JP2011035064A - Semiconductor device, semiconductor substrate and processing method of semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同一基板にシリコン素子と化合物半導体素子とを混載した半導体装置、半導体基板、及び半導体基板の処理方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a silicon element and a compound semiconductor element are mixedly mounted on the same substrate, a semiconductor substrate, and a semiconductor substrate processing method.
半導体素子は、一般的にシリコン基板やSOI(Silicon ON Insulator)基板を用いて製造されている。一方、近年は、GaNなどの窒化物半導体層を用いて半導体素子を製造することが研究されている。窒化物半導体はシリコンと比較してバンドギャップが大きいため、窒化物半導体を用いた素子は、シリコンを用いた素子と比較して特性が向上することが期待されている。 The semiconductor element is generally manufactured using a silicon substrate or an SOI (Silicon ON Insulator) substrate. On the other hand, in recent years, research has been conducted on manufacturing semiconductor devices using nitride semiconductor layers such as GaN. Since nitride semiconductors have a larger band gap than silicon, elements using nitride semiconductors are expected to have improved characteristics compared to elements using silicon.
さらに最近は、シリコンを用いた素子と窒化物半導体を用いた素子とを同一基板上に形成することが研究されている。例えば特許文献1には、(001)5.3°〜9.3°のシリコンオフ基板を選択的にエッチングして凹部を形成し、この奥部の底面に、(111)面を斜面の状態で露出させ、この(111)面から窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることが記載されている。 More recently, it has been studied to form an element using silicon and an element using a nitride semiconductor on the same substrate. For example, in Patent Document 1, a (001) 5.3 ° to 9.3 ° silicon off substrate is selectively etched to form a recess, and the (111) surface is in a state of a slope on the bottom surface of this back portion. And the nitride semiconductor layer is epitaxially grown from the (111) plane.
また特許文献2には、シリコン層の全面上に窒化物半導体層を成膜し、その上に島状のシリコン層を形成することが記載されている。
シリコンに半導体素子を形成する場合、シリコンの表面は(111)面以外の面であることが好ましい。一方、シリコンに窒化物半導体を成長させる場合、シリコンの表面は(111)面であることが好ましい。しかし、特許文献1に記載の方法では、シリコン基板のうち、化合物半導体層がエピタキシャル成長する(111)面が斜めになっているため、窒化物半導体層のうち基板の表面に対して平行な面は(1−101)面となる。(1−101)面を表面に有する窒化物半導体層は結晶欠陥の影響を受けやすく、(0001)面を表面に有する窒化物半導体層に対して半導体素子の品質が低下しやすい。 When a semiconductor element is formed on silicon, the surface of silicon is preferably a surface other than the (111) plane. On the other hand, when a nitride semiconductor is grown on silicon, the surface of silicon is preferably a (111) plane. However, in the method described in Patent Document 1, since the (111) plane in which the compound semiconductor layer is epitaxially grown in the silicon substrate is inclined, the plane parallel to the substrate surface in the nitride semiconductor layer is (1-101) plane. The nitride semiconductor layer having the (1-101) plane is easily affected by crystal defects, and the quality of the semiconductor element is likely to be lower than that of the nitride semiconductor layer having the (0001) plane.
また、特許文献2に記載の方法では、シリコン層の全面上に窒化物半導体層を成膜しているため、シリコンと窒化物半導体の線膨張係数の違いに起因した応力が大きくなってしまう。
In the method described in
このように、表面が(111)面以外であるシリコン層と、表面が(0001)面である窒化物半導体層とを基板に設け、かつシリコンと窒化物半導体の線膨張係数の違いに起因した応力を小さくすることは難しかった。 As described above, a silicon layer having a surface other than the (111) plane and a nitride semiconductor layer having a surface of the (0001) plane are provided on the substrate, and the difference is caused by a difference in linear expansion coefficient between the silicon and the nitride semiconductor. It was difficult to reduce the stress.
本発明によれば、表面が(111)面であるシリコン基板と、
前記シリコン基板の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上に形成され、表面が(111)面以外の面方位であるシリコン層と、
前記絶縁層及び前記シリコン層に形成され、底面に前記シリコン基板が露出している開口部と、
前記開口部内に形成されたIII族の窒化物半導体層と、
前記シリコン層に形成されたシリコン素子と、
前記窒化物半導体層に形成された化合物半導体素子と、
を備える半導体装置が提供される。
According to the present invention, a silicon substrate whose surface is a (111) plane;
An insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer and having a surface orientation other than the (111) plane;
An opening formed in the insulating layer and the silicon layer and exposing the silicon substrate on a bottom surface;
A group III nitride semiconductor layer formed in the opening;
A silicon element formed in the silicon layer;
A compound semiconductor element formed in the nitride semiconductor layer;
A semiconductor device is provided.
