JP2015162668A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Yoshiki Kamata
善己 鎌田
手塚 勉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which uses a semiconductor layer having favorable crystallinity.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment comprises: a step of forming a base layer 10 on a substrate 90; a step of forming on the base layer 10, an amorphous semiconductor layer 11x including first parts 111, 111Y and a second part 115; a step of removing the base layer below the first parts 111Y, 111 so as to leave the base layer 10 below the second part 115; and a step fo crystallizing the semiconductor layer 11X by crystal growth in a direction from the second part 115 toward the first parts 111, 111Y by heat treatment in a state where a cavity 900 is formed below the first parts 111, 111Y.

Description

本発明の実施形態は、半導体デバイスの製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor device.

これまで、集積回路(IC)は、トランジスタの微細化、つまり、スケーリングによって高集積化、高性能化が実現されてきた。   Until now, integrated circuits (ICs) have been realized with high integration and high performance by miniaturization of transistors, that is, scaling.

素子の微細化の限界寸法以降の半導体デバイスの高集積化及び高性能化のための方法の1つとして、3次元ICが注目されている。   As one of the methods for high integration and high performance of semiconductor devices after the critical dimension of device miniaturization, three-dimensional ICs are attracting attention.

3次元構造の半導体デバイスを安価な材料(例えば、電界効果トランジスタのチャネル材料)を用いて形成するためには、非晶質層を多結晶化することによって形成された半導体層上に半導体デバイスを形成することが、好ましい。   In order to form a semiconductor device having a three-dimensional structure using an inexpensive material (for example, a channel material of a field effect transistor), a semiconductor device is formed on a semiconductor layer formed by polycrystallizing an amorphous layer. It is preferable to form.

一般的に、良質な結晶性の半導体層が半導体デバイスを形成するための領域(素子形成領域)に用いられることによって、良好な特性の半導体デバイスが形成される。そのため、大きい結晶粒径を含む多結晶層の形成、より好ましくは、擬似単結晶層の形成が、高性能な3次元ICの実現のために、望まれている。   Generally, a semiconductor device with good characteristics is formed by using a high-quality crystalline semiconductor layer in a region (element formation region) for forming a semiconductor device. Therefore, formation of a polycrystalline layer having a large crystal grain size, more preferably formation of a quasi-single crystal layer, is desired for realizing a high-performance three-dimensional IC.

非晶質半導体層が結晶化する過程は、主に、核形成及び核成長の2つの過程に分けられる。核形成が非晶質半導体層内のあらゆる箇所で発生すると、小さな粒径の結晶が形成されてしまう。このような半導体層内の複数の箇所での核形成は、大きな結晶粒径の半導体層を形成するためには好ましくない。   The process of crystallizing the amorphous semiconductor layer is mainly divided into two processes of nucleation and nucleation. When nucleation occurs at any location in the amorphous semiconductor layer, crystals with a small grain size are formed. Such nucleation at a plurality of locations in the semiconductor layer is not preferable for forming a semiconductor layer having a large crystal grain size.

そのため、核形成を抑制しつつ核成長を促進することが、大きな結晶粒径の半導体層の形成に望まれている。   Therefore, it is desired to form a semiconductor layer having a large crystal grain size by promoting nucleation while suppressing nucleation.

核形成を抑制した状態で核成長を促進させる方法の一例(例えば、非特許文献1)は、以下のとおりである。非晶質ゲルマニウム半導体層上に、金属−ゲルマニウム化合物を低温で形成する金属(例えば、ニッケル)が堆積された後、その金属層の一部が半導体層上に残存するように、金属層と半導体層との積層構造が加工される。金属層の一部が残存した状態で、360℃程度の低温で加熱処理が実行され、非晶質Geが、金属−ゲルマニウム化合物層側から結晶化される。   An example of a method (for example, Non-Patent Document 1) of promoting nuclear growth while suppressing nucleation is as follows. After a metal (for example, nickel) that forms a metal-germanium compound at a low temperature is deposited on the amorphous germanium semiconductor layer, a part of the metal layer remains on the semiconductor layer and the semiconductor. The laminated structure with the layers is processed. With part of the metal layer remaining, heat treatment is performed at a low temperature of about 360 ° C., and amorphous Ge is crystallized from the metal-germanium compound layer side.

この例のように金属層が半導体層上に設けられる場合、金属層を所定の形状にエッチングするためのマスクの形成など、金属層を加工するためのプロセスが煩雑である。また、このような金属層の加工プロセスが実行されるため、半導体デバイスの製造コストが増大する。   When the metal layer is provided on the semiconductor layer as in this example, a process for processing the metal layer, such as formation of a mask for etching the metal layer into a predetermined shape, is complicated. In addition, since the metal layer processing process is executed, the manufacturing cost of the semiconductor device increases.

さらに、半導体層は、下地層としての絶縁層(シリコン酸化物層)に接しているため、半導体層と絶縁層との界面において核が形成される。この核形成の結果として、結晶粒の大粒径化が、阻害されてしまう可能性がある。   Further, since the semiconductor layer is in contact with an insulating layer (silicon oxide layer) as a base layer, a nucleus is formed at the interface between the semiconductor layer and the insulating layer. As a result of this nucleation, an increase in the grain size of the crystal grains may be hindered.

Park J.-H. et al., Journal of Applied Physics 104 064501 (2008)Park J.-H. et al., Journal of Applied Physics 104 064501 (2008)

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、半導体層の結晶性を向上し、良好な特性を有する半導体デバイスの製造方法を、提供する。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for manufacturing a semiconductor device that improves the crystallinity of a semiconductor layer and has good characteristics.

本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法は、基板上に、下地層を形成する工程と、前記下地層上に、所定の線幅の第1部分と前記第1部分に接続された第2部分とを含む非晶質の半導体層を形成する工程と、前記第2部分の下方の前記下地層が残存するように、前記第1部分の下方の前記下地層を除去する工程と、前記第1部分の下方に空洞が設けられた状態での加熱処理によって、前記第2部分から前記第1部分に向かう方向の結晶成長によって、前記半導体層を結晶化させる工程と、を含む。   A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a base layer on a substrate, and a second portion connected to the first portion and the first portion having a predetermined line width on the base layer. Forming an amorphous semiconductor layer including a portion; removing the underlying layer below the first portion so that the underlying layer below the second portion remains; And a step of crystallizing the semiconductor layer by crystal growth in a direction from the second portion toward the first portion by heat treatment in a state where a cavity is provided below the one portion.

本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法は、基板上方に、所定の線幅の第1部分と前記第1部分に接続された第2部分とを含む非晶質の半導体層と、前記第2部分上の下地層とを形成する工程と、前記第1部分と前記基板との間における核形成が生じる温度未満に設定された加熱処理によって、前記第2部分から前記第1部分に向かう方向の結晶成長によって、前記第1部分を結晶化させる工程と、を含む。   A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes an amorphous semiconductor layer including a first portion having a predetermined line width and a second portion connected to the first portion above the substrate; A direction from the second part toward the first part by a step of forming a base layer on the two parts and a heat treatment set to a temperature lower than a temperature at which nucleation occurs between the first part and the substrate And crystallizing the first portion by crystal growth.

本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法は、基板上に、所定の線幅の第1部分と前記第1部分に接続された第2部分とを含む非晶質の半導体層とを形成する工程と、前記半導体層を覆う第1膜を形成する工程と、前記第2部分を露出させる開口部を、前記第1膜内に形成する工程と、減圧雰囲気中の加熱処理によって、前記開口部から露出した前記第2部分から前記第1部分に向かう方向の結晶成長によって、前記第1部分を結晶化させる工程と、を含む。   In a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an amorphous semiconductor layer including a first portion having a predetermined line width and a second portion connected to the first portion is formed on a substrate. The step of forming a first film covering the semiconductor layer, the step of forming an opening exposing the second portion in the first film, and a heat treatment in a reduced-pressure atmosphere. Crystallizing the first part by crystal growth in a direction from the second part exposed to the first part toward the first part.

本発明によれば、半導体層の主要部が他の部材に接しない状態での加熱処理によって、核形成が生じる領域が制限された状態での核成長プロセスを実現できる。それゆえ、本発明は、安価で高性能な半導体デバイスを提供できる。   According to the present invention, it is possible to realize a nucleus growth process in a state where a region where nucleation occurs is limited by heat treatment in a state where the main part of the semiconductor layer is not in contact with other members. Therefore, the present invention can provide an inexpensive and high-performance semiconductor device.

第1の実施形態の半導体デバイスの構造を示す鳥瞰図。1 is a bird's-eye view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの構造を示す平面図。The top view which shows the structure of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す図。The figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す図。The figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す図。The figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す図。The figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す図。The figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第2の実施形態の半導体デバイスを説明するための図。The figure for demonstrating the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 4th Embodiment. 第4の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 4th Embodiment. 第5の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 5th Embodiment. 実施形態の変形例を説明するための図。The figure for demonstrating the modification of embodiment. 実施形態の変形例を説明するための図。The figure for demonstrating the modification of embodiment.

[実施形態]
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the invention, and its shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. However, these are in consideration of the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.

(1)第1の実施形態
(a)構造
図1乃至図4を参照して、本発明の実施形態に係る半導体デバイスの構造について説明する。
(1) First embodiment
(A) Structure
The structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、実施形態の半導体デバイスの構造を示す鳥瞰図である。
図2は、実施形態の半導体デバイスの平面構造を示す図である。図3は、図2のIII−III線に沿う断面を示す実施形態の半導体デバイスの断面構造を示す図である。図4は、図2のIV−IV線に沿う断面を示す実施形態の半導体デバイスの断面構造図である。
FIG. 1 is a bird's eye view showing the structure of the semiconductor device of the embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a planar structure of the semiconductor device of the embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor device of the embodiment showing a cross section taken along line III-III in FIG. 2. FIG. 4 is a cross-sectional structure diagram of the semiconductor device of the embodiment showing a cross section taken along line IV-IV in FIG. 2.

図1乃至図4に示されるように、本実施形態の半導体デバイスは、電界効果トランジスタ(以下では、FETとも表記する)である。   As shown in FIGS. 1 to 4, the semiconductor device of the present embodiment is a field effect transistor (hereinafter also referred to as FET).

図1乃至図4に示されるように、本実施形態の電界効果トランジスタは、絶縁膜91を介して、半導体基板90上方に設けられている。例えば、半導体基板90は、シリコン(Si)基板であり、絶縁膜91は、シリコン酸化物からなる膜である。以下では、半導体基板90と半導体基板上のシリコン酸化物膜91からなる構成のことを、基板90,91とも呼ぶ。   As shown in FIGS. 1 to 4, the field effect transistor of the present embodiment is provided above the semiconductor substrate 90 with an insulating film 91 interposed therebetween. For example, the semiconductor substrate 90 is a silicon (Si) substrate, and the insulating film 91 is a film made of silicon oxide. Hereinafter, a configuration including the semiconductor substrate 90 and the silicon oxide film 91 on the semiconductor substrate is also referred to as substrates 90 and 91.

シリコン酸化物からなる絶縁膜91は、半導体基板90を酸化することによって形成されるSiOに限らず、ボロン(B)やリン(P)がシリコン酸化物に混ざった膜、例えば、BSG膜、PSG膜、BPSG膜やTEOS膜等の堆積膜でもよい。また、絶縁膜91は、窒素(N)、炭素(C)、又はフッ素(F)等が酸化物に混ざっている層間絶縁膜として用いられている膜でも良い。 The insulating film 91 made of silicon oxide is not limited to SiO 2 formed by oxidizing the semiconductor substrate 90, but is a film in which boron (B) or phosphorus (P) is mixed with silicon oxide, for example, a BSG film, A deposited film such as a PSG film, a BPSG film, or a TEOS film may be used. The insulating film 91 may be a film used as an interlayer insulating film in which nitrogen (N), carbon (C), fluorine (F), or the like is mixed in an oxide.

絶縁膜91上には、化合物層10及び絶縁膜179(17)が設けられている。化合物層10間に、絶縁膜179(17)が、設けられている。以下では、区別化のため、絶縁膜179(17)のことを、スペーサー膜12と呼ぶ場合もある。   On the insulating film 91, the compound layer 10 and the insulating film 179 (17) are provided. An insulating film 179 (17) is provided between the compound layers 10. Hereinafter, the insulating film 179 (17) may be referred to as a spacer film 12 for the purpose of differentiation.

半導体層11が、化合物層10及び絶縁膜179(17)上に設けられている。この半導体層(半導体領域)11が、電界効果トランジスタのチャネル材料(アクティブ領域)に用いられている。   The semiconductor layer 11 is provided on the compound layer 10 and the insulating film 179 (17). This semiconductor layer (semiconductor region) 11 is used as a channel material (active region) of a field effect transistor.

