JP4696640B2 - 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、SOI(Silicon On Insulator)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 an SOI (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をイオン注入することが必要となる。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, it is necessary to ion-implant high concentration oxygen 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。
一方、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領域をSi層の周囲に確保する必要がある。このため、アクティブ領域として利用できない無駄な部分の面積が大きくなり、トランジスタの集積化に支障をきたすという問題があった。
Also, in ion implantation and polishing, the variation in the 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.
On the other hand, in the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、SOI基板を用いることなく、絶縁体上に形成される半導体層のレイアウト面積を拡大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。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can expand the layout area of a semiconductor layer formed over an insulator without using an SOI substrate.
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半導体層を形成する工程と、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半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層および第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溝を形成する工程と、前記第1溝内に埋め込まれ、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形成する工程と、前記第1溝に接続され、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溝を形成する工程と、前記第2溝を介して第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、前記第2溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する工程と、前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体層の側壁にキャップ酸化膜を形成した後、熱酸化法で側壁とキャップ酸化膜の界面に酸化膜を形成する工程を備えることを特徴とする。
これにより、素子分離領域に形成された支持体を介して、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溝を介して、第2半導体層下の第1半導体層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る。このため、第2半導体層を半導体基板上で支持する支持体をアクティブ領域に確保することなく、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、第2半導体層
のアクティブ領域として利用できない無駄な部分の面積を削減することができ、絶縁体上
に形成される第2半導体層のレイアウト面積を拡大することが可能となる。
また、これにより、第1半導体層の側壁をキャップ酸化膜にて覆ってから、第1溝内に支持体を埋め込むことが可能となる。このため、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することができ、第1半導体層に含まれる成分にて周囲が汚染されることを抑制することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of forming a first semiconductor layer over a semiconductor substrate, and a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer are included in the first semiconductor. Forming on the layer, forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate, and filling the second semiconductor in the first groove Forming a support for supporting a layer on the semiconductor substrate; and forming a second groove connected to the first groove and exposing at least a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer. And a step of selectively etching the first semiconductor layer through the second groove to form a cavity from which the first semiconductor layer is removed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer. And embedded in the cavity Forming a buried insulating layer, forming a buried insulator embedded in the second groove, before embedding the support in said first groove, a first of said first groove A step of forming a cap oxide film on the side walls of the semiconductor layer and the second semiconductor layer and then forming an oxide film at an interface between the side wall and the cap oxide film by a thermal oxidation method is provided.
Thus, the second semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate via the support formed in the element isolation region, and the first semiconductor below the second semiconductor layer via the second groove. An etching gas or an etching solution can be brought into contact with the layer. Therefore, it is possible to stably support the second semiconductor layer on the semiconductor substrate without securing a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate in the active region, and the first semiconductor layer. Even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, the first semiconductor layer between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate can be removed. As a result, without damaging the quality of the second semiconductor layer,
Insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate can be achieved, and the second semiconductor layer
The area of useless parts that cannot be used as active areas can be reduced on the insulator.
The layout area of the second semiconductor layer formed on the substrate can be increased.
This also makes it possible to embed the support in the first groove after the sidewall of the first semiconductor layer is covered with the cap oxide film. For this reason, it can suppress that the component contained in a 1st semiconductor layer diffuses outward, and can suppress that the circumference | surroundings are contaminated with the component contained in a 1st semiconductor layer.
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半導体層を形成する工程と、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半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層および第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溝を形成する工程と、前記第1溝内に埋め込まれ、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形成する工程と、前記第1溝に接続され、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溝を形成する工程と、前記第2溝を介して第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、前記第2溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する工程と、前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体層の側壁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を備えることを特徴とする。
これにより、素子分離領域に形成された支持体を介して、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溝を介して、第2半導体層下の第1半導体層
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る。このため、第2半
導体層を半導体基板上で支持する支持体をアクティブ領域に確保することなく、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、第2半導体層
のアクティブ領域として利用できない無駄な部分の面積を削減することができ、絶縁体上
に形成される第2半導体層のレイアウト面積を拡大することが可能となる。
また、これにより、第1半導体層に含まれる成分が外方拡散する事を抑制しつつ、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事ができる。同時に、第1半導体層に含まれる成分にて周囲が汚染されることを抑制することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of forming a first semiconductor layer over a semiconductor substrate, and a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer are included in the first semiconductor. Forming on the layer, forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate, and filling the second semiconductor in the first groove Forming a support for supporting a layer on the semiconductor substrate; and forming a second groove connected to the first groove and exposing at least a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer. And a step of selectively etching the first semiconductor layer through the second groove to form a cavity from which the first semiconductor layer is removed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer. And embedded in the cavity Forming a buried insulating layer, forming a buried insulator buried in the second groove, and first filling the first groove in the first groove before embedding a support in the first groove. Forming a semiconductor film on sidewalls of the semiconductor layer and the second semiconductor layer; and thermally oxidizing the semiconductor film and thermally oxidizing a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. And
Thus, the second semiconductor layer can be supported on the semiconductor substrate via the support formed in the element isolation region, and the first semiconductor below the second semiconductor layer via the second groove. An etching gas or an etching solution can be brought into contact with the layer. Therefore, it is possible to stably support the second semiconductor layer on the semiconductor substrate without securing a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate in the active region, and the first semiconductor layer. Even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, the first semiconductor layer between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate can be removed. As a result, without damaging the quality of the second semiconductor layer,
Insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate can be achieved, and an area of a useless portion that cannot be used as an active region of the second semiconductor layer can be reduced, so that the second semiconductor layer is formed on the insulator. The layout area of the second semiconductor layer can be increased.
