JP4670490B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、(Silicon On Insulator)基板上に形成された電界効果型トランジスタの製造方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device, and is particularly suitable for application to a method for manufacturing a field effect transistor formed on a (Silicon On Insulator) substrate.
SOI基板上に形成された電界効果型トランジスタは、素子分離の容易性、ラッチアップフリー、ソース/ドレイン接合容量が小さいなどの点から、その有用性が注目されている。特に、完全空乏型SOIトランジスタは、低消費電力かつ高速動作が可能で、低電圧駆動が容易なため、SOIトランジスタを完全空乏モードで動作させるための研究が盛んに行われている。ここで、SOI基板としては、例えば、特許文献1、2に開示されているように、SIMOX(Separation by Implanted Oxgen)基板や貼り合わせ基板などが用いられている。
Field effect transistors formed on an SOI substrate are attracting attention because of their ease of element isolation, latch-up freeness, and low source / drain junction capacitance. In particular, since a fully depleted SOI transistor can operate at low power consumption and at high speed and can be easily driven at a low voltage, research for operating the SOI transistor in a fully depleted mode has been actively conducted. Here, as the SOI substrate, for example, as disclosed in
また、非特許文献1には、バルク基板上にSOI層を形成することで、SOIトランジスタを低コストで形成できる方法が開示されている。この非特許文献1に開示された方法では、Si基板上にSi/SiGe層を成膜し、SiとSiGeとの選択比の違いを利用してSiGe層のみを選択的に除去することにより、Si基板とSi層との間に空洞部を形成する。そして、空洞部内に露出したSiの熱酸化を行うことにより、Si基板とSi層との間にSiO2層を埋め込み、Si基板とSi層との間にBOX層を形成する。
しかしながら、SIMOX基板を製造するには、シリコンウェハに高濃度の酸素のイオン注入が必要となる。また、貼り合わせ基板を製造するには、2枚のシリコンウェハを貼り合わせた後、シリコンウェハの表面を研磨する必要がある。このため、SOIトランジスタでは、バルク半導体に形成された電界効果型トランジスタに比べてコストアップを招くという問題があった。 However, in order to manufacture a SIMOX substrate, high-concentration oxygen ions must be implanted into a silicon wafer. In order to manufacture a bonded substrate, it is necessary to polish the surface of the silicon wafer after bonding two silicon wafers. For this reason, the SOI transistor has a problem that the cost is increased as compared with a field effect transistor formed in a bulk semiconductor.
また、イオン注入や研磨では、SOI層の膜厚のばらつきが大きく、完全空乏型SOIトランジスタを作製するためにSOI層を薄膜化すると、電界効果型トランジスタの特性を安定化させることが困難であるという問題があった。
また、非特許文献1に開示された方法では、SiGe層を除去した時にSi層をSi基板上で支持するための支持体としてSiO2が使用される。このため、Si基板とSi層との間にBOX層を形成した後にSi層上のSiO2層のCMPを行うと、CMPのストッパ層がないため、Si層の表面を安定して露出させることができないという問題があった。
In addition, in the ion implantation and polishing, the variation in film thickness of the SOI layer is large, and it is difficult to stabilize the characteristics of the field effect transistor when the SOI layer is thinned in order to produce a fully depleted SOI transistor. There was a problem.
In the method disclosed in
ここで、Si層をSi基板上で支持するための支持体としてSiNを用いると、CMPのストッパとしての機能が得られるが、Si層の表面を露出させるためにSiNを除去すると、支持体を支えていたバルク基板の表面も露出する。このため、Si層上にゲート電極を配置する際に、バルク基板上で支持体を支えていた領域にゲート電極を延伸させると、絶縁不良によるバルク基板やソース/ドレインへのリーク電流が発生する危険があるという問題があった。 Here, when SiN is used as a support for supporting the Si layer on the Si substrate, a function as a CMP stopper can be obtained. However, when SiN is removed to expose the surface of the Si layer, the support is removed. The surface of the supporting bulk substrate is also exposed. For this reason, when the gate electrode is disposed on the Si layer, if the gate electrode is extended to the region that supported the support on the bulk substrate, a leakage current to the bulk substrate and the source / drain due to poor insulation occurs. There was a problem of danger.