実施形態の電界効果トランジスタは、例えば、マルチゲート構造の電界効果トランジスタであり、図1乃至図4に示される例において、実施形態のトランジスタはFinFETである。本実施形態のように、マルチゲート構造のトランジスタがFinFETである場合、半導体層11は、所望の線幅(フィン幅)の短冊状の部分(フィン部)111を有する。   The field effect transistor of the embodiment is, for example, a field effect transistor having a multi-gate structure, and in the example illustrated in FIGS. 1 to 4, the transistor of the embodiment is a FinFET. When the multi-gate transistor is a FinFET as in this embodiment, the semiconductor layer 11 has a strip-shaped portion (fin portion) 111 having a desired line width (fin width).

電界効果トランジスタのゲート電極18が、ゲート絶縁膜170を介して、半導体層11のフィン部(ワイヤ部ともよばれる)111にまたがることによって、マルチゲート構造の電界効果トランジスタが形成される。   The gate electrode 18 of the field effect transistor extends over the fin portion (also referred to as a wire portion) 111 of the semiconductor layer 11 through the gate insulating film 170, whereby a field effect transistor having a multi-gate structure is formed.

ソース/ドレイン領域が、フィン部111の延在方向(X方向、トランジスタのチャネル長方向)において半導体層11内のチャネル領域を挟むように、半導体層11内に設けられている。   Source / drain regions are provided in the semiconductor layer 11 so as to sandwich the channel region in the semiconductor layer 11 in the extending direction of the fin portion 111 (X direction, channel length direction of the transistor).

フィン部111の延在方向(X方向、トランジスタのチャネル長方向)の一端及び他端に、フィン部111の幅方向(Y方向)においてフィン幅より大きい寸法を有する部分115が、それぞれ設けられている。例えば、フィン幅より大きい寸法を有する部分115に、コンタクトプラグCPが接続される。以下では、このフィン幅より大きい寸法を有する部分115のことを、コンタクト部115とよぶ。コンタクト部115がフィン幅より大きい寸法を有する部分を有することによって、フィン部111を有する半導体層11とコンタクトプラグCPとの接触面積が増加し、半導体層11とコンタクトプラグCPとの接触抵抗が低減される。尚、コンタクト部115は、ソース/ドレイン領域の一部として扱われてもよい。   A portion 115 having a size larger than the fin width in the width direction (Y direction) of the fin portion 111 is provided at one end and the other end in the extending direction of the fin portion 111 (X direction, channel length direction of the transistor). Yes. For example, the contact plug CP is connected to the portion 115 having a dimension larger than the fin width. Hereinafter, the portion 115 having a size larger than the fin width is referred to as a contact portion 115. When the contact portion 115 has a portion having a dimension larger than the fin width, the contact area between the semiconductor layer 11 having the fin portion 111 and the contact plug CP increases, and the contact resistance between the semiconductor layer 11 and the contact plug CP decreases. Is done. The contact portion 115 may be handled as a part of the source / drain region.

例えば、コンタクト部115は、化合物層10上に設けられている。   For example, the contact portion 115 is provided on the compound layer 10.

ゲート絶縁膜170(17)には、例えば、SiOのようなシリコンを主成分とする酸化物、又は、ハフニウムアルミニウム酸化物(HfAlO)のような高誘電体材料が、用いられる。ゲート電極25には、シリサイドのような導電性シリコン化合物、導電性ジャーマナイド、窒化タンタル(TaN)のような導電性化合物が、用いられる。 For the gate insulating film 170 (17), for example, an oxide mainly composed of silicon such as SiO 2 or a high dielectric material such as hafnium aluminum oxide (HfAlO) is used. For the gate electrode 25, a conductive silicon compound such as silicide, a conductive germanide, or a conductive compound such as tantalum nitride (TaN) is used.

フィン部111と絶縁膜(基板)91との間に設けられた絶縁膜179は、ゲート絶縁膜170と同時の工程で形成され、絶縁膜179とゲート絶縁膜170とは、同じ材料からなる。例えば、ゲート絶縁膜170と絶縁膜(スペーサー膜)179は、連続した1つの膜である。尚、図1乃至図4において、絶縁膜179の膜厚は、化合物層10の膜厚と同じであるように図示されているが、これに限定されない。ゲート絶縁膜170とスペーサー膜179とが連続した膜である場合、化合物層10の膜厚やゲート絶縁膜の形成方法に応じて、スペーサー膜179の膜厚は、化合物層10の膜厚以下、ゲート絶縁膜170以上になる可能性がある。   The insulating film 179 provided between the fin portion 111 and the insulating film (substrate) 91 is formed in the same process as the gate insulating film 170, and the insulating film 179 and the gate insulating film 170 are made of the same material. For example, the gate insulating film 170 and the insulating film (spacer film) 179 are one continuous film. 1 to 4, the thickness of the insulating film 179 is shown to be the same as the thickness of the compound layer 10, but the present invention is not limited to this. When the gate insulating film 170 and the spacer film 179 are continuous films, the film thickness of the spacer film 179 is equal to or less than the film thickness of the compound layer 10 depending on the film thickness of the compound layer 10 and the method of forming the gate insulating film. There is a possibility that the gate insulating film 170 or more.

本実施形態の電界効果トランジスタ(FinFET)は、チャネル領域111の上面及び両側面の3つの面(方向)において、ゲート絶縁膜170を挟んで、ゲート電極18とチャネル領域111とが対向している。尚、チャネル領域111の上面とゲート絶縁膜170との間に、ゲート絶縁膜170よりも厚い絶縁膜が介在していてもよい。   In the field effect transistor (FinFET) of this embodiment, the gate electrode 18 and the channel region 111 face each other with the gate insulating film 170 sandwiched between the upper surface and the three side surfaces (directions) of the channel region 111. . Note that an insulating film thicker than the gate insulating film 170 may be interposed between the upper surface of the channel region 111 and the gate insulating film 170.

本実施形態の電界効果トランジスタは、ソース/ドレイン領域の導電型とチャネル領域の導電型とが同じであるトランジスタ(例えば、ジャンクションレストランジスタ)でもよい。また、本実施形態の電界効果トランジスタは、ソース/ドレイン領域の導電型とチャネル領域の導電型とが互いに反対の導電型であるトランジスタでもよい。   The field effect transistor of the present embodiment may be a transistor (for example, a junctionless transistor) in which the conductivity type of the source / drain region is the same as that of the channel region. Further, the field effect transistor of the present embodiment may be a transistor in which the conductivity type of the source / drain region and the conductivity type of the channel region are opposite to each other.

例えば、チャネル領域及びソース/ドレイン領域を含む半導体層11は、Si以外の半導体材料を用いて、形成される。本実施形態において、半導体層11は、結晶質ゲルマニウム(Ge)層11である。   For example, the semiconductor layer 11 including the channel region and the source / drain regions is formed using a semiconductor material other than Si. In the present embodiment, the semiconductor layer 11 is a crystalline germanium (Ge) layer 11.

本実施形態において、多結晶(もしくは擬似単結晶又は単結晶)のGe層11は、炭素(C)、シリコン(Si)、錫(Sn)、リン(P)、ヒ素(AS)、アンチモン(Sb)、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)などから選択される元素のうち1以上を含んでいてもよい。また、半導体層11は、Siを主成分とする層でもよい。   In the present embodiment, the polycrystalline (or pseudo single crystal or single crystal) Ge layer 11 includes carbon (C), silicon (Si), tin (Sn), phosphorus (P), arsenic (AS), antimony (Sb). ), Boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), or the like. The semiconductor layer 11 may be a layer containing Si as a main component.

化合物層10は、金属元素と半導体層を構成する元素とからなる層である。半導体層11がGeから形成される場合、化合物層10は、例えば、ジャーマナイド層(Ge−金属管化合物層)である。具体的な一例としては、化合物層10は、ニッケルゲルマニウム層(NiGe層)である。但し、化合物層は、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、錫(Sn)、金(Au)、アルミニウム(Al)銀(Ag)及び鉛(Pb)の中から選択される少なくとも1つの元素とゲルマニウム(又はSi)との化合物から形成される層でもよい。   The compound layer 10 is a layer composed of a metal element and an element constituting a semiconductor layer. When the semiconductor layer 11 is made of Ge, the compound layer 10 is, for example, a germanide layer (Ge-metal tube compound layer). As a specific example, the compound layer 10 is a nickel germanium layer (NiGe layer). However, the compound layer includes at least one element selected from cobalt (Co), palladium (Pd), tin (Sn), gold (Au), aluminum (Al) silver (Ag), and lead (Pb). A layer formed of a compound with germanium (or Si) may be used.

フィン部111Yの延在方向における化合物層10の寸法W1は、フィン部111の延在方向におけるコンタクト部115の寸法W2より小さくなる。 The dimension W1 of the compound layer 10 in the extending direction of the fin part 111Y is smaller than the dimension W2 of the contact part 115 in the extending direction of the fin part 111.

本実施形態の半導体デバイスは、高品質な結晶性の半導体領域が素子形成領域、例えば、トランジスタのチャネル領域に用いられる。   In the semiconductor device of this embodiment, a high-quality crystalline semiconductor region is used as an element formation region, for example, a channel region of a transistor.

本実施形態において、トランジスタのチャネル領域となる部分が他の部材に接しない状態で、且つ、チャネル領域以外の半導体層の部分が半導体層を結晶化させるための下地層(結晶核、シード層)に接した状態での加熱処理によって、非晶質の半導体層から結晶質の半導体層11が形成される。   In this embodiment, the base layer (crystal nucleus, seed layer) for crystallizing the semiconductor layer in the semiconductor layer other than the channel region in a state where the channel region of the transistor is not in contact with other members The crystalline semiconductor layer 11 is formed from the amorphous semiconductor layer by heat treatment in contact with the semiconductor layer.

例えば、半導体層の結晶化のための加熱処理の結果として、下地層(例えば、導電物層)と半導体層とが反応し、半導体層11の下方に、化合物層10が形成される。化合物層10の形成によって、非晶質の半導体層を結晶化させるための結晶核が形成される。このように、半導体層に接する導電物層/化合物層が、非晶質半導体層を結晶化させるための下地層(シード層)として、機能する。   For example, as a result of heat treatment for crystallization of the semiconductor layer, the base layer (for example, a conductive layer) and the semiconductor layer react with each other, and the compound layer 10 is formed below the semiconductor layer 11. Formation of the compound layer 10 forms crystal nuclei for crystallizing the amorphous semiconductor layer. Thus, the conductive layer / compound layer in contact with the semiconductor layer functions as a base layer (seed layer) for crystallizing the amorphous semiconductor layer.

半導体デバイスが含む高品質な結晶性の半導体領域(チャネル領域)の形成方法の詳細については、後述する。   Details of a method for forming a high-quality crystalline semiconductor region (channel region) included in the semiconductor device will be described later.

このように、本実施形態によれば、半導体層の結晶性の改善、特に、半導体デバイスの特性に結晶性が寄与する半導体領域の結晶性の高品質化を、実現できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the crystallinity of the semiconductor layer, in particular, to improve the crystallinity of the semiconductor region in which the crystallinity contributes to the characteristics of the semiconductor device.

したがって、第1の実施形態の半導体デバイスは、高品質な結晶性の半導体層から形成され、素子特性が改善された半導体デバイスを実現できる。   Therefore, the semiconductor device of the first embodiment can be realized by a semiconductor device formed from a high-quality crystalline semiconductor layer and having improved element characteristics.

(b) 製造方法
図5乃至図9を参照して、第1の実施形態の半導体デバイス(電界効果トランジスタ)の製造方法について説明する。
(B) Manufacturing method
A manufacturing method of the semiconductor device (field effect transistor) of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図5乃至図9は、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法における各製造工程を示す図である。ここでは、図1乃至4も適宜参照して、本実施形態の半導体デバイスの製造方法について説明する。   5 to 9 are diagrams showing each manufacturing process in the manufacturing method of the field effect transistor of this embodiment. Here, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS.

以下の本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法において、トランジスタのチャネル領域を形成するための半導体層(チャネル材料、アクティブ領域)がゲルマニウムである場合について、説明する。   In the field effect transistor manufacturing method of the present embodiment below, a case where a semiconductor layer (channel material, active region) for forming a channel region of the transistor is germanium will be described.

図5に示されるように、半導体基板(例えば、単結晶Si基板)90に対する酸化処理により、半導体基板90上に、酸化膜(ここでは、SiO膜)91が形成される。尚、Si基板90上のSiO膜91は、CVD法によって、Si基板90上に堆積されてもよい。 As shown in FIG. 5, an oxide film (here, SiO 2 film) 91 is formed on the semiconductor substrate 90 by an oxidation process on the semiconductor substrate (for example, a single crystal Si substrate) 90. The SiO 2 film 91 on the Si substrate 90 may be deposited on the Si substrate 90 by a CVD method.