This also makes it possible to form a semiconductor / oxide film interface with few interface states on the sidewall of the second semiconductor layer while suppressing outward diffusion of components contained in the first semiconductor layer. At the same time, it is possible to prevent the surroundings from being contaminated by components contained in the first 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、半導体基板上に第1半導
体層を形成する工程と、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半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層および第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溝を形成する工程と、前記第2半導体層上を覆うよう
にして第1溝内に埋め込まれ、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
形成する工程と、前記第1溝に接続され、前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2
半導体層および前記支持体から露出させる第2溝を形成する工程と、前記第2溝を介して
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、前記支持体上を覆うようにして前記第2溝内に
埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する工程と、前記埋め込み絶縁体および前記支持体を
薄膜化することにより、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体層の側壁にキャップ酸化膜を形成した後、熱酸化法で側壁とキャップ酸化膜の界面に酸化膜を形成する工程を備えることを特徴とする。
これにより、第2半導体層を半導体基板上で支持する支持体をアクティブ領域に確保することなく、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溝に埋め込まれた支持体および第2溝に埋め込まれた埋め込み絶縁体を一括して薄膜化することが可能となる。このため、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、素子分離工程を簡略化しつつ、SOIトランジスタのレイアウト面積を拡大することができる。
また、これにより、第1半導体層の側壁をキャップ酸化膜にて覆ってから、第1溝内に支持体を埋め込むことが可能となる。このため、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することができ、第1半導体層に含まれる成分にて周囲が汚染されることを抑制することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer over the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer are provided in the first semiconductor layer. Forming on the first semiconductor layer, forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate, and covering the second semiconductor layer Forming a support embedded in the first groove and supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate; and connecting at least a part of the first semiconductor layer to the second groove,
Forming a second groove exposed from the semiconductor layer and the support; and selectively etching the first semiconductor layer through the second groove to form a cavity from which the first semiconductor layer has been removed. Forming between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer, forming a buried insulating layer buried in the cavity, and filling the second groove so as to cover the support. A step of forming a buried insulator, a step of exposing the surface of the second semiconductor layer by thinning the buried insulator and the support, and a step of embedding the support in the first groove. And forming a cap oxide film on the sidewalls of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the first groove and then forming an oxide film at the interface between the sidewall and the cap oxide film by a thermal oxidation method. Features.
As a result, it is possible to stably support the second semiconductor layer on the semiconductor substrate without securing a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate in the active region, and in the first groove. The embedded support and the embedded insulator embedded in the second groove can be thinned at once. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, it is possible to reduce the cost of the SOI transistor, and simplify the element isolation process, The layout area of the SOI transistor can be increased.
This also makes it possible to embed the support in the first groove after the sidewall of the first semiconductor layer is covered with the cap oxide film. For this reason, it can suppress that the component contained in a 1st semiconductor layer diffuses outward, and can suppress that the circumference | surroundings are contaminated with the component contained in a 1st 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、半導体基板上に第1半導
体層を形成する工程と、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半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層および第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溝を形成する工程と、前記第2半導体層上を覆うよう
にして第1溝内に埋め込まれ、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
形成する工程と、前記第1溝に接続され、前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2
半導体層および前記支持体から露出させる第2溝を形成する工程と、前記第2溝を介して
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、前記支持体上を覆うようにして前記第2溝内に
埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する工程と、前記埋め込み絶縁体および前記支持体を
薄膜化することにより、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体層の側壁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を備えることを特徴とする。
これにより、第2半導体層を半導体基板上で支持する支持体をアクティブ領域に確保す
ることなく、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溝に埋め込まれた支持体および第2溝に埋め込まれた埋め込み絶縁体を一括して薄
膜化することが可能となる。このため、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、素子分離工程を簡略化しつつ、SOIトランジスタのレ
イアウト面積を拡大することができる。
また、これにより、第1半導体層に含まれる成分が外方拡散する事を抑制しつつ、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事ができる。同時に、第1半導体層に含まれる成分にて周囲が汚染されることを抑制することができる。
In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention, the first semiconductor is formed on the semiconductor substrate.
Forming a body layer and a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer
Forming on the first semiconductor layer, and penetrating the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
Forming a first groove exposing the semiconductor substrate, and covering the second semiconductor layer
A support body embedded in the first groove and supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate.