一方、バルク基板上で支持体を支えていた領域と交差しない方向にゲート電極を延伸させると、この方向にSi層下のSiGe層のエッチングが進行するため、ゲート電極下のSi層の幅が短くなり、ゲート幅が大きなトランジスタを作成することが困難になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、SOI基板を用いることなく、SOI層上のゲート幅を拡大するとともに、ゲート電極の絶縁不良を防止することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
On the other hand, if the gate electrode is extended in a direction that does not intersect the region that supported the support on the bulk substrate, the etching of the SiGe layer under the Si layer proceeds in this direction, so the width of the Si layer under the gate electrode is There is a problem that it becomes short and it becomes difficult to form a transistor having a large gate width.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can increase the gate width on the SOI layer and prevent insulation failure of the gate electrode without using an SOI substrate. It is.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板上の一部の領域にエピタキシャル成長にて形成された半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み絶縁層と、前記半導体層の四隅に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部を避けるようにして前記半導体層の周囲に形成された平坦化膜と、前記平坦化膜上に延伸されるようにして前記半導体層上に形成されたゲート電極と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, according to a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a semiconductor layer formed by epitaxial growth in a partial region on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the semiconductor layer A buried insulating layer buried in between, a notch formed at four corners of the semiconductor layer, a planarization film formed around the semiconductor layer so as to avoid the notch, and the planarization A gate electrode formed on the semiconductor layer so as to be stretched on the film, a source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode, and formed on the semiconductor layer, And a drain layer disposed on the other side of the gate electrode.
これにより、埋め込み絶縁層を介して半導体層を半導体基板上に配置することが可能となるとともに、埋め込み絶縁層を半導体層下に埋め込む際に半導体基板上で半導体層を支持する支持体を半導体層の四隅に配置することができる。このため、半導体基板に支持体が接触していた領域を避けながら、半導体層の長手方向に沿ってゲート電極を配置することが可能となり、平坦化膜のない領域にゲート電極が配置されることを防止しつつ、半導体層上のゲート幅を拡大することができる。この結果、SOI基板を用いることなく、半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、ゲート電極の絶縁不良による半導体基板やソース/ドレイン層へのリーク電流の発生を防止しつつ、SOIトランジスタの電流駆動能力を確保することができる。 As a result, the semiconductor layer can be disposed on the semiconductor substrate via the buried insulating layer, and a support for supporting the semiconductor layer on the semiconductor substrate when the buried insulating layer is buried under the semiconductor layer is provided on the semiconductor layer. Can be placed at the four corners. For this reason, it becomes possible to arrange the gate electrode along the longitudinal direction of the semiconductor layer while avoiding the region where the support is in contact with the semiconductor substrate, and the gate electrode is arranged in the region without the planarization film. The gate width on the semiconductor layer can be increased while preventing the above. As a result, it is possible to form an SOI transistor on the semiconductor layer without using an SOI substrate, to realize a reduction in the price of the SOI transistor, and to reduce the semiconductor substrate and source due to poor insulation of the gate electrode. The current drive capability of the SOI transistor can be ensured while preventing the occurrence of leakage current to the drain layer.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板上の一部の領域にエピタキシャル成長にて形成された半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み絶縁層と、前記半導体層の長辺上の一部に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部を避けるようにして前記半導体層の周囲に形成された平坦化膜と、前記平坦化膜上に延伸されるようにして前記半導体層上に形成されたゲート電極と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor layer formed by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor substrate, and the buried insulation buried between the semiconductor substrate and the semiconductor layer A layer, a notch formed in a part on the long side of the semiconductor layer, a planarization film formed around the semiconductor layer so as to avoid the notch, and the planarization film A gate electrode formed on the semiconductor layer so as to extend, a source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode, and formed on the semiconductor layer, the gate And a drain layer disposed on the other side of the electrode.
