JP2007299977A - Process for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、しきい値制御性を向上させつつ、絶縁
体上に配置された電界効果型トランジスタ下にバックゲート電極を形成できるようにした
技術に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a technique capable of forming a back gate electrode under a field effect transistor disposed on an insulator while improving threshold controllability.
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 Oxyge
n)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 an SOI substrate, for example, as disclosed in
n) A substrate or a bonded substrate is used.
また、特許文献3や非特許文献1には、バルク基板上にSOI層を形成することで、S
OI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。この方法はSBSI法
と呼ばれ、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。
A method capable of forming an OI transistor at a low cost is disclosed. This method is called the SBSI method, and a Si / SiGe layer is formed on a Si substrate, and only the SiGe layer is selectively removed using the difference in selectivity between Si and SiGe. A cavity is formed between the Si layer. Then, by performing thermal oxidation of Si exposed in the cavity, an SiO 2 layer is embedded between the Si substrate and the Si layer, and a BOX layer is formed between the Si substrate and the Si layer.
ところで、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。
By the way, 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. Also,
In ion implantation and bonding, there is a large variation in the thickness of the SOI layer, and there is a problem that, when the SOI layer is thinned to produce a fully depleted SOI transistor, the variation in characteristics of the field effect transistor increases. .
一方、特許文献3や非特許文献1に開示された方法(即ち、SBSI法)では、SIM
OX基板や貼り合わせ基板での問題点を解決することが可能であるが、バックゲート構造
またはダブルゲート構造をSOIトランジスタに持たせることが難しいという問題があっ
た。また、従来の半導体集積回路では、トランジスタの微細化に伴ってチャネル長が短く
なると、サブスレショルド領域のドレイン電流の立ち上がり特性が劣化する。このため、
トランジスタの低電圧動作の妨げになるとともに、オフ時のリーク電流が増加し、動作時
や待機時の消費電力が増大するだけでなく、トランジスタの熱的破壊要因にもなるという
問題があった。
On the other hand, in the methods disclosed in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 (that is, SBSI method), SIM
Although problems with the OX substrate and the bonded substrate can be solved, there is a problem that it is difficult to provide the SOI transistor with a back gate structure or a double gate structure. Further, in the conventional semiconductor integrated circuit, when the channel length is shortened with the miniaturization of the transistor, the rise characteristic of the drain current in the subthreshold region is deteriorated. For this reason,
In addition to hindering the low-voltage operation of the transistor, there is a problem that leakage current at the time of off increases and power consumption at the time of operation and standby increases, and it also causes a thermal breakdown of the transistor.
さらに、急峻なサブスレショルドを得るために、チャンネル領域のSOI層を薄膜化し
た場合には、トランジスタ特性のバラツキが増大する。また、閾値調整のため、SOI層
チャネル領域の不純物濃度を高くすると、キャリア・モビリティの劣化を招き、トランジ
スタのオン電流を低下させるという問題があった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、しきい値制御性を
向上させつつ、絶縁体上に配置された電界効果型トランジスタ下にバックゲート電極を形
成することが可能な半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
Furthermore, when the SOI layer in the channel region is thinned in order to obtain a steep subthreshold, variations in transistor characteristics increase. Further, when the impurity concentration of the SOI layer channel region is increased for threshold adjustment, there is a problem that carrier mobility is deteriorated and the on-state current of the transistor is reduced.
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to form a back gate electrode under a field-effect transistor disposed on an insulator while improving threshold controllability. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a possible semiconductor device.
