JP2009176856A - 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、半導体基板上にいわゆるSOI(Silicon On Insulator)構造を形成する技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique for forming a so-called SOI (Silicon On Insulator) structure on a semiconductor substrate.
バルクウェハ上にSOI構造にする手法として、例えば特許文献1や非特許文献1に開示された方法がある。これらの文献に開示された方法はSBSI法と呼ばれ、バルクウェハ上に部分的にSOI構造を形成する方法である。SBSI法では、バルクのSi基板上にSi/SiGe層を成膜し、SiとSiGeとのエッチングレートの違いを利用して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。次に、図17(a)に示すように、空洞部の内部に面するSi基板101の上面及びSi層103の下面を熱酸化することにより、Si基板101とSi層103との間にSiO2膜(即ち、BOX層)111を形成する。そして、図17(b)に示すように、Si基板101上にSiO2膜113を厚めに成膜して、SOI構造が形成されない領域(即ち、素子分離領域)を埋め込む。このSiO2膜113の形成はCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法で行う。次に、図17(c)に示すように、SiO2膜113をCMP(Chemical Mechanical Polish:化学的機械的研磨)処理で平坦化し、さらに、希フッ酸溶液等でエッチングする。これにより、図17(d)に示すように、Si層103(即ち、SOI層)の表面を露出させると共に、Si層103の周囲にSiO2膜113等からなる素子分離層を形成する。
図17(b)及び(c)に示したように、素子分離層はSiO2膜113の成膜と、その後のCMP処理等によって形成されるが、CMP処理の後にはSi層103の表面を露出させるために(或いはその後の洗浄でも)希フッ酸溶液等でウェット処理する必要がある。その際、図17(d)に示すように、SiO2膜113のうちのSi層103の外周部に沿った部分(即ち、Si層103との境界部分)が狙いよりも深くエッチングされて溝121ができやすい、という問題があった。この問題の原因は、SiO2膜113をCVDで形成すると、Si基板101とSi層103との段差に沿って形成される部分には巣(即ち、空隙)が入り易く、SiO2膜113の他の部分と比べて強度が弱くなるためと考えられる。
As shown in FIGS. 17B and 17C, the element isolation layer is formed by the formation of the SiO 2 film 113 and the subsequent CMP process, and the surface of the
例えば、溝121が形成されると、図17(e)に示すように、後のトランジスタを形成する工程でゲート電極の材料となるポリシリコン(poly−Si)膜131が溝121内にも堆積する。そして、このpoly−Si膜131をパターニングすると、溝121内のpoly−Si膜131はゲート電極とつながった状態でSi基板101上に残る可能性があった。このように、本来残るべきでないpoly−Si膜131がゲート電極とつながった状態でSi基板101上に残ってしまうと、例えば、ゲート電極に寄生容量が生じてトランジスタの動作速度が低下し、或いは、消費電力が増加してしまうおそれがあった。また、溝121内のpoly−Si膜131とSi基板101との間で電界が集中して、当該間で絶縁破壊が発生するおそれがあった。
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、半導体基板上にSOI構造を部分的に形成する際に、不具合の原因となる溝の形成を防止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。
For example, when the
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor device capable of preventing formation of a groove that causes a failure when an SOI structure is partially formed on a semiconductor substrate. It aims at providing the manufacturing method of this.
〔発明1、2〕 上記問題点を解決するために、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半導体層をエッチングして、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を貫く第1溝を形成する工程と、前記第1溝に支持体を形成する工程と、前記第2半導体層をエッチングして、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り、前記第2半導体層と前記半導体基板との間に空洞部を形成する工程と、前記空洞部に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を形成する工程の後で、前記第2溝に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜を熱酸化する工程と、を含むことを特徴とするものである。
[
ここで、本発明の「半導体基板」は例えばバルクのシリコン(Si)基板であり、「第1半導体層」は例えば単結晶のシリコンゲルマニウム(SiGe)層であり、「第2半導体層」は例えば単結晶のSi層である。結晶構造が単結晶のSiGe層及びSi層は、例えばエピタキシャル成長法によって形成することができる。また、本発明の「支持体」は例えばシリコン酸化(SiO2)膜又はシリコン窒化(SiN)膜などの絶縁膜からなる。さらに、本発明の「半導体膜」は、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)膜又はポリシリコン(Poly−Si)膜である。 Here, the “semiconductor substrate” of the present invention is, for example, a bulk silicon (Si) substrate, the “first semiconductor layer” is, for example, a monocrystalline silicon germanium (SiGe) layer, and the “second semiconductor layer” is, for example, It is a single crystal Si layer. The SiGe layer and the Si layer having a single crystal structure can be formed by, for example, an epitaxial growth method. The “support” of the present invention is made of an insulating film such as a silicon oxide (SiO 2 ) film or a silicon nitride (SiN) film. Furthermore, the “semiconductor film” of the present invention is, for example, an amorphous silicon (a-Si) film or a polysilicon (Poly-Si) film.