この半導体装置によれば、表面が(111)面であるシリコン基板の上に絶縁層及びシリコン層が形成されている。シリコン層は、表面が(111)面以外の面方位である。また絶縁層及びシリコン層には開口部が形成されており、この開口部の底面にシリコン基板が露出している。そして窒化物半導体層は、開口部内に形成されている。このため、表面が(111)面以外であるシリコン層と、表面が(0001)面である窒化物半導体層とを基板に設けることができる。また、窒化物半導体層はシリコン基板の一部上にのみ形成されているため、シリコンと窒化物半導体の線膨張係数の違いに起因した応力を小さくすることができる。 According to this semiconductor device, the insulating layer and the silicon layer are formed on the silicon substrate whose surface is the (111) plane. The silicon layer has a surface orientation other than the (111) plane. An opening is formed in the insulating layer and the silicon layer, and the silicon substrate is exposed at the bottom of the opening. The nitride semiconductor layer is formed in the opening. For this reason, the silicon layer whose surface is other than the (111) plane and the nitride semiconductor layer whose surface is the (0001) plane can be provided on the substrate. In addition, since the nitride semiconductor layer is formed only on a part of the silicon substrate, it is possible to reduce stress due to the difference in linear expansion coefficient between silicon and the nitride semiconductor.
本発明によれば、表面が(111)面であるシリコン基板と、
前記シリコン基板の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上に形成され、表面が(111)面以外の面方位であるシリコン層と、
前記絶縁層及び前記シリコン層に形成され、底面に前記シリコン基板が露出している開口部と、
を有する半導体基板が提供される。
According to the present invention, a silicon substrate whose surface is a (111) plane;
An insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer and having a surface orientation other than the (111) plane;
An opening formed in the insulating layer and the silicon layer and exposing the silicon substrate on a bottom surface;
A semiconductor substrate is provided.
本発明によれば、表面が(111)面であるシリコン基板上に絶縁層及び表面が(111)面以外の面方位であるシリコン層を積層したSOI(Silicon On Insulator)基板を準備する工程と、
前記絶縁層及び前記シリコン層に、底面に前記シリコン基板が露出している開口部を形成する工程と、
前記開口部内にIII族の窒化物半導体層を形成する工程と、
を備える半導体基板の処理方法が提供される。
According to the present invention, a step of preparing an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which an insulating layer and a silicon layer having a surface orientation other than the (111) plane are stacked on a silicon substrate having a (111) plane surface; ,
Forming an opening in the bottom surface of the insulating layer and the silicon layer where the silicon substrate is exposed;
Forming a group III nitride semiconductor layer in the opening;
A method for processing a semiconductor substrate is provided.
本発明によれば、表面が(111)面以外であるシリコン層と、表面が(0001)面である窒化物半導体層とを基板に設け、かつシリコンと窒化物半導体の線膨張係数の違いに起因した応力を小さくすることができる。 According to the present invention, the silicon layer whose surface is other than the (111) plane and the nitride semiconductor layer whose surface is the (0001) plane are provided on the substrate, and the difference between the linear expansion coefficients of silicon and nitride semiconductor is different. The resulting stress can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
図1及び図2は、第1の実施形態に係る半導体基板の処理方法を示す断面図である。この半導体基板の処理方法においては、まず、SOI(Silicon On Insulator)基板を準備する。SOI基板は、表面が(111)面であるシリコン基板100上に絶縁層120及びシリコン層200を積層した基板である。シリコン層200は、表面が(111)面以外の面方位である。次いで、絶縁層120及びシリコン層200に、底面にシリコン基板100が露出している開口部201を形成する。次いで、開口部201内にIII族の窒化物半導体層300を形成する。以下、詳細に説明する。
1 and 2 are cross-sectional views illustrating a semiconductor substrate processing method according to the first embodiment. In this semiconductor substrate processing method, first, an SOI (Silicon On Insulator) substrate is prepared. The SOI substrate is a substrate in which an
まず図2(a)に示すように、SOI基板を準備する。SOI基板は、上記したように、シリコン基板100の上に絶縁層120及びシリコン層200をこの順に積層した基板である。シリコン層200の表面の面方位は、例えば(100)又は(110)である。