〔発明1、2〕 上記目的を達成するために、発明1の半導体装置の製造方法は、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半導体層上に第2半導体層を形成する
工程と、前記第2半導体層及び前記第1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、前記第2半導体層を支持する支持体を前記第1溝内に形成する
工程と、前記支持体によって支持されている前記第2半導体層下から前記第1半導体層を
露出させる第2溝を形成する工程と、前記第2半導体層よりも前記第1半導体層の方がエ
ッチングされ易い特定のエッチング条件で、前記第2溝を介して前記第1半導体層をエッ
チングすることによって、前記半導体基板と前記第2半導体層との間に空洞部を形成する
工程と、前記空洞部内の上下の面にそれぞれ絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜が形成
された前記空洞部内に機能性液体を導入して当該空洞部内を該機能性液体から形成される
金属層又は半導体層で埋め込む工程と、を含むことを特徴とするものである。
[
発明2の半導体装置の製造方法は、発明1の半導体装置の製造方法において、前記空洞
部内を前記金属層又は半導体層で埋め込む工程では、前記絶縁膜が形成された前記空洞部
内に前記機能性液体を導入し、前記空洞部内に導入された前記機能性液体に加熱処理を施
して当該機能性液体に含まれる溶媒成分を蒸発させることによって前記金属層又は半導体
層を形成する、ことを特徴とするものである。
A method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, wherein, in the step of filling the cavity with the metal layer or the semiconductor layer, the functional liquid is formed in the cavity where the insulating film is formed. The metal layer or the semiconductor layer is formed by performing a heat treatment on the functional liquid introduced into the cavity and evaporating a solvent component contained in the functional liquid. Is.
発明1、2の半導体装置の製造方法によれば、SOI基板を用いることなく、SOIト
ランジスタを形成することが可能となる。このため、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、S
OIトランジスタのアクティブ領域の電位をバックゲート電極にて制御することが可能と
なり、サブスレショルド領域のドレイン電流の立ち上がり特性を向上させることが可能と
なる。また、ソース/ドレイン層の寄生容量の増大を抑制することができる。この結果、
コスト増を抑制した上で、トランジスタのオン電流を増大させることが可能となり、SO
Iトランジスタの高速化を図ることが可能となる。また、低電圧動作を可能としつつ、オ
フ時のリーク電流を減少させることができ、動作時や待機時の消費電力を低減させること
が可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the first and second aspects, an SOI transistor can be formed without using an SOI substrate. For this reason, while suppressing complication of the manufacturing process, S
The potential of the active region of the OI transistor can be controlled by the back gate electrode, and the rising characteristics of the drain current in the subthreshold region can be improved. In addition, an increase in parasitic capacitance of the source / drain layer can be suppressed. As a result,
It is possible to increase the on-state current of the transistor while suppressing an increase in cost.
The speed of the I transistor can be increased. In addition, it is possible to reduce the leakage current at the time of OFF while enabling the low voltage operation, and it is possible to reduce the power consumption at the time of operation and standby.
さらに、本発明では、機能性液体を空洞部内に導入することによって、バックゲート電
極(あるいは、ダブルゲート電極)として使用可能な金属層又は半導体層を形成している
。このような構成であれば、例えばCVD法(Chemical Vapor Depo
sition)やALD法(Atomic Layer Deposition)を用い
て空洞部内に金属層又は半導体層を形成する場合と比べて、空洞部内の奥深いところまで
その成膜材料を行き届かせることが容易であり、空洞部内を金属層又は半導体層で隙間な
く埋め込むことが可能である。
Furthermore, in this invention, the metal layer or semiconductor layer which can be used as a back gate electrode (or double gate electrode) is formed by introduce | transducing a functional liquid in a cavity part. With such a configuration, for example, a CVD method (Chemical Vapor Depo)
compared to the case where a metal layer or a semiconductor layer is formed in the cavity using an ALD method or an atomic layer deposition (ALD) method, it is easy to make the film-forming material reach deeper in the cavity. The inside of the part can be filled with a metal layer or a semiconductor layer without a gap.
〔発明3〕 発明3の半導体装置の製造方法は、発明1又は発明2の半導体装置の製造方
法において、前記空洞部内に前記機能性液体を導入する前に、当該空洞部内の前記絶縁膜
表面を親液性化しておく工程、を含むことを特徴とするものである。
このような構成であれば、機能性液体は親液性化処理された絶縁膜表面に引き寄せられ
るので、空洞部内への機能性液体の導入がよりいっそう容易となる。
[Invention 3] The method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 3 is the method for manufacturing a semiconductor device according to
With such a configuration, the functional liquid is attracted to the surface of the insulating film that has been subjected to the lyophilic process, so that the functional liquid can be more easily introduced into the cavity.