導電物層10Zが、例えば、スパッタ法によって、SiO膜91上に形成される。
半導体層11Zが、例えば、スパッタ法によって、導電物層10Z上に形成される。
半導体層11Zは、非晶質半導体層である。尚、後述の製造工程において、半導体層11Zに対する異方性エッチングが施される際、導電物層10Zの少なくとも一部がエッチングされても良いし、導電物層10Zはエッチングされずに残存しても良い。但し、導電物層10Zのエッチング工程において、導電物層10Zを半導体層11Zに対して選択的にエッチングするために、導電物層10Zと半導体層11Zとの間に大きいエッチング選択比が確保される材料が、半導体層10Z及び半導体層11Zに用いられることが好ましい。
The conductive material layer 10Z is formed on the SiO 2 film 91 by sputtering, for example.
The semiconductor layer 11Z is formed on the conductive material layer 10Z by sputtering, for example.
The semiconductor layer 11Z is an amorphous semiconductor layer. In the manufacturing process described later, when anisotropic etching is performed on the semiconductor layer 11Z, at least a part of the conductive layer 10Z may be etched, or the conductive layer 10Z remains without being etched. Also good. However, since the conductive layer 10Z is selectively etched with respect to the semiconductor layer 11Z in the etching process of the conductive layer 10Z, a large etching selection ratio is ensured between the conductive layer 10Z and the semiconductor layer 11Z. The material is preferably used for the semiconductor layer 10Z and the semiconductor layer 11Z.

半導体層11Zに、非晶質のゲルマニウムが用いられている場合、導電物層10Zには、Geと金属化合物を形成する材料が用いられる。例えば、Niが、導電物層10Zに用いられる。   When amorphous germanium is used for the semiconductor layer 11Z, a material that forms a metal compound with Ge is used for the conductive layer 10Z. For example, Ni is used for the conductive material layer 10Z.

尚、Geを主成分とする半導体層11Zは、C、Si、Sn、P、As、Sb、B、Al、Ga及びInなどから選択される元素のうち1以上を含んでいてもよい。導電物層10Zは、Ni、Co、Pd、Sn、Au、Al、Ag及びPbの中から選択される少なくとも1つの材料から形成されてもよい。   The semiconductor layer 11Z containing Ge as a main component may include one or more elements selected from C, Si, Sn, P, As, Sb, B, Al, Ga, In, and the like. The conductor layer 10Z may be formed of at least one material selected from Ni, Co, Pd, Sn, Au, Al, Ag, and Pb.

レジスト膜が非晶質Ge層11Z上に塗布された後、レジスト膜に対する電子線描画工程及びエッチング工程により、所定のパターンのレジストマスク80が、非晶質Ge層11Z上に形成される。フォトリソグラフィ又は側壁転写技術によって、レジスト膜がパターニングされてもよい。   After the resist film is applied on the amorphous Ge layer 11Z, a resist mask 80 having a predetermined pattern is formed on the amorphous Ge layer 11Z by an electron beam drawing process and an etching process for the resist film. The resist film may be patterned by photolithography or sidewall transfer technology.

図6に示されるように、パターニングされたレジストマスク80をマスクに用いて、非晶質Ge層が、異方性エッチングにより、加工される。   As shown in FIG. 6, the amorphous Ge layer is processed by anisotropic etching using the patterned resist mask 80 as a mask.

これによって、レジストマスク80に基づいた平面パターンを有する非晶質Ge層11Yが、金属層(Ni層)10Z上に形成される。例えば、加工された非晶質Ge層11Y内に、フィン部(ワイヤ部)111Yが形成される。フィン部111Yの延在方向(X方向)における非晶質Ge層11Yの一端及び他端には、コンタクト部115Yが、形成される。フィン部111Yの延在方向に交差する方向(フィン幅方向、Y方向)におけるコンタクト部115Yの寸法が、フィン部111Yのフィン幅(径)より大きくなるように、コンタクト部115Yはパターニング及び加工されている。   Thus, an amorphous Ge layer 11Y having a planar pattern based on the resist mask 80 is formed on the metal layer (Ni layer) 10Z. For example, the fin part (wire part) 111Y is formed in the processed amorphous Ge layer 11Y. Contact portions 115Y are formed on one end and the other end of the amorphous Ge layer 11Y in the extending direction (X direction) of the fin portion 111Y. The contact portion 115Y is patterned and processed so that the dimension of the contact portion 115Y in the direction (fin width direction, Y direction) intersecting the extending direction of the fin portion 111Y is larger than the fin width (diameter) of the fin portion 111Y. ing.

図7に示されるように、フィン部111Yを含むGe層11Yが形成された後、レジストマスクが剥離される。   As shown in FIG. 7, after the Ge layer 11Y including the fin portion 111Y is formed, the resist mask is peeled off.

レジストマスクの剥離の後、Ni層が、高温の塩酸(HCl)溶液を用いて、選択的にエッチングされる。このように、Ge層11Yをマスクに用いた等方性エッチングによって、図8に示されるように、Ni層が、非晶質Ge層11Yのフィン部111Y下方の領域から除去され、フィン部111Yと絶縁膜91との間の領域に、空洞(エアギャップ)900が形成される。
半導体層11Yのコンタクト部115Yの下方に、Ni層10Yが残存する。Ni層10Yは、コンタクト部115Yに接し、フィン部111Yに接しない。Ni層10Y上のコンタクト部115Yによって、コンタクト部115Yに接続されたフィン部111Yは、中空に保持されている。
After stripping the resist mask, the Ni layer is selectively etched using a hot hydrochloric acid (HCl) solution. Thus, the isotropic etching using the Ge layer 11Y as a mask removes the Ni layer from the region below the fin portion 111Y of the amorphous Ge layer 11Y as shown in FIG. A cavity (air gap) 900 is formed in a region between the insulating film 91 and the insulating film 91.
The Ni layer 10Y remains below the contact portion 115Y of the semiconductor layer 11Y. The Ni layer 10Y contacts the contact portion 115Y and does not contact the fin portion 111Y. The fin portion 111Y connected to the contact portion 115Y is held hollow by the contact portion 115Y on the Ni layer 10Y.

HClを用いたウェットエッチングにより、フィン部111Yの延在方向における導電物層(金属層)10Yの寸法は、フィン部111の延在方向におけるコンタクト部115Yの寸法より小さくなる。   By wet etching using HCl, the dimension of the conductive layer (metal layer) 10Y in the extending direction of the fin part 111Y becomes smaller than the dimension of the contact part 115Y in the extending direction of the fin part 111.

このように、各材料の選択によって、半導体層(Ge層)11Yと金属層(Ni層)10Yとの間に大きなエッチング選択比が確保されている。それゆえ、小さな線幅のフィン部111は基板90,91上方に、残存し、フィン部111と基板90,91との間の金属層は、除去される。尚、反応性エッチング(RIE)のような異方性エッチングとウェットエッチングとを組み合わせて、フィン部111Y下方のNi層を選択的に除去してもよい。   Thus, by selecting each material, a large etching selection ratio is ensured between the semiconductor layer (Ge layer) 11Y and the metal layer (Ni layer) 10Y. Therefore, the fin portion 111 having a small line width remains above the substrates 90 and 91, and the metal layer between the fin portion 111 and the substrates 90 and 91 is removed. Note that the Ni layer below the fin portion 111Y may be selectively removed by combining anisotropic etching such as reactive etching (RIE) and wet etching.

図9に示されるように、フィン部111Yがコンタクト部115以外の部材に接しない状態で、加熱処理が実行される。   As shown in FIG. 9, the heat treatment is performed in a state where the fin portion 111 </ b> Y does not contact any member other than the contact portion 115.

Ni層に接するGe層10X(ここでは、コンタクト部115)において、250℃の加熱処理によって、GeとNiとが化学反応する。この結果として、NiGe層10が、絶縁膜91上に形成される。   In the Ge layer 10X (here, the contact portion 115) in contact with the Ni layer, Ge and Ni chemically react by heat treatment at 250 ° C. As a result, the NiGe layer 10 is formed on the insulating film 91.

NiGe層10が形成された後、350℃の加熱処理によって、NiGe層10をシード層(結晶核)とした非晶質Ge層の結晶化が、非晶質Ge層11Xのコンタクト部115の底部から進行する。すなわち、NiGe層10に接するコンタクト部115側から中空に保持されたフィン部111,111Yに向かって、Ge層11Xが結晶化する。
このGe層11Xの結晶化の際に、フィン部111,111Yは、コンタクト部115以外の部材に接触しない。それゆえ、フィン部111,111Yと他の部材との界面における結晶核の形成は抑制され、フィン部111,111Y内における結晶核の形成は、フィン部111,111Yとコンタクト部115との接合部における核形成が支配的になる。
After the NiGe layer 10 is formed, crystallization of the amorphous Ge layer using the NiGe layer 10 as a seed layer (crystal nucleus) by heat treatment at 350 ° C. is performed at the bottom of the contact portion 115 of the amorphous Ge layer 11X. Proceed from. That is, the Ge layer 11X is crystallized from the contact portion 115 side in contact with the NiGe layer 10 toward the fin portions 111 and 111Y held hollow.
When the Ge layer 11X is crystallized, the fin portions 111 and 111Y do not contact members other than the contact portion 115. Therefore, the formation of crystal nuclei at the interfaces between the fin portions 111 and 111Y and other members is suppressed, and the formation of crystal nuclei in the fin portions 111 and 111Y is a junction between the fin portions 111 and 111Y and the contact portion 115. The nucleation in becomes dominant.

このように、結晶核の形成箇所が、コンタクト部115と下地層との接合部、及び、フィン部111,111Yとコンタクト部115との接合部に制限され、局所的な核形成に起因した核成長(結晶成長)によって、非晶質のフィン部111Yが結晶化し、多結晶のフィン部111が形成される。その結果として、Ge層11X内において、結晶性Ge部111,1115と非晶質性Ge部111Yとの界面IFが、フィン部111,111Yの両端からフィン部111の中央に向かって移動する。   As described above, the formation positions of the crystal nuclei are limited to the junctions between the contact portions 115 and the underlayer and the junctions between the fin portions 111 and 111Y and the contact portions 115, and nuclei caused by local nucleation. By the growth (crystal growth), the amorphous fin portion 111Y is crystallized, and the polycrystalline fin portion 111 is formed. As a result, in the Ge layer 11X, the interface IF between the crystalline Ge portions 111 and 1115 and the amorphous Ge portion 111Y moves from both ends of the fin portions 111 and 111Y toward the center of the fin portion 111.

このような基板表面に対して平行方向(横方向)におけるGeの結晶成長によって、多結晶(又は、擬似単結晶、単結晶)のフィン部111が非晶質のフィン部111Yから形成される。   By such crystal growth of Ge in the direction parallel to the substrate surface (transverse direction), a polycrystal (or pseudo single crystal, single crystal) fin portion 111 is formed from the amorphous fin portion 111Y.

このように、多結晶Ge層10が、絶縁膜91を介して半導体基板90上方に、形成される。   Thus, the polycrystalline Ge layer 10 is formed above the semiconductor substrate 90 with the insulating film 91 interposed therebetween.

多結晶Ge層がp型電界効果トランジスタのチャネル材料(アクティブ領域)に用いられる場合、p型電界効果トランジスタの形成領域となる多結晶Ge層は、ドーパント(導電型不純物)がイオン注入により添加されなくとも、p型MISFETの動作に十分なキャリア濃度(例えば、1019/cm程度のホール濃度)が得られている。 When a polycrystalline Ge layer is used as a channel material (active region) of a p-type field effect transistor, a dopant (conductivity type impurity) is added by ion implantation to the polycrystalline Ge layer that forms the p-type field effect transistor formation region. Even if not, a carrier concentration sufficient for the operation of the p-type MISFET (for example, a hole concentration of about 10 19 / cm 3 ) is obtained.

ゲート絶縁膜170が、結晶性Ge層(フィン部)111上に、形成される。例えば、HfAlO膜170が、ゲート絶縁膜170として、Atomic layer deposition(ALD)法によって、フィン部111上に堆積される。ゲート絶縁膜170の形成に伴って、絶縁膜(スペーサー膜)179が、絶縁膜91上に堆積される。堆積されたゲート絶縁膜170の膨張又は堆積物の回り込みによって、フィン部111の下方に絶縁膜179が形成されることが好ましい。但し、フィン部111と絶縁膜91との間の領域は、空洞であってもよい。   A gate insulating film 170 is formed on the crystalline Ge layer (fin portion) 111. For example, the HfAlO film 170 is deposited on the fin portion 111 as the gate insulating film 170 by an atomic layer deposition (ALD) method. With the formation of the gate insulating film 170, an insulating film (spacer film) 179 is deposited on the insulating film 91. An insulating film 179 is preferably formed below the fin portion 111 by the expansion of the deposited gate insulating film 170 or the wraparound of the deposit. However, the region between the fin portion 111 and the insulating film 91 may be a cavity.

導電膜(例えば、TaN膜)18が、スパッタ法によって、ゲート絶縁膜21上に堆積される。堆積された導電膜18が、電子線描画及び異方性エッチングによって、所定の形状に加工される。   A conductive film (for example, TaN film) 18 is deposited on the gate insulating film 21 by sputtering. The deposited conductive film 18 is processed into a predetermined shape by electron beam drawing and anisotropic etching.