First, as shown in FIG. 2A, an SOI substrate is prepared. As described above, the SOI substrate is a substrate in which the insulating
次いでシリコン層200上にハードマスク層202を形成する。ハードマスク層202は、例えば酸化シリコン層であり、例えばCVD法により形成される。
Next, a
次いで図2(b)に示すように、ハードマスク層202上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてハードマスク層202、シリコン層200、及び絶縁層120をエッチングする。これによりハードマスク層202、シリコン層200、及び絶縁層120には開口部201が形成される。開口部201は、底面にシリコン基板100が露出している。その後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, a resist pattern (not shown) is formed on the
次いで図1(a)に示すように、開口部201の底面に露出しているシリコン基板100を、1000℃以上に加熱してから水素雰囲気下に置くことによりクリーニングする。次いで、開口部201の底面に露出しているシリコン基板100の上に、バッファ層302及び窒化物半導体層300をこの順に形成する。窒化物半導体層300は、例えばGaN、AlGaN、又はInAlGaNである。シリコン基板100の表面の面方位は(111)であるため、窒化物半導体層300は、表面が(0001)面となるように成長する。
Next, as shown in FIG. 1A, the
本実施形態では、バッファ層302及び窒化物半導体層300は選択CVD法により、開口部201の底面に露出しているシリコン基板100の上に選択成長される。バッファ層302は、GaNなどの窒化物半導体の多結晶層やAlNの多結晶層であり、窒化物半導体層300の成膜温度(例えば1000℃以上1200℃以下)より低温(例えば500℃以下で成膜される。
In this embodiment, the
その後、図1(b)に示すようにハードマスク層202を例えばウェットエッチングにより除去する。窒化物半導体層300を成膜するとき、ハードマスク層202上に選択不良の異物が成長することがある。この異物は、ハードマスク層202を除去するときに、ハードマスク層202と共にSOI基板から除去される。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, the
このようにして形成されたSOI基板は、表面が(111)面であるシリコン基板100と、シリコン基板100の上に形成された絶縁層120と、絶縁層120の上に形成され、表面が(111)面以外の面方位であるシリコン層200と、絶縁層120及びシリコン層200に形成され、底面にシリコン基板100が露出している開口部201と、開口部201内に形成された窒化物半導体層300と、を有している。そして、後述する他の実施形態で説明するように、このSOI基板において、シリコン層200にはMOSトランジスタなどのシリコン素子が形成され、窒化物半導体層300には、MESトランジスタ、HEMT、バイポーラトランジスタ、又は発光素子などの化合物半導体素子が形成される。
The SOI substrate formed in this manner is formed on the
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、表面が(111)面であるシリコン基板100の上に絶縁層120及びシリコン層200が形成されている。シリコン層200は、表面が(111)面以外の面方位である。また絶縁層120及びシリコン層200には開口部201が形成されており、開口部201の底面にはシリコン基板100が露出している。そして窒化物半導体層300は、開口部100内に形成されている。このため、表面が(111)面以外であるシリコン層200と、表面が(0001)面である窒化物半導体層300とをSOI基板に設けることができる。また、窒化物半導体層300はシリコン基板100の一部上にのみ形成されているため、シリコンと窒化物半導体の線膨張係数の違いに起因した応力を小さくすることができる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. According to this embodiment, the insulating
また、窒化物半導体層300を選択成長させるとき、シリコン層200の上にはハードマスク層202が形成されている。ハードマスク層202は、窒化物半導体層300が形成された後、除去される。このため、窒化物半導体層300を成膜するときに選択不良の異物が開口部201以外の部分で生成しても、この異物は、ハードマスク層202を除去するときに、ハードマスク層202と共にSOI基板から除去される。
Further, when the
図3は、第2の実施形態に係る半導体基板の処理方法を示す断面図である。この半導体基板の処理方法は、窒化物半導体層300の形成方法が、第1の実施形態と異なる。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor substrate processing method according to the second embodiment. This semiconductor substrate processing method is different from the first embodiment in the method of forming the
まず図3(a)に示すように、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いでハードマスク層202及び開口部201を形成する。ハードマスク層202及び開口部201の形成方法は、第1の実施形態と同様である。
First, as shown in FIG. 3A, an SOI substrate having a
次いで、開口部201内にバッファ層302及び窒化物半導体層300をこの順に形成する。この工程においてバッファ層302及び窒化物半導体層300の形成には選択成長法が用いられていない。このため、バッファ層302及び窒化物半導体層300は、ハードマスク層202上にも形成される。
Next, the
なおバッファ層302は、第1の実施形態と同様であっても良いし、AlN膜とAlGaN膜を交互に積層した多層膜であっても良い。
The
次いで図3(b)に示すように、ハードマスク層202上に位置するバッファ層302及び窒化物半導体層300をエッチングにより除去する。その後、ハードマスク層202をウェットエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また窒化物半導体層300を除去するときには、シリコン層200はハードマスク層202によって被覆されている。このため、シリコン層200がエッチングによりダメージを受けることを抑制できる。
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. When removing the
図4〜図6の各図は、第3の実施形態に係る半導体基板の処理方法を説明するための断面図である。この半導体基板の処理方法は、SOI基板にMOSトランジスタ210及びMES(Metal-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)トランジスタ310を形成する方法である。
