JP2007324290A - Method of manufacturing 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、半導体基板にSOI(Silicon
On Insulator)構造を形成する技術に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor substrate with SOI (Silicon).
The present invention relates to a technique for forming an On Insulator structure.
SOI基板上に形成された電界効果型トランジスタは、バルクシリコン基板上に形成される場合と比較して接合容量(ソース・ドレイン領域と基板間の容量)が小さいことから、半導体装置の低消費電力化、高速動作化が可能であることなどの大きな利点を有している。
一般に、バルクシリコン基板の全面にSOI構造を形成したSOI基板を用意して、このSOI構造の上に順次トランジスタを形成することが行われ、SOI構造が不必要な部分においては、このSOI構造を除去することが行われている。
A field effect transistor formed on an SOI substrate has a smaller junction capacitance (capacitance between the source / drain region and the substrate) than that formed on a bulk silicon substrate. It has great advantages such as high speed and high speed operation.
In general, an SOI substrate having an SOI structure formed on the entire surface of a bulk silicon substrate is prepared, and transistors are sequentially formed on the SOI structure, and this SOI structure is formed in a portion where the SOI structure is not required. It has been done to remove.
また、特許文献1や非特許文献1には、バルクシリコン基板上にSOI層を部分的に形成することで、SOIトランジスタを低コストで形成できるSBSI(Separation by Bonding Si Islands)法が開示されている。
SBSI法では、まずシリコン基板上にシリコンゲルマニウム(SiGe)層、シリコン(Si)層をエピタキシャル成長させ、そこに支持体を形成するための穴(即ち、支持体穴)を形成する。その上から酸化膜などを成膜した後、素子領域形状を得るように周辺の酸化膜、シリコン層、シリコンゲルマニウム層をドライエッチングする。
In the SBSI method, first, a silicon germanium (SiGe) layer and a silicon (Si) layer are epitaxially grown on a silicon substrate, and a hole (that is, a support hole) for forming a support is formed therein. After an oxide film or the like is formed thereon, the peripheral oxide film, silicon layer, and silicon germanium layer are dry-etched so as to obtain an element region shape.
そして、シリコンゲルマニウム層をフッ硝酸で選択的にエッチングするとシリコン層が支持体に支持されシリコン層の下に空洞部が形成される。そして、この空洞部にSiO2
などの絶縁層を埋め込むことでシリコン基板とシリコン層との間にBOX(Buried
Oxide)層を形成する。その後、基板表面を平坦化処理してシリコン層を表面に露出させることでバルクシリコン基板上にSOI構造を得ている。
By embedding an insulating layer such as BOX (Buried)
Oxide) layer is formed. Then, the SOI structure is obtained on the bulk silicon substrate by planarizing the substrate surface to expose the silicon layer on the surface.
SOI構造の露出したシリコン層上にゲート電極を形成する場合は、シリコン層表面の角部に寄生MOSが形成され、また当該角部においてゲート絶縁膜の絶縁信頼性が劣化するおそれがある。一般に、STI(Shallow Trench Isolation)を有する半導体装置の製造プロセスでは、トレンチを形成した後で基板に高温の熱処理を施してシリコン層表面の角部を丸めることが可能である。 When the gate electrode is formed on the exposed silicon layer of the SOI structure, a parasitic MOS is formed at the corner of the silicon layer surface, and the insulation reliability of the gate insulating film may be deteriorated at the corner. In general, in the manufacturing process of a semiconductor device having STI (Shallow Trench Isolation), it is possible to round the corners on the surface of the silicon layer by performing high-temperature heat treatment on the substrate after forming the trench.
しかしながら、SBSI法では、高温の熱処理を行うとシリコンゲルマニウム層のゲルマニウム(Ge)が隣接する層に拡散する不具合を生ずる。また、シリコンゲルマニウム層をエッチングした後に熱処理をしてシリコン層表面の角部を丸めることは可能ではあるが、この段階では当該角部の一部が支持体で覆われており、支持体で覆われている角部については熱処理を行ったとしても丸めることができなかった。この点について、図15を参照しながら具体的に説明する。 However, in the SBSI method, when high-temperature heat treatment is performed, there is a problem that germanium (Ge) in the silicon germanium layer is diffused into adjacent layers. Although it is possible to round the corners on the surface of the silicon layer by performing a heat treatment after etching the silicon germanium layer, at this stage, a part of the corners is covered with the support, and the support is covered with the support. The cracked corners could not be rounded even if heat treatment was performed. This point will be specifically described with reference to FIG.