これによって、ゲート絶縁膜170を介して多結晶Ge層11のチャネル領域(フィン部111)と交差するゲート電極18が、基板90上の絶縁膜91上に形成される。   As a result, the gate electrode 18 that intersects the channel region (fin portion 111) of the polycrystalline Ge layer 11 via the gate insulating film 170 is formed on the insulating film 91 on the substrate 90.

この後、周知の技術によって、多結晶Ge層11のソース/ドレイン領域及びコンタクト部内に、NiGe膜などの低抵抗領域が、自己整合的に形成される。   Thereafter, a low resistance region such as a NiGe film is formed in a self-aligned manner in the source / drain region and the contact portion of the polycrystalline Ge layer 11 by a known technique.

周知のBEOLプロセスによって、トランジスタを覆う層間絶縁膜が、基板90,91上に形成された後、トランジスタのゲート電極18及びコンタクト部115のそれぞれに接続されるコンタクトプラグCP、及び、コンタクトプラグCPのそれぞれに接続される配線が、順次形成される。   After an interlayer insulating film covering the transistor is formed on the substrates 90 and 91 by a known BEOL process, the contact plug CP connected to the gate electrode 18 and the contact portion 115 of the transistor, and the contact plug CP Wirings connected to each are sequentially formed.

以上の工程によって、本実施形態の電界効果トランジスタが、形成される。   The field effect transistor of this embodiment is formed by the above process.

上述のように、本実施形態の半導体デバイスの製造方法において、非晶質半導体層11Y内に、半導体層の結晶化をさせるための下地層(シード層)に接触する半導体部(ここでは、コンタクト部)115Yと、他の部材に接触しない半導体部(ここでは、フィン部)111Yとが、形成される。   As described above, in the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the semiconductor portion (here, the contact) in contact with the base layer (seed layer) for crystallizing the semiconductor layer in the amorphous semiconductor layer 11Y. Part) 115Y and a semiconductor part (here, fin part) 111Y that is not in contact with other members are formed.

高品質な結晶であることが望ましい半導体部111Yと他の部材との接触による核形成が発生しない状態での加熱処理によって、半導体層11Yの結晶化が下地層に接触する半導体部115Yから他の部材に接触しない半導体部111Yへ伝搬する。   By heat treatment in a state where nucleation due to contact between the semiconductor portion 111Y and the other member, which is desirably a high-quality crystal, does not occur, the crystallization of the semiconductor layer 11Y is changed from the semiconductor portion 115Y that is in contact with the base layer to another Propagation to the semiconductor part 111Y not contacting the member.

この結果として、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法によれば、核形成が生じる領域が制限された状態で、半導体層の結晶成長が進行するため、高品質な結晶性(例えば、擬似単結晶)の半導体領域を含む半導体層を、非晶質の半導体層から形成できる。   As a result, according to the manufacturing method of the field effect transistor of the present embodiment, since the crystal growth of the semiconductor layer proceeds in a state where the region where nucleation occurs is limited, high quality crystallinity (for example, pseudo single crystal) A semiconductor layer including a crystalline semiconductor region can be formed from an amorphous semiconductor layer.

以上のように、本実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、高品質な結晶性を有する半導体層を含む半導体デバイスを提供できる。   As described above, according to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, a semiconductor device including a semiconductor layer having high quality crystallinity can be provided.

(2) 第2の実施形態
図10乃至図12を参照して、第2の実施形態の半導体デバイス及びその製造方法について、説明する。尚、第1の実施形態と実質的に同じ構成及び製造工程に関する説明は、必要に応じて行う。
(2) Second embodiment
With reference to FIGS. 10 to 12, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described. In addition, the description regarding the structure and manufacturing process substantially the same as 1st Embodiment is given as needed.

本実施形態は、非晶質半導体層を結晶化させるためのシード層が、絶縁体であることが、第1の実施形態と異なっている。   This embodiment is different from the first embodiment in that the seed layer for crystallizing the amorphous semiconductor layer is an insulator.

図10は、第2の実施形態の半導体デバイス(例えば、電界効果トランジスタ)の構造を示す鳥瞰図である。
図10に示されるように、結晶性半導体層(例えば、Ge層)のコンタクト部の底面に接する層19は、例えば、SiO層である。
FIG. 10 is a bird's-eye view showing the structure of the semiconductor device (for example, field effect transistor) of the second embodiment.
As shown in FIG. 10, the layer 19 in contact with the bottom surface of the contact portion of the crystalline semiconductor layer (for example, Ge layer) is, for example, a SiO 2 layer.

図11及び図12を用いて、第2の実施形態の半導体デバイスの製造方法について説明する。図11及び図12は、本実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程をそれぞれ示す断面工程図である。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12 are cross-sectional process diagrams respectively showing one process of the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.

図11に示されるように、絶縁層19Xが、基板90上の絶縁膜91上に、形成される。非晶質の半導体層(例えば、Ge層)11Yが、例えば、スパッタ法によって、SiO層19X上に形成される。
半導体層11Yに接する絶縁層19Xの材料には、半導体層11Yと絶縁層19Xとの間に大きいエッチング選択比が確保される材料が、用いられる。絶縁層19Xは、例えば、PE−CVD(Plasma-Enhanced CVD)法によって形成されたSiO層である。
As shown in FIG. 11, the insulating layer 19 </ b> X is formed on the insulating film 91 on the substrate 90. An amorphous semiconductor layer (for example, Ge layer) 11Y is formed on the SiO 2 layer 19X by sputtering, for example.
As the material of the insulating layer 19X in contact with the semiconductor layer 11Y, a material that ensures a large etching selectivity between the semiconductor layer 11Y and the insulating layer 19X is used. The insulating layer 19X is, for example, a SiO 2 layer formed by PE-CVD (Plasma-Enhanced CVD) method.

そして、図5及び6に示される工程と同様に、所定のパターンのレジストマスク80に基づいて、非晶質Ge層11Yが、所定のパターンに加工される。これによって、フィン部とコンタクト部とを含む非晶質Ge層11Yが、形成される。   Then, similarly to the steps shown in FIGS. 5 and 6, the amorphous Ge layer 11Y is processed into a predetermined pattern based on the resist mask 80 having a predetermined pattern. Thereby, the amorphous Ge layer 11Y including the fin portion and the contact portion is formed.

レジストマスクが除去された後、図12に示されるように、フィン部(ワイヤ部)111Y直下のSiO層が、選択的に除去される。所定の濃度の希フッ酸溶液(例えば、HF:HO=1:100)によって、PE−CVD法で形成されたSiO層が、エッチングされる。 After the resist mask is removed, as shown in FIG. 12, the SiO 2 layer immediately below the fin portion (wire portion) 111Y is selectively removed. The SiO 2 layer formed by the PE-CVD method is etched with a dilute hydrofluoric acid solution (for example, HF: H 2 O = 1: 100) having a predetermined concentration.

このSiO層のエッチングによって、フィン部111Yの直下に空洞(溝)900が形成される。フィン部111Yは、他の材料からなる部材に接触しない。 By this etching of the SiO 2 layer, a cavity (groove) 900 is formed immediately below the fin portion 111Y. The fin portion 111Y does not contact a member made of another material.

フィン部111が他の材料からなる部材に接触しない状態(フィン部111が中空に支持された状態)で、加熱処理が実行される。   The heat treatment is performed in a state where the fin portion 111 does not contact a member made of another material (a state where the fin portion 111 is supported in a hollow state).

本実施形態において、Ge層11Xのうち絶縁層19Yに接する部分117からGe層11Yの結晶化が、進行する。例えば、500℃程度の加熱処理によって、絶縁層19Yに接する部分117が、非晶質から結晶質(多結晶又は単結晶)に変わる。   In the present embodiment, crystallization of the Ge layer 11Y proceeds from a portion 117 in contact with the insulating layer 19Y in the Ge layer 11X. For example, the portion 117 in contact with the insulating layer 19Y is changed from amorphous to crystalline (polycrystalline or single crystal) by heat treatment at about 500 ° C.

500℃程度の加熱処理が継続されることによって、図9に示される例と実質的に同様に、非晶質Geと多結晶Geの界面が、Ge層11Yのフィン部111Yへ移動する。   By continuing the heat treatment at about 500 ° C., the interface between the amorphous Ge and the polycrystalline Ge moves to the fin portion 111Y of the Ge layer 11Y substantially as in the example shown in FIG.

フィン部111Yはコンタクト部115以外の部材に接触しないため、フィン部111Yと他の部材との界面における核形成は生じない。フィン部111Yの結晶化は、フィン部の一端及び他端にそれぞれ接続された多結晶Ge層に起因した核形成及び結晶成長が支配的な状態で、進行する。このような横方向の結晶成長を主とした非晶質Ge層の結晶化の結果として、結晶性の良い多結晶(又は擬似単結晶、単結晶)のGe層が形成される。   Since the fin portion 111Y does not contact any member other than the contact portion 115, nucleation does not occur at the interface between the fin portion 111Y and another member. Crystallization of the fin portion 111Y proceeds in a state where nucleation and crystal growth due to the polycrystalline Ge layer connected to one end and the other end of the fin portion are dominant. As a result of crystallization of the amorphous Ge layer mainly composed of crystal growth in the lateral direction, a polycrystalline (or pseudo single crystal, single crystal) Ge layer having good crystallinity is formed.

以上のように、図10に示されるように、横方向の結晶成長によってフィン部111の全体が結晶化され、高品質な多結晶(擬似単結晶又は単結晶)のGe層11が、基板90上方に形成される。   As described above, as shown in FIG. 10, the entire fin portion 111 is crystallized by lateral crystal growth, and a high-quality polycrystalline (pseudo single crystal or single crystal) Ge layer 11 is formed on the substrate 90. It is formed above.

この後、第1の実施形態と同様の工程によって、第2の実施形態の電界効果トランジスタが形成される。   Thereafter, the field effect transistor of the second embodiment is formed by the same process as that of the first embodiment.

尚、希フッ酸(HF:HO=1:100)に対するPE−CVDによって形成されたSiO(以下では、PE−CVD膜とよぶ)のエッチング速度は、53nm/minであり、同じ濃度の希フッ酸に対するSi基板の熱酸化によって形成されたSiO(以下では、熱酸化膜とよぶ)のエッチング速度は、2nm/minである。このように、PE−CVD膜のエッチング速度が、熱酸化膜のエッチング速度の20倍以上速いため、熱酸化膜の膜厚方向のエッチングに対して、フィン部111下方におけるPE−CVD膜の横方向のエッチングを効果的に行うことできる。 The etching rate of SiO 2 (hereinafter referred to as a PE-CVD film) formed by PE-CVD with respect to dilute hydrofluoric acid (HF: H 2 O = 1: 100) is 53 nm / min and has the same concentration. The etching rate of SiO 2 (hereinafter referred to as a thermal oxide film) formed by thermal oxidation of the Si substrate against dilute hydrofluoric acid is 2 nm / min. As described above, the etching rate of the PE-CVD film is 20 times or more faster than the etching rate of the thermal oxide film, so that the side of the PE-CVD film below the fin portion 111 is compared with the etching in the film thickness direction of the thermal oxide film. Directional etching can be performed effectively.

但し、原理的には、PE−CVD膜(SiO膜)19が、Ge層11と熱酸化膜(SiO膜)91との間に設けられずとも、希フッ酸によるエッチング時間の制御によって、Ge層11のフィン部111に接する熱酸化膜91を、選択的に除去できる。但し、フィン部111に接する熱酸化膜91の基板表面に対して平行方向(横方向)のエッチング速度を考慮すると、Ge層11と熱酸化膜91との間に、エッチング速度の速い酸化膜を設けることが、好ましい。 However, in principle, even if the PE-CVD film (SiO 2 film) 19 is not provided between the Ge layer 11 and the thermal oxide film (SiO 2 film) 91, the etching time is controlled by dilute hydrofluoric acid. The thermal oxide film 91 in contact with the fin portion 111 of the Ge layer 11 can be selectively removed. However, considering the etching rate in the direction parallel to the substrate surface of the thermal oxide film 91 in contact with the fin portion 111 (lateral direction), an oxide film having a high etching rate is formed between the Ge layer 11 and the thermal oxide film 91. It is preferable to provide it.

PE−CVD法によって形成されたSiO膜19の代わりに、例えば、酸化アルミニウム(Al)、酸化ランタン(La)のような、希フッ酸溶液で比較的容易にエッチングされる他の膜が、用いられてもよい。さらに、半導体層11と下地の絶縁膜91のそれぞれに対して大きなエッチング選択比が確保される材料であれば、PE−CVD法以外の成膜方法によって形成されたSiO膜、酸化ハフニウム(HfO)及び酸化ジルコニウム(ZrO)のような高誘電体材料からなる膜、又は、窒化シリコン(Si)のような窒化物を主成分とする膜の中から選択される少なくとも1つの膜が、半導体層11と絶縁膜91との間に設けられてよい。 Instead of the SiO 2 film 19 formed by the PE-CVD method, it is relatively easily etched with a dilute hydrofluoric acid solution such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or lanthanum oxide (La 2 O 3 ). Other membranes may be used. Furthermore, if the material has a large etching selection ratio with respect to each of the semiconductor layer 11 and the underlying insulating film 91, the SiO 2 film, hafnium oxide (HfO) formed by a film forming method other than the PE-CVD method. 2 ) and a film made of a high dielectric material such as zirconium oxide (ZrO 2 ), or at least one film selected from a nitride-based film such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) A film may be provided between the semiconductor layer 11 and the insulating film 91.

