JP4367357B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
Eextended Abstract of the 2003 International Conference on Solid State Devices and Materials,Tokyo,2003,pp.280−281
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。また、図2(a)〜図5(a)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図、図2(b)〜図5(b)は、図2(a)〜図5(a)のA1−A1´〜A4−A4´線でそれぞれ切断した断面図、図2(c)〜図5(c)は、図2(a)〜図5(a)のB1−B1´〜B4−B4´線でそれぞれ切断した断面図である。
これにより、エピタキシャル成長にて成膜された第2半導体層5を第1半導体層3の側面に配置することが可能となるとともに、ドライエッチングによるダメージのない第2半導体層5の成膜面上にチャンネルを持たせることができる。このため、第1半導体層3の側面に沿ってチャンネルを形成した場合においても、チャネル領域に欠陥が発生することを防止することが可能となることから、チャネル領域における界面準位の増加やモビリティーの劣化を抑制することができる。この結果、電流駆動能力を確保した上で、トランジスタの集積度を向上させることが可能となるとともに、安定かつ優れた電気的特性を得ることができる。
なお、上述した実施形態では、第2半導体層5にSOIトランジスタを形成する方法を例にとって説明したが、TFT(Thin Film Transistor)を形成する方法に適用してもよい。
次に、図8に示すように、段差13が形成された第1半導体層12上に第2半導体層14をエピタキシャル成長にて成膜する。なお、第1半導体層12は、半導体基板11および第2半導体層14よりもエッチングレートが大きな材質を用いることができ、半導体基板11、第1半導体層12および第2半導体層14の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどの中から選択された組み合わせを用いることができる。特に、半導体基板11がSiの場合、第1半導体層12としてSiGe、第2半導体層14としてSiを用いることが好ましい。これにより、第1半導体層12と第2半導体層14との間の格子整合をとることを可能としつつ、第1半導体層12と第2半導体層14との間の選択比を確保することができる。なお、第1半導体層12としては、単結晶半導体層の他、多結晶半導体層、アモルファス半導体層または多孔質半導体層を用いるようにしてもよい。また、第1半導体層12の代わり、単結晶半導体層をエピタキシャル成長にて成膜可能なγ−酸化アルミニウムなどの金属酸化膜を用いるようにしてもよい。
なお、第1半導体層12の一部を露出させる場合、第1半導体層12の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第1半導体層12をオーバーエッチングして第1半導体層12に凹部を形成するようにしてもよい。あるいは、第1半導体層12を貫通させて半導体基板11の表面を露出させるようにしてもよい。ここで、第1半導体層12のエッチングを途中で止めることにより、半導体基板11の表面が露出されることを防止することができる。このため、第1半導体層12をエッチング除去する際に、半導体基板11がエッチング液またはエッチングガスに晒される時間を減らすことが可能となり、半導体基板11のオーバーエッチングを抑制することができる。
ここで、第1半導体層12の側面を露出させる段差13を第1半導体層12に形成することにより、第1半導体層12の側面上に第2半導体層14をエピタキシャル成長させることが可能となり、2半導体層14を垂直方向に折り曲げた上で、第2半導体層14と第1半導体層12との間のエッチング時の選択比を確保することが可能となる。このため、第1半導体層12の側面上に成膜された第2半導体層14がエッチングされることを抑制しつつ、第1半導体層12を選択的にエッチングすることができ、垂直方向に折れ曲がった第2半導体層14下に空洞部18を形成することが可能となる。
これにより、垂直方向に折れ曲がった第2半導体層14下に絶縁膜19を形成することが可能となり、エピタキシャル成長にて成膜された第2半導体層14を絶縁膜19上に配置することができる。このため、第2半導体層14の表面積を容易に拡大することを可能としつつ、結晶品質の良い第2半導体層14を絶縁膜19上に安価に形成することが可能となる。なお、絶縁膜19としては、例えば、シリコン酸化膜の他、FSG(フッ化シリケードグラス)膜やシリコン窒化膜などを用いるようにしてもよい。また、絶縁膜19として、SOG(Spin On Glass)膜の他、PSG膜、BPSG膜、PAE(poly aryleneether)系膜、HSQ(hydrogen silsesquioxane)系膜、MSQ(methyl silsesquioxane)系膜、PCB系膜、CF系膜、SiOC系膜、SiOF系膜などの有機lowk膜、或いはこれらのポーラス膜を用いるようにしてもよい。
次に、図15に示すように、第2半導体層14の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層14の表面にゲート絶縁膜20を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜20が形成された第2半導体層14上に多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、第2半導体層14の側壁を介して第2半導体層14上に跨るように配置されたゲート電極21を絶縁層19上に形成する。
これにより、SOI基板を用いることなく、エピタキシャル成長にて成膜された第2半導体層14を絶縁層19の側面に配置することが可能となるとともに、ドライエッチングによるダメージのない第2半導体層14の成膜面上にチャンネルを持たせることができる。このため、電流駆動能力を確保した上で、SOIトランジスタの集積度を向上させることが可能となるとともに、SOIトランジスタのコストダウンを図りつつ、安定かつ優れた電気的特性を得ることができる。
Claims (2)
- 第1半導体層を半導体基板上にエピタキシャル成長にて成膜する工程と、
前記第1半導体層の厚さ方向の一部を除去することにより、前記第1半導体層の側面を露出させる工程と、
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を、前記側面が露出した前記第1半導体層上にエピタキシャル成長にて成膜する工程と、
前記第2半導体層および前記第1半導体層を前記半導体基板が露出するようにパターニングして、前記第2半導体層および前記第1半導体層の側壁を露出させる工程と、
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな材料で構成され、前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を前記側壁の露出面を覆うように形成する工程と、
前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる露出部を形成する工程と、
前記露出部を介して第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記半導体基板と前記第2半導体層との間に形成する工程と、
前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記支持体から前記第2半導体層の成膜面を露出させる工程と、
前記第1半導体層の側面上に配置された前記第2半導体層の成膜面上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層および前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1半導体層を半導体基板上にエピタキシャル成長にて成膜する工程と、
前記第1半導体層上の一部の領域に配置された第2半導体層を選択エピタキシャル成長にて成膜する工程と、
前記第1半導体層および前記第2半導体層よりもエッチングレートが小さな第3半導体層を、前記第1半導体層上および前記第2半導体層上にエピタキシャル成長にて成膜する工程と、
前記第3半導体層、前記第2半導体層および前記第1半導体層を前記半導体基板が露出するようにパターニングして、前記第3半導体層、前記第2半導体層および前記第1半導体層の側壁を露出させる工程と、
前記第1半導体層および前記第2半導体層よりもエッチングレートが小さな材料で構成され、前記第3半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を前記側壁の露出面を覆うように形成する工程と、
前記第1半導体層または前記第2半導体層の一部を前記第3半導体層から露出させる露出部を形成する工程と、
前記露出部を介して第1半導体層および前記第2半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層および前記第2半導体層が除去された空洞部を前記半導体基板と前記第3半導体層との間に形成する工程と、
前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記支持体から前記第3半導体層の成膜面を露出させる工程と、
前記第2半導体層の側面上に成膜された前記第3半導体層の成膜面上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層および前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層を前記第3半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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