図15は、従来例に係る半導体装置の製造工程における途中の工程を示し、図15(a)は模式平面図、図15(b)は同図(a)のC− C´線に沿う模式断面図である。シリコン基板101上に、シリコンゲルマニウム層102、シリコン層103をエピタキシャル成長させ、そこに支持体を形成するための穴(即ち、支持体穴)105を形成する。このとき支持体穴105の周縁にはシリコン層103表面の角部110が存在している。その後、支持体穴105を埋めてシリコン層103を覆う支持体104を形成する。この支持体104に覆われ支持体穴105の間に位置する領域が素子領域となる部分である。
15A and 15B show steps in the process of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example, FIG. 15A is a schematic plan view, and FIG. 15B is a schematic view taken along the line CC 'in FIG. It is sectional drawing. A
ここで、シリコン層103の角部110は支持体104で覆われていることから、シリコンゲルマニウム層102をエッチングした後に熱処理をしても、この角部110を丸めることができない。そのため、後の工程で、図15(a)の二点鎖線で示すようなゲート電極106を2つの支持体穴(以下、「第1溝」ともいう。)105に跨る方向に配置した場合には、シリコン層(以下、「第2半導体層」ともいう。)103の角部110に電界が集中しやすく、リーク電流の原因となる可能性があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、第1溝の周縁に位置する第2半導体層表面の角部での電界集中を緩和できるようにした半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
Here, since the
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor device that can alleviate electric field concentration at the corner of the surface of the second semiconductor layer located at the periphery of the first groove. Objective.
〔発明1〕 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、半導体基板上に単結晶の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上に単結晶の第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1溝の周縁に位置する前記第2半導体層表面の角部に熱酸化膜を形成する工程と、前記角部に前記熱酸化膜を形成した後で、前記第1溝が埋め込まれ且つ当該第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に支持体膜を形成する工程と、前記支持体膜、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を順次、選択的にエッチングして、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、前記空洞部内に絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
[Invention 1] In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device of
このような構成であれば、熱酸化膜の形成によって、第1溝の周縁に位置する第2半導体層表面の角部に丸みを持たせることが可能となる。従って、第2半導体層の上記角部の直上方にゲート電極を配置した場合でも、上記角部での電界集中を緩和することができる。これにより、ゲート絶縁膜の信頼性を高めることができ、リーク電流の防止に寄与することができる。 With such a configuration, the corner of the surface of the second semiconductor layer located at the periphery of the first groove can be rounded by forming the thermal oxide film. Therefore, even when the gate electrode is disposed immediately above the corner of the second semiconductor layer, the electric field concentration at the corner can be reduced. As a result, the reliability of the gate insulating film can be increased, which can contribute to prevention of leakage current.
〔発明2〕 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、前記第1溝を形成する工程では、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして前記第2半導体層及び前記第1半導体層をエッチングして前記第1溝を形成し、前記第1溝の周縁に位置する前記第2半導体層表面の前記角部に前記熱酸化膜を形成する工程では、前記フォトレジスト膜をトリミングして当該フォトレジスト膜下から前記角部を露出させ、次に、トリミングした前記フォトレジスト膜をマスクとして前記第2半導体層に不純物をイオン注入することによって前記角部をアモルファス化し、その後、前記半導体基板に熱酸化処理を施すことによって、アモルファス化された前記角部に前記熱酸化膜を形成する、ことを特徴とするものである。
[Invention 2] The method for manufacturing a semiconductor device according to
ここで、単結晶の半導体層よりもアモルファスの半導体層の方が酸素と反応し易い(即
ち、酸化し易い)傾向がある。
発明2の半導体装置の製造方法によれば、第2半導体層表面の上記角部(即ち、アモルファス化した部分)だけに熱酸化膜を形成し、それ以外の領域の第2半導体層(即ち、単結晶の部分)には熱酸化膜をできるだけ形成しないようにすることができる。
Here, an amorphous semiconductor layer tends to react with oxygen (that is, easily oxidize) rather than a single crystal semiconductor layer.
According to the semiconductor device manufacturing method of the second aspect of the present invention, the thermal oxide film is formed only on the corner portion (that is, the amorphized portion) on the surface of the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer (that is, the other region) It is possible to avoid forming a thermal oxide film as much as possible on the single crystal portion).