以上のように、第2の実施形態によれば、高品質な結晶性を有する半導体層を含む半導体デバイスを提供できる。   As described above, according to the second embodiment, a semiconductor device including a semiconductor layer having high quality crystallinity can be provided.

(3) 第3の実施形態
図13乃至図16を参照して、第3の実施形態について、説明する。
尚、第1及び第2の実施形態と実質的に同じ構成及び製造工程に関する説明は、必要に応じて行う。
(3) Third embodiment
The third embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 16.
In addition, the description regarding the structure and manufacturing process substantially the same as 1st and 2nd embodiment is given as needed.

本実施形態は、多結晶層と非晶質半導体層とを接触させた状態での加熱処理を実行することによって、多結晶/単結晶(擬似単結晶)の半導体層(例えば、フィン部/ワイヤ部)を形成することが、上述の実施形態と異なっている。   In the present embodiment, a polycrystalline / single-crystal (pseudo-single-crystal) semiconductor layer (for example, fin portion / wire) is obtained by performing a heat treatment in a state where the polycrystalline layer and the amorphous semiconductor layer are in contact with each other. Is different from the above-described embodiment.

図13乃至図15は、本実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための模式図である。図13は、本実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す平面図であり、図14及び図15は、本実施形態の半導体デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。   13 to 15 are schematic views for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 13 is a plan view showing one process of the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, and FIGS. 14 and 15 are cross-sectional views showing one process of the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment.

図13及び図14に示されるように、半導体基板(例えば、Si基板)90を覆う絶縁膜(例えば、SiO膜)上に、所定の形状及びレイアウトの複数の多結晶半導体層(例えば、多結晶Ge層)15Aが形成される。
複数の多結晶Ge層15AがX方向及びY方向のそれぞれに対して所定の間隔を有し、且つ、複数の多結晶Ge層15AがSiO膜91上の所定の位置に形成されている。各多結晶Ge層15Aは、矩形状の平面形状を有するように、形成されている。また、多結晶Ge層15の面積及び膜厚も、適宜制御されている。
As shown in FIGS. 13 and 14, a plurality of polycrystalline semiconductor layers (for example, multiple layers) having a predetermined shape and layout are formed on an insulating film (for example, SiO 2 film) covering a semiconductor substrate (for example, Si substrate) 90. (Crystal Ge layer) 15A is formed.
The plurality of polycrystalline Ge layers 15 </ b > A have a predetermined interval with respect to each of the X direction and the Y direction, and the plurality of polycrystalline Ge layers 15 </ b > A are formed at predetermined positions on the SiO 2 film 91. Each polycrystalline Ge layer 15A is formed to have a rectangular planar shape. Further, the area and film thickness of the polycrystalline Ge layer 15 are also appropriately controlled.

多結晶Ge層15A及びSiO2膜91上に、非晶質の半導体層(例えば、非晶質Ge層)11Zが、例えば、スパッタ法によって、堆積される。
堆積されたGe層11Yは、リソグラフィー(又は側壁転写技術)及びエッチングによって、加工され、基板90,91上の所定の位置に、1以上の非晶質のフィン部111Yが形成される。また、フィン部111Yの一端及び他端に接続される領域(コンタクト部)115Yが、基板90,91上にレイアウトされた多結晶Ge層10に接するように、基板90,91上に形成される。
An amorphous semiconductor layer (for example, an amorphous Ge layer) 11Z is deposited on the polycrystalline Ge layer 15A and the SiO 2 film 91 by, for example, a sputtering method.
The deposited Ge layer 11Y is processed by lithography (or sidewall transfer technology) and etching, and one or more amorphous fin portions 111Y are formed at predetermined positions on the substrates 90 and 91. In addition, a region (contact part) 115Y connected to one end and the other end of the fin part 111Y is formed on the substrates 90 and 91 so as to be in contact with the polycrystalline Ge layer 10 laid out on the substrates 90 and 91. .

ここで、基板上の所定の位置にレイアウトされた多結晶Ge層15Aをシード層(結晶核)とした結晶成長において基板表面に対して平行方向にネッキング効果が生じるように、多結晶Ge層15Aとフィン部111Yとの形成位置が、制御されることが好ましい。例えば、フィン部111Yと多結晶Ge層15Aとが直接接触しないように、フィン部111Yと多結晶Ge層15Aとの間に所定の間隔が、設けられている。   Here, in the crystal growth using the polycrystalline Ge layer 15A laid out at a predetermined position on the substrate as a seed layer (crystal nucleus), a polycrystalline Ge layer 15A is produced so that a necking effect occurs in a direction parallel to the substrate surface. It is preferable that the formation position of the fin portion 111Y is controlled. For example, a predetermined interval is provided between the fin portion 111Y and the polycrystalline Ge layer 15A so that the fin portion 111Y and the polycrystalline Ge layer 15A do not directly contact each other.

図15に示されるように、非晶質Ge層11Yの一部が多結晶Ge層15Aに接した状態で、フィン部111Yを含む非晶質Ge層11Yに対する加熱処理が、実行される。   As shown in FIG. 15, a heat treatment is performed on the amorphous Ge layer 11Y including the fin portion 111Y in a state where a part of the amorphous Ge layer 11Y is in contact with the polycrystalline Ge layer 15A.

加熱処理によって、多結晶Ge層15Aを結晶核とした非晶質Ge層11Y内におけるGe層15Aに接する部分117の多結晶化が始まり、その多結晶化が、トランジスタのチャネル領域となるGe層11Yのフィン部111へ伝搬する。   The heat treatment starts polycrystallization of the portion 117 in contact with the Ge layer 15A in the amorphous Ge layer 11Y with the polycrystalline Ge layer 15A as a crystal nucleus, and the polycrystallization is a Ge layer that becomes a channel region of the transistor. Propagate to the fin portion 111 of 11Y.

例えば、450℃で5時間の加熱処理が、Ge層の結晶化のために、非晶質Ge層に対して施される。
SiO膜91上の非晶質Ge層11Yは、450℃で5時間の加熱処理では、非晶質状態を維持する。これに対して、多結晶Ge層15Aに接する非晶質Ge層11の部分117は、同じ加熱処理条件(450℃、5時間)で多結晶化する。
For example, a heat treatment at 450 ° C. for 5 hours is performed on the amorphous Ge layer in order to crystallize the Ge layer.
The amorphous Ge layer 11Y on the SiO 2 film 91 maintains an amorphous state in the heat treatment at 450 ° C. for 5 hours. On the other hand, the portion 117 of the amorphous Ge layer 11 in contact with the polycrystalline Ge layer 15A is polycrystallized under the same heat treatment conditions (450 ° C., 5 hours).

このように、非晶質Ge層の結晶化のための加熱処理温度が、非晶質のコンタクト部115Yと多結晶Ge層(下地層/シード層)15Aとの間における結晶核の形成が生じる温度以上に設定され、かつ、非晶質のフィン部(チャネル領域)111Yと基板90,91との間における結晶核の形成が生じる温度未満に設定されることによって、非晶質のGe層内の所定の領域に、結晶核の形成が生じる領域を制限できる。   As described above, the heat treatment temperature for crystallization of the amorphous Ge layer causes formation of crystal nuclei between the amorphous contact portion 115Y and the polycrystalline Ge layer (underlayer / seed layer) 15A. By setting the temperature to be higher than the temperature and lower than the temperature at which the formation of crystal nuclei between the amorphous fin portion (channel region) 111Y and the substrates 90 and 91 occurs, the amorphous Ge layer The region where the formation of crystal nuclei can be limited to the predetermined region.

結晶化温度が考慮された加熱処理における多結晶半導体層15Aがシード層に用いられた非晶質半導体層11Xの結晶化について、図16を参照して説明する。   The crystallization of the amorphous semiconductor layer 11X in which the polycrystalline semiconductor layer 15A is used as a seed layer in the heat treatment in consideration of the crystallization temperature will be described with reference to FIG.

図16は、Ge層の結晶化の有無を測定するために実行されたラマン分光スペクトルを示すためのグラフである。図16のグラフの横軸は、ラマンシフト(単位:cm−1)を示し、図16のグラフの縦軸は、検出信号の大きさ(任意値)を示している。 FIG. 16 is a graph for showing a Raman spectrum that was executed to measure the presence or absence of crystallization of the Ge layer. The horizontal axis of the graph of FIG. 16 indicates Raman shift (unit: cm −1 ), and the vertical axis of the graph of FIG. 16 indicates the magnitude (arbitrary value) of the detection signal.

図16の実験結果において、特性線PA1は、Ge層に接触する多結晶Ge層(シード層)が設けられている場合において加熱処理が施されたGe層のラマン分光スペクトルを示し、特性線PA2は、非晶質Ge層に接触する多結晶Ge層が設けられていない場合において加熱処理が施されたGe層のラマン分光スペクトルを、示している。   In the experimental results of FIG. 16, the characteristic line PA1 shows the Raman spectrum of the Ge layer that has been subjected to the heat treatment when the polycrystalline Ge layer (seed layer) in contact with the Ge layer is provided, and the characteristic line PA2 Shows a Raman spectrum of a Ge layer that has been heat-treated when a polycrystalline Ge layer that is in contact with the amorphous Ge layer is not provided.

図16のラマン分光スペクトルの測定には、488nmの波長を有するレーザーが用いられている。測定対象のGe層の膜厚は、120nmである。その測定対象のGe層中の488nmのレーザーの侵入長は、約50nm〜60nm程度である。   For the measurement of the Raman spectrum of FIG. 16, a laser having a wavelength of 488 nm is used. The thickness of the Ge layer to be measured is 120 nm. The penetration length of the 488 nm laser in the Ge layer to be measured is about 50 to 60 nm.

各サンプルに施された加熱処理において、加熱温度は450℃、加熱時間は5時間に、それぞれ設定されている。   In the heat treatment applied to each sample, the heating temperature is set to 450 ° C., and the heating time is set to 5 hours.

図16の特性線PA1に示されるように、300cm−1付近のラマンシフトにおいて強い信号が検出される。特性線PAにおけるこのラマンシフトのスペクトル(ピーク)は、多結晶Geのスペクトルである。このスペクトルは、Ge層下の多結晶Ge層(シード層)に起因するものではなく、Ge層の膜表面側の非晶質膜が多結晶化したことを示している。
一方、Ge層に接触するシード層としての多結晶Ge層が設けられていない場合、特性線PA2に示されるように、非晶質Geを示すなだらかな検出信号が観測されている。
As indicated by the characteristic line PA1 in FIG. 16, a strong signal is detected in the Raman shift near 300 cm −1 . The spectrum (peak) of this Raman shift in the characteristic line PA is a spectrum of polycrystalline Ge. This spectrum does not originate from the polycrystalline Ge layer (seed layer) under the Ge layer, but indicates that the amorphous film on the film surface side of the Ge layer is polycrystallized.
On the other hand, when the polycrystalline Ge layer as a seed layer in contact with the Ge layer is not provided, a gentle detection signal indicating amorphous Ge is observed as indicated by the characteristic line PA2.

このように、非晶質Ge層11Xに多結晶Ge層が接触している状態での加熱処理によって、非晶質Ge層を結晶化できる。   In this way, the amorphous Ge layer can be crystallized by heat treatment in a state where the polycrystalline Ge layer is in contact with the amorphous Ge layer 11X.

さらに、多結晶Ge層10と微細な線幅のフィン部111との間の幾何学的なレイアウトの制御によって生じるネッキング効果によって、Ge層の結晶化された部分に結晶欠陥が生じない状態で、非晶質Ge層の結晶化が進行する。ネッキング効果が得られた状態で、フィン部111の全体が非晶質から結晶質に変わる。   Further, due to the necking effect generated by controlling the geometric layout between the polycrystalline Ge layer 10 and the fin portion 111 having a fine line width, no crystal defects occur in the crystallized portion of the Ge layer. Crystallization of the amorphous Ge layer proceeds. In a state where the necking effect is obtained, the entire fin portion 111 changes from amorphous to crystalline.

これによって、本実施形態において、多結晶又は単結晶(擬似単結晶)のフィン部111が形成される。   Thereby, in this embodiment, the fin part 111 of a polycrystal or a single crystal (pseudo single crystal) is formed.

この後、上述の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜及びゲート電極が、フィン部111を覆うように形成され、図10に示される構造に類似した構造を有する電界効果トランジスタが形成される。   Thereafter, similarly to the above-described embodiment, the gate insulating film and the gate electrode are formed so as to cover the fin portion 111, and a field effect transistor having a structure similar to the structure shown in FIG. 10 is formed.