A step of forming the first semiconductor layer, the second semiconductor layer being connected to the first groove,
Forming a second groove exposed from the semiconductor layer and the support; and via the second groove
A cavity from which the first semiconductor layer is removed by selectively etching the first semiconductor layer
Forming a portion between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer, and embedding in the cavity
Forming a buried buried insulating layer, and covering the support in the second groove
A step of forming a buried insulator, and the buried insulator and the support
The step of exposing the surface of the second semiconductor layer by thinning, and before embedding the support in the first groove, on the side walls of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the first groove The method includes a step of forming a semiconductor film, a step of thermally oxidizing the semiconductor film, and a step of thermally oxidizing a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer .
As a result, it is possible to stably support the second semiconductor layer on the semiconductor substrate without securing a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate in the active region, and in the first groove. The embedded support and the embedded insulator embedded in the second groove can be thinned at once. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, it is possible to reduce the cost of the SOI transistor, and simplify the element isolation process, The layout area of the SOI transistor can be increased.
This also makes it possible to form a semiconductor / oxide film interface with few interface states on the sidewall of the second semiconductor layer while suppressing outward diffusion of components contained in the first semiconductor layer. At the same time, it is possible to prevent the surroundings from being contaminated by components contained in the first 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、前記半導体基板および前
記第2半導体層は単結晶Si、前記第1半導体層は単結晶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 single crystal Si, and the first semiconductor layer is single crystal 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、前記第2溝の端部は前記支持体で終端されていることを特徴とする。
これにより、支持体を除去することなく、第2溝を形成することができる。このため、第2半導体層および第1半導体層と支持体との間のエッチングレートが異なる場合においても、第2溝の形成時のエッチング工程を支障なく進めることができ、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、第2半導体層の素子分離を行うことができる。
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the end portion of the second groove is terminated with the support.
Thereby, a 2nd groove | channel can be formed, without removing a support body. For this reason, even when the etching rates between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer and the support are different, the etching process at the time of forming the second groove can be proceeded without hindrance, and the manufacturing process becomes complicated. While suppressing, element isolation of the second semiconductor layer can be performed.
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、前記第1溝を形成する前に、前記第2半導体層の表面に絶縁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、第2半導体層の表面を保護しながら、その後の工程を進めることができ、第2半導体層に及ぶダメージを防止することができる。
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、前記絶縁膜は少なくともシリコン窒化膜を含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention further includes a step of forming an insulating film on a surface of the second semiconductor layer before forming the first groove. .
As a result, it is possible to proceed with subsequent steps while protecting the surface of the second semiconductor layer, and to prevent damage to the second semiconductor layer.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the insulating film includes at least a silicon nitride film.
これにより、半導体基板および第2半導体層の熱酸化にて埋め込み絶縁層を空洞部に形成した場合においても、第2半導体層の表面が熱酸化されることを防止することが可能となる。このため、第2半導体層の膜減りを低減しつつ、第2半導体層を埋め込み絶縁層上に配置することができる。
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、前記絶縁膜上に支持体が形成され、その膜厚は400nm以上であることを特徴とする。
Thereby, even when the buried insulating layer is formed in the cavity by thermal oxidation of the semiconductor substrate and the second semiconductor layer, it is possible to prevent the surface of the second semiconductor layer from being thermally oxidized. For this reason, it is possible to dispose the second semiconductor layer on the buried insulating layer while reducing the film loss of the second semiconductor layer.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a support is formed over the insulating film, and the film thickness is 400 nm or more.
これにより、第1半導体層をエッチング除去する工程等において、第2半導体層を強固
な支持体でその平坦性を保ったまま支持することができ、埋め込み酸化膜の膜厚均一性向
上、アクティブ領域の面積拡大等に寄与する。
As a result, in the process of removing the first semiconductor layer by etching, the second semiconductor layer can be supported with a strong support while maintaining its flatness, and the thickness uniformity of the buried oxide film can be improved. This contributes to the expansion of the area .
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、前記キャップ酸化膜を前
記第1溝内に形成した後、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さ
らに備えることを特徴とする。
Also, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, after forming the cap oxide film in said first groove, a portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is thermally oxidized The method further includes a step.
これにより、キャップ酸化膜を形成した後で、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事を抑制しつつ、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事ができる。同時に、第1半導体層に含まれる成分
にて周囲が汚染されることを抑制することができる。
Thus, after the cap oxide film is formed, thermal oxidation is performed to suppress outward diffusion of components contained in the first semiconductor layer, and at least the interface state at the side wall of the second semiconductor layer. Fewer semiconductor / oxide film interfaces can be formed. At the same time, it is possible to prevent the surroundings from being contaminated by components contained in the first semiconductor 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(a)〜図8(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平面図、図1(b)〜図8(b)は、図1(a)〜図8(a)のA1−A1´〜A8−A8´線でそれぞれ切断した断面図、図1(c)〜図8(c)は、図1(a)〜図8(a)のB1−B1´〜B8−B8´線でそれぞれ切断した断面図である。
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A to FIG. 8A are plan views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B to FIG. 8B are FIG. Sectional views cut along lines A1-A1 ′ to A8-A8 ′ in FIG. 8 (a), and FIGS. 1 (c) to 8 (c) show B1 in FIGS. 1 (a) to 8 (a). It is sectional drawing cut | disconnected by the -B1'-B8-B8 'line | wire, respectively.
