JP4670524B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
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、SON(Silicon On Nothing)基板上に形成された電界効果型トランジスタ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 the semiconductor device, and is particularly suitable for application to a field effect transistor formed on a SON (Silicon On Notifying) 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、SOI基板のエアギャップ層(比誘電率=3.9)の代わりにエアギャップ層(比誘電率=1.0)がSi層下に配置されたSON(Silicon On Nothing)が近年注目されている。このSONにて形成されたトランジスタでは、短チャネル効果の抑制や寄生容量の低減などの点において、SOIトランジスタを上回る性能が得られることが実証されている。 In recent years, SON (Silicon On Nothing) in which an air gap layer (relative permittivity = 1.0) is arranged under a Si layer instead of an air gap layer (relative permittivity = 3.9) of an SOI substrate has attracted attention. ing. It has been demonstrated that the transistor formed by the SON can achieve performance superior to that of the SOI transistor in terms of suppressing the short channel effect and reducing the parasitic capacitance.
また、特許文献3には、SONを形成するために、SiGe層およびSi層をSi基板上に順次積層し、Siアクティブ領域をSi基板に固定するためのアンカーを形成した後、SiGe層のみを選択的に除去する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献3に開示された方法にてSONを形成する方法では、Si層下のSiGe層が除去されるため、Si層が薄膜化されると、Si層の十分な強度の確保が困難となる。このため、SiGe層の選択エッチング時や素子分離形成プロセスなどでのCMPによる平坦化工程において、Si層に撓みが発生したり、エアギャップ層が潰れたりすることがあるという問題があった。 However, in the method of forming SON by the method disclosed in Patent Document 3, since the SiGe layer under the Si layer is removed, it is difficult to secure sufficient strength of the Si layer when the Si layer is thinned. It becomes. For this reason, there has been a problem that the Si layer may be bent or the air gap layer may be crushed during the planarization process by CMP during the selective etching of the SiGe layer or the element isolation formation process.
そこで、本発明の目的は、電界効果型トランジスタが形成される半導体層の支持強度を向上させつつ、半導体層下にエアギャップ層を形成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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming an air gap layer under the semiconductor layer while improving the supporting strength of the semiconductor layer in which the field effect transistor is formed, and a method for manufacturing the semiconductor device. It is to be.
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に第1半導体層を成膜する工程と、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半導体層を前記第1半導体層上に成膜する工程と、前記第1および第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる第1露出部を形成する工程と、前記第1露出部を介して前記第1半導体層を横方向にエッチングすることにより、前記第2半導体層下の第1半導体層の一部を除去する工程と、前記第1露出部を介して前記第2半導体層下に回り込むように配置され、前記半導体基板上で前記第2半導体層を支持する支持体を形成する工程と、前記支持体が形成された前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露出させる第2露出部を形成する工程と、前記第2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エアギャップ層を形成する工程と、前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介して前記第2半導体層上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行うことにより、前記ゲート電極の側方にそれぞれ配置されたソース/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。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the first semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer is the first semiconductor layer. Forming a film on a semiconductor layer; forming a first exposed portion that exposes the semiconductor substrate through the first and second semiconductor layers; and the first semiconductor through the first exposed portion. A step of removing a part of the first semiconductor layer under the second semiconductor layer by etching the layer in a lateral direction; and a step of wrapping under the second semiconductor layer through the first exposed portion. A step of forming a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate; and a second exposure for exposing at least a part of the first semiconductor layer on which the support is formed from the second semiconductor layer. Forming the portion, and the second Forming an air gap layer from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer through the protruding portion; and forming a gate insulating film on the second semiconductor layer. And forming a gate electrode on the second semiconductor layer through the gate insulating film, and performing ion implantation using the gate electrode as a mask, thereby providing a source / Forming a drain layer on the second semiconductor layer.