Each of FIGS. 4 to 6 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor substrate processing method according to the third embodiment. This semiconductor substrate processing method is a method of forming a
まず図4(a)に示すように、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いでハードマスク層202、開口部201、及びバッファ層302を形成する。ハードマスク層202、開口部201、及びバッファ層302の形成方法は、第1の実施形態と同様である。本実施形態においてシリコン層200は、表面が(100)面又は(110)面であるのが好ましい。
First, as shown in FIG. 4A, an SOI substrate having a
次いで、真性型の窒化物半導体層300、及び第1導電型(例えばn型)の窒化物半導体層311を、この順に形成する。窒化物半導体層311は、MESトランジスタ310のチャネル層である。窒化物半導体層300及び窒化物半導体層311の形成方法は、第1の実施形態において窒化物半導体層300を形成する方法と同様である。
Next, an intrinsic type
その後、図4(b)に示すように、ハードマスク層202をウェットエッチングにより除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the
次いで図5(a)に示すように、窒化物半導体層311上にマスク膜204を形成する。マスク膜204は、例えば酸化シリコン膜であり、CVD法により成膜した後、レジストパターンを用いたエッチングにより、窒化物半導体層311上に選択的に形成される。
Next, as shown in FIG. 5A, a
次いで図5(b)に示すように、シリコン層200を選択的に除去して素子分離用の溝を形成し、この溝内に絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)を埋め込む。これにより、素子分離絶縁膜206が形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, the
その後図6(a)に示すように、シリコン層200にMOSトランジスタのゲート絶縁膜212を形成する。ゲート絶縁膜212は熱酸化法により形成されても良いし、成膜により形成されても良い。ついで、シリコン層200上、ゲート絶縁膜212上、及び窒化物半導体層311上に導電膜を形成し、この導電膜を選択的に除去する。これにより、窒化物半導体層311にはMESトランジスタ310のゲート電極314が形成され、ゲート絶縁膜212上にはMOSトランジスタのゲート電極214が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, a
その後、図6(b)に示すように、MESトランジスタ310のオーミック電極層312を形成する。これにより、MESトランジスタ310が形成される。その後、MESトランジスタ310をマスク膜(図示せず)で被覆する。次いで、シリコン層200に不純物を導入することにより、MOSトランジスタ210のエクステンション領域217を形成する。その後、MOSトランジスタ210のサイドウォール215を形成し、さらに、MOSトランジスタ210のソース・ドレイン領域216を形成する。その後、MESトランジスタ310を被覆しているマスク膜を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 6B, an
このようにして形成された半導体装置は、シリコン層200にシリコン素子としてのMOSトランジスタ210を有しており、窒化物半導体層300に化合物半導体素子としてのMESトランジスタ310を有している。
The semiconductor device thus formed has a
本実施形態によれば、SOI基板の上にシリコン素子としてのMOSトランジスタ210と化合物半導体素子としてのMESトランジスタ310を形成することができる。このとき、第1の実施形態と同様に、窒化物半導体層300の表面を(0001)面とすることができるため、MESトランジスタ310の特性が低下することを抑制できる。
According to the present embodiment, the
また、MESトランジスタ310の窒化物半導体層300,311を形成した後にMOSトランジスタ210を形成しているため、窒化物半導体層300,311の形成工程における熱によってMOSトランジスタ210の不純物プロファイルが変わることを防止できる。
In addition, since the
図7及び図8は、第4の実施形態に係る半導体基板の処理方法を示す断面図である。この半導体基板の処理方法は、窒化物半導体層300の形成方法を除いて、第3の実施形態に係る半導体基板の処理方法と同様である。
7 and 8 are cross-sectional views illustrating a semiconductor substrate processing method according to the fourth embodiment. This semiconductor substrate processing method is the same as the semiconductor substrate processing method according to the third embodiment except for the method of forming the
まず図7(a)に示すように、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いでハードマスク層202、及び開口部201を形成する。ハードマスク層202及び開口部201の形成方法は、第3の実施形態と同様である。
First, as shown in FIG. 7A, an SOI substrate having a
次いで、開口部201の底面に位置するシリコン基板100上に、島状の絶縁層304を形成する。絶縁層304は、例えば酸化シリコン膜である。絶縁層304は、例えば開口部201の底面に位置するシリコン基板100の全面に絶縁層を形成した後、この絶縁層を選択的に除去することにより形成される。
Next, an island-shaped insulating
次いで、バッファ層302を、絶縁層304より低く形成する。バッファ層302の形成方法は、第3の実施形態と同様である。
Next, the
次いで図7(b)及び図8(a)に示すように、バッファ層302上に窒化物半導体層300を選択成長により形成する。このとき、窒化物半導体層300は、まず島状の絶縁層304の相互間において上方向に成長し、その後、絶縁層304より高くなってから横方向に成長する。このため、成膜初期に形成される結晶欠陥が横方向に走ることになり、窒化物半導体層300の表面まで達しにくくなる。
Next, as shown in FIGS. 7B and 8A, a
次いで、図8(b)に示すように、窒化物半導体層300上に第1導電型の窒化物半導体層311を形成する。これ以降の工程は、第3の実施形態と同様であるため説明を省略する。
Next, as illustrated in FIG. 8B, a first conductivity type
本実施形態によっても第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、窒化物半導体層300の表面における結晶欠陥を少なくすることができるため、MESトランジスタ310の特性がばらつくことを抑制できる。
According to this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. In addition, since crystal defects on the surface of the