図1において、半導体基板1上にはエピタキシャル成長にて第1半導体層2が形成され、第1半導体層2上にはエピタキシャル成長にて第2半導体層3が形成されている。なお、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、半導体基板1、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。また、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、10〜200nm程度とすることができる。
In FIG. 1, a
そして、第2半導体層3の熱酸化により第2半導体層3の表面に犠牲酸化膜4を形成する。そして、CVDなどの方法により、犠牲酸化膜4上の全面に酸化防止膜5を形成する。なお、酸化防止膜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。
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、酸化防止膜5、犠牲酸化膜4、第2半導体層3および第1半導体層2をパターニングすることにより、半導体基板1の一部を露出させる溝6を形成する。なお、半導体基板1の一部を露出させる場合、半導体基板1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1をオーバーエッチングして半導体基板1に凹部を形成するようにしてもよい。また、溝6の配置位置は、第2半導体層3の素子分離領域の一部に対応させることができる。
Then, a
Next, as shown in FIG. 2, by using the photolithography technique and the etching technique, the
そして、CVDなどの方法によって、第1半導体層2および第2半導体層3の側壁にキャップ層7を形成する。ここで、キャップ層7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2および第2半導体層3の側壁にキャップ層7が形成された状態で、第1半導体層2および第2半導体層3の一部を熱酸化する。
Then, the
これにより、第1半導体層2に含まれるGeなどの成分の外方拡散を抑制しつつ、第1溝6が形成された少なくとも第2半導体層3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事ができる。このため、第1半導体層2に含まれる成分にて第2半導体層3が汚染されることを抑制しつつ、第2半導体層3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, a semiconductor / oxide film having a low interface state at least on the side wall of the
次に、図3に示すように、CVDなどの方法により基板全面に支持体8を成膜した後、CMP(化学的機械的研磨)またはエッチバックなどの方法にて支持体8を薄膜化することにより、酸化防止膜5の表面を露出させる。なお、支持体8は、溝6内における第1半導体層2および第2半導体層3の側壁にも成膜され、第2半導体層3を半導体基板1上で支持する。また、支持体8の材質としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁体を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3, after forming a
次に、図4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5、犠牲酸化膜4、第2半導体層3および第1半導体層2をパターニングすることにより、第1半導体層2の一部を露出させるとともに、溝6に接続された溝9を形成する。ここで、溝9の配置位置は、第2半導体層3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. 4, the first semiconductor layer is patterned by patterning the
なお、第1半導体層2の一部を露出させる場合、第1半導体層2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2をオーバーエッチングして第1半導体層に凹部を形成するようにしてもよい。あるいは、溝9内の第1半導体層2を貫通させて半導体基板1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2のエッチングを途中で止めることにより、溝9内の半導体基板1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2をエッチング除去する際に、溝9内の半導体基板1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9内の半導体基板1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5に示すように、溝9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10を形成する。
ここで、溝6内に支持体8を設けることにより、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を半導体基板1上で支持することが可能となるとともに、溝6とは別に溝9を設けることにより、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る。このため、第2半導体層3の品質を損なうことなく、第2半導体層3と半導体基板1との間の絶縁を図ることが可能となる。
Next, as shown in FIG. 5, the
Here, by providing 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(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。
When 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10に埋め込み絶縁層11を形成する。これにより、エピタキシャル成長時の第2半導体層3の膜厚および第2半導体層3の熱酸化時の埋め込み絶縁層11の膜厚により、素子分離後の第2半導体層3の膜厚を規定することができる。このため、第2半導体層3の膜厚を精度よく制御することができ、第2半導体層3の膜厚のバラツキを低減させることを可能としつつ、第2半導体層3を薄膜化することができる。
Next, as shown in FIG. 6, a buried insulating
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11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10に埋め込み絶縁層11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11をリフローさせることが可能となり、埋め込み絶縁層11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11は空洞部10を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部10が一部残るように形成しても良い。
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10に埋め込み絶縁層11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10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10を埋め込み絶縁層11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10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11の厚膜化を図ることが可能となるとともに、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11の材質としては、例えば、シリコン酸化膜の他、FSG(フッ化シリケートグラス)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11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 a material of the buried insulating