〔発明4〕 発明4の半導体装置の製造方法は、発明1から発明3の何れか一の半導体装
置の製造方法において、前記空洞部内に前記機能性液体を導入する前に、前記半導体基板
上に積層されている最上層表面を疎液性化しておく工程、を含むことを特徴とするもので
ある。
このような構成であれば、疎液性化処理された最上層表面から親液性化処理された絶縁
膜表面へ機能性液体は移動するので、機能性液体の空洞部内への導入がよりいっそう容易
となる。
[Invention 4] The method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 4 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
With such a configuration, the functional liquid moves from the surface of the uppermost layer subjected to the lyophobic treatment to the surface of the insulating film subjected to the lyophilic treatment, so that the functional liquid can be further introduced into the cavity. It becomes easy.
〔発明5〕 発明5の半導体装置の製造方法は、発明1から発明4の何れか一の半導体装
置の製造方法において、前記機能性液体には下記a)〜c)の何れか一、又はa)〜c)
の任意の組み合わせからなる液体、
a)金属粒子若しくは半導体粒子を溶媒に分散させた液体、
b)MOD(Metal Organic Decomposition)溶液、
c)液体高次シラン溶液、シクロペンタシラン及びシリルシクロペンタシランより選ば
れるシリコン化合物と不活性の有機媒体との混合溶液、
を使用することを特徴とするものである。
[Invention 5] The method of manufacturing a semiconductor device of
A liquid consisting of any combination of
a) a liquid in which metal particles or semiconductor particles are dispersed in a solvent,
b) MOD (Metal Organic Decomposition) solution,
c) Liquid higher order silane solution, a mixed solution of a silicon compound selected from cyclopentasilane and silylcyclopentasilane and an inert organic medium,
It is characterized by using.
このような構成であれば、上記a)〜c)の何れか一、又はa)〜c)の任意の組み合
わせからなる液体は空洞部内の奥深いところまで到達することができ、加熱によって金属
層又は半導体層となることができる。
If it is such a structure, the liquid which consists of any one of said a) -c) or arbitrary combinations of a) -c) can reach | attain in the deep part in a cavity part, or a metal layer or It can be a semiconductor layer.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1(a)〜図14(a)は、本発明の実施の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14(b)は、図1(a)〜図14(a)をA1−A1´〜A1
4−A14´線でそれぞれ切断したときの断面図、図1(c)〜図14(c)は、図1(
a)〜図14(a)をB1−B1´〜B14−B14´線でそれぞれ切断したときの断面
図である。また、図15は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 14A are plan views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 14B are FIGS. FIG. 14A shows A1-A1 ′ to A1.
Sectional views when cut along line 4-A14 ′, FIGS. 1C to 14C are shown in FIG.
It is sectional drawing when cut | disconnecting a)-FIG. 14 (a) by the B1-B1'-B14-B14 'line | wire, respectively. FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor device.
図1(a)〜(c)に示すように、まず始めに、単結晶の半導体基板1上に単結晶の第
1半導体層11と、単結晶の第2半導体層12とを順次積層する。これら第1半導体層1
1及び第2半導体層12は、例えばエピタキシャル成長法で形成する。第1半導体層11
は、半導体基板1及び第2半導体層12よりもエッチングレート(即ち、エッチング速度
)が大きな材質を用いる。ここで、エッチングレートとは、図6(a)〜(c)に示す空
洞部37を形成する際の単位時間当たりのエッチング量のことである。
As shown in FIGS. 1A to 1C, first, a single crystal
The first and second semiconductor layers 12 are formed by, for example, an epitaxial growth method.
Uses a material having an etching rate (that is, an etching rate) larger than that of the
図1(a)〜(c)において、半導体基板1、第1半導体層11及び第2半導体層12
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。例えば、半導体基板1の材質はSiであり、第1半導体層11の材質はSi
Geであり、第2半導体層12の材質はSiである。第1半導体層11及び第2半導体層
12の膜厚は、例えば1〜200nm程度とする。
1A to 1C, a
Examples of the material include Si, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, and GaAs.