図9及び図10は、第5の実施形態に係る半導体基板の処理方法を示す断面図である。この半導体基板の処理方法は、開口部201を形成した後、バッファ層302及び窒化物半導体層300を形成する前に、開口部201の側面にサイドウォール306を形成する点を除いて、第3の実施形態に係る半導体基板の処理方法と同様である。以下、詳細に説明する。
9 and 10 are cross-sectional views illustrating a semiconductor substrate processing method according to the fifth embodiment. This semiconductor substrate processing method is the same as the third method except that the
まず図9(a)に示すように、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いでハードマスク層202、及び開口部201を形成する。ハードマスク層202及び開口部201の形成方法は、第3の実施形態と同様である。
First, as shown in FIG. 9A, an SOI substrate having a
次いで、開口部201内及びハードマスク層202上に絶縁膜を形成する。絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の少なくとも一方を含んでいる。次いでこの絶縁膜をエッチングする。これにより、開口部201の側面にサイドウォール306が形成される。サイドウォール306は、開口部201の側面のうち少なくともシリコン層200が露出している領域を被覆している。
Next, an insulating film is formed in the
その後、図9(b)に示すように、バッファ層302、窒化物半導体層300、及び第1導電型の窒化物半導体層311を形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 9B, a
その後図10に示すように、MESトランジスタ310及びMOSトランジスタ210を形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 10, the
本実施形態によっても第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。またサイドウォール306は、開口部201の側面のうち少なくともシリコン層200が露出している領域を被覆している。このため、MESトランジスタ310とシリコン層200を確実に絶縁することができる。
According to this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, the
図11は、第6の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、CMOSトランジスタ220,230、及びHEMT(High Electron Mobility Transistor)320を有している。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the sixth embodiment. This semiconductor device has
CMOSトランジスタ220,230は、ゲート絶縁膜222,232、ゲート電極224,234、サイドウォール225,235、ソース・ドレイン領域226,236、及びエクステンション領域227,237を有している。
The
HEMT320は、真性型の窒化物半導体層300、窒化物半導体層300上に位置する第1導電型(例えばn型)の窒化物半導体層321及び窒化物半導体層322、ゲート電極323、及びオーミック電極層324を有している。
The
窒化物半導体層321はチャネル層である。窒化物半導体層322は、窒化物半導体層321より不純物濃度が高い第1導電型の半導体層であり、ゲート電極323と窒化物半導体層321の間に位置している。窒化物半導体層322はキャリア供給層であり、窒化物半導体層321の一部上に形成されている。オーミック電極層324は、ゲート電極323及び窒化物半導体層322を挟むように、窒化物半導体層321の上に2つ形成されている。
The
本実施形態に係る半導体装置の形成方法は、以下の通りである。まず、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いで、図4等に示したハードマスク層202、開口部201、バッファ層302、窒化物半導体層300、窒化物半導体層321、及び窒化物半導体層322を、この順に形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。なお窒化物半導体層322は、必要な領域を除いて選択的に除去される。
A method for forming a semiconductor device according to this embodiment is as follows. First, an SOI substrate having the
その後、ハードマスク層202をウェットエッチングにより除去する。その後、素子分離絶縁膜206を形成する。次いで、CMOSトランジスタ220,230のゲート絶縁膜222,232、HEMTのゲート電極323、及びCMOSトランジスタ220,230のゲート電極224,234を形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。
Thereafter, the
その後、オーミック電極層324を形成する。これにより、HEMT320が形成される。その後、HEMT320をマスク膜(図示せず)で被覆する。次いで、CMOSトランジスタ220,230のエクステンション領域227,237、サイドウォール225,235、及びソース・ドレイン領域226,236を形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。その後、HEMT320を被覆しているマスク膜を除去する。
Thereafter, an
本実施形態によっても、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、第5の実施形態に示したサイドウォール306を設けても良い。
According to this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. In this embodiment, the
図12は、第7の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、HEMT320の代わりにバイポーラトランジスタ330を有している点を除いて、第6の実施形態と同様である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the seventh embodiment. This semiconductor device is the same as that of the sixth embodiment except that a
バイポーラトランジスタ330は、真性型の窒化物半導体層300の上に、第1導電型のコレクタ層331、第2導電型のベース層332、及び第1導電型のエミッタ層333をこの順に積層した構造である。コレクタ層331、ベース層332、及びエミッタ層333は、それぞれ窒化物半導体層である。
The
この半導体装置の製造方法は、以下の通りである。まず、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いで、図4等に示したハードマスク層202、開口部201、バッファ層302、窒化物半導体層300、コレクタ層331、ベース層332、及びエミッタ層333を、この順に形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。次いで、ベース層332及びエミッタ層333を、必要な領域を除いて選択的に除去する。