これにより、埋め込み絶縁層を介して半導体層を半導体基板上に配置することが可能となるとともに、埋め込み絶縁層を半導体層下に埋め込む際に半導体基板上で半導体層を支持する支持体を半導体層の長辺の一部に配置することができる。このため、半導体層の形状を細長くした場合においても、半導体基板上で半導体層を安定して支持することが可能となるとともに、半導体層の長辺側から半導体層下にエッチング液が浸入できなることを防止することができる。このため、SOI基板を用いることなく、半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となるとともに、ゲート電極を平坦化膜上に配置しつつ、半導体層上のゲート幅を拡大することができる。この結果、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、ゲート電極の絶縁不良による半導体基板やソース/ドレイン層へのリーク電流の発生を防止しつつ、SOIトランジスタの電流駆動能力を確保することができる。 As a result, the semiconductor layer can be disposed on the semiconductor substrate via the buried insulating layer, and a support for supporting the semiconductor layer on the semiconductor substrate when the buried insulating layer is buried under the semiconductor layer is provided on the semiconductor layer. It can arrange | position to a part of long side of. For this reason, even when the shape of the semiconductor layer is elongated, it is possible to stably support the semiconductor layer on the semiconductor substrate, and it is possible for an etching solution to enter the semiconductor layer from the long side of the semiconductor layer. This can be prevented. Therefore, an SOI transistor can be formed on the semiconductor layer without using an SOI substrate, and the gate width on the semiconductor layer can be increased while the gate electrode is disposed on the planarization film. . As a result, it is possible to reduce the cost of the SOI transistor, and to prevent the generation of leakage current to the semiconductor substrate and the source / drain layer due to poor insulation of the gate electrode, while improving the current driving capability of the SOI transistor. Can be secured.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、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半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層をエピタキシャル成長にて前記第1半導体層上に成膜する工程と、前記第1半導体層および前記第2半導体層の四隅に切り欠き部を形成する工程と、前記切り欠き部を介して前記半導体基板上に接触する支持体を前記第2半導体層上に形成する工程と、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、前記埋め込み絶縁層が形成された半導体基板上の全面に絶縁膜を堆積する工程と、前記支持体をストッパとして前記絶縁膜を薄膜化することにより、前記絶縁膜を平坦化する工程と、前記絶縁膜を平坦化してから前記支持体を除去し、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、前記平坦化された絶縁膜上に延伸されるようにして前記第2半導体層上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むようにして配置されたソース/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。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer on the semiconductor substrate by epitaxial growth, and the second semiconductor having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer. Forming a layer on the first semiconductor layer by epitaxial growth, forming notches at four corners of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the semiconductor through the notches. Forming a support in contact with the substrate on the second semiconductor layer; forming an exposed portion for exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer; and via the exposed portion. And selectively etching the first semiconductor layer to form a cavity from which the first semiconductor layer has been removed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer, and filling the cavity. Forming a buried insulating layer; depositing an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the buried insulating layer is formed; and reducing the thickness of the insulating film using the support as a stopper. Planarizing the insulating film, removing the support after planarizing the insulating film, exposing the surface of the second semiconductor layer, and extending on the planarized insulating film. Forming a gate electrode on the second semiconductor layer; and forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer.