〔発明3〕 発明3の半導体装置の製造方法は、発明2の半導体装置の製造方法において、前記第1半導体層はシリコンゲルマニウム(SiGe)であり、前記第2半導体層はシリコン(Si)であり、前記熱酸化処理の温度を750℃以下に設定することを特徴とするものである。
このような構成であれば、第1半導体層から半導体基板や第2半導体層側へのGeの拡散を十分に抑制することができるので、例えばトランジスタの(Geに起因した)意図しない特性変動を防ぐことが可能である。
[Invention 3] The semiconductor device manufacturing method of
With such a configuration, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of Ge from the first semiconductor layer to the semiconductor substrate or the second semiconductor layer side. For example, an unintended characteristic variation (due to Ge) of the transistor is caused. It is possible to prevent.
〔発明4〕 発明4の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に単結晶の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上に単結晶の第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1溝が埋め込まれ且つ当該第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に支持体膜を形成する工程と、前記支持体膜、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を順次、選択的にエッチングして、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、前記空洞部内に絶縁層を形成する工程と、を含み、前記第1溝を形成する工程では、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、前記第2半導体層下から前記第1半導体層が露出しない程度に当該第2半導体層を等方性エッチングし、さらに、前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記第2半導体層と前記第1半導体層とを異方性エッチングすることによって前記第1溝を形成する、ことを特徴とするものである。
[Invention 4] A method of manufacturing a semiconductor device of
このような構成であれば、第1溝を形成する過程で、当該第1溝の周縁に位置する第2半導体層表面の角部に対応する部位(以下、「角部」ともいう。)を角張った形状ではなく、なだらかな凹面で構成されるテーパ状に成形することができる。従って、第2半導体層の上記角部の直上方にゲート電極を配置した場合でも、上記角部での電界集中を緩和することができる。これにより、ゲート絶縁膜の信頼性を高めることができ、リーク電流の防止に寄与することができる。 With such a configuration, in the process of forming the first groove, a portion corresponding to the corner of the surface of the second semiconductor layer located at the periphery of the first groove (hereinafter also referred to as “corner”). It can be formed into a tapered shape constituted by a gentle concave surface, not an angular shape. Therefore, even when the gate electrode is disposed immediately above the corner of the second semiconductor layer, the electric field concentration at the corner can be reduced. As a result, the reliability of the gate insulating film can be increased, which can contribute to prevention of leakage current.
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。
(1)第1実施形態
図1から図13は本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。詳しくは、図1から図13の各図(a)は模式平面図であり、各図(b)は同図(a)におけるA− A´断線に沿う模式断面図である。また、図14は、図13(A)におけるB−B´断線に沿う模式断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) First Embodiment FIGS. 1 to 13 are schematic views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In detail, each figure (a) of Drawing 1-
図1(a)及び(b)において、まず始めに、バルクシリコンウエーハであるシリコン基板1に第1半導体層としてのシリコンゲルマニウム(SiGe)層2を形成し、その上に第2半導体層としてのシリコン(Si)層3を形成する。シリコンゲルマニウム層2およびシリコン層3はそれぞれ単結晶であり、エピタキシャル成長によって形成する。