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2溝に半導体膜を形成する工程は、前記半導体基板の上方全体に前記半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜にCMP処理を施して当該半導体膜を前記第2半導体層上から除去する工程と、を有することを特徴とするものである。
発明1、2の半導体装置の製造方法によれば、第2溝に形成される酸化膜を半導体膜の熱酸化により形成することができる。半導体膜の熱酸化により形成される酸化膜は、CVD法で形成される酸化膜よりもその強度が高い。従って、酸化膜に対して例えばCMP処理やウェット処理を行う際に、酸化膜のうちの第2半導体層の外周部に沿った部分(即ち、第2半導体層との境界部分)が過度にエッチングされることを防ぐことができ、境界部分に沿って溝が形成されることを防ぐことができる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the invention is the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, wherein the step of forming the semiconductor film in the second groove includes the step of forming the semiconductor film over the entire semiconductor substrate, Performing a CMP process on the semiconductor film to remove the semiconductor film from the second semiconductor layer.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the first and second aspects, the oxide film formed in the second groove can be formed by thermal oxidation of the semiconductor film. An oxide film formed by thermal oxidation of a semiconductor film has higher strength than an oxide film formed by a CVD method. Accordingly, when the oxide film is subjected to, for example, a CMP process or a wet process, a portion of the oxide film along the outer periphery of the second semiconductor layer (that is, a boundary portion with the second semiconductor layer) is excessively etched. It can prevent that a groove | channel is formed along a boundary part.
〔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、前記半導体膜を形成する工程の前に、前記第2半導体層上に酸化防止膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とするものである。ここで、本発明の「酸化防止膜」は、例えばSiN膜である。SiN膜は耐酸化性に優れた絶縁膜である。
発明3の半導体装置の製造方法によれば、前記半導体膜を熱酸化する際に、第2半導体層は酸化防止膜で覆われているので、第2半導体層の酸化を防ぐことができる。
[Invention 3] The manufacturing method of a semiconductor device of
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the third aspect, since the second semiconductor layer is covered with the antioxidant film when the semiconductor film is thermally oxidized, the oxidation of the second semiconductor layer can be prevented.
〔発明4〕 発明4の半導体装置の製造方法は、発明3の半導体装置の製造方法において、前記半導体膜にCMP処理を施して当該半導体膜を前記第2半導体層上から除去する工程では、前記酸化防止膜をCMP処理のストッパーに用いることを特徴とするものである。発明4の半導体装置の製造方法によれば、研磨パッドが第2半導体層に接触することを防ぐことができる。これにより、第2半導体層における結晶欠陥等の発生防止に寄与することができる。
[Invention 4] The method for manufacturing a semiconductor device according to
〔発明5〕 発明5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半導体層をエッチングして、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を貫く第1溝を形成する工程と、前記第1溝に支持体を形成する工程と、前記第2半導体層をエッチングして、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り、前記第2半導体層と前記半導体基板との間に空洞部を形成する工程と、前記空洞部に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を形成する工程の後で、前記半導体基板の上方全体に前記半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜を熱酸化する工程と、前記半導体膜の熱酸化により形成された酸化膜にCMP処理を施して当該酸化膜を前記第2半導体層上から除去する工程と、を有することを特徴とするものである。
発明5の半導体装置の製造方法によれば、発明1の半導体装置の製造方法と同様の効果を得ることができる。即ち、酸化膜に対してCMP処理やウェット処理を行う際に、酸化膜のうちの第2半導体層の外周部に沿った部分(即ち、第2半導体層との境界部分)が過度にエッチングされることを防ぐことができ、境界部分に沿って溝が形成されることを防ぐことができる。
[Invention 5] The manufacturing method of a semiconductor device of
According to the semiconductor device manufacturing method of the fifth aspect of the invention, the same effects as those of the semiconductor device manufacturing method of the first aspect of the invention can be obtained. That is, when the oxide film is subjected to CMP treatment or wet treatment, a portion of the oxide film along the outer periphery of the second semiconductor layer (that is, a boundary portion with the second semiconductor layer) is excessively etched. It can prevent that a groove | channel is formed along a boundary part.