これにより、第1半導体層上に第2半導体層が積層された場合においても、露出部を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層に接触させることが可能となり、第2半導体層を残したまま、第1および第2半導体層間の選択比の違いを利用して第1半導体層を除去することが可能となるとともに、第2半導体層下の空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成することができる。また、第2半導体層下の第1半導体層が除去された場合においても、第2半導体層を半導体基板上で支持することが可能となるとともに、第2半導体層を支持する支持体を第2半導体層の四隅で半導体基板に接触させつつ、第2半導体層上に支持体を配置することができる。このため、支持体をストッパとして利用しながら第2半導体層の周囲に絶縁膜を埋め込むことが可能となり、埋め込み絶縁層が埋め込まれた第2半導体層の表面を安定して露出させることが可能となるとともに、半導体基板に支持体が接触していた領域を避けながら、第2半導体層の長手方向に沿ってゲート電極を配置することが可能となり、ゲート電極の絶縁不良による半導体基板やソース/ドレイン層へのリーク電流の発生を防止しつつ、第2半導体層上のゲート幅を拡大することができる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタの電流駆動能力を確保することができる。 As a result, even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, it becomes possible to contact the etching gas or the etchant with the first semiconductor layer through the exposed portion, leaving the second semiconductor layer. The first semiconductor layer can be removed using the difference in selectivity between the first and second semiconductor layers, and a buried insulating layer embedded in the cavity under the second semiconductor layer is formed. can do. In addition, even when the first semiconductor layer under the second semiconductor layer is removed, the second semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate, and the support body that supports the second semiconductor layer is the second. The support can be disposed on the second semiconductor layer while contacting the semiconductor substrate at the four corners of the semiconductor layer. Therefore, it is possible to embed an insulating film around the second semiconductor layer while using the support as a stopper, and to stably expose the surface of the second semiconductor layer in which the buried insulating layer is embedded. In addition, the gate electrode can be disposed along the longitudinal direction of the second semiconductor layer while avoiding the region where the support is in contact with the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the source / drain due to poor insulation of the gate electrode. It is possible to increase the gate width on the second semiconductor layer while preventing generation of leakage current to the layer. As a result, an SOI transistor can be formed on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, so that the SOI transistor can be reduced in price and the current driving capability of the SOI transistor can be secured. can do.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、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半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層をエピタキシャル成長にて前記第1半導体層上に成膜する工程と、前記第1半導体層および前記第2半導体層の長辺上の一部に切り欠き部を形成する工程と、前記切り欠き部を介して前記半導体基板上に接触する支持体を前記第2半導体層上に形成する工程と、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、前記埋め込み絶縁層が形成された半導体基板上の全面に絶縁膜を堆積する工程と、前記支持体をストッパとして前記絶縁膜を薄膜化することにより、前記絶縁膜を平坦化する工程と、前記絶縁膜を平坦化してから前記支持体を除去し、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、前記平坦化された絶縁膜上に延伸されるようにして前記第2半導体層の長辺方向にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むようにして配置されたソース/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。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer on the semiconductor substrate by epitaxial growth, and the second semiconductor having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer. Forming a layer on the first semiconductor layer by epitaxial growth, forming a notch in a part on a long side of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the notch Forming a support on the second semiconductor layer through the semiconductor substrate, forming an exposed portion exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer, and Forming a cavity between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion; and Embedded in the cavity Forming an embedded buried insulating layer; depositing an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the buried insulating layer is formed; and thinning the insulating film using the support as a stopper, A step of planarizing the insulating film; a step of planarizing the insulating film and then removing the support; exposing a surface of the second semiconductor layer; and stretching on the planarized insulating film. Thus, the method includes a step of forming a gate electrode in the long side direction of the second semiconductor layer, and a step of forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer. It is characterized by.