次に、支持体穴を形成する領域を開口し、それ以外の領域を覆うフォトレジスト膜4をシリコン層3上に形成する。そして、フォトレジスト膜4をマスクにして、シリコン層3とシリコンゲルマニウム層2とを順次エッチングしてシリコン基板1の表面を露出させ、
支持体穴5を形成する。図1(a)に示すように、平面視で、支持体穴5によって両側から挟まれた領域が素子を形成する領域(即ち、素子領域)となる。
1A and 1B, first, a silicon germanium (SiGe)
Next, a
A
なお、図示しないが、フォトレジスト膜4を形成する前に、シリコン層3上に下地酸化膜や、酸化防止膜等を形成しても良い。下地酸化膜は、例えばシリコン酸化膜であり、シリコン層の熱酸化によって形成することが可能である。また、酸化防止膜は例えばシリコン窒化膜であり、CVD(chemical vapor deposition)によって形成することが可能である。酸化防止膜がシリコン窒化膜である場合には、シリコン層3の酸化防止としての機能のほかに、CMP(chemical mechanical polish)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。
Although not shown, a base oxide film, an antioxidant film or the like may be formed on the
次に、図2(a)及び(b)に示すように、酸素プラズマなどを用いたアッシング処理によってフォトレジスト膜4をトリミング(即ち、細線化)して、支持体穴5の周縁に位置するシリコン層3表面の角部6をフォトレジスト膜4下から露出させる。
次に、図3(a)及び(b)に示すように、トリミングしたフォトレジスト膜4をマスクとして、シリコン基板1 表面に向けて例えばアルゴン(Ar)をイオン注入する。これにより、フォトレジスト膜4下から露出した角部6にはアルゴンがイオン注入され、その結晶構造がアモルファス化(即ち、非晶質化)される。なお、このアモルファス化工程でイオン注入する不純物はアルゴンに限られることはなく、例えばシリコンなどでも良い。
Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, for example, argon (Ar) is ion-implanted toward the surface of the
次に、酸素プラズマなどを用いたアッシング処理によって、シリコン基板1上からフォトレジスト膜4を取り除く。そして、図4(a)及び(b)に示すように、シリコン基板1に熱酸化処理を施して、シリコン層3表面の角部6に熱酸化膜(SiO2膜)6aを形
成する。ここで、単結晶のシリコン層よりもアモルファスのシリコン層の方がより酸化しやすい傾向がある。この第1実施形態では、シリコン層3の上記角部6のみをアモルファス化しているので、上記角部6だけに熱酸化膜6aを形成し、それ以外の領域のシリコン層3には熱酸化膜をできるだけ形成しないようにすることができる。
Next, the
また、この第1実施形態では、熱酸化膜6aを形成する際の処理温度を、例えば400℃以上、750℃以下の低温度に設定すると良い。このような温度範囲を選択することで、シリコンゲルマニウム層2からシリコン基板1や、シリコン層3側へのGeの熱拡散を十分に抑制することができる。その結果、例えばトランジスタの(Geに起因した)意図しない特性変動を防ぐことが可能である。
In the first embodiment, the processing temperature for forming the
なお、図4(b)において、シリコン層3の(角張った)角部を熱酸化すると、当該角部は熱酸化膜(SiO2膜)6aとなって体積が増加すると共に、熱酸化の過程でその表
面がある程度流動化する。その結果、角部の角張った形状はある程度丸くなった形状(即ち、なだらかな曲面形状)となる。角張った形状とは、即ち、角が出ている形状のことである。
In FIG. 4B, when the (angular) corner portion of the
次に、図5(a)及び(b)に示すように、支持体穴5を埋め込み、かつシリコン層3を覆うようにして、シリコン基板1の上方全体に支持体膜7を形成する。この支持体膜7は例えばシリコン酸化膜であり、例えばCVDなどによって形成する。続いて、図6(a)及び(b)に示すように、支持体膜7の上にフォトレジスト膜8を形成する。このフォトレジスト膜8の平面視での形状(即ち、平面形状)は、例えば2つの支持体穴5に跨って素子領域を覆うような形状である。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a
次に、図7(a)及び(b)に示すように、上記フォトレジスト膜8をマスクにして支
持体膜7、シリコン層3、シリコンゲルマニウム層2を順次ドライエッチングする。このエッチングによって、シリコン基板1上には支持体膜7からなる支持体9が形成されると共に、支持体9の周りにはシリコン基板1を底面とする溝部13が形成される。図7(a)及び(b)において、支持体9下方の(溝部13に面した)側面15は、シリコン層3とシリコンゲルマニウム層2が露出した開口面となっている。次に、フォトレジスト膜8を除去する。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
そして、図8(a)及び(b)に示すように、支持体9下方の溝部13に面した側面15からフッ硝酸などのエッチング液をシリコン層3及びシリコンゲルマニウム層2に接触させることによって、シリコンゲルマニウム層2を選択的にエッチングして除去する。これにより、シリコン基板1とシリコン層3との間に空洞部10を形成する。フッ硝酸を用いたウェットエッチングでは、シリコンはシリコンゲルマニウムよりエッチングの選択比が小さく(即ち、シリコンよりもシリコンゲルマニウムの方がエッチングされ易く)、シリコン層を残してシリコンゲルマニウム層だけを選択的にエッチングして除去することが可能である。図8(a)及び(b)に示すように、空洞部10の形成後は、シリコン層3は支持体9によって完全に支持された構造となる。
