JP4957297B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、動作電圧が互いに異なる2種類のトランジスタを有する半導体装置製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a transistor of two different operating voltages from each other.

高効率なパワー回路用トランジスタを作製するためには、シリコン基板では限界が見えてきており、このため、SiC基板やGaN基板など、シリコンよりバンドギャップが大きい半導体を用いた基板を使用したパワー回路用トランジスタの開発が進められている(特許文献1参照)。   In order to fabricate high-efficiency transistors for power circuits, the limit is seen with silicon substrates. For this reason, power circuits using substrates using semiconductors with a larger band gap than silicon, such as SiC substrates and GaN substrates. The development of a transistor is being promoted (see Patent Document 1).

シリコンよりバンドギャップが大きい半導体を基板として用いた場合、基板の特性が従来のシリコン基板と異なる。例えば不純物の拡散係数が格段に小さい。このため、トランジスタの形成工程がシリコン基板にトランジスタを形成する工程と異なる。例えば、不純物導入後の活性化処理及び不純物導入時に生じた基板表面の欠陥回復のための熱処理が高温になる。また、パワー回路用トランジスタを作製するためには高耐圧な素子分離を行う必要があり、素子分離構造が大きくなる。   When a semiconductor having a larger band gap than silicon is used as a substrate, the characteristics of the substrate are different from those of a conventional silicon substrate. For example, the diffusion coefficient of impurities is remarkably small. For this reason, the formation process of a transistor differs from the process of forming a transistor on a silicon substrate. For example, the activation process after the introduction of impurities and the heat treatment for recovering defects on the surface of the substrate generated during the introduction of impurities become high temperature. In addition, in order to manufacture a power circuit transistor, it is necessary to perform element isolation with a high breakdown voltage, and the element isolation structure becomes large.

また、シリコンよりバンドギャップが大きい半導体を基板に形成したトランジスタは、低電圧で動作させることは困難である。このため、制御回路用トランジスタをパワー回路用トランジスタ用の基板に形成することは難しく、制御回路はパワー回路用トランジスタと別の基板に形成されていた。   In addition, a transistor in which a semiconductor having a larger band gap than silicon is formed on a substrate is difficult to operate at a low voltage. For this reason, it is difficult to form the control circuit transistor on the power circuit transistor substrate, and the control circuit is formed on a different substrate from the power circuit transistor.

特開2004−327782号公報(第60段落、図2)JP 2004-327782 A (60th paragraph, FIG. 2)

上記したように、シリコンよりバンドギャップが大きい半導体を基板として用いた場合、低電圧で動作するトランジスタを基板に形成することは難しかった。このため、制御回路はパワー回路用トランジスタと別の基板に形成されており、その結果、半導体装置が大型化していた。   As described above, when a semiconductor having a larger band gap than silicon is used as a substrate, it is difficult to form a transistor that operates at a low voltage on the substrate. For this reason, the control circuit is formed on a separate substrate from the power circuit transistor, and as a result, the semiconductor device has become larger.

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、例えばシリコン基板よりバンドギャップが大きい基板に、動作電圧が互いに異なる2種類のトランジスタを混載することができる半導体装置製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is, for example, a semiconductor device in which two types of transistors having different operating voltages can be mounted on a substrate having a larger band gap than a silicon substrate. It is in providing the manufacturing method of.

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板に第1のトランジスタを形成する工程と、前記第1のトランジスタ及び前記半導体基板の上又は上方に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上に、前記第1のトランジスタと重なるように金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層上に、第2の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2の層間絶縁膜の上面に凹部を形成する工程と、前記第2の層間絶縁膜上及び前記凹部内に、前記半導体基板とは異なる材料により多結晶状態の半導体膜を形成する工程と、前記多結晶状態の半導体膜にレーザー光を照射し、且つランプの光を照射することによって、前記多結晶状態の半導体膜をアニールすることにより、前記凹部内に位置する前記半導体膜を起点として前記第2の層間絶縁膜上に位置する前記半導体膜を結晶化させる工程と、前記半導体膜に第2のトランジスタを形成する工程と、を具備する。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first transistor on a semiconductor substrate, and a first interlayer insulation on or above the first transistor and the semiconductor substrate. Forming a film, forming a metal wiring layer overlying the first transistor on the first interlayer insulating film, and forming a second interlayer insulating film on the metal wiring layer A step of forming a recess on the upper surface of the second interlayer insulating film, and forming a polycrystalline semiconductor film on the second interlayer insulating film and in the recess with a material different from that of the semiconductor substrate. And forming the semiconductor film located in the recess by annealing the polycrystalline semiconductor film by irradiating the polycrystalline semiconductor film with laser light and irradiating lamp light. The comprises the step of crystallizing the semiconductor film located on the second interlayer insulating film as a starting point, and forming a second transistor in said semiconductor film.