〔発明6〕 発明6の半導体装置の製造方法は、発明5の半導体装置の製造方法において、前記半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜を熱酸化する工程とを、当該順に繰り返し行うことを特徴とするものである。発明6の半導体装置の製造方法によれば、発明5の半導体装置の製造方法と比べて、酸化膜を厚く形成することが容易となる。
〔発明7〕 発明7の半導体装置の製造方法は、発明1から発明6の半導体装置の製造方法において、前記第2半導体層の表面を露出させ、当該第2半導体層上にゲート絶縁膜を介して導電膜を形成する工程と、前記導電膜をエッチングしてゲート電極を形成する工程と、をさらに含み、前記ゲート電極を形成する工程では、前記半導体膜の熱酸化により形成される酸化膜のうちの前記第2半導体層の外周部に沿った部分と前記ゲート電極とが平面視で交差するように当該ゲート電極を配置することを特徴とするものである。
発明7の半導体装置の製造方法によれば、従来の技術で問題視した溝の形成を防ぐことができるので、この溝に起因したトランジスタの動作速度の低下、トランジスタの消費電力の増加、絶縁破壊などの不具合を防止することができる。
[Invention 6] A method for manufacturing a semiconductor device according to
[Invention 7] A method for manufacturing a semiconductor device according to
According to the method of manufacturing the semiconductor device of the
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
(1)第1実施形態
図1〜図14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図である。図1〜図14において、(a)は平面図、(b)は(a)をX1−X´1〜X14−X´14線でそれぞれ切断したときの断面図、(c)は(a)をY1−Y´1〜Y14−Y´14線でそれぞれ切断したときの断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(1) First Embodiment FIGS. 1 to 14 are views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 1 to 14, (a) is a plan view, (b) is a sectional view when (a) is cut along line X1-
まず始めに、図1(a)〜(c)において、シリコン(Si)基板1上にシリコンバッファ(Si−buffer)層2を形成し、その上に単結晶のシリコンゲルマニウム(SiGe)層3と単結晶のSi層5とを順次積層する。これらSi−buffer層2、SiGe層3及びSi層5は、例えばエピタキシャル成長法で連続して形成する。次に、Si層5を熱酸化してその表面にシリコン酸化(SiO2)膜7を形成し、さらに、CVD法により、SiO2膜7上の全面にシリコン窒化(SiN)膜9を形成する。このSiN膜9は、Si層5表面の酸化を防止するための酸化防止膜として機能すると共に、後の工程でCMP処理を行う際のストッパー層としても機能する。なお、Si層5を覆うSiO2膜7の形成方法は熱酸化に限られることはなく、例えばCVD法で形成しても良い。
First, in FIGS. 1A to 1C, a silicon buffer (Si-buffer)
次に、図2(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術によって、素子分離領域(即ち、SOI構造を形成しない領域)と平面視で重なる領域のSiN膜9、SiO2膜7、Si層5、SiGe層3、Si−buffer層2を部分的に順次エッチングする。これにより、Si層5やSiGe層3などを貫いてSi基板1を底面とする支持体穴hを形成する。なお、支持体穴hを形成するエッチング工程では、図2(b)に示すようにSi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、Si基板1をオーバーエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIGS. 2A to 2C, the
次に、図3(a)〜(c)に示すように、支持体穴hを埋め込むようにしてSi基板1の上方全体に支持体膜11を形成する。そして、図4(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術によって、素子分離領域と平面視で重なる領域の支持体膜を部分的にエッチングする。これにより、支持体膜から支持体12を形成する。続いて、図5(a)〜(c)に示すように、支持体12下から露出しているSiN膜9、SiO2膜7、Si層5、SiGe層3及びSi−buffer層2を順次、部分的にエッチングする。これにより、Si基板1を底面としSi層5やSiGe層3などの各側面を露出させる溝Hを形成する。ここで、溝Hは、後の工程でSiGe層3をエッチングする際に、エッチング液の導入口として使うものである。
Next, as shown in FIGS. 3A to 3C, a
なお、溝Hを形成するエッチング工程では、溝Hが形成される領域にSiGe層3の一部を残した状態でエッチングを止めてもよいし、図5(c)に示すように溝Hが形成される領域のSi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、Si基板1をオーバーエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。なお、このエッチング工程では、支持体穴の底面で露出しているSi基板1の表面もエッチングされるので、図5(b)に示すように、支持体穴hの底面の一部に凹部が形成される。図5(a)において、支持体穴h及び溝Hによって平面視で囲まれた長方形の領域が、素子領域(即ち、SOI構造を形成する領域)である。
In the etching step for forming the groove H, the etching may be stopped with a part of the