A combination selected from InP, GaP, GaN, ZnSe, or the like can be used. For example, the material of the
Ge is used, and the material of the
次に、図1(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12の熱酸化により第2半導体
層12の表面に下地酸化膜21を形成する。そして、CVDなどの方法により、下地酸化
膜21上の全面に酸化防止膜23を形成する。酸化防止膜23は、例えばシリコン窒化膜
である。酸化防止膜23がシリコン窒化膜である場合には、第2半導体層12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。
Next, as shown in FIGS. 1A to 1C, a
次に、図2(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技
術を用いて、酸化防止膜23、下地酸化膜21、第2半導体層12及び第1半導体層11
をパターニングすることにより、半導体基板1の表面を露出させる溝31を形成する。な
お、溝31を形成するエッチング工程では、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、溝31の配置位置は第2半導体層12における素子分離領域
の一部に対応させる。
Next, as shown in FIGS. 2A to 2C, the
Then, a
次に、図3(a)〜(c)に示すように、溝31を介して第1半導体層11の一部をエ
ッチングすることによって、溝31の内壁に凹部33を形成する。なお、半導体基板1及
び第2半導体層12がSi、第1半導体層11がSiGeの場合、第1半導体層11のエ
ッチング液として、例えばフッ硝酸(フッ酸、硝酸、水の混合液)を用いる。これにより
、半導体基板1及び第2半導体層12のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層
11を削ることが可能となる。
Next, as shown in FIGS. 3A to 3C, a
次に、図4(a)〜(c)に示すように、CVDなどの方法により基板全面が覆われる
ようにして溝31内に埋め込まれた支持体41を成膜する。ここで、支持体41は、溝3
1内における第1半導体層11及び第2半導体層12の側壁にも成膜され、溝31の内壁
に面した凹部33は埋め込まれる。つまり、第2半導体層12は、支持体41によって、
その側面だけでなく上下方向から挟まれるように支持される。これにより、支持体41は
、第1半導体層11が除去されたときに第2半導体層12を半導体基板1上で支持するこ
とができる。
なお、基板全体を覆うように形成された支持体41は、第2半導体層12の撓み等を抑
制して、平坦性を保ったまま第2半導体層12を支持する。支持体41の材質としては、
例えば、シリコン酸化膜などの絶縁体を用いる。
Next, as shown in FIGS. 4A to 4C, a
1 is also formed on the side walls of the
It is supported so as to be sandwiched not only from the side but also from the top and bottom. Thereby, the
Note that the
For example, an insulator such as a silicon oxide film is used.
次に、図5(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技
術を用いて支持体41、酸化防止膜23、下地酸化膜21、第2半導体層12及び第1半
導体層11をパターニングすることにより、半導体基板1の表面を露出させる溝35を形
成する。なお、溝35を形成するエッチング工程では、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、溝35の配置位置は第2半導体層12における素
子分離領域の一部に対応させ、その向きは例えば前に形成した溝31の形成方向と平面視
で概略直交する方向とする。
Next, as shown in FIGS. 5A to 5C, the
次に、図6(a)〜(c)に示すように、溝35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11に接触させることにより、第1半導体層11をエッチング除去
し、半導体基板1と第2半導体層12との間に空洞部37を形成する。
ここで、溝31内には支持体41が設けられているので、第1半導体層11が除去され
た場合においても、第2半導体層12を半導体基板1上で支持することが可能である。ま
た、溝31とは別に溝35が設けられていることにより、第2半導体層12下の第1半導
体層11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12の品質を損なうことなく、半導体基板1と第2半導体層12との間に
空洞部37を形成することが可能となる。
Next, as shown in FIGS. 6A to 6C, the
Here, since the
なお、半導体基板1及び第2半導体層12がSi、第1半導体層11がSiGeの場合
、第1半導体層11のエッチング液として例えばフッ硝酸を用いる。これにより、半導体
基板1及び第2半導体層12のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層11を除
去することが可能となる。