The manufacturing method of this semiconductor device is as follows. First, an SOI substrate having the
その後、ハードマスク層202をウェットエッチングにより除去する。その後、バイポーラトランジスタ330をマスク膜(図示せず)で被覆する。次いで、素子分離絶縁膜206及びCMOSトランジスタ220,230を形成する。これらの形成方法は、第6の実施形態と同様である。その後、バイポーラトランジスタ330を被覆しているマスク膜を除去する。
Thereafter, the
本実施形態によっても、第6の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、第5の実施形態に示したサイドウォール306を設けても良い。
Also in this embodiment, the same effect as that in the sixth embodiment can be obtained. In this embodiment, the
図13は、第8の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、HEMT320の代わりに発光素子340を有している点を除いて、第6の実施形態と同様である。発光素子340は、半導体レーザ又はLEDである。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the eighth embodiment. This semiconductor device is the same as that of the sixth embodiment except that a
発光素子340は、第1導電型の窒化物半導体層300の一部上に第1導電型の窒化物半導体層341、発光層342、及び第2導電型の窒化物半導体層343をこの順に積層した構造である。窒化物半導体層300と窒化物半導体層343の間に必要な電圧を印加すると、発光層342が発光する。
The
この半導体装置の製造方法は、以下の通りである。まず、シリコン基板100、絶縁層120、及びシリコン層200を有するSOI基板を準備する。次いで、図4等に示したハードマスク層202、開口部201、バッファ層302、窒化物半導体層300、窒化物半導体層341、発光層342、及び窒化物半導体層343を、この順に形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同様である。次いで、窒化物半導体層341、発光層342、及び窒化物半導体層343を、必要な領域を除いて選択的に除去する。
The manufacturing method of this semiconductor device is as follows. First, an SOI substrate having the
その後、ハードマスク層202をウェットエッチングにより除去する。その後、発光素子340をマスク膜(図示せず)で被覆する。次いで、素子分離絶縁膜206及びCMOSトランジスタ220,230を形成する。これらの形成方法は、第6の実施形態と同様である。その後、発光素子340を被覆しているマスク膜を除去する。
Thereafter, the
本実施形態によっても、第6の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、第5の実施形態に示したサイドウォール306を設けても良い。
Also in this embodiment, the same effect as that in the sixth embodiment can be obtained. In this embodiment, the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば第3〜第8の実施形態において示した半導体装置の製造方法は、上記した例に限定されない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable. For example, the manufacturing method of the semiconductor device shown in the third to eighth embodiments is not limited to the above example.
100 シリコン基板
120 絶縁層
200 シリコン層
201 開口部
202 ハードマスク層
204 マスク膜
206 素子分離絶縁膜
210 MOSトランジスタ
212 ゲート絶縁膜
214 ゲート電極
215 サイドウォール
216 ソース・ドレイン領域
217 エクステンション領域
220 CMOSトランジスタ
222 ゲート絶縁膜
224 ゲート電極
225 サイドウォール
226 ソース・ドレイン領域
227 エクステンション領域
230 CMOSトランジスタ
232 ゲート絶縁膜
234 ゲート電極
235 サイドウォール
236 ソース・ドレイン領域
237 エクステンション領域
300 窒化物半導体層
302 バッファ層
304 絶縁層
306 サイドウォール
310 MESトランジスタ
311 窒化物半導体層
312 オーミック電極層
314 ゲート電極
320 HEMT
321 窒化物半導体層
322 窒化物半導体層
323 ゲート電極
324 オーミック電極層
330 バイポーラトランジスタ
331 コレクタ層
332 ベース層
333 エミッタ層
340 発光素子
341 窒化物半導体層
342 発光層
343 窒化物半導体層
100
321
Claims (14)
前記シリコン基板の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上に形成され、表面が(111)面以外の面方位であるシリコン層と、
前記絶縁層及び前記シリコン層に形成され、底面に前記シリコン基板が露出している開口部と、
前記開口部内に形成されたIII族の窒化物半導体層と、
前記シリコン層に形成されたシリコン素子と、
前記窒化物半導体層に形成された化合物半導体素子と、
を備える半導体装置。 A silicon substrate whose surface is a (111) plane;
An insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer and having a surface orientation other than the (111) plane;
An opening formed in the insulating layer and the silicon layer and exposing the silicon substrate on a bottom surface;
A group III nitride semiconductor layer formed in the opening;
A silicon element formed in the silicon layer;
A compound semiconductor element formed in the nitride semiconductor layer;
A semiconductor device comprising:
前記シリコン層は、表面が(100)面又は(110)面である半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The silicon layer is a semiconductor device whose surface is a (100) plane or a (110) plane.