これにより、第2半導体層を支持する支持体を第2半導体層の長辺上の一部で半導体基板に接触させつつ、第2半導体層上に支持体を配置することができる。このため、第2半導体層の形状を細長くした場合においても、半導体基板上で第2半導体層を安定して支持することが可能となるとともに、第1半導体層の長辺側から第2半導体層下にエッチング液が浸入できなることを防止することができる。また、支持体をストッパとして利用しながら第2半導体層の周囲に絶縁膜を埋め込むことが可能となり、埋め込み絶縁層が埋め込まれた第2半導体層の表面を安定して露出させることが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、ゲート電極の絶縁不良による半導体基板やソース/ドレイン層へのリーク電流の発生を防止しつつ、SOIトランジスタの電流駆動能力を確保することができる。
Accordingly, the support can be disposed on the second semiconductor layer while the support supporting the second semiconductor layer is in contact with the semiconductor substrate at a part on the long side of the second semiconductor layer. For this reason, even when the shape of the second semiconductor layer is elongated, the second semiconductor layer can be stably supported on the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer can be formed from the long side of the first semiconductor layer. It is possible to prevent the etching solution from entering below. In addition, an insulating film can be embedded around the second semiconductor layer while using the support as a stopper, and the surface of the second semiconductor layer in which the embedded insulating layer is embedded can be stably exposed. . As a result, the SOI transistor can be formed on the second semiconductor layer without using the SOI substrate, the SOI transistor can be reduced in price, and the semiconductor substrate due to the poor insulation of the gate electrode. In addition, it is possible to ensure the current drive capability of the SOI transistor while preventing the occurrence of leak current to the source / drain layer .
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1〜図9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である。
図1において、エピタキシャル成長を行うことにより、第1半導体層2および第2半導体層3を半導体基板1に順次形成する。なお、半導体基板1の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどを用いることができる。また、第1半導体層2は、半導体基板1および第2半導体層3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、第1半導体層2および第2半導体層3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1がSiの場合、第1半導体層2としてSiGe、第2半導体層3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2と第2半導体層3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2と第2半導体層3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2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2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。また、第1半導体層2および第2半導体層3の膜厚は、例えば、1〜100nm程度とすることができる。
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 9 are perspective views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the
次に、図2に示すように、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第1半導体層2および第2半導体層3をパターニングすることにより、半導体基板1の表面の一部を露出させる切り欠き部4を第1半導体層2および第2半導体層3の四隅に形成する。
次に、図3に示すように、CVDなどの方法により、第2半導体層3が覆われるようにして半導体基板1上の全面に支持体層5を形成し、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支持体層5をパターニングすることにより、第2半導体層3の四隅で支持体層5を半導体基板1上に接触させたまま、第2半導体層3の側端部を支持体層5から露出させる。なお、支持体層5としては、例えば、シリコン窒化膜を用いることができる。また、第2半導体層3上に支持体層5を形成する前に、第2半導体層3の表面を熱酸化し、第2半導体層3の表面に犠牲酸化膜4を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2, the
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、図4に示すように、支持体層5をマスクとして第2半導体層3および第1半導体層2をエッチングすることにより、第2半導体層3および第1半導体層2の側壁を露出させる露出面6を形成する。