尚、シード層としての多結晶Ge層15A及びその近傍のGe領域は、半導体デバイスの構成部材として用いられてもよいし、リソグラフィー工程およびエッチング工程により所定のパターンに加工されてもよい。又は、スパッタ法で堆積された薄膜の非晶質Ge層を、熱処理、ランプ加熱、またはレーザー処理等によってGeを凝集させることによって、アモルファス相を微結晶粒に変換した後、その膜をリソグラフィー工程等によって加工して、領域115Y内にシード層(結晶核)15Aを形成しても良い。また、シード層としての多結晶Ge層15Aは、フィン部の結晶化後に除去されてもよい。   The polycrystalline Ge layer 15A as the seed layer and the Ge region in the vicinity thereof may be used as a constituent member of a semiconductor device, or may be processed into a predetermined pattern by a lithography process and an etching process. Alternatively, a thin amorphous Ge layer deposited by sputtering is agglomerated by heat treatment, lamp heating, laser treatment or the like to agglomerate Ge to convert the amorphous phase into microcrystalline grains, and then the film is subjected to a lithography process. For example, the seed layer (crystal nucleus) 15A may be formed in the region 115Y. Further, the polycrystalline Ge layer 15A as the seed layer may be removed after the fin portion is crystallized.

以上のように、非晶質半導体層11Yが多結晶半導体層15Aに接した状態における非晶質半導体層11Yの加熱処理において、半導体層の結晶化温度を考慮した加熱温度の制御によって、核形成が生じる領域を制限した状態で、多結晶半導体層15Aに接した部分から非晶質半導体層11Y内のフィン部(ワイヤ部)111Yへ向かう方向の半導体層11Yの結晶成長を、実現できる。   As described above, in the heat treatment of the amorphous semiconductor layer 11Y in a state where the amorphous semiconductor layer 11Y is in contact with the polycrystalline semiconductor layer 15A, nucleation is achieved by controlling the heating temperature in consideration of the crystallization temperature of the semiconductor layer. Crystal growth of the semiconductor layer 11Y in a direction from the portion in contact with the polycrystalline semiconductor layer 15A toward the fin portion (wire portion) 111Y in the amorphous semiconductor layer 11Y can be realized in a state where the region where the occurrence of the semiconductor layer is limited.

さらに、微細な線幅のフィン部111Yに対する多結晶半導体層(シード層)15Aの配置及び形状などを制御することによって、非晶質半導体層11の結晶化時に生じる可能性がある結晶欠陥がフィン部111に伝搬しないように、結晶欠陥の発生を抑制できる。このような、微細な半導体領域とシード層(結晶核)との幾何学的な位置の制御によるネッキング効果の結果として、非晶質半導体層の結晶性、特に、フィン部の結晶性を向上できる。   Furthermore, by controlling the arrangement and shape of the polycrystalline semiconductor layer (seed layer) 15A with respect to the fin portion 111Y having a fine line width, crystal defects that may occur during crystallization of the amorphous semiconductor layer 11 are caused by fins. Generation of crystal defects can be suppressed so as not to propagate to the portion 111. As a result of the necking effect by controlling the geometric position between the fine semiconductor region and the seed layer (crystal nucleus), the crystallinity of the amorphous semiconductor layer, in particular, the crystallinity of the fin portion can be improved. .

以上のように、第3の実施形態によれば、高品質な結晶性を有する半導体層を含む半導体デバイスを提供できる。   As described above, according to the third embodiment, a semiconductor device including a semiconductor layer having high quality crystallinity can be provided.

(4) 第4の実施形態
図17及び18を参照して、第4の実施形態について、説明する。
尚、第1乃至第3の実施形態と実質的に同じ構成及び製造工程に関する説明は、必要に応じて行う。
(4) Fourth embodiment
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
In addition, the description regarding the structure and manufacturing process substantially the same as 1st thru | or 3rd embodiment is given as needed.

第4の実施形態は、非晶質半導体層の上面側から半導体層の結晶化を促進することが、第1乃至第3の実施形態と異なっている。   The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that crystallization of the semiconductor layer is promoted from the upper surface side of the amorphous semiconductor layer.

図17及び図18は、第2の実施形態の半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。
図17に示されるように、半導体層11Xは、半導体基板90上の絶縁膜91上に設けられている。図13及び図14と実質的に同様に、非晶質の半導体層(例えば、Ge層)は、例えば、スパッタ法によって、絶縁膜91上に堆積される。フィン部(又はワイヤ部)111Yとコンタクト部115Yとを含む非晶質Ge層11Yが、リソグラフィー及びエッチングによって、形成される。
17 and 18 are views for explaining the semiconductor device manufacturing method of the second embodiment.
As shown in FIG. 17, the semiconductor layer 11 </ b> X is provided on the insulating film 91 on the semiconductor substrate 90. Substantially similar to FIGS. 13 and 14, an amorphous semiconductor layer (for example, a Ge layer) is deposited on the insulating film 91 by, for example, sputtering. An amorphous Ge layer 11Y including the fin part (or wire part) 111Y and the contact part 115Y is formed by lithography and etching.

絶縁膜(層間絶縁膜)92が、非晶質Ge層11Xを覆うように、基板90,91上に堆積され、絶縁膜92内に、コンタクトホール920が形成される。   An insulating film (interlayer insulating film) 92 is deposited on the substrates 90 and 91 so as to cover the amorphous Ge layer 11X, and a contact hole 920 is formed in the insulating film 92.

図18に示されるように、形成されたコンタクトホール92内に、Sn膜15Bが、例えば、スパッタ法によって、堆積される。Sn膜15Bは、Ge層11Xの非晶質のコンタクト部115に、接触するように形成される。   As shown in FIG. 18, an Sn film 15B is deposited in the formed contact hole 92 by, for example, a sputtering method. The Sn film 15B is formed in contact with the amorphous contact portion 115 of the Ge layer 11X.

この後、常圧(例えば、大気圧)の窒素雰囲気中において400℃及び5時間の加熱処理が、実行される。
この加熱処理によって、図18に示されるように、Sn膜15Bに接触しているGe層11Xの部分119に、SnとGeとの固溶体が生成され、その固溶体の部分119が結晶化する。その部分119を結晶核(シード層)とした結晶成長によって、多結晶Ge領域がコンタクトホール端から500nm〜1000nm程度の範囲で、コンタクト部115内に、生成される。例えば、Sn膜15BとGe層11Xとの接触部119の近傍において、GeSn層が形成される。
Thereafter, heat treatment is performed at 400 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere at normal pressure (for example, atmospheric pressure).
By this heat treatment, as shown in FIG. 18, a solid solution of Sn and Ge is generated in the portion 119 of the Ge layer 11X in contact with the Sn film 15B, and the solid solution portion 119 is crystallized. By crystal growth using the portion 119 as a crystal nucleus (seed layer), a polycrystalline Ge region is generated in the contact portion 115 within a range of about 500 nm to 1000 nm from the edge of the contact hole. For example, a GeSn layer is formed in the vicinity of the contact portion 119 between the Sn film 15B and the Ge layer 11X.

この加熱処理によって、SnとGeとの固溶体を結晶核とした核成長(結晶成長)が進行し、多結晶Ge層111,115と非晶質Ge層111Yとの境界IFがフィン部111,111Y側へ移動する。この結果として、Ge層11Yの全体が結晶化する。
これによって、本実施形態において、多結晶(擬似単結晶)のGe層が、形成される。
By this heat treatment, nucleus growth (crystal growth) using a solid solution of Sn and Ge as a crystal nucleus proceeds, and the boundary IF between the polycrystalline Ge layers 111 and 115 and the amorphous Ge layer 111Y becomes the fin portions 111 and 111Y. Move to the side. As a result, the entire Ge layer 11Y is crystallized.
Thereby, in this embodiment, a polycrystalline (pseudo-single crystal) Ge layer is formed.

この後、上述の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜及びゲート電極が、フィン部111を覆うように形成され、図10に示される構造に類似した構造を有する電界効果トランジスタが形成される。   Thereafter, similarly to the above-described embodiment, the gate insulating film and the gate electrode are formed so as to cover the fin portion 111, and a field effect transistor having a structure similar to the structure shown in FIG. 10 is formed.

尚、SnとGeの固溶体の共晶点は、Geの融点より低く、231℃程度である。原理的には、SnとGeとの共晶点以上の加熱処理によって、非晶質Geは多結晶化する。ただし、高品質な結晶の生成及び半導体デバイスの製造時間を考慮すると、SnとGeとの固溶体によるGe層の結晶化のための加熱処理は、300℃〜500℃程度の温度で実行されることが好ましい。   The eutectic point of the solid solution of Sn and Ge is lower than the melting point of Ge and is about 231 ° C. In principle, amorphous Ge is polycrystallized by heat treatment at or above the eutectic point of Sn and Ge. However, in consideration of the generation of high-quality crystals and the manufacturing time of the semiconductor device, the heat treatment for crystallization of the Ge layer by the solid solution of Sn and Ge should be performed at a temperature of about 300 ° C. to 500 ° C. Is preferred.

Snの代わりに、Au、Al、Ag及びPbから選択される少なくとも1つが、用いられてもよい。Sn、Au、Al、Ag及びPbは、Geと固溶体を形成する。それらの元素は、Geの融点(938℃)より低い共晶点を有する。また、Snの代わりに、Geと化合物(ジャーマナイド)を形成する材料、例えば、Ni、Co及びPdの中から選択される少なくとも1つが用いられてもよい。Ni、Co、Pd、Sn、Au、Al、Ag及びPbから選択される少なくとも1つの材料が、Ge層の上面側からの結晶化のために、コンタクトホールに埋め込まれる材料として用いることができる。多結晶の半導体層(例えば、Ge層)が、非晶質の半導体層を結晶化させるためのシード層として、非晶質Ge層に接するように、コンタクトホール920内に埋め込まれてもよい。但し、Geと化合物を形成する元素が用いられた場合、化合物層が非晶質Ge層を掃引して移動する場合がある。この場合、Geと化合物を形成する元素によって結晶化された半導体層をチャネル材料として用いるためには、その化合物層の移動をチャネル手前で停止させることが好ましい。   Instead of Sn, at least one selected from Au, Al, Ag and Pb may be used. Sn, Au, Al, Ag and Pb form a solid solution with Ge. These elements have eutectic points below the melting point of Ge (938 ° C.). Further, instead of Sn, at least one selected from materials forming a compound (germanide) with Ge, for example, Ni, Co, and Pd may be used. At least one material selected from Ni, Co, Pd, Sn, Au, Al, Ag and Pb can be used as a material embedded in the contact hole for crystallization from the upper surface side of the Ge layer. A polycrystalline semiconductor layer (eg, a Ge layer) may be embedded in the contact hole 920 as a seed layer for crystallizing the amorphous semiconductor layer so as to be in contact with the amorphous Ge layer. However, when an element that forms a compound with Ge is used, the compound layer may move by sweeping the amorphous Ge layer. In this case, in order to use a semiconductor layer crystallized by an element forming a compound with Ge as a channel material, it is preferable to stop the movement of the compound layer before the channel.

尚、上述の第3の実施形態において、多結晶の半導体層の代わりに、Ni、Co、Pd、Sn、Au、Al、Ag及びPbから選択される少なくとも1つの材料が、用いられてもよい。この場合、上述のように、加熱処理によって形成される固溶体及び化合物が、シード層/結晶核として機能し、非晶質Ge層の底部側からGe層の結晶化が進行する。   In the third embodiment, at least one material selected from Ni, Co, Pd, Sn, Au, Al, Ag, and Pb may be used instead of the polycrystalline semiconductor layer. . In this case, as described above, the solid solution and the compound formed by the heat treatment function as seed layers / crystal nuclei, and the crystallization of the Ge layer proceeds from the bottom side of the amorphous Ge layer.

本実施形態において、非晶質Ge層の結晶化のための加熱温度は、非晶質のコンタクト部115Yと多結晶Ge層(下地層/シード層)15Aとの間における結晶核の形成が生じる温度以上に設定され、かつ、非晶質のフィン部(チャネル領域)111Yと他の部材(例えば、絶縁膜91,92)との間における結晶核の形成が生じる温度未満に設定されることが、好ましい。   In this embodiment, the heating temperature for crystallization of the amorphous Ge layer causes the formation of crystal nuclei between the amorphous contact portion 115Y and the polycrystalline Ge layer (underlayer / seed layer) 15A. The temperature may be set to be equal to or higher than the temperature, and may be set to a temperature lower than the temperature at which the formation of crystal nuclei between the amorphous fin portion (channel region) 111Y and another member (for example, the insulating films 91 and 92) occurs. ,preferable.