次に、溝Hを介して例えばフッ硝酸溶液をSi層5及びSiGe層3のそれぞれの側面に接触させて、SiGe層3を選択的にエッチングして除去する。これにより、図6(a)〜(c)に示すように、Si層5とSi−buffer層2との間に空洞部21を形成する。フッ硝酸溶液を用いたウェットエッチングでは、Siと比べてSiGeのエッチングレートが大きい(即ち、Siに対してSiGeのエッチング選択比が大きい)ので、Si−buffer層2やSi層5をSi基板1上に残しつつ、SiGe層3だけをエッチングして除去することが可能である。空洞部21の形成途中から、Si層5はその上面と側面とが支持体12等によって支えられることとなる。
Next, for example, a hydrofluoric acid solution is brought into contact with the side surfaces of the
次に、図7(a)〜(c)に示すように、Si基板1、Si−buffer層2及びSi層5を熱酸化して、空洞部内にSiO2膜(即ち、BOX層)23を形成する。この熱酸化の工程では、Si−buffer層2の上面から空洞部内に向かってSiO2膜23aが成長すると共に、Si層5の下面から空洞部内に向かってSiO2膜23bが成長する。そして、これら上下方向から成長してくるSiO2膜23a及び23bは、空洞部内部の高さ方向の中心付近で密着する。
Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, the
次に、図8(a)〜(c)に示すように、例えばCVDなどの方法により、Si基板1の上方全体に例えばSi膜31を成膜して溝H等を埋め込む。ここで、Si膜31は例えばアモルファスシリコン(a−Si)又はポリシリコン(poly−Si)である。このSi膜31は図11に示す熱酸化の工程でSiO2膜に組成変化し、素子分離層の一部としての役割を果たすこととなる。また、図8(b)及び(c)では、SiO2膜23a及び23b間に隙間が残っていない場合を図示しているが、かりにSiO2膜23a及び23b間に隙間が残っている場合はSi膜31が隙間に入り込んで接着剤の役割を果たしても良い。
Next, as shown in FIGS. 8A to 8C, for example, a
次に、このSi膜31及びその下の支持体12に例えばCMP処理を施して平坦化する。これにより、図9(a)〜(c)に示すように、Si層5上からSi膜31と支持体12とを除去し、Si層5上のSiN膜9表面を露出させる。なお、上記のCMP処理では、SiN膜9をCMP処理のストッパーとして機能させることができ、研磨パッドがSi層5に接触することを防ぐことができる。これにより、Si層5において結晶欠陥等の発生を防止することができる。図9(a)〜(c)に示すように、CMP処理後は、溝Hと支持体穴hの一部にのみSi膜31が残された状態となる。
Next, the
次に、図10(a)〜(c)に示すように、溝Hや支持体穴hに残されたSi膜31をエッチングして、その表面の高さを例えばSi層5の表面の高さと略同一にする。これは、溝Hの底部にSi膜31を残さないための必要な熱酸化時間をできるだけ短くするためである。また、後にゲート電極を形成するときにSi層5と周りの熱酸化膜との段差が大きくなりすぎないようにするためでもある。エッチングによりSi膜31の厚みが減るので、図11に示す熱酸化工程でその所要時間を短くすることができる。なお、図10に示すエッチング工程は、SiO2やSiNに対してSiのエッチング選択比が大きいドライエッチングで行うことが好ましい。このようなドライエッチングを例えばレジストマスク無しで行うことにより、Si膜31を選択的に削ることができる。
Next, as shown in FIGS. 10A to 10C, the
次に、図11(a)〜(c)に示すように、Si膜を熱酸化してSi膜をSiO2膜32に組成変化させる。つまり、熱酸化により、Si膜からSiO2膜32を形成する。このとき、Si層5は耐酸化性に優れたSiN膜9で覆われているので、Si層5の酸化を防ぐことができる。熱酸化後は、Si層5はSiO2膜31と支持体12とにより平面視で囲まれた状態となり、SiO2膜31と支持体12とが素子分離層としての役割を果たすこととなる。なお、図11(b)では、支持体穴hの底面の一部にSi膜31が残っているが、この残存したSi膜31はSiO2膜23及び32によってSi層5から隔てられており、電気的に独立しているので問題はない。それゆえ、支持体穴hの底面の一部にSi膜31が残っていても、残っていなくてもどちらでも良い。
Next, as shown in FIGS. 11A to 11C, the Si film is thermally oxidized to change the composition of the Si film into the SiO 2 film 32. That is, the SiO 2 film 32 is formed from the Si film by thermal oxidation. At this time, since the
次に、例えば熱リン酸溶液を用いて、支持体下から露出したSiN膜9をウェットエッチングし、除去する。これにより、図12(a)〜(c)に示すように、Si層5上のSiO2膜7表面を露出させる。さらに、例えば希フッ酸溶液を用いて、SiO2膜7をウェットエッチングし、除去する。
これにより、図13(a)〜(c)に示すように、Si層5(即ち、SOI層)の表面が露出し、Si基板1上にBOX層23及びSOI層5からなるSOI構造が完成する。
Next, the
As a result, as shown in FIGS. 13A to 13C, the surface of the Si layer 5 (that is, the SOI layer) is exposed, and the SOI structure including the
なお、支持体12がCVD法で形成されたSiO2である場合は、この希フッ酸溶液を用いたウェットエッチング工程で支持体12も若干エッチングされる。その結果、例えば、図13(b)に示すように、支持体12の角部が多少削られて湾曲した凹み12´が形成される可能性があり、図14に示すゲート電極の形成工程で、その材料となる導電膜(例えば、poly−Si膜)が凹み12´に残存してしまう可能性がある。但し、この凹み12´に導電膜が残存した場合でも、この凹み12´を跨がないようにゲート電極を配置すれば、凹み12´に残存した導電膜とゲート電極は電気的に独立した状態となるので問題はない。それゆえ、支持体12の角部に凹み12´が形成されても、形成されなくてもどちらでも良い。