次に、図5に示すように、露出面6を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層2に接触させることにより、第1半導体層2をエッチング除去し、半導体基板1と第2半導体層3との間に空洞部7を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, by etching the
Next, as shown in FIG. 5, the
ここで、第1半導体層2の端部の一部を露出させる露出面6を形成することにより、第1半導体層2上に第2半導体層3が形成された場合においても、第2半導体層3下の第1半導体層2にエッチングガスまたはエッチング液を接触させることが可能となり、半導体基板1と第2半導体層3との間に空洞部7を形成することができる。また、第2半導体層3の端部の残りの一部は支持体層5で覆われたままにすることにより、第1半導体層2が除去された場合においても、第2半導体層3を支持体層5にて半導体基板1上で支持することが可能となる。
Here, even when the
また、半導体基板1の表面の一部を露出させる切り欠き部4を第1半導体層2および第2半導体層3の四隅に形成することにより、第2半導体層3の四隅で支持体層5を半導体基板1に接触させることができる。このため、第2半導体層3下の第1半導体層2が除去された場合においても、第2半導体層3を半導体基板1上で安定して支持することが可能となるとともに、第1半導体層2を除去するためのエッチング液の侵入経路を拡大することができ、第2半導体層3の侵食を抑制しつつ、第1半導体層2のエッチング残りを防止することができる。
Further, the support layers 5 are formed at the four corners of the
なお、半導体基板1および第2半導体層3がSi、第1半導体層2がSiGeの場合、第1半導体層2のエッチング液としてフッ硝酸を用いることが好ましい。これにより、SiとSiGeの選択比として1:100〜1000程度を得ることができ、半導体基板1および第2半導体層3のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層2を除去することが可能となる。また、第1半導体層2のエッチング液としてフッ硝酸過水、アンモニア過水、あるいはフッ酢酸過水などを用いても良い。
In the case where the
また、第1半導体層2をエッチング除去する前に、陽極酸化などの方法により第1半導体層2を多孔質化するようにしてもよいし、第1半導体層2にイオン注入を行うことにより、第1半導体層2をアモルファス化するようにしてもよい。これにより、第1半導体層2のエッチングレートを増大させることが可能となり、第1半導体層2のエッチング面積を拡大することができる。
Further, before the
次に、図6に示すように、半導体基板1および第2半導体層3の熱酸化を行うことにより、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部7に埋め込み絶縁層8を形成する。
なお、半導体基板1および第2半導体層3の熱酸化にて埋め込み絶縁層8を形成する場合、埋め込み性を向上させるために、反応律速となる低温のウェット酸化を用いることが好ましい。その際、第2半導体層3の側壁も熱酸化される。また、空洞部7に埋め込み絶縁層8を形成した後、1100℃以上の高温アニールを行うようにしてもよい。これにより、埋め込み絶縁層8をリフローさせることが可能となり、埋め込み絶縁層8のストレスを緩和させることが可能となるとともに、第2半導体層3との境界における界面準位を減らすことができる。また、埋め込み絶縁層8は空洞部7を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部7が一部残るように形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 6, the buried insulating
In the case where the buried insulating
また、図6の方法では、半導体基板1および第2半導体層3の熱酸化を行うことにより、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部7に埋め込み絶縁層8を形成する方法について説明したが、CVD法にて半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部7に絶縁膜を成膜させることにより、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部7を埋め込み絶縁層8で埋め込むようにしてもよい。これにより、第2半導体層3の膜減りを防止しつつ、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部7を酸化膜以外の材料で埋め込むことが可能となる。このため、第2半導体層3の裏面側に配置される埋め込み絶縁層8の誘電率を低下させることが可能となり、第2半導体層3の裏面側の寄生容量を低減させることができる。
In the method of FIG. 6, the buried insulating
なお、埋め込み絶縁層8の材質としては、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、埋め込み絶縁層21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。
As the material of the buried insulating
次に、図7に示すように、CVDなどの方法により、半導体基板1上の全面に酸化膜9を堆積する。そして、支持体層5をストッパとして酸化膜9のCMP(化学的機械的研磨)を行うことにより、第2半導体層3の周囲に酸化膜9が埋め込まれるようにして酸化膜9を平坦化する。ここで、酸化膜9のCMPを行う際に支持体層5をストッパとして用いることにより、第2半導体層3が酸化膜9にて覆われた場合においても、酸化膜9を第2半導体層3の周囲に埋め込むことを可能としつつ、第2半導体層3の表面を安定して露出させることが可能となる。
Next, as shown in FIG. 7, an oxide film 9 is deposited on the entire surface of the
次に、図8に示すように、第2半導体層3上の支持体層5を除去することにより、第2半導体層3の表面を露出させる。なお、支持体層5を除去すると、支持体層5が接触していた半導体基板1の表面の一部も露出する。