Then, as shown in FIGS. 8A and 8B, an etching solution such as hydrofluoric acid is brought into contact with the
続いて、図9(a)及び(b)に示すように、シリコン基板1を熱酸化して、空洞部10内にSiO2膜からなる埋め込み絶縁層(BOX層)11を形成する。なお、この埋め
込み絶縁層11の形成は、シリコン基板1の熱酸化に限らず、CVDで行うことも可能である。
次に、図10(a)及び(b)に示すように、シリコン基板1の上方全面に素子間分離用の絶縁膜12を形成する。この絶縁膜12の形成によって溝部13が埋め込まれる。また、(前に説明した)熱酸化又はCVDによる空洞部10内の埋め込みが不十分である場合には、この絶縁膜12の形成によって空洞部10内の埋め込みも補完される。
Subsequently, as shown in FIGS. 9A and 9B, the
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, an inter-element
次に、図11(a)及び(b)に示すように、CMPなどによりシリコン基板1の上方全面を平坦化処理し、絶縁膜12、支持体9の一部を取り除く。これによりシリコン層3の上面が露出し、かつシリコン層3が絶縁膜12および埋め込み絶縁層11で素子分離された構造(SOI構造)が完成する。なお、上述したように、シリコン層3上に酸化防止膜としてシリコン窒化膜を形成していた場合には、この平坦化処理工程で酸化防止膜がストッパー層として機能するので、シリコン層3の意図しないディッシング等を防ぐことが可能である。また、シリコン窒化膜をストッパー層として使用した場合には、平坦化処理後に例えば熱燐酸を用いたウェットエッチングでこれを除去し、その後、例えば希フッ酸を用いたウェットエッチングで下地酸化膜(SiO2膜)を除去すれば良い。
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the entire upper surface of the
次に、図12(a)及び(b)に示すように、シリコン層3の表面を熱酸化してゲート絶縁膜20を形成する。そして、CVDなどの方法によって、ゲート絶縁膜20上に多結晶シリコン層を形成する。その後、フォトリソグラフィー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、ゲート絶縁膜20上にゲート電極21を形成する。
次に、図13において、ゲート電極21をマスクとして、As、P、Bなどの不純物をシリコン層3内にイオン注入することにより、ゲート電極21両側のシリコン層3にそれぞれ低濃度不純物導入層からなるLDD層23a,23bを形成する。
Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, the surface of the
Next, in FIG. 13, impurities such as As, P, and B are ion-implanted into the
さらに、CVDなどの方法により、LDD層23a,23bが形成されたシリコン層3上に絶縁層を形成し、RIE(reactive ion etching)などのドライエッチングを用いて絶縁層をエッチバックする。これにより、図13に示すように、ゲート電極21の側壁にサイドウォール24a,24bを形成する。そしてゲート電極21およびサイドウォール24a,24bをマスクとして、As、P、Bなどの不純物をシリコン層3内にイオン注入することで、ゲート電極21両側のシリコン層3にそれぞれ高濃
度不純物導入層からなるソース層25a、ドレイン層25bを形成する。このようにして、SOI構造上にトランジスタを完成させる。
Further, an insulating layer is formed on the
このように、本発明の第1実施形態によれば、支持体穴5の周縁に位置するシリコン層3表面の角部6に熱酸化膜6aを形成し、その後、支持体膜7を形成している。熱酸化膜6aの形成によって、シリコン層3表面の角部6に丸みを持たせることができる。従って、上記角部6の直上方にゲート電極21を配置した場合でも、上記角部6での電界集中を緩和することができる。これにより、ゲート絶縁膜20の信頼性を高めることができ、リーク電流の防止に寄与することができる。
Thus, according to the first embodiment of the present invention, the
本発明の第1実施形態によれば、上記角部6での電界集中を緩和できることから、上記角部6の直上方にゲート電極21を配置することが可能となり、素子領域において任意の方向にゲート電極21を延ばすことが可能となる。即ち、任意の方向にゲート長方向を設定することができるので、ゲート電極21をより自由にレイアウトすることが可能となり、半導体装置の設計の自由度を高めることができる。
According to the first embodiment of the present invention, since the electric field concentration at the
(2)第2実施形態
図14(a)〜(c)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。図14(a)〜(c)において、第1実施形態で説明した図1〜図13と同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。この第2実施形態では、支持体穴を形成する際に、始めにシリコン層3を等方性エッチングで途中までエッチングし、次に、異方性エッチングで残りのシリコン層3とシリコンゲルマニウム層2とをエッチングする。
(2) Second Embodiment FIGS. 14A to 14C are schematic sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 14 (a) to 14 (c), parts having the same configurations as those in FIGS. 1 to 13 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this second embodiment, when forming the support hole, the