When the
次に、完成したSOI構造のSOI層に例えばMOSトランジスタを形成する。即ち、図14(a)〜(c)に示すように、Si層5の表面にゲート絶縁膜51を形成する。ゲート絶縁膜51は、例えば、熱酸化により形成されるシリコン酸化膜(SiO2)若しくはシリコン酸化窒化膜(SiON)、又は、High−k材料膜である。次に、このゲート絶縁膜51が形成されたSi基板1の上方全体にゲート電極の材料となる導電膜を形成する。この導電膜は例えばpoly−Si膜であり、その形成は例えばCVD法で行う。ここでは、例えばpoly−Si膜に不純物をイオン注入、又は、in−Situ等で導入して、poly−Si膜に導電性を持たせる。
Next, for example, a MOS transistor is formed in the SOI layer having the completed SOI structure. That is, as shown in FIGS. 14A to 14C, the
次に、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術により、ポリシリコン膜を部分的にエッチングして、ゲート電極53を形成する。図14(a)〜(c)に示すように、このゲート電極53の形成工程では、SiO2膜32のうちのSi層5の外周部に沿った部分(即ち、Si層5との境界部分)32´とゲート電極53とが平面視で交差するように、ゲート電極53を配置する。つまり、支持体12の角部に形成された凹み12´を跨がないようにゲート電極53を配置する。
Next, the polysilicon film is partially etched by photolithography technique and etching technique to form the
その後、ゲート電極53をマスクにSi層5に不純物をイオン注入し、熱処理を施して、ゲート電極53の両側のSi層5にソース又はドレイン(以下、S/D層という。)55を形成する。次に、Si基板1の上方全体に層間絶縁膜(図示せず)を形成し、この層間絶縁膜を部分的にエッチングして、ゲート電極53を底面とする第1のコンタクトホール(図示せず)と、S/D層55を底面とする第2のコンタクトホール(図示せず)とを形成する。そして、これらコンタクトホールの内部にAl配線又はプラグ電極等を形成する。これにより、ゲート電極53とS/D層55とが層間絶縁膜上に引き出されて、MOSトランジスタが完成する。
Thereafter, impurities are ion-implanted into the
このように、本発明の第1実施形態によれば、溝Hに形成されるSiO2膜32をSi膜31の熱酸化により形成している。Si膜31の熱酸化により形成されるSiO2膜32は、CVD法で形成されるSiO2膜よりもその強度が高い。従って、SiO2膜32に対して例えばCMP処理やウェット処理を行う際に、SiO2膜32のうちのSi層5の外周部に沿った部分(即ち、Si層5との境界部分)32´が過度にエッチングされることを防ぐことができ、境界部分32´に沿って溝が形成されることを防ぐことができる。これにより、溝に起因したトランジスタの動作速度の低下、トランジスタの消費電力の増加、絶縁破壊などの不具合を防止することができる。
Thus, according to the first embodiment of the present invention, the SiO 2 film 32 formed in the trench H is formed by thermal oxidation of the
(2)第2実施形態
上述の第1実施形態では、図8の工程でSi基板1の上方全体にSi膜31を成膜して溝Hを埋め込んだ後、図9の工程でSi膜31にCMP処理を施し、その後、溝H等に残されたSi膜31を熱酸化してSiO2膜32を形成する場合について説明した。しかしながら、SiO2膜32の形成方法はこれに限られることはない。
(2) Second Embodiment In the first embodiment described above, the
図15(a)及び(b)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断面図である。図15(a)及び(b)において、図1〜図14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。
例えば、図15(a)に示すように、Si基板1の上方全体にSi膜31を成膜した後、図15(b)に示すように、Si膜31を熱酸化してSiO2膜32を形成する。その後、このSiO2膜32と、その下の支持体12とにCMP処理を施して平坦化しても良い。このような方法であっても、Si膜31の熱酸化によりSiO2膜32を形成しているので、第1実施形態と同様、SiO2膜32のうちのSi層5の外周部に沿った部分(即ち、Si層5との境界部分)が過度にエッチングされることを防ぐことができ、境界部分に沿って溝が形成されることを防ぐことができる。これにより、溝に起因したトランジスタの動作速度の低下、トランジスタの消費電力の増加、絶縁破壊などの不具合を防止することができる。
また、上記のSiO2膜32等に対するCMP処理においても、第1実施形態と同様、SiN膜9をCMP処理のストッパーとして機能させることができ、研磨パッドがSi層5に接触することを防ぐことができる。従って、第1実施形態と同様、Si層5において結晶欠陥等の発生を防止することができる。
15A and 15B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 15 (a) and 15 (b), parts having the same configurations as those in FIGS. 1 to 14 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
For example, as shown in FIG. 15 (a), after forming a
Also, in the CMP process for the SiO 2 film 32 and the like, as in the first embodiment, the
(3)第3実施形態
さらに、上記の第2実施形態では、Si膜31の成膜工程と、Si膜31の熱酸化工程とを当該順に繰り返し行うようにしても良い。