次に、図9に示すように、第2半導体層3の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層3の表面にゲート絶縁膜10を形成する。そして、ゲート絶縁膜10が形成された第2半導体層3上に、CVDなどの方法により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、酸化膜9上にかかるように配置されたゲート電極11を第2半導体層3上に形成する。そして、ゲート電極11をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層3内にイオン注入することにより、ゲート電極11の側方にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層12a、12bを第2半導体層3に形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the surface of the
Next, as shown in FIG. 9, the
ここで、第2半導体層3の四隅で支持体層5を半導体基板1に接触させることにより、支持体層5が除去された場合においても、第2半導体層3の側面全体に渡って半導体基板1が露出することを防止することができる。このため、第2半導体層3の長手方向に沿ってゲート電極11を配置した場合においても、ゲート電極11を酸化膜9上に延伸させることが可能となり、ゲート電極11の絶縁不良による半導体基板1やソース/ドレイン層12a、12bへのリーク電流の発生を防止しつつ、第2半導体層3上のゲート幅を拡大することができる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層3上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタの電流駆動能力を確保することができる。
Here, even when the
また、半導体基板1の表面の一部を露出させる切り欠き部4を第1半導体層2および第2半導体層3の四隅に形成することにより、支持体層5のパターンとして、バルク半導体ウェハで用いられる素子領域形成用のマスクをそのまま流用することが可能となり、バルク構造からSOI構造への置き換えを容易化することができる。
図10は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
In addition, by forming
FIG. 10 is a perspective view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図10において、半導体基板21上には、細長い形状を持つ第1半導体層22および第2半導体層23が形成されている。そして、半導体基板1の表面の一部を露出させる切り欠き部24aが第1半導体層22および第2半導体層23の四隅に形成されるとともに、半導体基板1の表面の一部を露出させる切り欠き部24bが第1半導体層22および第2半導体層23の長辺上の一部に形成されている。そして、切り欠き部24a、24bを介して半導体基板21上に接触するようにして、第2半導体層23上に支持体層25を形成されている。そして、上述した図4〜図9と同様の工程を経ることにより、第2半導体層23にSOIトランジスタを形成することができる。
In FIG. 10, a
これにより、第2半導体層23を支持する支持体層25を第2半導体層23の長辺上の一部で半導体基板21に接触させつつ、第2半導体層23上に支持体層25を配置することができる。このため、第2半導体層23の形状を細長くした場合においても、半導体基板21上で第2半導体層23を安定して支持することが可能となるとともに、第1半導体層22の長辺側から第2半導体層23下にエッチング液が浸入できなくなることを防止することができる。また、支持体層25をストッパとして利用しながら第2半導体層23の周囲に絶縁膜を埋め込むことが可能となり、STI(Shallow Trench Isolation)にて素子分離された第2半導体層23の表面を安定して露出させることが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層23上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、ゲート電極の絶縁不良による半導体基板やソース/ドレイン層へのリーク電流の発生を防止しつつ、SOIトランジスタの電流駆動能力を確保することができる。
Thus, the
1、21 半導体基板、2、22 第1半導体層、3、23 第2半導体層、4、24a、24b 切り欠き部、5、25 支持体層、6 露出面、7 空洞部、8 埋め込み絶縁層、9 酸化膜、10 ゲート絶縁膜、11 ゲート電極、12a ソース層、12b ドレイン層 1, 21 Semiconductor substrate, 2, 22 First semiconductor layer, 3, 23 Second semiconductor layer, 4, 24a, 24b Notch, 5, 25 Support layer, 6 Exposed surface, 7 Cavity, 8 Embedded insulating layer , 9 Oxide film, 10 Gate insulating film, 11 Gate electrode, 12a Source layer, 12b Drain layer
Claims (4)
前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み絶縁層と、
前記半導体層の四隅に形成された切り欠き部と、
前記切り欠き部を避けるようにして前記半導体層の周囲に形成された平坦化膜と、
前記平坦化膜上に延伸されるようにして前記半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer formed by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor substrate;
A buried insulating layer buried between the semiconductor substrate and the semiconductor layer;
Notches formed at the four corners of the semiconductor layer;
A planarization film formed around the semiconductor layer so as to avoid the notch,
A gate electrode formed on the semiconductor layer so as to extend on the planarization film;
A source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode;
A semiconductor device comprising: a drain layer formed on the semiconductor layer and disposed on the other side of the gate electrode.