また、第2半導体層3上に酸化防止膜5を設けることで、第2半導体層3の表面が熱酸化されることを防止しつつ、第2半導体層3の裏面側に埋め込み絶縁層11を形成することが可能となり、第2半導体層3の膜減りを抑制することが可能となる。
また、溝6、9の配置位置を第2半導体層3の素子分離領域に対応させることにより、第2半導体層3の横方向および縦方向の素子分離を一括して行うことが可能となるとともに、溝6内に支持体8を埋め込むことにより、第2半導体層3を半導体基板1上で支持する支持体8をアクティブ領域に確保する必要がなくなる。このため、工程増を抑制しつつ、SOIトランジスタを形成することが可能となるとともに、チップサイズの増大を抑制することができ、SOIトランジスタのコストダウンを図ることが可能となる。
Further, by providing the
In addition, by making the arrangement positions of the
そして、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部10に埋め込み絶縁層11を形成した後、第2半導体層3を熱酸化することにより、第2半導体層3の側壁に熱酸化膜12を形成する。ここで、第2半導体層3の側壁に熱酸化膜12を形成する場合、1100℃以上の高温のドライ酸化を用いることが好ましい。
これにより、第1溝6及び第2溝9が形成された第2半導体層3のコーナー部を丸めることができ、電界集中の緩和やゲート絶縁膜がコーナー部で薄膜化する現象の防止に役立つ。結果、ゲート絶縁膜の耐圧及び信頼性劣化の防止、コーナー部に閾値の低いトランジスタが寄生する現象の抑制等、極めて有効である。
Then, after the buried insulating
As a result, the corner portion of the
次に、図7に示すように、CVDなどの方法により溝9内に埋め込み絶縁膜13を埋め込んだ後、CMPまたはエッチバックなどの方法にて支持体8を薄膜化するとともに、犠牲酸化膜4および酸化防止膜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、犠牲酸化膜4および酸化防止膜5を除去してから、溝9内に埋め込み絶縁膜13を埋め込むようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 7, after the buried insulating
次に、図8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15を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜15が形成された第2半導体層3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3上にゲート電極14を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the surface of the
次に、ゲート電極14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14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3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3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14の側壁にサイドウォール16を形成する。そして、ゲート電極14およびサイドウォール16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、サイドウォール16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17a、17を第2半導体層3に形成する。
Next, by using the
これにより、第2半導体層3を半導体基板1上で支持する支持体8を溝6内に形成することが可能となり、支持体8をアクティブ領域に配置する必要がなくなる。このため、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トランジスタのレイアウト面積を拡大することができ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Thereby, it becomes possible to form the
なお、上述した実施形態では、埋め込み絶縁層11を介して半導体基板1上に第2半導体層3を1層分だけ積層する方法について説明したが、埋め込み絶縁層をそれぞれ介して複数の半導体層を半導体基板1上に積層するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、埋め込み絶縁層11を形成する際に、第2半導体層3の表面の熱酸化を防止するために、第2半導体層3上に酸化防止膜5を形成する方法について説明したが、第2半導体層3上に酸化防止膜5を形成することなく、埋め込み絶縁層11を形成するようにしてもよい。この場合、埋め込み絶縁層11の形成時に第2半導体層3の表面に形成された絶縁膜は、エッチングまたは研磨により除去するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the method of laminating the
In the embodiment described above, a method of forming the
図9(a)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置のレイアウト方法を示す平面図、図9(b)は、図9(a)のA9−A9´線で切断した断面図、図9(c)は、図9(a)のB9−B9´線で切断した断面図である。なお、図9は、図4の工程に対応するものである。
図9において、半導体基板21上には、第1半導体層22、第2半導体層23、犠牲酸化膜24および酸化防止膜25が順次積層されている。そして、第1半導体層22、第2半導体層23、犠牲酸化膜24および酸化防止膜25には、半導体基板21を露出させる溝26が所定の方向に沿って形成され、溝26の側壁にはキャップ層27が形成されるとともに、溝26内には支持体28が埋め込まれている。また、第1半導体層22、第2半導体層23、犠牲酸化膜24および酸化防止膜25には、半導体基板21を露出させる溝29が溝26と直交する方向に沿って形成されている。ここで、溝26、29は素子分離領域に配置されるとともに、溝29の端部は支持体28の位置で終端することができる。これにより、支持体28を除去することなく溝29を配置することができ、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、第2半導体層23の素子分離を行うことが可能となるとともに、支持体28をアクティブ領域に配置する必要がなくなり、SOIトランジスタのレイアウト面積を拡大することができる。
FIG. 9A is a plan view showing the layout method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line A9-A9 ′ of FIG. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along line B9-B9 ′ of FIG. FIG. 9 corresponds to the step of FIG.
In FIG. 9, a
図10(a)〜図18(a)は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す平面図、図10(b)〜図18(b)は、図10(a)〜図18(a)のA11−A11´〜A19−A19´線でそれぞれ切断した断面図、図10(c)〜図18(c)は、図10(a)〜図18(a)のB11−B11´〜B19−B19´線でそれぞれ切断した断面図である。 10 (a) to 18 (a) are plan views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 10 (b) to 18 (b) are FIG. 10 (a). Cross-sectional views cut along lines A11-A11 ′ to A19-A19 ′ in FIG. 18 (a), and FIGS. 10 (c) to 18 (c) are B11 in FIGS. 10 (a) to 18 (a). It is sectional drawing cut | disconnected by the -B11'-B19-B19 'line | wire, respectively.