前記シリコン素子はMOSトランジスタであり、前記化合物半導体素子はMESトランジスタ、HEMT、バイポーラトランジスタ、又は発光素子である半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device in which the silicon element is a MOS transistor and the compound semiconductor element is a MES transistor, HEMT, bipolar transistor, or light emitting element.
前記開口部の側面のうち少なくとも前記シリコン層が露出している領域を被覆する絶縁被覆層を有する半導体装置。 In the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
A semiconductor device having an insulating coating layer that covers at least a region of the side surface of the opening where the silicon layer is exposed.
前記絶縁被覆層は酸化シリコン層及び窒化シリコン層の少なくとも一方を含む半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device, wherein the insulating coating layer includes at least one of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer.
前記シリコン基板の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上に形成され、表面が(111)面以外の面方位であるシリコン層と、
前記絶縁層及び前記シリコン層に形成され、底面に前記シリコン基板が露出している開口部と、
前記開口部内に形成されたIII族の窒化物半導体層と、
を有する半導体基板。 A silicon substrate whose surface is a (111) plane;
An insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer and having a surface orientation other than the (111) plane;
An opening formed in the insulating layer and the silicon layer and exposing the silicon substrate on a bottom surface;
A group III nitride semiconductor layer formed in the opening;
A semiconductor substrate.
前記絶縁層及び前記シリコン層に、底面に前記シリコン基板が露出している開口部を形成する工程と、
前記開口部内にIII族の窒化物半導体層を形成する工程と、
を備える半導体基板の処理方法。 Preparing an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which an insulating layer and a silicon layer having a surface orientation other than the (111) plane are laminated on a silicon substrate having a (111) plane surface;
Forming an opening in the bottom surface of the insulating layer and the silicon layer where the silicon substrate is exposed;
Forming a group III nitride semiconductor layer in the opening;
A method for processing a semiconductor substrate comprising:
前記窒化物半導体層を形成する工程の後に、
前記シリコン層にシリコン素子を形成し、かつ前記窒化物半導体層に化合物半導体素子を形成する工程を備える半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate according to claim 7,
After the step of forming the nitride semiconductor layer,
A method for processing a semiconductor substrate, comprising: forming a silicon element on the silicon layer; and forming a compound semiconductor element on the nitride semiconductor layer.
前記窒化物半導体層に前記化合物半導体素子を形成した後、前記シリコン層にシリコン素子を形成する半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate according to claim 8,
A method for processing a semiconductor substrate, wherein the compound semiconductor element is formed on the nitride semiconductor layer and then the silicon element is formed on the silicon layer.
前記シリコン層は、表面が(100)面又は(110)面である半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate according to any one of claims 7 to 9,
The method for processing a semiconductor substrate, wherein the silicon layer has a (100) plane or a (110) plane.
前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記開口部の底面に露出している前記シリコン基板に、前記窒化物半導体層を選択成長させる工程である半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate according to any one of claims 7 to 10,
The step of forming the nitride semiconductor layer is a method of processing a semiconductor substrate, which is a step of selectively growing the nitride semiconductor layer on the silicon substrate exposed at a bottom surface of the opening.
前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記開口部内及び前記シリコン層上に前記窒化物半導体層を形成する工程と、
前記シリコン層上に位置する前記窒化物半導体層を除去する工程と、
を含む半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate according to any one of claims 7 to 10,
The step of forming the nitride semiconductor layer includes
Forming the nitride semiconductor layer in the opening and on the silicon layer;
Removing the nitride semiconductor layer located on the silicon layer;
A method for processing a semiconductor substrate comprising:
前記開口部を形成する工程の前に、前記シリコン層上にハードマスク層を形成する工程を備え、
前記窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記ハードマスク層を除去する工程を有する半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate according to claim 11 or 12,
A step of forming a hard mask layer on the silicon layer before the step of forming the opening;
A method for processing a semiconductor substrate, comprising a step of removing the hard mask layer after the step of forming the nitride semiconductor layer.
