を確保しつつ、SOIトランジスタを安定して動作させることができる。
In addition, by arranging the
なお、図7の方法では、第2半導体層4の上端部を熱酸化することにより、第2半導体層4の上端部を丸める方法について説明したが、溝9を介して第2半導体層4の上端部をエッチングすることにより、第2半導体層4の上端部を丸めるようにしてもよい。ここで、Siで構成された第2半導体層4の端部を丸める場合、第1半導体層3を除去するために用いたフッ硝酸よりもフッ酸の混合比が高いフッ硝酸または加熱されたアンモニア過水などを用いたウェットエッチングを行うことにより、支持体8および下地酸化膜5に対して高選択比な加工が可能となる。
In the method of FIG. 7, the method of rounding the upper end portion of the
次に、図8に示すように、CVDなどの方法により支持体8上の全面が覆われるようにして溝9内に埋め込まれた埋め込み絶縁体13を成膜する。なお、埋め込み絶縁体13としては、例えば、シリコン酸化膜などの絶縁体を用いることができる。
次に、図9に示すように、CMPなどの方法にて埋め込み絶縁体13および支持体8を薄膜化するとともに、酸化防止膜6をストッパー層として、CMPによる平坦化を止める。続いて、下地酸化膜5および酸化防止膜6を除去することにより、第2半導体層4の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8, a buried
Next, as shown in FIG. 9, the buried
次に、図10、11に示すように、第2半導体層4の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層4の表面にゲート絶縁膜14、24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14、24が形成された第2半導体層4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層をパターニングすることにより、溝9に端部がかかるようにして互いに直交するように配置されたゲート電極15、25を第2半導体層4上にそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIGS. 10 and 11,
次に、ゲート電極15、25をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層4内にイオン注入することにより、ゲート電極15、25の側方にそれぞれ配置された低濃度不純物導入層からなるLDD層を第2半導体層4に形成する。そして、CVDなどの方法により、LDD層が形成された第2半導体層4上に絶縁層を形成し、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15、25の側壁にサイドウォール16、26をそれぞれ形成する。そして、ゲート電極15、25およびサイドウォール16、26をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層4内にイオン注入することにより、サイドウォール16、26の側方にそれぞれ配置された高濃度不純物導入層からなるソース層17a、27aおよびドレイン層17b、27bを第2半導体層4にそれぞれ形成する。
Next, by using the
これにより、SOI基板を用いることなく、第2半導体層4上にSOIトランジスタを形成することが可能となるとともに、第2半導体層4をSTI法等にて素子分離した場合においても、ゲート電極15、25の配置方向の制約を緩和しつつ、寄生トランジスタによる電流リークを抑制やゲート絶縁膜14、24の耐圧や信頼性を確保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トランジスタのレイアウトの柔軟性を確保しつつ、SOIトランジスタを安定して動作させることができる。
This makes it possible to form an SOI transistor on the
1 半導体基板、2 酸化膜、3 第1半導体層、4 第2半導体層、5 下地酸化膜、6 酸化防止膜、7、9 溝、8 支持体、10 空洞部、11 埋め込み絶縁層、12 酸化膜、13 埋め込み絶縁体、14、24 ゲート絶縁膜、15、25 ゲート電極、16、26 サイドウォール、17a、27a ソース層、17b、27b ドレイン層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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、
前記半導体層のアクティブ領域の隅に配置され、前記半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体と、
前記半導体層の上端部を丸めるように形成された丸め部とを備え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 and separated in a mesa shape;
A buried insulating layer buried between the semiconductor substrate and the semiconductor layer;
A support disposed in a corner of an active region of the semiconductor layer and supporting the semiconductor layer on the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising: a rounded portion formed so as to round an upper end portion of the semiconductor layer.
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半導体層上に形成する工程と、
前記第1および第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる開口部を前記第1および第2半導体層のアクティブ領域の隅に形成する工程と、
前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を前記開口部内に形成する工程と、
前記支持体が形成された後に前記第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溝を形成する工程と、
前記溝を介して第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、
前記溝を介して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半導体層の上端部を丸めるように形成された丸め部を前記溝に沿って形成する工程と、
前記溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を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 semiconductor substrate;
Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming an opening through the first and second semiconductor layers to expose the semiconductor substrate at a corner of the active region of the first and second semiconductor layers;
Forming a support in the opening for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate;
Forming a groove exposing at least a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer after the support is formed;
Forming a cavity from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer through the groove, under the second semiconductor layer;
Forming a buried insulating layer embedded in the cavity through the groove;
Forming a rounded portion formed to round the upper end portion of the second semiconductor layer along the groove;
Forming a buried insulator buried in the trench. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006015369A JP2007201006A (en) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
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JP (1) | JP2007201006A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230047046A1 (en) * | 2021-08-05 | 2023-02-16 | Globalfoundries U.S. Inc. | Photonics chips including a fully-depleted silicon-on-insulator field-effect transistor |
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2006
- 2006-01-24 JP JP2006015369A patent/JP2007201006A/en not_active Withdrawn
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