図10において、半導体基板31上にはエピタキシャル成長にて第1半導体層32が形成され、第1半導体層32上にはエピタキシャル成長にて第2半導体層33が形成されている。そして、第2半導体層33の熱酸化により第2半導体層33の表面に犠牲酸化膜34を形成する。そして、CVDなどの方法により、犠牲酸化膜34上の全面に酸化防止膜35を形成する。
In FIG. 10, a
次に、図11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35、犠牲酸化膜34、第2半導体層33および第1半導体層32をパターニングすることにより、半導体基板31の一部を露出させる溝36を形成する。なお、溝36の配置位置は、第2半導体層33の素子分離領域の一部に対応させることができる。
そして、CVDなどの方法によって、第1半導体層32および第2半導体層33の側壁にキャップ層37を形成する。ここで、キャップ層37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32および第2半導体層33の側壁にキャップ層37が形成された状態で、第1半導体層32および第2半導体層33の一部を熱酸化する。キャップ層を形成した後で、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事を抑制しつつ、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事ができる。同時に、第1半導体層に含まれる成分にて周囲が汚染されることを抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 11, the
Then, a
次に、図12に示すように、CVDなどの方法により基板全面が覆われるようにして溝36内に埋め込まれた支持体38を成膜する。なお、支持体38は、溝36内における第1半導体層32および第2半導体層33の側壁にも成膜され、第2半導体層33を半導体基板31上で支持する。基板全体を覆うように形成された支持体38は、第2半導体層33のたわみ等を抑制して、平坦性を保ったまま第2半導体層33を支持する必要がある。そのため、その機械的な強度を確保する意味で、400nm以上の膜厚にする事が、好ましい。
Next, as shown in FIG. 12, a
次に、図13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38、酸化防止膜35、犠牲酸化膜34、第2半導体層33および第1半導体層32をパターニングすることにより、第1半導体層32の一部を露出させるとともに、溝36に接続された溝39を形成する。ここで、溝39の配置位置は、第2半導体層33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. 13, by patterning the
次に、図14に示すように、溝39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32に接触させることにより、第1半導体層32をエッチング除去し、半導体基板31と第2半導体層33との間に空洞部40を形成する。
次に、図15に示すように、半導体基板31および第2半導体層33の熱酸化を行うことにより、半導体基板31と第2半導体層33との間の空洞部40に埋め込み絶縁層41を形成する。その際、第2半導体層33の側壁も酸化される。なお、半導体基板31および第2半導体層33の熱酸化にて埋め込み絶縁層41を形成する場合、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。そして、半導体基板31と第2半導体層33との間の空洞部40に埋め込み絶縁層41を形成した後、第2半導体層33を1100℃以上高温で熱酸化することにより、第2半導体層33の側壁に熱酸化膜42を形成すると同時に第2半導体層のコーナー部を丸める。なお、第2半導体層33の側壁に熱酸化膜42を形成する場合、前記理由で、1100℃以上の高温のドライ酸化を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 14, the
Next, as shown in FIG. 15, the buried insulating
次に、図16に示すように、CVDなどの方法により支持体38上の全面が覆われるようにして溝39内に埋め込まれた埋め込み絶縁膜43を成膜する。
次に、図17に示すように、CMPまたはエッチバックなどの方法にて埋め込み絶縁膜43、支持体38を薄膜化するとともに、犠牲酸化膜34および酸化防止膜35を除去することにより、第2半導体層33の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 16, a buried insulating
Next, as shown in FIG. 17, the buried insulating
次に、図18に示すように、第2半導体層33の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層33の表面にゲート絶縁膜45を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜45が形成された第2半導体層33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33上にゲート電極44を形成する。
Next, as shown in FIG. 18, the surface of the
次に、ゲート電極44をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層33内にイオン注入することにより、ゲート電極44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33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33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44の側壁にサイドウォール46を形成する。そして、ゲート電極44およびサイドウォール46をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層33内にイオン注入することにより、サイドウォール46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47a、47を第2半導体層33に形成する。
Next, by using the
これにより、第2半導体層33を半導体基板31上で支持する支持体38をアクティブ領域に確保することなく、半導体基板31に接続され、かつ第2半導体層33上を覆うように形成された堅牢な支持体38で第2半導体層33を半導体基板31上で安定して支持することを可能となるとともに、溝36に埋め込まれた支持体38および溝39に埋め込まれた埋め込み絶縁体43を一括して薄膜化することが可能となる。このため、SOI基板を用いることなく、第2半導体層33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、素子分離工程を簡略化しつつ、SOIトランジスタのレイアウト面積を拡大することができる。
Thereby, the solid body formed so as to be connected to the
図19(a)は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置のレイアウト方法を示す平面図、図19(b)は、図19(a)のA20−A20´線で切断した断面図、図19(c)は、図19(a)のB20−B20´線で切断した断面図である。なお、図19は、図13の工程に対応するものである。
図19において、半導体基板51上には、第1半導体層52、第2半導体層53、犠牲酸化膜54および酸化防止膜55が順次積層されている。そして、第1半導体層52、第2半導体層53、犠牲酸化膜54および酸化防止膜55には、半導体基板51を露出させる溝56が所定の方向に沿って形成され、溝56の側壁にはキャップ層57が形成されるとともに、溝56内には酸化防止膜55上の全面を覆うように配置された支持体58が埋め込まれている。また、第1半導体層52、第2半導体層53、犠牲酸化膜54および酸化防止膜55には、半導体基板51を露出させる溝59が溝56と直交する方向に沿って形成されている。ここで、溝56、59は素子分離領域に配置されるとともに、溝59の端部は支持体58の位置で終端することができる。これにより、支持体58を除去することなく溝59を配置することができ、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、第2半導体層53の素子分離を行うことが可能となるとともに、支持体58をアクティブ領域に配置する必要がなくなり、SOIトランジスタのレイアウト面積を拡大することができる。
FIG. 19A is a plan view showing a layout method of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the line A20-A20 ′ of FIG. FIG. 19C is a cross-sectional view taken along line B20-B20 ′ of FIG. FIG. 19 corresponds to the step of FIG.