即ち、図14(a)において、支持体穴を形成する際に、フォトレジスト4をマスクにして、シリコン層3を例えば厚さ方向で途中の位置までウェットエッチングする。このウェットエッチングは等方性エッチングであり、エッチャントとしては例えば下記a)〜c)の何れか一、又はそれらを組み合わせて使用する。この第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、フォトレジストのトリミングは行わない。
That is, in FIG. 14A, when the support hole is formed, the
a)フッ硝酸
b)フッ硝酸+酢酸
c)フッ酸
d)フッ酸+フッ化アンモニウム
a) hydrofluoric acid b) hydrofluoric acid + acetic acid c) hydrofluoric acid d) hydrofluoric acid + ammonium fluoride
次に、フォトレジスト4をマスクにして、残りのシリコン層3と、シリコンゲルマニウム層2とを順次ドライエッチングして除去する。このドライエッチングは異方性エッチングである。これにより、図14(b)に示すように、支持体穴5´を形成する。この支持体穴5´の役割は、第1実施形態で説明した支持体5と同じである。これ以降の工程は、第1実施形態と同じである。図14(c)に示すように、最終的に、支持体穴は支持体9と絶縁膜12とによって埋め込まれる。
Next, using the
このように、本発明の第2実施形態によれば、支持体穴5´を形成する際に、始めにシリコン層3を等方性エッチングで途中までエッチングし、次に、異方性エッチングで残りのシリコン層3とシリコンゲルマニウム層2とをエッチングしている。このような構成であれば、支持体穴5´を形成する過程で、当該支持体穴5´の周縁に位置するシリコン層3表面の角部に対応する部位(以下、「角部」ともいう。)6´を角張った形状ではなく、なだらかな凹面で構成されるテーパ状に成形することができる。
Thus, according to the second embodiment of the present invention, when forming the
従って、シリコン層3表面の上記角部6´の直上方にゲート電極を配置した場合でも、
上記角部6´での電界集中を緩和することができる。これにより、ゲート絶縁膜の信頼性を高めることができ、リーク電流の防止に寄与することができる。
なお、この第2実施形態においても第1実施形態と同様に、フォトレジスト膜4を形成する前に、シリコン層3上に下地酸化膜や、酸化防止膜等を形成しても良い。下地酸化膜は例えばシリコン酸化膜であり、酸化防止膜は例えばシリコン窒化膜である。シリコン層3上に下地酸化膜や酸化防止膜(以下、「保護膜」ともいう。)を形成した場合には、図14(a)で等方性のウェットエッチングを開始する前に、フォトレジスト膜4をマスクにこれら保護膜をドライエッチングで取り除けば良い。
Therefore, even when the gate electrode is arranged just above the corner 6 'on the surface of the
Electric field concentration at the corner 6 'can be reduced. As a result, the reliability of the gate insulating film can be increased, which can contribute to prevention of leakage current.
In the second embodiment, as in the first embodiment, a base oxide film, an antioxidant film, or the like may be formed on the
上記の第1、第2実施形態では、シリコン基板1が本発明の「半導体基板」に対応し、シリコンゲルマニウム層2が本発明の「第1半導体層」に対応し、シリコン層3が本発明の「第2半導体層」に対応している。まだ、支持体穴5、5´が本発明の「第1溝」に対応し、溝部13が本発明の「第2溝」に対応している。さらに、埋め込み絶縁層11が本発明の「絶縁層」に対応している。
In the first and second embodiments described above, the
なお、上記の第1、第2実施形態では、「半導体基板」がバルクシリコンウエーハであり、「第1半導体層」の材質がシリコンゲルマニウムであり、「第2半導体層」がシリコンである場合について説明した。しかしながら、本発明の「半導体基板」、「第1半導体層」及び「第2半導体層」の材質はこれに限られることはなく、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る組み合わせを用いることができる。 In the first and second embodiments, the “semiconductor substrate” is a bulk silicon wafer, the material of the “first semiconductor layer” is silicon germanium, and the “second semiconductor layer” is silicon. explained. However, the material of the “semiconductor substrate”, “first semiconductor layer”, and “second semiconductor layer” of the present invention is not limited to this. For example, Si, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, A combination selected from InP, GaP, GaN, ZnSe, or the like can be used.