When the
次に、図7(a)〜(c)に示すように、半導体基板1を熱酸化して、空洞部37内の
上下の面(即ち、空洞部37に面する半導体基板1の表面と、第2半導体層12の裏面)
にそれぞれ絶縁膜43を形成する。この熱酸化工程では、図7(c)に示すように、溝3
5に沿って第2半導体層12の側面が露出しているので、この第2半導体層12の側面に
も絶縁膜43が形成される。絶縁膜43の材質は、半導体基板1及び第2半導体層12が
Siの場合はシリコン酸化膜となる。
Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, the
Insulating
5, the side surface of the
次に、図7(a)〜(c)において、半導体基板1を所定の薬液に浸漬して、空洞部3
7内の絶縁膜43表面を含む基板全体を親液性化する。ここで、所定の薬液としては例え
ば下記A)〜D)の何れか一、又はA)〜D)の任意の組み合わせからなる薬液を使用す
る。
A)過酸化水素水(H2O2+H2O)
B)アンモニア過水(NH4OH+H2O2+H2O)
C)硫酸過水(H2SO4+H2O2+H2O)
D)塩酸過水(HCl+H2O2+H2O)
Next, in FIGS. 7A to 7C, the
The entire substrate including the surface of the insulating
A) Hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 + H 2 O)
B) Ammonia hydrogen peroxide (NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O)
C) Sulfuric acid / hydrogen peroxide (H 2 SO 4 + H 2 O 2 + H 2 O)
D) Hydrochloric acid overwater (HCl + H 2 O 2 + H 2 O)
次に、図7(b)及び(c)に示すように、例えば半導体基板1の上方から支持体41
の表面に向けてAr又はFをイオン注入して、半導体基板1を覆う支持体41表面を疎液
性化する。このイオン注入工程では、不純物分布の深さ(Rp:project ran
ge)が支持体41表面の極近傍となるように、注入エネルギーを低めに調整しておく。
これにより、支持体41の表面と、溝35から露出した半導体基板1表面(即ち、溝35
の底面)とだけに不純物がイオン注入され、その表面が疎液性化される。空洞部内には不
純物はほとんど到達しないので、空洞部内は疎液性化されない。なお、支持体41表面を
疎液性化する方法はイオン注入に限られることはなく、例えばArプラズマ処理でも良い
。ここで、Arプラズマ処理とは、Arプラズマ雰囲気に半導体基板1を晒してその表面
にダメージを与える処理のことである。
Next, as shown in FIGS. 7B and 7C, for example, the
Ar or F is ion-implanted toward the surface of the substrate to make the surface of the
The implantation energy is adjusted to be low so that ge) is very close to the surface of the
Thus, the surface of the
Impurities are ion-implanted only on the bottom surface of the substrate, and the surface becomes lyophobic. Since almost no impurities reach the cavity, the cavity is not made lyophobic. The method for making the surface of the
次に、図8(a)〜(c)に示すように、溝35を通して空洞部37内に機能性液体3
9を導入する。ここで、機能性液体39としては例えば下記a)〜c)の何れか一、又は
a)〜c)の任意の組み合わせからなる液体を使用する。
a)金属粒子若しくは半導体粒子を溶媒に分散させた液体
b)MOD(Metal Organic Decomposition)溶液
c)液体高次シラン溶液、シクロペンタシラン及びシリルシクロペンタシランより選ばれ
るシリコン化合物と不活性の有機媒体との混合溶液
この実施の形態では、機能性液体39として例えば、シリコン(Si)粒子とリン(P
)とを溶媒に分散させた液体、即ち、リンドープド液体シリコンを使用する。
Next, as shown in FIGS. 8A to 8C, the functional liquid 3 is passed through the
9 is introduced. Here, as the
a) Liquid in which metal particles or semiconductor particles are dispersed in a solvent b) MOD (Metal Organic Decomposition) solution c) Silicon compound selected from liquid higher order silane solution, cyclopentasilane and silylcyclopentasilane, and inert organic medium In this embodiment, as the
) In a solvent, that is, phosphorus-doped liquid silicon is used.