これにより、第2半導体層の側壁だけでなく、第2半導体層の下から第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1半導体層上に第2半導体層が積層されている場合においても、第2露出部を介して、第2半導体層下の第1半導体層にエッチング液を接触させることが可能となる。このため、第2半導体層の撓みを抑制しつつ、第2半導体層を半導体基板上で安定して支持することを可能となるとともに、第1半導体層上に第2半導体層が積層されている場合においても、第2半導体層と半導体基板との間の第1半導体層を除去することが可能となる。この結果、第2半導体層の品質を損なうことなく、第2半導体層と半導体基板との間の絶縁を図ることが可能となるとともに、エアギャップ層の厚みの均一性を向上させることができ、SON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、SONトランジスタの特性ばらつきを低減することができる。 As a result, not only the side wall of the second semiconductor layer but also the second semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate from below the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer. Even in such a case, the etching solution can be brought into contact with the first semiconductor layer below the second semiconductor layer through the second exposed portion. Therefore, it is possible to stably support the second semiconductor layer on the semiconductor substrate while suppressing the bending of the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer. Even in this case, the first semiconductor layer between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate can be removed. As a result, it is possible to achieve insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate without impairing the quality of the second semiconductor layer, and to improve the uniformity of the thickness of the air gap layer, The price of the SON transistor can be reduced, and the variation in the characteristics of the SON transistor can be reduced.
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、前記半導体基板および前記第2半導体層はSi、前記第1半導体層はSiGeであることを特徴とする。
これにより、半導体基板、第2半導体層および第1半導体層間の格子整合をとることを可能としつつ、半導体基板および第2半導体層よりも第1半導体層のエッチングレートを大きくすることが可能となる。このため、結晶品質の良い第2半導体層を第1半導体層上に形成することが可能となり、第2半導体層の品質を損なうことなく、第2半導体層と半導体基板との間の絶縁を図ることが可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate and the second semiconductor layer are Si, and the first semiconductor layer is SiGe.
As a result, it is possible to increase the etching rate of the first semiconductor layer compared to the semiconductor substrate and the second semiconductor layer while allowing lattice matching between the semiconductor substrate, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer. . For this reason, it becomes possible to form the second semiconductor layer with good crystal quality on the first semiconductor layer, and insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate is achieved without impairing the quality of the second semiconductor layer. It becomes possible.
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、前記支持体を形成する前に、前記第1露出部を介して露出された前記第1および第2半導体層の露出面上にシリコン酸化膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
これにより、少なくとも第2半導体層の側壁に界面準位の少ない半導体/酸化膜界面を形成することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one aspect of the present invention, on the exposed surfaces of the first and second semiconductor layers exposed through the first exposed portion before forming the support. The method further includes the step of forming a silicon oxide film.
Thereby, a semiconductor / oxide film interface with few interface states can be formed at least on the sidewall of the second semiconductor layer.
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、前記支持体を形成する前に、前記第1露出部を介して露出された第1半導体層および第2半導体層の露出面上にキャップ酸化膜を形成した後、前記第1半導体層および第2半導体層の一部を熱酸化する工程を備えることを特徴とする。
これにより、キャップ酸化膜を形成した後で、第1および第2半導体層の熱酸化を施すことで、第1半導体層に含まれる成分が外方拡散することを抑制しつつ、少なくとも第2半導体層の側壁に界面準位の少ない半導体/酸化膜界面を形成することができる。
In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention, the exposed surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer exposed through the first exposed portion before forming the support. The method includes a step of thermally oxidizing a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer after forming a cap oxide film thereon.
Thus, after forming the cap oxide film, the first and second semiconductor layers are subjected to thermal oxidation, thereby suppressing outward diffusion of components contained in the first semiconductor layer and at least the second semiconductor layer. A semiconductor / oxide film interface with few interface states can be formed on the side wall of the layer.
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、前記支持体を形成する前に、前記第1露出部を介して露出された前記第1および第2半導体層の露出面上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜を熱酸化するとともに、前記第1半導体層および第2半導体層の一部を熱酸化する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、第1および第2半導体層の露出面を半導体膜にて覆ってから、第1および第2半導体層の一部を熱酸化することができ、第1半導体層に含まれる成分が外方拡散することを抑制しつつ、第2半導体層の側壁に界面準位の少ない半導体/酸化膜界面を形成することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one aspect of the present invention, on the exposed surfaces of the first and second semiconductor layers exposed through the first exposed portion before forming the support. Forming a semiconductor film; and thermally oxidizing the semiconductor film and thermally oxidizing a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
Thus, after the exposed surfaces of the first and second semiconductor layers are covered with the semiconductor film, a part of the first and second semiconductor layers can be thermally oxidized, and the components contained in the first semiconductor layer can be removed. A semiconductor / oxide film interface with few interface states can be formed on the side wall of the second semiconductor layer while suppressing side diffusion.