図16(a)〜(d)は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図16(a)及び(d)において、図1〜図14、図15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。
(3) Third Embodiment Furthermore, in the second embodiment, the
16A to 16D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 16A and 16D, parts having the same configurations as those in FIGS. 1 to 14 and 15 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
例えば、図16(a)に示すように、Si基板1の上方全体に第1のSi膜31aを薄く成膜した後、図16(b)に示すように、第1のSi膜を熱酸化して第1のSiO2膜32aを薄く形成する。次に、図16(c)に示すように、SiO2膜32a上に第2のSi膜31bを薄く成膜した後、図16(d)に示すように、第2のSi膜を熱酸化して第2のSiO2膜32bを薄く形成する。このように、Si膜31a、31b、…の成膜工程と、その熱酸化工程とを繰り返し行い、最終的に、SiO2膜32a、32b、…からなるSiO2膜32を形成するようにしても良い。このような方法であれば、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 16A, after the
さらに、第2実施形態と比べて、各々のSi膜31a、31b、…は、Si膜31と比べて薄いので、各々のSi膜31a、31b、…をそれぞれ短時間の間に酸化することができる。これにより、SiO2膜32を厚く形成することが容易となる。
上記の第1〜第3実施形態では、Si基板1が本発明の「半導体基板」に対応し、SiGe層3が本発明の「第1半導体層」に対応し、Si層5が本発明の「第2半導体層」に対応している。また、支持体穴hが本発明の「第1溝」に対応し、溝Hが本発明の「第2溝」に対応している。さらに、SiN膜9が本発明の「酸化防止膜」に対応し、SiO2膜23が本発明の「絶縁膜」に対応している。また、Si膜31、31a、31bが本発明の「半導体膜」に対応し、SiO2膜32、32a、32bが本発明の「酸化膜」に対応している。
Further, since each of the
In the first to third embodiments, the
1 Si基板、2 Si−buffer層、3 SiGe層、5 Si層(SOI層)、7 SiO2膜、9 SiN膜、11 支持体膜、12 支持体、12´ 凹み、21 空洞部、23、23a、23b SiO2膜(BOX層)、31、31a、31b Si膜、32、32a、32b (Si膜の熱酸化により形成された)SiO2膜、32´ (Si層5との)境界部分、51 ゲート絶縁膜、53 ゲート電極、55 S/D層、h 支持体穴、H 溝 1 Si substrate, 2 Si-buffer layer, 3 SiGe layer, 5 Si layer (SOI layer), 7 SiO 2 film, 9 SiN film, 11 support film, 12 support body, 12 ′ recess, 21 cavity part, 23, 23a, 23b SiO 2 film (BOX layer), 31, 31a, 31b Si film, 32, 32a, 32b (formed by thermal oxidation of Si film) SiO 2 film, 32 ′ (with Si layer 5) 51 gate insulating film, 53 gate electrode, 55 S / D layer, h support hole, H groove
Claims (7)
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半導体層をエッチングして、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を貫く第1溝を形成する工程と、
前記第1溝に支持体を形成する工程と、
前記第2半導体層をエッチングして、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り、前記第2半導体層と前記半導体基板との間に空洞部を形成する工程と、
前記空洞部に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を形成する工程の後で、前記第2溝に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を熱酸化する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer on a semiconductor substrate;
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Etching the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to form a first groove penetrating the second semiconductor layer and the first semiconductor layer;
Forming a support in the first groove;
Etching the second semiconductor layer to form a second groove exposing the first semiconductor layer;
Etching the first semiconductor layer through the second groove to form a cavity between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate;
Forming an insulating film in the cavity;
After the step of forming the insulating film, forming a semiconductor film in the second groove;