また、機能性液体39を空洞部37内に導入する方法としては、例えば、スピンコーテ
ィングや、インクジェット等がある。機能性液体39の導入をスピンコーティングで行う
場合には、フォトリソグラフィーでのレジスト塗布処理や、SOGの塗布処理等で使用実
績豊富なスピンコータを使用できるので、塗布処理を容易に行うことができる。また、機
能性液体39の導入をインクジェットで行う場合には、基板全体に機能性液体39を塗布
する必要はなく、溝35内だけに機能性液体39を滴下して空洞部37内を満たせば良い
ので、機能性液体39の使用量を少なく抑えることが可能である。
Examples of a method for introducing the
この実施の形態では、図8(a)〜(c)に示すように、例えばスピンコーティングに
よって基板全体に機能性液体39を塗布する。これにより、溝35を通して空洞部37内
に機能性液体39を導入し、空洞部37内を機能性液体39で満たす。
次に、半導体基板1にアニール処理を施して機能性液体39に含まれる溶媒成分を蒸発
させる。これにより、空洞部37内の機能性液体39を固形化させる。そして、図9(a
)〜(c)に示すように、固形化された機能性液体を空洞部37内に残し、それ以外の領
域(即ち、支持体41表面及び溝35内)から固形化された機能性液体を取り除く。この
固形化された機能性液体の選択的除去は、例えばフォトリソグラフィー技術及びエッチン
グ技術を用いて行う。以下、空洞部37内に残された、固形化された機能性液体を半導体
層39´と呼ぶ。
In this embodiment, as shown in FIGS. 8A to 8C, the
Next, the
As shown in (c) to (c), the solidified functional liquid is left in the
次に、図10(a)〜(c)に示すように、例えばフォトリソグラフィー技術及びエッ
チング技術を用いて、支持体41と、酸化防止膜23と、下地酸化膜21及び第2半導体
層12を選択的にエッチングして取り除き、支持体41下から半導体層39´の一部を露
出させる。そして、図11(a)〜(c)に示すように、CVDなどの方法により、基板
全面に絶縁層45を成膜して、半導体層39´の一部を露出させている穴や溝35を全て
埋め込む。絶縁層45の材質としては、例えば、シリコン酸化膜の他、シリコン窒化膜な
どを用いるようにしてもよい。
Next, as illustrated in FIGS. 10A to 10C, the
次に、基板全面を覆う絶縁層を例えばCMPにより平坦化して、酸化防止膜23上から
絶縁層45を取り除く。上述したように、酸化防止膜23がシリコン窒化膜である場合に
は、酸化防止膜23がCMPによる平坦化プロセスのストッパー層として機能する。次に
、酸化防止膜23と下地酸化膜21とをエッチングして除去する。酸化防止膜23がシリ
コン窒化膜である場合にはエッチング液として例えば熱リン酸を使用し、下地酸化膜21
がシリコン酸化膜である場合にはエッチング液として例えば希フッ酸を使用する。これに
より、図12(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12の表面が露出する。
Next, the insulating layer covering the entire surface of the substrate is planarized by, for example, CMP, and the insulating
When is a silicon oxide film, for example, dilute hydrofluoric acid is used as an etchant. Thereby, as shown in FIGS. 12A to 12C, the surface of the
次に、図13(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12の表面の熱酸化を行うこ
とにより、第2半導体層12の表面にゲート絶縁膜51を形成する。次に、図13(a)
及び(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて絶縁層
45を選択的にエッチングし、半導体層39´へのコンタクト穴52を形成する。
そして、例えば半導体層39´の形成に使用した機能性液体を、コンタクト穴52を埋
め込むようにして基板全体に形成する。この機能性液体の形成は例えばスピンコーティン
グによって行う。また、機能性液体を塗布した後で、半導体基板1にアニール処理を施し
て機能性液体を固形化する。以下、このアニール処理によって固形化された機能性液体を
導電膜と呼ぶ。
Next, as shown in FIGS. 13A to 13C, the surface of the
And as shown to (c), the insulating
Then, for example, the functional liquid used for forming the
次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて導電膜をパターニングす
る。これにより、図14(a)〜(c)に示すように、半導体層39´と接続したゲート
電極53を形成する。図には示していないが、半導体層39´とゲート電極53を独立し
た配線として形成することもできる。次に、ゲート電極53をマスクとして、As、P、
Bなどの不純物を第2半導体層12内にイオン注入することにより、ゲート電極53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層を第2半導体層12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12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53の側壁にサイドウォール55を形成する。