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、前記エアギャップ層にて露出された前記半導体基板および前記第2半導体層の裏面を熱酸化する工程を備えることを特徴とする。
これにより、エアギャップ層にて露出された半導体基板および第2半導体層を熱酸化膜にて保護することが可能となるとともに、半導体基板および第2半導体層の裏面の界面準位を低減することができる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a step of thermally oxidizing the back surface of the semiconductor substrate and the second semiconductor layer exposed in the air gap layer. .
As a result, the semiconductor substrate and the second semiconductor layer exposed in the air gap layer can be protected by the thermal oxide film, and the interface state on the back surface of the semiconductor substrate and the second semiconductor layer can be reduced. Can do.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
図1において、半導体基板1上にはエアギャップ層3を介して半導体層5が形成されている。そして、半導体層5の下面が半導体基板1上で露出するように半導体層5はパターニングされている。なお、半導体基板1および半導体層5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。ここで、エアギャップ層3の幅は、半導体層5の幅よりも狭くなるように構成され、半導体層5の下面がエアギャップ層3から露出されている。そして、半導体基板1上で半導体層5を支持する支持体9が、エアギャップ層3の側面に接するように形成されている。ここで、支持体9は、半導体層5の側壁を介して半導体層5下に回り込むように配置することができる。なお、支持体9の材質としては、シリコン酸化膜などの絶縁体を用いることができる。また、半導体基板1とエアギャップ層3との境界面上には熱酸化膜2が形成されるとともに、半導体層5とエアギャップ層3との境界面上には熱酸化膜4が形成されている。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a semiconductor layer 5 is formed on a semiconductor substrate 1 via an air gap layer 3. The semiconductor layer 5 is patterned so that the lower surface of the semiconductor layer 5 is exposed on the semiconductor substrate 1. For example, Si, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, InP, GaP, GaN, or ZnSe can be used as the material of the semiconductor substrate 1 and the semiconductor layer 5. Here, the width of the air gap layer 3 is configured to be narrower than the width of the semiconductor layer 5, and the lower surface of the semiconductor layer 5 is exposed from the air gap layer 3. A
そして、半導体層5上には、ゲート絶縁膜6を介してゲート電極7が形成され、ゲート電極7の側壁にはサイドウォール8が形成されている。また、半導体層5には、ゲート電極7を挟み込むように配置されたソース層10aおよびドレイン層10bが形成されている。
これにより、半導体層5下にエアギャップ層3を形成するために、組成の異なる半導体層間のエッチングレートの違いを利用して半導体層5下にエアギャップ層3を形成した場合においても、半導体層5の側壁だけでなく、半導体層5の下から半導体層5を支持することが可能となる。このため、半導体層5の撓みを抑制しつつ、半導体層5下にエアギャップ層3を形成することが可能となり、エアギャップ層3の厚みの均一性を向上させることが可能となるとともに、半導体層5の選択エッチング時や素子分離形成プロセスなどでのCMPによる平坦化工程において、エアギャップ層3が潰れることを防止することができる。この結果、SONトランジスタを均一に形成することが可能となり、SON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、SONトランジスタの特性ばらつきを低減することができる。
A gate electrode 7 is formed on the semiconductor layer 5 via a gate insulating film 6, and
Thus, even when the air gap layer 3 is formed under the semiconductor layer 5 by using the difference in etching rate between the semiconductor layers having different compositions in order to form the air gap layer 3 under the semiconductor layer 5, the semiconductor layer The semiconductor layer 5 can be supported not only from the side wall 5 but also from under the semiconductor layer 5. For this reason, it is possible to form the air gap layer 3 under the semiconductor layer 5 while suppressing the bending of the semiconductor layer 5, thereby improving the uniformity of the thickness of the air gap layer 3, and the semiconductor. It is possible to prevent the air gap layer 3 from being crushed in the planarization step by CMP during the selective etching of the layer 5 or the element isolation formation process. As a result, the SON transistors can be formed uniformly, and the price of the SON transistors can be reduced, and variations in the characteristics of the SON transistors can be reduced.