尚、シード層が非晶質半導体層11Xの上面上に設けられた場合においても、第3の実施形態と同様に、フィン部111とシード層15Bとの幾何学的な位置関係の制御によって得られるネッキング効果によって、結晶欠陥の発生を抑制しながら、非晶質半導体層11Xを多結晶化(擬似単結晶化)できる。   Even when the seed layer is provided on the upper surface of the amorphous semiconductor layer 11X, it can be obtained by controlling the geometric positional relationship between the fin portion 111 and the seed layer 15B, as in the third embodiment. Due to the necking effect, the amorphous semiconductor layer 11X can be polycrystallized (pseudo-single crystallization) while suppressing the generation of crystal defects.

以上のように、非晶質の半導体層11Xを結晶化させるための部材(ここでは、Sn膜)15Bがその半導体層11Xの上面上に接した状態で、半導体層11Xに対する加熱処理が実行されることによって、半導体層11Xが結晶化される。   As described above, the heat treatment for the semiconductor layer 11X is performed in a state where the member (here, the Sn film) 15B for crystallizing the amorphous semiconductor layer 11X is in contact with the upper surface of the semiconductor layer 11X. Thus, the semiconductor layer 11X is crystallized.

したがって、第4の実施形態によれば、高品質な結晶性を有する半導体層を含む半導体デバイスを提供できる。   Therefore, according to the fourth embodiment, a semiconductor device including a semiconductor layer having high quality crystallinity can be provided.

(5) 第5の実施形態
図19を用いて、第5の実施形態について、説明する。
尚、第1乃至第4の実施形態と実質的に同じ構成及び製造工程に関する説明は、必要に応じて行う。
(5) Fifth embodiment
The fifth embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, the description regarding the structure and manufacturing process substantially the same as 1st thru | or 4th embodiment is given as needed.

本実施形態は、金属などのシード層を用いずに、減圧雰囲気中の加熱処理によって非晶質の半導体層を結晶化することが、上述の実施形態と異なっている。
減圧雰囲気中の加熱処理によって、常圧雰囲気中の加熱処理に比較して低温の加熱温度で、非晶質半導体層から結晶質半導体層を生成できる。
This embodiment is different from the above-described embodiment in that an amorphous semiconductor layer is crystallized by heat treatment in a reduced-pressure atmosphere without using a seed layer such as a metal.
By the heat treatment in the reduced pressure atmosphere, the crystalline semiconductor layer can be generated from the amorphous semiconductor layer at a lower heating temperature than in the heat treatment in the normal pressure atmosphere.

常圧雰囲気中で450℃以下の加熱処理が非晶質Ge層に施された場合、非晶質Ge層の多結晶化は、進行しない。
一方、加熱処理中のガス圧が常圧より低減され、減圧雰囲気中の加熱処理が非晶質Ge層に施される場合、450℃以下の加熱温度で、非晶質Ge層が多結晶化される。
When the amorphous Ge layer is subjected to a heat treatment at 450 ° C. or lower in an atmospheric pressure atmosphere, polycrystallization of the amorphous Ge layer does not proceed.
On the other hand, when the gas pressure during the heat treatment is reduced from normal pressure and the heat treatment in a reduced pressure atmosphere is applied to the amorphous Ge layer, the amorphous Ge layer is polycrystallized at a heating temperature of 450 ° C. or less. Is done.

本実施形態において、常圧雰囲気とは、大気圧程度のガス圧(例えば、600Torr〜760Torr)でガスが加熱チャンバー内に封入されている状態を示し、減圧雰囲気とは、大気圧より低いガス圧(例えば、1Torr〜10Torr)でガスが加熱チャンバー内に封入されている状態を示している。   In the present embodiment, the normal pressure atmosphere refers to a state in which gas is enclosed in the heating chamber at a gas pressure of about atmospheric pressure (for example, 600 Torr to 760 Torr), and the reduced pressure atmosphere refers to a gas pressure lower than the atmospheric pressure. The gas is sealed in the heating chamber (for example, 1 Torr to 10 Torr).

例えば、上述の図17において、非晶質Ge層11Yを覆う層間絶縁膜92内に、コンタクトホール)20が形成される。
本実施形態において、コンタクトホール920が形成された後及びコンタクトホール内に部材が埋め込まれる前に、非晶質Ge層11Yのコンタクト部115Yの一部分が露出した状態で、5Torrの水素雰囲気下で、425℃で5時間の熱処理が施される。
For example, in FIG. 17 described above, a contact hole) 20 is formed in the interlayer insulating film 92 covering the amorphous Ge layer 11Y.
In the present embodiment, after the contact hole 920 is formed and before the member is embedded in the contact hole, a part of the contact portion 115Y of the amorphous Ge layer 11Y is exposed in a 5 Torr hydrogen atmosphere. Heat treatment is performed at 425 ° C. for 5 hours.

図19は、5Torrの水素雰囲気下で、425℃で5時間の加熱処理が施された非晶質Ge層のラマン分光スペクトルを示すグラフである。図19のグラフの横軸は、ラマンシフト(単位:cm−1)を示し、図19のグラフの縦軸は、検出信号の大きさ(任意値)を示している。尚、図19のラマン分光スペクトルの測定条件は、図15の測定条件と同じである。 FIG. 19 is a graph showing a Raman spectrum of an amorphous Ge layer that has been subjected to a heat treatment at 425 ° C. for 5 hours under a hydrogen atmosphere of 5 Torr. The horizontal axis of the graph of FIG. 19 represents Raman shift (unit: cm −1 ), and the vertical axis of the graph of FIG. 19 represents the magnitude (arbitrary value) of the detection signal. Note that the measurement conditions of the Raman spectrum of FIG. 19 are the same as the measurement conditions of FIG.

図19の実験結果において、特性線PB1は、コンタクトホール近傍におけるGe層のラマン分光スペクトルを示し、特性線PB2は、コンタクトホールから2μm離れた部分におけるGe層のラマン分光スペクトルを示している。また、図19の特性線PB3は、コンタクトホールから5μm以上離れた部分におけるGe層のラマン分光スペクトルを示している。   In the experimental results of FIG. 19, the characteristic line PB1 shows the Raman spectral spectrum of the Ge layer in the vicinity of the contact hole, and the characteristic line PB2 shows the Raman spectral spectrum of the Ge layer in a portion 2 μm away from the contact hole. Further, a characteristic line PB3 in FIG. 19 shows a Raman spectrum of the Ge layer in a portion separated by 5 μm or more from the contact hole.

図19の各特性線PB1,PB2,PB3に示されるように、コンタクトホールの開口部の近傍、及び、コンタクトホールから2μm離れた部分において、300cm−1のラマンシフトが検出され、コンタクトホールの位置から2μmの範囲内で、Ge層が多結晶化していることが、示される。
一方、コンタクトホールから5μm以上離れたGe層内の部分において、非晶質Geであることが示されるブロードなピークが、検出されるのみで、多結晶のGeを示すピークは、検出されない。
As shown by the characteristic lines PB1, PB2, and PB3 in FIG. 19, a Raman shift of 300 cm −1 is detected in the vicinity of the opening of the contact hole and in a portion 2 μm away from the contact hole, and the position of the contact hole It is shown that the Ge layer is polycrystallized within the range of 2 to 2 μm.
On the other hand, in the portion in the Ge layer separated from the contact hole by 5 μm or more, only a broad peak indicating amorphous Ge is detected, and a peak indicating polycrystalline Ge is not detected.

このように、図19におけるラマン分光スペクトルの測定結果によって、減圧雰囲気中における加熱処理によって、コンタクトホールから露出した非晶質Geが多結晶化することが、示されている。   As described above, the measurement result of the Raman spectrum in FIG. 19 indicates that the amorphous Ge exposed from the contact hole is polycrystallized by the heat treatment in the reduced pressure atmosphere.

コンタクトホールを介して減圧雰囲気中に露出したGe領域の結晶化が、コンタクト部の結晶化を経て、フィン部に伝搬し、Ge層の全体が、多結晶化(又は擬似単結晶化)される。   Crystallization of the Ge region exposed in the reduced-pressure atmosphere through the contact hole propagates to the fin part through crystallization of the contact part, and the entire Ge layer is polycrystallized (or pseudo-single-crystallized). .

これによって、本実施形態において、多結晶(擬似単結晶)のGe層が、形成される。   Thereby, in this embodiment, a polycrystalline (pseudo-single crystal) Ge layer is formed.

この後、上述の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜及びゲート電極が、フィン部111を覆うように形成され、図10に示される構造に類似した構造を有する電界効果トランジスタが形成される。   Thereafter, similarly to the above-described embodiment, the gate insulating film and the gate electrode are formed so as to cover the fin portion 111, and a field effect transistor having a structure similar to the structure shown in FIG. 10 is formed.

尚、本実施形態において、非晶質Ge層の結晶化のための加熱温度は、露出した非晶質コンタクト部115Yにおける結晶核の形成が生じる温度以上に設定され、かつ、非晶質のフィン部(チャネル領域)111Yと他の部材(例えば、絶縁膜91,92)との間における結晶核の形成が生じる温度未満に設定されることが、好ましい。   In the present embodiment, the heating temperature for crystallization of the amorphous Ge layer is set to be higher than the temperature at which crystal nuclei are formed in the exposed amorphous contact portion 115Y, and the amorphous fin layer is formed. It is preferable to set the temperature lower than the temperature at which the formation of crystal nuclei between the portion (channel region) 111Y and other members (for example, the insulating films 91 and 92) occurs.

以上のように、本実施形態は、非晶質半導体層の結晶化のための下地層(例えば、金属層又は多結晶半導体層)を用いずに、加熱処理のガス圧条件を制御することによって、非晶質半導体層から結晶質半導体層を生成できる。   As described above, the present embodiment controls the gas pressure condition of the heat treatment without using a base layer (for example, a metal layer or a polycrystalline semiconductor layer) for crystallization of the amorphous semiconductor layer. A crystalline semiconductor layer can be generated from the amorphous semiconductor layer.

それゆえ、本実施形態によれば、下地層の形成工程を削減できる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the formation process of the base layer.

したがって、第5の実施形態によれば、比較的簡便な加熱処理の条件の制御によって、高品質な結晶性を有する半導体層を含む半導体デバイスを提供できる。   Therefore, according to the fifth embodiment, a semiconductor device including a semiconductor layer having high-quality crystallinity can be provided by relatively simple control of heat treatment conditions.

(6) 変形例
図20及び図21を参照して、上述の実施形態の変形例について、説明する。
(6) Modification
A modification of the above-described embodiment will be described with reference to FIGS.

図21は、第1及び第3の実施形態の変形例を説明するための図である。   FIG. 21 is a diagram for explaining a modification of the first and third embodiments.

図21は、トランジスタの断面構造を示す図である。   FIG. 21 illustrates a cross-sectional structure of a transistor.

図20に示されるように、コンタクトプラグが、結晶化された半導体層(例えば、Ge層)11の下方の化合物層(例えば、NiGe層又はGeSn層)10に接続されてもよい。NiGe層10は、Ge層11に比較して、低抵抗な層である。尚、コンタクトプラグCPの側面とGe層11との間に、絶縁膜が設けられてもよい。   As shown in FIG. 20, the contact plug may be connected to a compound layer (eg, NiGe layer or GeSn layer) 10 below the crystallized semiconductor layer (eg, Ge layer) 11. The NiGe layer 10 is a layer having a lower resistance than the Ge layer 11. An insulating film may be provided between the side surface of the contact plug CP and the Ge layer 11.

第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法において、Ge層11の下方の下地層(シード層)がGe層と反応することによって、低抵抗な化合物層(NiGe層)が形成される。   In the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, a base layer (seed layer) below the Ge layer 11 reacts with the Ge layer, whereby a low-resistance compound layer (NiGe layer) is formed.

形成されたNiGe層10を非晶質Ge層11の結晶化のための下地層のみに用いること無しに、コンタクトプラグCPとGe層11との間の低抵抗層に用いることによって、Ge層11の上面上に低抵抗領域を形成するための工程を削減できる。   By using the formed NiGe layer 10 as a low resistance layer between the contact plug CP and the Ge layer 11 without using only the underlying layer for crystallization of the amorphous Ge layer 11, the Ge layer 11 The process for forming the low resistance region on the upper surface of the substrate can be reduced.

図21は、第1及び第2の実施形態の変形例を説明するための図である。図21には、トランジスタの構造を説明するための鳥瞰図である。   FIG. 21 is a diagram for explaining a modification of the first and second embodiments. FIG. 21 is a bird's-eye view for explaining the structure of the transistor.

図21に示されるように、実施形態の半導体デバイスは、ゲート電極がチャネル領域の上部、底部及び両側面を覆うゲートオールアラウンドトランジスタ(GAAトランジスタ)でもよい。   As shown in FIG. 21, the semiconductor device of the embodiment may be a gate all-around transistor (GAA transistor) in which the gate electrode covers the top, bottom, and both side surfaces of the channel region.