And a step of thermally oxidizing the semiconductor film.
前記半導体基板の上方全体に前記半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜にCMP処理を施して当該半導体膜を前記第2半導体層上から除去する工程と、を有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。 Forming a semiconductor film in the second groove,
Forming the semiconductor film over the semiconductor substrate; and
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: performing a CMP process on the semiconductor film to remove the semiconductor film from the second semiconductor layer.
前記第2半導体層上に酸化防止膜を形成する工程をさらに含む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。 Before the step of forming the semiconductor film,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of forming an antioxidant film on the second semiconductor layer.
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半導体層をエッチングして、前記第2半導体層及び前記第1半導体層を貫く第1溝を形成する工程と、
前記第1溝に支持体を形成する工程と、
前記第2半導体層をエッチングして、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り、前記第2半導体層と前記半導体基板との間に空洞部を形成する工程と、
前記空洞部に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を形成する工程の後で、
前記半導体基板の上方全体に前記半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を熱酸化する工程と、
前記半導体膜の熱酸化により形成された酸化膜にCMP処理を施して当該酸化膜を前記第2半導体層上から除去する工程と、を有す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 on the first semiconductor layer;
Etching the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to form a first groove penetrating the second semiconductor layer and the first semiconductor layer;
Forming a support in the first groove;
Etching the second semiconductor layer to form a second groove exposing the first semiconductor layer;
Etching the first semiconductor layer through the second groove to form a cavity between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate;
Forming an insulating film in the cavity;
After the step of forming the insulating film,
Forming the semiconductor film over the semiconductor substrate; and
Thermally oxidizing the semiconductor film;
And a step of subjecting the oxide film formed by thermal oxidation of the semiconductor film to a CMP process to remove the oxide film from the second semiconductor layer.
前記導電膜をエッチングしてゲート電極を形成する工程と、をさらに含み、
前記ゲート電極を形成する工程では、
前記半導体膜の熱酸化により形成される酸化膜のうちの前記第2半導体層の外周部に沿った部分と前記ゲート電極とが平面視で交差するように当該ゲート電極を配置することを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Exposing the surface of the second semiconductor layer and forming a conductive film on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
Etching the conductive film to form a gate electrode, and
In the step of forming the gate electrode,
The gate electrode is arranged such that a portion of the oxide film formed by thermal oxidation of the semiconductor film along the outer periphery of the second semiconductor layer intersects the gate electrode in plan view. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
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