Next, the conductive film is patterned using a photolithography technique and an etching technique. Thereby, as shown in FIGS. 14A to 14C, the
Impurities such as B are ion-implanted into the
さらに、ゲート電極53及びサイドウォール55をマスクとして、As、P、Bなどの
不純物を第2半導体層12内にイオン注入する。これにより、図15に示すように、サイ
ドウォール55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57及
びドレイン層58を第2半導体層12に形成する。
Further, impurities such as As, P, and B are ion-implanted into the
このように、本実施の形態によれば、SOI基板を用いることなく、SOIトランジス
タを形成することが可能となる。このため、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、SOIトラ
ンジスタのアクティブ領域の電位をバックゲート電極にて制御することが可能となり、サ
ブスレショルド領域のドレイン電流の立ち上がり特性を向上させることが可能となる。ま
た、ソース/ドレイン層の寄生容量の増大を抑制することができる。この結果、コスト増
を抑制した上で、トランジスタのオン電流を増大させることが可能となり、SOIトラン
ジスタの高速化を図ることが可能となる。また、低電圧動作を可能としつつ、オフ時のリ
ーク電流を減少させることができ、動作時や待機時の消費電力を低減させることが可能と
なる。
Thus, according to this embodiment, an SOI transistor can be formed without using an SOI substrate. For this reason, it is possible to control the potential of the active region of the SOI transistor with the back gate electrode while suppressing the complexity of the manufacturing process, and it is possible to improve the rising characteristics of the drain current of the subthreshold region. . In addition, an increase in parasitic capacitance of the source / drain layer can be suppressed. As a result, it is possible to increase the on-state current of the transistor while suppressing an increase in cost, and to increase the speed of the SOI transistor. In addition, it is possible to reduce the leakage current at the time of OFF while enabling the low voltage operation, and it is possible to reduce the power consumption at the time of operation and standby.
さらに、本実施の形態では、機能性液体39を空洞部37内に導入することによって、
バックゲート電極(あるいは、ダブルゲート電極)として使用可能な半導体層39´を形
成している。このような構成であれば、例えばCVD法(Chemical Vapor
Deposition)やALD法(Atomic Layer Depositio
n)を用いて空洞部37内に金属層又は半導体層を形成する場合と比べて、空洞部37内
の奥深いところまで金属層又は半導体層の成膜材料を行き届かせることが容易であり、空
洞部37内を隙間なく埋め込むことが可能である。
Furthermore, in the present embodiment, by introducing the
A
Deposition) and ALD method (Atomic Layer Deposition)
Compared with the case where a metal layer or a semiconductor layer is formed in the
即ち、本実施の形態では、SOI−MOSFET裏面の空洞部37を形成後、該空洞部
37内を機能性液体39から形成される金属層あるいは半導体層39´で埋め込む。特に
、溝35の内壁及び空洞部37内の絶縁膜43表面を親液性化(表面高エネルギー化)し
、溝35及び空洞部37以外の表面を疎液性化(表面低エネルギー化)した状態で、空洞
部37内へ機能性液体39を導入する。このため、機能性液体39は空洞部37内の絶縁
膜43の親液性表面エネルギーを最小化すべく、空洞部37内の奥まで侵入することがで
き、SOI層(第2半導体層)12のチャネル領域下にボイドや隙間が形成されることは
無い。本実施の形態によれば、空洞部37のサイズのバラツキや空洞部37内表面の凹凸
、あるいは、素子分離領域の一部となる溝35と、空洞部37とのサイズ比に関わらず、
SOI層のチャネル領域下にバックゲート電極となる金属層あるいは半導体層39´を、
安定して高歩留まりで形成することができる。
That is, in this embodiment, after forming the
Under the channel region of the SOI layer, a metal layer or a
It can be stably formed at a high yield.