前記開口部を形成する工程の後、前記窒化物半導体層を形成する工程の前に、前記開口部の側壁に、少なくとも前記シリコン層が露出している領域を被覆する絶縁被覆層を形成する工程を有する半導体基板の処理方法。 In the processing method of the semiconductor substrate as described in any one of Claims 7-13,
After the step of forming the opening, and before the step of forming the nitride semiconductor layer, a step of forming an insulating coating layer that covers at least the region where the silicon layer is exposed on the sidewall of the opening A method for processing a semiconductor substrate comprising:
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011101007A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-19 | Imec | Method of manufacturing integrated semiconductor substrate structure |
CN102437510A (en) * | 2011-11-24 | 2012-05-02 | 上海宏力半导体制造有限公司 | Semiconductor laser and formation method thereof, and method for forming laser medium |
CN103165787A (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-19 | 株式会社东芝 | Semiconductor light-emitting device |
JP2015111674A (en) * | 2010-01-28 | 2015-06-18 | レイセオン カンパニー | Semiconductor structure having silicon cmos transistors with column iii-v transistors on common substrate |
JP2015122364A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Semiconductor layer surface treatment method and semiconductor substrate |
JP2015526902A (en) * | 2012-07-25 | 2015-09-10 | レイセオン カンパニー | Monolithic integrated circuit chip that integrates multiple devices |
JP2016529708A (en) * | 2013-08-01 | 2016-09-23 | クアルコム,インコーポレイテッド | Method for forming fins on a substrate from different materials |
KR101875416B1 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-06 | (재)한국나노기술원 | Continuous manufacturing method of GaN and GaAs semiconductor epi-layer on Si(111)/(001) SOI substrate or Si(001)/(111) SOI substrate, semiconductor light device module |
CN108682656A (en) * | 2018-05-30 | 2018-10-19 | 深圳市科创数字显示技术有限公司 | A kind of compound silicon substrate and preparation method thereof, a kind of chip and a kind of electronic device |
JP2019050291A (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-28 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN110896049A (en) * | 2018-09-13 | 2020-03-20 | Imec 非营利协会 | Integration of III-V devices on Si substrates |
CN110896049B (en) * | 2018-09-13 | 2024-04-26 | Imec非营利协会 | Integration of III-V devices on Si substrates |
-
2009
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Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011101007A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-19 | Imec | Method of manufacturing integrated semiconductor substrate structure |
JP2015111674A (en) * | 2010-01-28 | 2015-06-18 | レイセオン カンパニー | Semiconductor structure having silicon cmos transistors with column iii-v transistors on common substrate |
CN102437510B (en) * | 2011-11-24 | 2015-11-25 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | The method of semiconductor laser and forming method thereof, formation laser medium |
CN102437510A (en) * | 2011-11-24 | 2012-05-02 | 上海宏力半导体制造有限公司 | Semiconductor laser and formation method thereof, and method for forming laser medium |
CN103165787A (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-19 | 株式会社东芝 | Semiconductor light-emitting device |
JP2015526902A (en) * | 2012-07-25 | 2015-09-10 | レイセオン カンパニー | Monolithic integrated circuit chip that integrates multiple devices |
JP2016529708A (en) * | 2013-08-01 | 2016-09-23 | クアルコム,インコーポレイテッド | Method for forming fins on a substrate from different materials |
JP2015122364A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Semiconductor layer surface treatment method and semiconductor substrate |
US10109482B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-10-23 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Method for treating surface of semiconductor layer, semiconductor substrate, method for making epitaxial substrate |
KR101875416B1 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-06 | (재)한국나노기술원 | Continuous manufacturing method of GaN and GaAs semiconductor epi-layer on Si(111)/(001) SOI substrate or Si(001)/(111) SOI substrate, semiconductor light device module |
JP2019050291A (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-28 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP7015129B2 (en) | 2017-09-11 | 2022-02-02 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | Semiconductor devices and their manufacturing methods |
CN108682656A (en) * | 2018-05-30 | 2018-10-19 | 深圳市科创数字显示技术有限公司 | A kind of compound silicon substrate and preparation method thereof, a kind of chip and a kind of electronic device |
CN110896049A (en) * | 2018-09-13 | 2020-03-20 | Imec 非营利协会 | Integration of III-V devices on Si substrates |
CN110896049B (en) * | 2018-09-13 | 2024-04-26 | Imec非营利协会 | Integration of III-V devices on Si substrates |
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