1 シリコン(Si)基板、2 シリコンゲルマニウム(SiGe)層、3 シリコン(Si)層、4 フォトレジスト膜、5、5´ 支持体穴、6、6´ シリコン層表面の角部、6a 熱酸化膜、7 支持体膜、9 支持体、10 空洞部、11 埋め込み絶縁層、12 絶縁膜、13 溝部、20 ゲート絶縁膜、21 ゲート電極、23a、23b LDD層、24a、24b サイドウォール、25a ソース層、25b ドレイン層
1 silicon (Si) substrate, 2 silicon germanium (SiGe) layer, 3 silicon (Si) layer, 4 photoresist film, 5 5 ′ support hole, 6, 6 ′ corner of silicon layer surface, 6a thermal oxide film , 7 Support film, 9 Support body, 10 Cavity, 11 Embedded insulating layer, 12 Insulating film, 13 Groove, 20 Gate insulating film, 21 Gate electrode, 23a, 23b LDD layer, 24a, 24b Side wall,
Claims (4)
前記第1半導体層上に単結晶の第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1溝の周縁に位置する前記第2半導体層表面の角部に熱酸化膜を形成する工程と、
前記角部に前記熱酸化膜を形成した後で、前記第1溝が埋め込まれ且つ当該第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に支持体膜を形成する工程と、
前記支持体膜、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を順次、選択的にエッチングして、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、
前記空洞部内に絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a single-crystal first semiconductor layer on a semiconductor substrate;
Forming a single-crystal 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 thermal oxide film at a corner of the surface of the second semiconductor layer located at the periphery of the first groove;
Forming a support film on the semiconductor substrate after the thermal oxide film is formed at the corners, so that the first groove is embedded and the second semiconductor layer is covered;
Selectively etching the support film, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer sequentially to form a second groove that exposes the first semiconductor layer from under the second semiconductor layer;
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;
And a step of forming an insulating layer in the cavity.
パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして前記第2半導体層及び前記第1半導体層をエッチングして前記第1溝を形成し、
前記第1溝の周縁に位置する前記第2半導体層表面の前記角部に前記熱酸化膜を形成する工程では、
前記フォトレジスト膜をトリミングして当該フォトレジスト膜下から前記角部を露出させ、次に、
トリミングした前記フォトレジスト膜をマスクとして前記第2半導体層に不純物をイオン注入することによって前記角部をアモルファス化し、その後、
前記半導体基板に熱酸化処理を施すことによって、アモルファス化された前記角部に前記熱酸化膜を形成する、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 forming the first groove,
Etching the second semiconductor layer and the first semiconductor layer using the patterned photoresist film as a mask to form the first groove,
In the step of forming the thermal oxide film at the corner of the surface of the second semiconductor layer located at the periphery of the first groove,
Trimming the photoresist film to expose the corner from below the photoresist film,
The corners are made amorphous by ion-implanting impurities into the second semiconductor layer using the trimmed photoresist film as a mask, and then
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thermal oxide film is formed at the corner portion that has been amorphized by subjecting the semiconductor substrate to a thermal oxidation treatment.
前記熱酸化処理の温度を750℃以下に設定することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The first semiconductor layer is silicon germanium (SiGe), the second semiconductor layer is silicon (Si);
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the temperature of the thermal oxidation treatment is set to 750 ° C. or lower.
前記第1半導体層上に単結晶の第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1溝が埋め込まれ且つ当該第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に支持体膜を形成する工程と、
前記支持体膜、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を順次、選択的にエッチングして、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、
前記空洞部内に絶縁層を形成する工程と、を含み、
前記第1溝を形成する工程では、
パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、前記第2半導体層下から前記第1半導体層が露出しない程度に当該第2半導体層を等方性エッチングし、さらに、
前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記第2半導体層と前記第1半導体層とを異方性エッチングすることによって前記第1溝を形成する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a single-crystal first semiconductor layer on a semiconductor substrate;
Forming a single-crystal 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 film on the semiconductor substrate so that the first groove is embedded and the second semiconductor layer is covered;
Selectively etching the support film, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer sequentially to form a second groove that exposes the first semiconductor layer from under the second semiconductor layer;
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 an insulating layer in the cavity,
In the step of forming the first groove,
Using the patterned photoresist film as a mask, isotropically etching the second semiconductor layer to the extent that the first semiconductor layer is not exposed from under the second semiconductor layer, and
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first groove is formed by anisotropically etching the second semiconductor layer and the first semiconductor layer using the photoresist film as a mask.
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