1 半導体基板、11 第1半導体層、12 第2半導体層、21 下地酸化膜、23
酸化防止膜、31 溝(第1溝)、33 凹部、35 溝(第2溝)、37 空洞部、
39 機能性液体、39´ 半導体層、41 支持体(最上層)、43 絶縁膜、45
絶縁層、51 ゲート絶縁膜、53 ゲート電極、55 サイドウォール、57 ソース
層、58 ドレイン層
DESCRIPTION OF
Antioxidation film, 31 groove (first groove), 33 recess, 35 groove (second groove), 37 cavity,
39 functional liquid, 39 ′ semiconductor layer, 41 support (uppermost layer), 43 insulating film, 45
Insulating layer, 51 Gate insulating film, 53 Gate electrode, 55 Side wall, 57 Source layer, 58 Drain layer
Claims (5)
前記第1半導体層上に第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層及び前記第1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、
前記第2半導体層を支持する支持体を前記第1溝内に形成する工程と、
前記支持体によって支持されている前記第2半導体層下から前記第1半導体層を露出さ
せる第2溝を形成する工程と、
前記第2半導体層よりも前記第1半導体層の方がエッチングされ易い特定のエッチング
条件で、前記第2溝を介して前記第1半導体層をエッチングすることによって、前記半導
体基板と前記第2半導体層との間に空洞部を形成する工程と、
前記空洞部内の上下の面にそれぞれ絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成された前記空洞部内に機能性液体を導入して当該空洞部内を該機能性
液体から形成される金属層又は半導体層で埋め込む工程と、を含む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 on the first semiconductor layer;
Forming a first groove through the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support in the first groove for supporting the second semiconductor layer;
Forming a second groove exposing the first semiconductor layer from below the second semiconductor layer supported by the support;
The semiconductor substrate and the second semiconductor are etched by etching the first semiconductor layer through the second groove under a specific etching condition in which the first semiconductor layer is more easily etched than the second semiconductor layer. Forming a cavity between the layers;
Forming insulating films respectively on the upper and lower surfaces in the cavity,
A step of introducing a functional liquid into the cavity in which the insulating film is formed and filling the cavity with a metal layer or a semiconductor layer formed from the functional liquid. Production method.
前記絶縁膜が形成された前記空洞部内に前記機能性液体を導入し、
前記空洞部内に導入された前記機能性液体に加熱処理を施して当該機能性液体に含まれ
る溶媒成分を蒸発させることによって前記金属層又は半導体層を形成する、ことを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of filling the cavity with the metal layer or the semiconductor layer,
Introducing the functional liquid into the cavity where the insulating film is formed;
The metal layer or the semiconductor layer is formed by subjecting the functional liquid introduced into the cavity to a heat treatment to evaporate a solvent component contained in the functional liquid. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
性化しておく工程、を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の
製造方法。 The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of making the surface of the insulating film in the cavity portion lyophilic before introducing the functional liquid into the cavity portion. Manufacturing method.
上層表面を疎液性化しておく工程、を含むことを特徴とする請求項1から請求項3の何れ
か一項に記載の半導体装置の製造方法。 4. The method according to claim 1, further comprising the step of making the uppermost layer surface laminated on the semiconductor substrate lyophobic before introducing the functional liquid into the cavity. 5. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one.
らなる液体、
a)金属粒子若しくは半導体粒子を溶媒に分散させた液体、
b)MOD(Metal Organic Decomposition)溶液、
c)液体高次シラン溶液、シクロペンタシラン及びシリルシクロペンタシランより選ばれ
るシリコン化合物と不活性の有機媒体との混合溶液、
を使用することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の半導体装置の
製造方法。 The functional liquid is a liquid comprising any one of the following a) to c), or any combination of a) to c):
a) a liquid in which metal particles or semiconductor particles are dispersed in a solvent,
b) MOD (Metal Organic Decomposition) solution,
c) Liquid higher order silane solution, a mixed solution of a silicon compound selected from cyclopentasilane and silylcyclopentasilane and an inert organic medium,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006127411A JP2007299977A (en) | 2006-05-01 | 2006-05-01 | Process for fabricating semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009252814A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Seiko Epson Corp | Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device |
-
2006
- 2006-05-01 JP JP2006127411A patent/JP2007299977A/en not_active Withdrawn
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