前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み絶縁層と、
前記半導体層の長辺上の一部及び四隅に形成された切り欠き部と、
前記切り欠き部を避けるようにして前記半導体層の周囲に形成された平坦化膜と、
前記平坦化膜上に延伸されるようにして前記半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、
前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer formed by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor substrate;
A buried insulating layer buried between the semiconductor substrate and the semiconductor layer;
Notches formed in a part and four corners on the long side of the semiconductor layer;
A planarization film formed around the semiconductor layer so as to avoid the notch,
A gate electrode formed on the semiconductor layer so as to extend on the planarization film;
A source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode;
A semiconductor device comprising: a drain layer formed on the semiconductor layer and disposed on the other side of the gate electrode.
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半導体層をエピタキシャル成長にて前記第1半導体層上に成膜する工程と、
前記第1半導体層および前記第2半導体層の四隅に切り欠き部を形成する工程と、
前記切り欠き部を介して前記半導体基板上に接触する支持体を前記第2半導体層上に形成する工程と、
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、
前記埋め込み絶縁層が形成された半導体基板上の全面に絶縁膜を堆積する工程と、
前記支持体をストッパとして前記絶縁膜を薄膜化することにより、前記絶縁膜を平坦化する工程と、
前記絶縁膜を平坦化してから前記支持体を除去し、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、
前記平坦化された絶縁膜上に延伸されるようにして前記第2半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むようにして配置されたソース/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。 Forming a first semiconductor layer on a semiconductor substrate by epitaxial growth;
Forming a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer by epitaxial growth;
Forming notches at four corners of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
Forming on the second semiconductor layer a support that contacts the semiconductor substrate via the notch,
Forming an exposed portion for exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer;
Forming a cavity from which the first semiconductor layer is removed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
Depositing an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the buried insulating layer is formed;
Flattening the insulating film by thinning the insulating film using the support as a stopper;
Removing the support after planarizing the insulating film and exposing a surface of the second semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the second semiconductor layer so as to extend on the planarized insulating film;
Forming a source / drain layer arranged so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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半導体層をエピタキシャル成長にて前記第1半導体層上に成膜する工程と、
前記第1半導体層および前記第2半導体層の長辺上の一部及び四隅に切り欠き部を形成する工程と、
前記切り欠き部を介して前記半導体基板上に接触する支持体を前記第2半導体層上に形成する工程と、
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、
前記埋め込み絶縁層が形成された半導体基板上の全面に絶縁膜を堆積する工程と、
前記支持体をストッパとして前記絶縁膜を薄膜化することにより、前記絶縁膜を平坦化する工程と、
前記絶縁膜を平坦化してから前記支持体を除去し、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、
前記平坦化された絶縁膜上に延伸されるようにして前記第2半導体層の長辺方向にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むようにして配置されたソース/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。 Forming a first semiconductor layer on a semiconductor substrate by epitaxial growth;
Forming a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer by epitaxial growth;
Forming a notch in a part and four corners on the long side of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
Forming on the second semiconductor layer a support that contacts the semiconductor substrate via the notch,
Forming an exposed portion for exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer;
Forming a cavity from which the first semiconductor layer is removed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the exposed portion;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
Depositing an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the buried insulating layer is formed;
Flattening the insulating film by thinning the insulating film using the support as a stopper;
Removing the support after planarizing the insulating film and exposing a surface of the second semiconductor layer;
Forming a gate electrode in a long-side direction of the second semiconductor layer so as to extend on the planarized insulating film;
Forming a source / drain layer arranged so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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