図2(a)〜図10(a)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平面図、図2(b)〜図10(b)は、図2(a)〜図10(a)のA2−A2´〜A10−A10´線でそれぞれ切断した断面図、図2(c)〜図10(c)は、図2(a)〜図10(a)のB2−B2´〜B10−B10´線でそれぞれ切断した断面図である。
図2において、半導体基板21上には、第1半導体層22および第2半導体層23がエピタキシャル成長にて順次積層されている。なお、第1半導体層22は、半導体基板21および第2半導体層23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21、第1半導体層22および第2半導体層23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21がSiの場合、第1半導体層22としてSiGe、第2半導体層23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22と第2半導体層23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22と第2半導体層23との間のエッチングの選択比を確保することができる。また、第1半導体層22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22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22および第2半導体層23の膜厚は、例えば、10〜200nm程度とすることができる。
FIGS. 2A to 10A are plan views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 2B to 10B are FIGS. Sectional views cut along lines A2-A2 ′ to A10-A10 ′ in FIG. 10 (a), and FIGS. 2 (c) to 10 (c) are B2 in FIGS. 2 (a) to 10 (a). It is sectional drawing cut | disconnected by the -B2'-B10-B10 'line | wire, respectively.
In FIG. 2, a
そして、第2半導体層23の熱酸化により第2半導体層23の表面に犠牲酸化膜24を形成する。そして、CVDなどの方法により、犠牲酸化膜24上の全面に酸化防止膜25を形成する。なお、酸化防止膜25としては、例えば、シリコン窒化膜を用いることができ、酸化防止膜としての機能のほかに、CMP等による平坦化プロセスのストッパー層を兼ねる事もできる。
Then, a
次に、図3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、酸化防止膜25、犠牲酸化膜24、第2半導体層23および第1半導体層22をパターニングすることにより、半導体基板21を露出させる溝26を所定の方向に沿って形成する。なお、半導体基板21の一部を露出させる場合、半導体基板21の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、半導体基板21をオーバーエッチングして半導体基板21に凹部を形成するようにしてもよい。また、溝26の配置位置は、第2半導体層23の素子分離領域の一部に対応させることができる。
Next, as shown in FIG. 3, by using the photolithography technique and the etching technique, the
次に、図4に示すように、溝26を介して第1半導体層22を横方向にエッチングすることにより、第2半導体層23下に配置された第1半導体層22の一部を除去し、第2半導体層23の端部の下面28を第1半導体層22から露出させる。そして、溝26を介して第1半導体層22および第2半導体層23の露出面の熱酸化を行うことにより、第1半導体層22および第2半導体層23の露出面に熱酸化膜27を形成する。なお、第1半導体層22および第2半導体層23の露出面に熱酸化膜27を形成する前に、CVDなどの方法によって、第1半導体層22および第2半導体層23の側壁にキャップ層を形成するようにしてもよい。ここで、キャップ層としては、例えば、シリコン酸化膜あるいはシリコン膜などを用いることができる。そして、第1半導体層22および第2半導体層23の側壁にキャップ層が形成された状態で、第1半導体層22および第2半導体層23の一部を熱酸化するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4, the
これにより、第1半導体層22に含まれるGeなどの成分の外方拡散を抑制しつつ、溝26が形成された少なくとも第2半導体層23の側壁に界面準位の少ない半導体/酸化膜界面を形成することができる。このため、第1半導体層22に含まれる成分にて、半導体製造装置や、第2半導体層23が汚染されることを抑制しつつ、第2半導体層23に形成されるSOIトランジスタの品質を向上させることができる。
Thereby, while suppressing outward diffusion of components such as Ge contained in the
次に、図5に示すように、CVDなどの方法により、第2半導体層23の側壁を介して第2半導体層23下に回り込むように溝26内に埋め込まれ、第2半導体層23を半導体基板21上で支持する支持体29を半導体基板21上の全面に形成する。なお、支持体29の材質としてはシリコン酸化膜等の絶縁体を用いることができる。
次に、図6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支持体29、酸化防止膜25、犠牲酸化膜24および第2半導体層23および第1半導体層22をパターニングすることにより、第1半導体層22の一部を露出させる溝30を溝26と直交する方向に沿って形成する。ここで、溝30の配置位置は、第2半導体層23の素子分離領域の一部に対応させることができる。
Next, as shown in FIG. 5, the
Next, as shown in FIG. 6, by patterning the