In FIG. 19, a
図20、図23および図24は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置のレイアウト方法を示す平面図、図21(a)および図22(a)は、図20のA30−A30´線で切断した断面図、図21(b)および図22(b)は、図20のB30−B30´線で切断した断面図である。なお、この第5実施形態では、SRAMのレイアウトを例にとって示した。また、図21では、上述した第2実施形態のレイアウトに対応した構成を示し、図22では、上述した第4実施形態のレイアウトに対応した構成を示す。 20, FIG. 23 and FIG. 24 are plan views showing a layout method of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. FIGS. 21A and 22A are A30-A30 ′ lines in FIG. FIG. 21B and FIG. 22B are cross-sectional views taken along line B30-B30 ′ of FIG. In the fifth embodiment, the SRAM layout is taken as an example. 21 shows a configuration corresponding to the layout of the second embodiment described above, and FIG. 22 shows a configuration corresponding to the layout of the fourth embodiment described above.
図20および図21において、半導体基板61上には、第1半導体層62、第2半導体層63、犠牲酸化膜64および酸化防止膜65が順次積層されている。そして、第1半導体層62、第2半導体層63、犠牲酸化膜64および酸化防止膜65には、半導体基板61を露出させる溝66が所定の方向に沿って形成され、溝66の側壁にはキャップ層67が形成されるとともに、溝66内には支持体68が埋め込まれている。また、第1半導体層62、第2半導体層63、犠牲酸化膜64および酸化防止膜65には、半導体基板61を露出させる溝69が溝66と直交する方向に沿って形成されている。ここで、溝66、69は素子分離領域に配置されるとともに、溝69の端部は支持体68の位置で終端することができる。なお、第4実施形態のレイアウトでは、図22に示すように、支持体68が酸化防止膜65上に全面に残されている。
20 and 21, a
そして、図20に示すように、第2半導体層63には、溝66、69で分離されたアクティブ領域R1〜R6が設けられている。さらに、前記実施例と同様に、第1半導体層62を選択的にエッチング除去した後、埋め込み酸化膜を形成し、更に、溝69を絶縁膜で埋め込み、CMP等で平坦化し、酸化防止膜65、犠牲酸化膜64を除去することで、第2半導体層を溝66、69に対応した部分に形成された素子分離領域でさし分離を行なう。続いて、第1半導体層62にゲート絶縁膜を形成後、図23に示すように、アクティブ領域R1にはゲート電極G1、G2が縦方向に配置され、アクティブ領域R1、R2にはゲート電極G3、G4が縦方向に配置され、アクティブ領域R3にはゲート電極G5、G6が縦方向に配置されている。また、アクティブ領域R4にはゲート電極G11、G12が縦方向に配置され、アクティブ領域R4、R5にはゲート電極G13、G14が縦方向に配置され、アクティブ領域R6にはゲート電極G15、G16が縦方向に配置されている。また、アクティブ領域R1、R2にはゲート電極G17、G18が横方向に配置されている。そして、アクティブ領域R1、R4にはN型不純物拡散層が形成され、Nチャンネル電界効果型トランジスタが形成されるとともに、アクティブ領域R2、R3、R5、R6にはP型不純物拡散層が形成され、Pチャンネル電界効果型トランジスタが形成されている。さらに、ゲート電極G1〜G6、G11〜G16、G17、G18上には下層配線層H1が形成されるとともに、図24に示すように、下層配線層H1上には上層配線層H2が形成されている。そして、コンタクトホールCN、HOを介して、アクティブ領域R1〜R6、ゲート電極G1〜G6、G11〜G16、G17、G18、下層配線層H1および上層配線層H2が接続されることにより、SRAMが構成されている。
As shown in FIG. 20, the
1、21、31、51、61 半導体基板、2、22、32、52、62 第1半導体層、3、23、33、53、63 第2半導体層、4、24、34、54、64犠牲酸化膜、5、25、35、55、65 酸化防止膜、6、9、29、36、39、59、66、69 溝、7、27、37、57、67 キャップ層、8、28、38、58、68 支持体、10、40 空洞部、11、41 埋め込み絶縁層、12、42 熱酸化膜、13、43 埋め込み絶縁膜、14、44 ゲート絶縁膜、15、45、G1〜G6、G11〜G16、G17、G18 ゲート電極、16、46 サイドウォールスペーサ、17a、17b、47a、47b ソース/ドレイン層、R1〜R6 アクティブ領域、CN、HO コンタクトホール、H1 下層配線層、H2 上層配線層
1, 21, 31, 51, 61
Claims (10)
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
に形成する工程と、
前記第1半導体層および第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溝を
形成する工程と、
前記第1溝内に埋め込まれ、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
形成する工程と、
前記第1溝に接続され、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溝を形成する工程と、
前記第2溝を介して第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、
前記第2溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する工程と、
前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体
層の側壁にキャップ酸化膜を形成した後、熱酸化法で側壁とキャップ酸化膜の界面に酸化
膜を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 groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support embedded in the first groove and supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate;
Forming a second groove connected to the first groove and exposing at least 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 second groove;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
Forming a buried insulator embedded in the second groove ;
Before embedding a support in the first groove, the first semiconductor layer and the second semiconductor in the first groove
After forming the cap oxide film on the side wall of the layer, it is oxidized at the interface between the side wall and the cap oxide film by thermal oxidation
And a step of forming a film .