第1及び第2の実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、チャネル領域(フィン部/ワイヤ部)と他の部材との接触を回避するために、チャネル領域の下方に、空洞が形成される。この空洞を埋め込む前に、チャネル領域の露出した全面に、ゲート絶縁膜が形成され、空洞内及びチャネル領域上に、ゲート電極材が形成される。これによって、比較的容易に、GAA構造のトランジスタを形成できる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the first and second embodiments, a cavity is formed below the channel region in order to avoid contact between the channel region (fin portion / wire portion) and other members. The Before filling the cavity, a gate insulating film is formed on the entire exposed surface of the channel region, and a gate electrode material is formed in the cavity and on the channel region. Thereby, a transistor having a GAA structure can be formed relatively easily.

半導体層11下方の金属層10又は絶縁膜層19の膜厚が、ゲート絶縁膜170より薄い場合、ゲート電極18はフィン部111の下方にほとんど回りこまないため、トランジスタ構造は、FinFET又はtri−gateFETとなる。
一方、金属層10又は絶縁膜層19の膜厚がゲート絶縁膜170の膜厚より厚い場合、或いは、半導体層11と金属層10とから形成される化合物が体積膨張する場合、ゲート電極18がフィン部111の下方に回り込みやすくなるため、図21のようなGAA構造のトランジスタが形成される。
When the thickness of the metal layer 10 or the insulating film layer 19 below the semiconductor layer 11 is thinner than the gate insulating film 170, the gate electrode 18 hardly goes below the fin portion 111, so that the transistor structure is FinFET or tri−. gateFET.
On the other hand, when the thickness of the metal layer 10 or the insulating film layer 19 is larger than the thickness of the gate insulating film 170 or when the compound formed from the semiconductor layer 11 and the metal layer 10 expands in volume, the gate electrode 18 Since it becomes easy to go under the fin part 111, the transistor of the GAA structure as shown in FIG. 21 is formed.

尚、実施形態の半導体デバイスは、第1乃至第4の実施形態のいずれか1つによって形成された多結晶半導体層がチャネル領域(アクティブ領域)に用いられたプレーナー構造の電界効果トランジスタでもよい。   The semiconductor device of the embodiment may be a planar structure field effect transistor in which the polycrystalline semiconductor layer formed by any one of the first to fourth embodiments is used for a channel region (active region).

以上のように、上述の実施形態は、図20及び図21の変形例を提供できる。   As described above, the above-described embodiment can provide the modified examples of FIGS. 20 and 21.

(7) 適用例
実施形態の半導体デバイスの適用例について説明する。
(7) Application examples
An application example of the semiconductor device of the embodiment will be described.

本実施形態の半導体デバイスは、半導体回路(IC)に適用される。例えば、本実施形態の半導体デバイスを含む半導体回路は、ロジック回路、イメージセンサ、メモリ回路(例えば、フラッシュメモリ、MRAM)、FPGAなどである。   The semiconductor device of this embodiment is applied to a semiconductor circuit (IC). For example, the semiconductor circuit including the semiconductor device of the present embodiment is a logic circuit, an image sensor, a memory circuit (for example, flash memory, MRAM), an FPGA, or the like.

例えば、図1の本実施形態の半導体デバイス(マルチゲート構造のトランジスタ)は、単結晶基板90上の層間絶縁膜91上に、設けられている。   For example, the semiconductor device (multi-gate transistor) of this embodiment shown in FIG. 1 is provided on the interlayer insulating film 91 on the single crystal substrate 90.

Si単結晶基板(バルク基板)などの半導体基板90上には、複数の電界トランジスタ(図示せず)が設けられている。層間絶縁膜91は、バルク基板90上のトランジスタを覆うように、バルク基板90上に設けられている。各種のプラグ及び配線が、多層配線技術によって、層間絶縁膜91内に形成される。   A plurality of electric field transistors (not shown) are provided on a semiconductor substrate 90 such as a Si single crystal substrate (bulk substrate). The interlayer insulating film 91 is provided on the bulk substrate 90 so as to cover the transistors on the bulk substrate 90. Various plugs and wirings are formed in the interlayer insulating film 91 by a multilayer wiring technique.

実施形態の半導体デバイスの製造方法によって、1以上のフィン部(ワイヤ部)が、電界効果トランジスタのチャネル材料(アクティブ領域)として、層間絶縁膜91上に形成される。形成された1以上のフィン部を用いて、複数のトランジスタが、層間絶縁膜91上に形成される。   One or more fin portions (wire portions) are formed on the interlayer insulating film 91 as a channel material (active region) of the field effect transistor by the semiconductor device manufacturing method of the embodiment. A plurality of transistors are formed on the interlayer insulating film 91 using the formed one or more fin portions.

各プラグ及び各配線によって、バルク基板90上のトランジスタが、層間絶縁膜91上に設けられた本実施形態のトランジスタに接続される。これによって、積層チャネル構造の3次元積層型半導体回路(3D−IC)が、形成される。   The transistor on the bulk substrate 90 is connected to the transistor of this embodiment provided on the interlayer insulating film 91 by each plug and each wiring. Thereby, a three-dimensional stacked semiconductor circuit (3D-IC) having a stacked channel structure is formed.

本実施形態によれば、良好な結晶性の半導体層(ワイヤ部及びフィン部)を、層間絶縁膜上に形成できる。それゆえ、層間絶縁膜上に形成されるトランジスタの性能を向上できる。
その結果として、本実施形態によれば、高性能の3D−ICを提供できる。
According to this embodiment, a favorable crystalline semiconductor layer (wire portion and fin portion) can be formed on the interlayer insulating film. Therefore, the performance of the transistor formed on the interlayer insulating film can be improved.
As a result, according to the present embodiment, a high-performance 3D-IC can be provided.

(8) その他
本実施形態の電界効果トランジスタ及びその製造方法は、以下の構成を含む。
(8) Other
The field effect transistor and the manufacturing method thereof according to this embodiment include the following configurations.

実施形態において、FETのチャネル領域及びソース/ドレイン領域を形成するための半導体領域(チャネル材料)は、Ge層に限定されない。チャネル材料としての半導体領域に、一般的な半導体材料、例えば、シリコン、酸化物半導体材料や窒化物半導体材料などが、用いられてもよい。   In the embodiment, the semiconductor region (channel material) for forming the channel region and the source / drain region of the FET is not limited to the Ge layer. A general semiconductor material such as silicon, an oxide semiconductor material, or a nitride semiconductor material may be used for the semiconductor region as the channel material.

チャネル領域(フィン部/ワイヤ部)の結晶性が良質であれば、チャネル領域とコンタクト部との結晶性は均一でなくとも良い。   As long as the crystallinity of the channel region (fin portion / wire portion) is good, the crystallinity between the channel region and the contact portion may not be uniform.

実施形態の電界効果トランジスタの製造方法において、各膜(層)の形成方法には、スパッタ法、蒸着法、化学気相堆積法(CVD)、原子層堆積法(ALD)、パルスレーザー堆積法(PLD)など、周知の堆積法を用いることができる。   In the manufacturing method of the field effect transistor of the embodiment, each film (layer) can be formed by sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), or pulsed laser deposition ( A well-known deposition method such as PLD) can be used.

半導体層下方の空洞内に設けられる絶縁膜(スペーサー膜)は、ゲート絶縁膜と異なる材料を用いて、異なる工程で形成されてもよい。   The insulating film (spacer film) provided in the cavity below the semiconductor layer may be formed in a different process using a material different from that of the gate insulating film.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously. In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.

90:半導体基板、91:絶縁膜、10,15A,15B,19:下地層、11Y,11Z:非晶質半導体層、11:結晶質半導体層、111:フィン部、115:コンタクト部。   90: semiconductor substrate, 91: insulating film, 10, 15A, 15B, 19: underlayer, 11Y, 11Z: amorphous semiconductor layer, 11: crystalline semiconductor layer, 111: fin portion, 115: contact portion.

Claims (11)

基板上に、下地層を形成する工程と、
前記下地層上に、所定の線幅の第1部分と前記第1部分に接続された第2部分とを含む非晶質の半導体層を形成する工程と、
前記第2部分の下方の前記下地層が残存するように、前記第1部分の下方の前記下地層を除去する工程と、
前記第1部分の下方に空洞が設けられた状態での加熱処理によって、前記第2部分から前記第1部分に向かう方向の結晶成長によって、前記半導体層を結晶化させる工程と、
を具備することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Forming a base layer on the substrate;
Forming an amorphous semiconductor layer including a first portion having a predetermined line width and a second portion connected to the first portion on the underlayer;
Removing the underlying layer below the first portion such that the underlying layer below the second portion remains;
Crystallization of the semiconductor layer by crystal growth in a direction from the second part toward the first part by heat treatment in a state where a cavity is provided below the first part;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記加熱処理によって、前記下地層と前記半導体層との化合物層を、前記基板上に形成する工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
Forming a compound layer of the base layer and the semiconductor layer on the substrate by the heat treatment;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記非晶質半導体層は、ゲルマニウムを主成分としている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイスの製造方法。
The amorphous semiconductor layer is mainly composed of germanium.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
前記下地層は、Ni、Co、Pd、Sn、Au、Al、Ag、Pdの中から選択される少なくとも1つから形成される、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体デバイスの製造方法。
The underlayer is formed of at least one selected from Ni, Co, Pd, Sn, Au, Al, Ag, and Pd.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記下地層は、第1絶縁体からなる、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体デバイスの製造方法。
The underlayer is made of a first insulator.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記基板は、半導体領域と、前記下地層と前記半導体領域との間に設けられた第2絶縁体からなる絶縁層を含み、
前記下地層を除去するためのエッチング条件において、前記第1絶縁体のエッチング速度は、前記第2絶縁体のエッチング速度より速い、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体デバイスの製造方法。
The substrate includes a semiconductor region and an insulating layer made of a second insulator provided between the base layer and the semiconductor region,
In the etching conditions for removing the underlayer, the etching rate of the first insulator is faster than the etching rate of the second insulator.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5.
基板上方に、所定の線幅の第1部分と前記第1部分に接続された第2部分とを含む非晶質の半導体層と、前記第2部分上の下地層とを形成する工程と、
前記第1部分と前記基板との間における核形成が生じる温度未満に設定された加熱処理によって、前記第2部分から前記第1部分に向かう方向の結晶成長によって、前記第1部分を結晶化させる工程と、
を具備することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Forming an amorphous semiconductor layer including a first portion having a predetermined line width and a second portion connected to the first portion, and a base layer on the second portion, above the substrate;
The first portion is crystallized by crystal growth in a direction from the second portion toward the first portion by a heat treatment set to a temperature lower than a temperature at which nucleation occurs between the first portion and the substrate. Process,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記加熱処理の温度は、前記第2部分と前記下地層との間における核形成が生じる温度以上に設定されている、
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体デバイスの製造方法。
The temperature of the heat treatment is set to be equal to or higher than a temperature at which nucleation occurs between the second portion and the base layer.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
前記下地層は、前記第2部分の上部又は前記第2部分の底部に接するように、形成される、
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体デバイスの製造方法。
The underlayer is formed so as to be in contact with an upper part of the second part or a bottom part of the second part.
9. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
基板上に、所定の線幅の第1部分と前記第1部分に接続された第2部分とを含む非晶質の半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層を覆う第1膜を形成する工程と、
前記第2部分を露出させる開口部を、前記第1膜内に形成する工程と、
減圧雰囲気中の加熱処理によって、前記開口部から露出した前記第2部分から前記第1部分に向かう方向の結晶成長によって、前記第1部分を結晶化させる工程と、
を具備することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Forming an amorphous semiconductor layer including a first portion having a predetermined line width and a second portion connected to the first portion on a substrate;
Forming a first film covering the semiconductor layer;
Forming an opening in the first film to expose the second portion;
Crystallization of the first part by crystal growth in a direction from the second part exposed from the opening to the first part by heat treatment in a reduced pressure atmosphere; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記加熱処理の温度は、前記第2部分と前記下地層との間に核形成が生じる温度以上、かつ、前記第1部分と前記基板との間に核形成が生じる温度未満に設定される、
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体デバイスの製造方法。
The temperature of the heat treatment is set to be equal to or higher than a temperature at which nucleation occurs between the second part and the base layer and less than a temperature at which nucleation occurs between the first part and the substrate.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018120906A (en) * 2017-01-24 2018-08-02 国立大学法人東京農工大学 Semiconductor layer manufacturing method and semiconductor layer
JP2018177565A (en) * 2017-04-07 2018-11-15 日本電気硝子株式会社 Chalcogenide glass
WO2020189534A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Image capture element and semiconductor element

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018120906A (en) * 2017-01-24 2018-08-02 国立大学法人東京農工大学 Semiconductor layer manufacturing method and semiconductor layer
JP2018177565A (en) * 2017-04-07 2018-11-15 日本電気硝子株式会社 Chalcogenide glass
JP7181495B2 (en) 2017-04-07 2022-12-01 日本電気硝子株式会社 chalcogenide glass
WO2020189534A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Image capture element and semiconductor element
US12027562B2 (en) 2019-03-15 2024-07-02 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging element and semiconductor element

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