なお、第1半導体層22の一部を露出させる場合、第1半導体層22の途中でエッチングを止め、第1半導体層22に凹部を形成するようにしてもよい。あるいは、溝30内の第1半導体層22を貫通させて半導体基板21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22のエッチングを途中で止めることにより、溝30内の半導体基板21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22をエッチング除去する際に、溝30内の半導体基板21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、溝30内の半導体基板21のオーバーエッチングを抑制することができる。
When a part of the
次に、図7に示すように、溝30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22に接触させることにより、第1半導体層22をエッチング除去し、半導体基板21と第2半導体層23との間にエアギャップ層31を形成する。
ここで、溝26内に支持体29を設けることにより、第1半導体層22が除去された場合においても、第2半導体層23を半導体基板21上で支持することが可能となるとともに、溝26とは別に溝30を設けることにより、第2半導体層23下に配置された第1半導体層22にエッチングガスまたエッチング液を接触させることが可能となる。このため、第2半導体層23の結晶品質を損なうことなく、第2半導体層23と半導体基板21との間の絶縁を図ることが可能となる。
Next, as shown in FIG. 7, the
Here, by providing the
また、第2半導体層23下に配置された第1半導体層22の一部を除去することにより、第2半導体層23の側壁だけでなく、第2半導体層23の下から第2半導体層23を半導体基板21上で支持することが可能となる。このため、第2半導体層23の撓みを抑制しつつ、第2半導体層23下にエアギャップ層31を形成することができ、エアギャップ層31の厚みの均一性を向上させることができる。
Further, by removing a part of the
なお、半導体基板21および第2半導体層23がSi、第1半導体層22がSiGeの場合、第1半導体層22のエッチング液としてフッ硝酸(フッ酸、硝酸、水の混合液)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21および第2半導体層23のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層22を除去することが可能となる。また、第1半導体層22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。
When the
また、第1半導体層22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22を多孔質化するようにしてもよいし、第1半導体層22にイオン注入を行うことにより、第1半導体層22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22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22のエッチング面積を拡大することができる。
そして、溝30を介して半導体基板21および第2半導体層23の表面の熱酸化を行うことにより、半導体基板21および第2半導体層23の裏面に熱酸化膜32を形成する。これにより、エアギャップ層31にて露出された半導体基板21および第2半導体層23の表面を熱酸化膜32にて保護することが可能となるとともに、特に、第2半導体層23の裏面及び側面の界面準位を低減することができる。
Further, before the
Then, thermal oxidation is performed on the surfaces of the
次に、図8に示すように、CVDなどの方法により、溝30内が埋め込まれるようにして、支持体29上に埋め込み絶縁体33を堆積する。なお、埋め込み絶縁体33の材質としてはシリコン酸化膜を用いることができる。
次に、図9に示すように、CMP(化学的機械研磨)などの方法を用いて埋め込み絶縁体33および支持体29を薄膜化し、酸化防止膜25をストッパー層として、平坦化を行う。続いて、酸化防止膜25および犠牲酸化膜24を除去することにより、第2半導体層23の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8, a buried
Next, as shown in FIG. 9, the buried
次に、図10に示すように、第2半導体層23の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層23の表面にゲート絶縁膜34を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜34が形成された第2半導体層23上に多結晶シリコン層等を形成する。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23上にゲート電極35を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the surface of the
次に、ゲート電極35をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層23内にイオン注入することにより、ゲート電極35の両側にそれぞれ配置された低濃度不純物導入層からなるLDD層を第2半導体層23に形成する。そして、CVDなどの方法により、LDD層が形成された第2半導体層23上に絶縁層を形成し、RIEなどの異方性エッチングを用いて絶縁層をエッチバックすることにより、ゲート電極35の側壁にサイドウォール36を形成する。そして、ゲート電極35およびサイドウォール36をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層23内にイオン注入することにより、サイドウォール36の側方にそれぞれ配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層37a、37bを第2半導体層23に形成する。
Next, using the
これにより、SONトランジスタを均一に形成することが可能となり、SON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、SONトランジスタの特性ばらつきを低減することができる。 As a result, the SON transistors can be formed uniformly, and it is possible to reduce the price of the SON transistors and to reduce variations in the characteristics of the SON transistors.