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
に形成する工程と、
前記第1半導体層および第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溝を
形成する工程と、
前記第1溝内に埋め込まれ、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
形成する工程と、
前記第1溝に接続され、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溝を形成する工程と、
前記第2溝を介して第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、
前記第2溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する工程と、
前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体
層の側壁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 groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support embedded in the first groove and supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate;
Forming a second groove connected to the first groove and exposing at least 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 second groove;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
Forming a buried insulator embedded in the second groove ;
Before embedding a support in the first groove, the first semiconductor layer and the second semiconductor in the first groove
Forming a semiconductor film on the side wall of the layer;
The semiconductor film is thermally oxidized, and part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is heated.
And a step of oxidizing the semiconductor device.
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
に形成する工程と、
前記第1半導体層および第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溝を
形成する工程と、
前記第2半導体層上を覆うようにして第1溝内に埋め込まれ、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形成する工程と、
前記第1溝に接続され、前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層および
前記支持体から露出させる第2溝を形成する工程と、
前記第2溝を介して第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、
前記支持体上を覆うようにして前記第2溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する
工程と、
前記埋め込み絶縁体および前記支持体を薄膜化することにより、前記第2半導体層の表
面を露出させる工程と、
前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体
層の側壁にキャップ酸化膜を形成した後、熱酸化法で側壁とキャップ酸化膜の界面に酸化
膜を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 groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support embedded in the first groove so as to cover the second semiconductor layer and supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate;
Forming a second groove connected to the first groove and exposing at least a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer and the support;
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 second groove;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
Forming a buried insulator embedded in the second groove so as to cover the support;
By thinning the buried insulator and the support, thereby exposing the surface of said second semiconductor layer,
Before embedding a support in the first groove, the first semiconductor layer and the second semiconductor in the first groove
After forming the cap oxide film on the side wall of the layer, it is oxidized at the interface between the side wall and the cap oxide film by thermal oxidation
And a step of forming a film .
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
に形成する工程と、
前記第1半導体層および第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溝を
形成する工程と、
前記第2半導体層上を覆うようにして第1溝内に埋め込まれ、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形成する工程と、
前記第1溝に接続され、前記第1半導体層の少なくとも一部を前記第2半導体層および
前記支持体から露出させる第2溝を形成する工程と、
前記第2溝を介して第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、
前記支持体上を覆うようにして前記第2溝内に埋め込まれた埋め込み絶縁体を形成する
工程と、
前記埋め込み絶縁体および前記支持体を薄膜化することにより、前記第2半導体層の表
面を露出させる工程と、
前記第1溝内に支持体を埋め込む前に、前記第1溝内の第1半導体層および第2半導体
層の側壁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 groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support embedded in the first groove so as to cover the second semiconductor layer and supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate;
Forming a second groove connected to the first groove and exposing at least a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer and the support;
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 second groove;
Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
Forming a buried insulator embedded in the second groove so as to cover the support;
By thinning the buried insulator and the support, thereby exposing the surface of said second semiconductor layer,
Before embedding a support in the first groove, the first semiconductor layer and the second semiconductor in the first groove
Forming a semiconductor film on the side wall of the layer;
The semiconductor film is thermally oxidized, and part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is heated.
And a step of oxidizing the semiconductor device.
Geであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor substrate and the second semiconductor layer are single crystal Si, and the first semiconductor layer is single crystal Si.
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1, wherein 4 to be a Ge.
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 an end of the second groove, characterized in that it is terminated with the support.
備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 Wherein the first before forming the groove, the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 6, characterized by further comprising a step of forming an insulating film on a surface of the second semiconductor layer.
装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the insulating film includes at least a silicon nitride film.
請求項7または8記載の半導体装置の製造方法。 The insulating support on the membrane is formed, the manufacturing method of the thickness of the semiconductor device according to claim 7 or 8, wherein the at 400nm or more.
一部を熱酸化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3記載の半導体装置の製造方法。 After the formation of the cap oxide film in the first groove, the semiconductor device according to claim 1 or 3, wherein a portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and further comprising the step of thermally oxidizing Production method.
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