1、21 半導体基板、2、4 熱酸化膜、3、31 エアギャップ層、5 半導体層、22 第1半導体層、23 第2半導体層、6、34 ゲート絶縁膜、7、35 ゲート電極、8、36 サイドウォール、9、29 支持体、10a、37a ソース層、10b、38b ドレイン層、24 犠牲酸化膜、25 酸化防止膜、26、32 溝、27 熱酸化膜、28 下面、33 埋め込み絶縁体 1, 21 Semiconductor substrate, 2, 4 Thermal oxide film, 3, 31 Air gap layer, 5 Semiconductor layer, 22 First semiconductor layer, 23 Second semiconductor layer, 6, 34 Gate insulating film, 7, 35 Gate electrode, 8 , 36 Side wall, 9, 29 Support, 10a, 37a Source layer, 10b, 38b Drain layer, 24 Sacrificial oxide film, 25 Antioxidation film, 26, 32 Groove, 27 Thermal oxide film, 28 Lower surface, 33 Embedded insulator
Claims (6)
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半導体層を前記第1半導体層上
に成膜する工程と、
前記第1および第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる第1露出部を形成
する工程と、
前記第1露出部を介して前記第1半導体層を横方向にエッチングすることにより、前記
第2半導体層下の第1半導体層の一部を除去する工程と、
前記第1露出部を介して前記第2半導体層下に回り込むように配置され、前記半導体基
板上で前記第2半導体層を支持する支持体を形成する工程と、
前記支持体が形成された前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層から露
出させる第2露出部を形成する工程と、
前記第2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エアギャップ層を形成する工程と、
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記第2半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行うことにより、前記ゲート電極の側方に
それぞれ配置されたソース/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;
Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a first exposed portion that exposes the semiconductor substrate through the first and second semiconductor layers;
Removing a part of the first semiconductor layer under the second semiconductor layer by laterally etching the first semiconductor layer through the first exposed portion;
Forming a support that is disposed so as to wrap around under the second semiconductor layer through the first exposed portion and supports the second semiconductor layer on the semiconductor substrate;
Forming a second exposed portion for exposing at least a part of the first semiconductor layer on which the support is formed from the second semiconductor layer;
By selectively etching the first semiconductor layer through the second exposed portion, the first semiconductor layer is formed.
Forming an air gap layer from which the semiconductor layer has been removed;
Forming a gate insulating film on the second semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the second semiconductor layer via the gate insulating film;
Forming a source / drain layer on each side of the gate electrode on the second semiconductor layer by performing ion implantation using the gate electrode as a mask. Method.
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 It said semiconductor substrate and said second semiconductor layer is Si, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said first semiconductor layer is characterized by a SiGe.
導体層の露出面上にシリコン酸化膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求
項1または2記載の半導体装置の製造方法。 The method further comprises forming a silicon oxide film on the exposed surfaces of the first and second semiconductor layers exposed through the first exposed portion before forming the support. A method for manufacturing a semiconductor device according to 1 or 2 .
2半導体層の露出面上にキャップ酸化膜を形成した後、前記第1半導体層および第2半導
体層の一部を熱酸化する工程を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記
載の半導体装置の製造方法。 Before forming the support, a cap oxide film is formed on the exposed surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer exposed through the first exposed portion, and then the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed. method for producing a portion of the semiconductor layer a semiconductor device according to any one of claims 1, characterized in that it comprises the step of thermally oxidizing 3.
導体層の露出面上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を熱酸化するとともに、前記第1半導体層および第2半導体層の一部を熱
酸化する工程とを備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の半導体装
置の製造方法。 Forming a semiconductor film on the exposed surfaces of the first and second semiconductor layers exposed through the first exposed portion before forming the support;
Wherein the semiconductor film with thermally oxidized, the first semiconductor layer and that the semiconductor device according to any one of claims 1, wherein 3 a and a step of a portion of the second semiconductor layer is thermally oxidized Production method.
酸化する工程を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の半導体装置
の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, the back surface of the exposed semiconductor substrate and said second semiconductor layer, characterized in that it comprises a step of thermal oxidation at the air gap layer.
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