前記第2の層間絶縁膜の上面に凹部を形成する工程において、前記第1のトランジスタと重ならないように前記凹部を形成することが望ましい。In the step of forming a recess in the upper surface of the second interlayer insulating film, it is desirable to form the recess so as not to overlap with the first transistor.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1及び図2の各図は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。本方法によって製造される半導体装置は、例えば電源モジュールやモータードライバーであり、SiC基板1にパワー回路の一部であるパワー用トランジスタを有しており、かつSiC基板1の上方に形成されたシリコン層に制御回路の一部となる制御用トランジスタを有している。パワー用トランジスタと制御用トランジスタは、互いに動作電圧が異なる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device manufactured by this method is, for example, a power supply module or a motor driver, and has a power transistor that is a part of a power circuit on the SiC substrate 1 and silicon formed above the SiC substrate 1. A control transistor which is part of the control circuit is included in the layer. The power transistor and the control transistor have different operating voltages.

まず図1(A)に示すように、SiC基板1に溝を形成し、この溝に素子分離膜2(例えばプラズマ酸化膜)を埋め込む。次いでSiC基板1を熱酸化する。これによりSiC基板1にはゲート絶縁膜3が形成される。ゲート絶縁膜3の厚さは、後述するゲート絶縁膜23より厚く、例えば200nm〜400nmである。次いで、ゲート絶縁膜23上及び素子分離膜2にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして、高温(例えば500℃)下でSiC基板1に不純物を導入し、その後、不純物を活性化するための熱処理(例えば1700℃)を行う。これによりSiC基板1には、ソース及びドレインとなる不純物領域7が形成される。その後、レジストパターンを除去する。次いで、ゲート絶縁膜3上を含む全面上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これによりゲート絶縁膜3上には、ゲート電極4が形成される。
このようにしてSiC基板1には、パワー回路用トランジスタが形成される。パワー回路用トランジスタの耐圧は、例えば100V以上1000V以下である。
First, as shown in FIG. 1A, a groove is formed in the SiC substrate 1, and an element isolation film 2 (for example, a plasma oxide film) is embedded in the groove. Next, the SiC substrate 1 is thermally oxidized. Thereby, gate insulating film 3 is formed on SiC substrate 1. The thickness of the gate insulating film 3 is thicker than the gate insulating film 23 described later, and is, for example, 200 nm to 400 nm. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the gate insulating film 23 and the element isolation film 2, and impurities are introduced into the SiC substrate 1 at a high temperature (for example, 500 ° C.) using the resist pattern as a mask. A heat treatment (for example, 1700 ° C.) for activating the impurities is performed. Thereby, impurity regions 7 serving as a source and a drain are formed in SiC substrate 1. Thereafter, the resist pattern is removed. Next, a polysilicon film is formed on the entire surface including the gate insulating film 3, and this polysilicon film is selectively removed. Thereby, the gate electrode 4 is formed on the gate insulating film 3.
In this way, a power circuit transistor is formed on the SiC substrate 1. The withstand voltage of the power circuit transistor is, for example, 100 V or more and 1000 V or less.

次いで、パワー回路用トランジスタ上及び素子分離膜2上に、層間絶縁膜8を形成し、層間絶縁膜8の表面をCMP法により平坦化する。次いで、層間絶縁膜8上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜8をエッチングする。これにより層間絶縁膜8には、不純物領域7上に位置する接続孔及びゲート電極4上に位置する接続孔が形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, an interlayer insulating film 8 is formed on the power circuit transistor and the element isolation film 2, and the surface of the interlayer insulating film 8 is planarized by CMP. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the interlayer insulating film 8, and the interlayer insulating film 8 is etched using this resist pattern as a mask. As a result, a connection hole located on the impurity region 7 and a connection hole located on the gate electrode 4 are formed in the interlayer insulating film 8. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、これら接続孔内及び層間絶縁膜8上にタングステン膜をCVD法により形成し、層間絶縁膜8上に位置するタングステン膜をCMP法により除去する。これにより層間絶縁膜8には、ゲート電極4上に位置するタングステンプラグ9a、及び不純物領域7上に位置するタングステンプラグ9b,9cが形成される。   Next, a tungsten film is formed in the connection holes and on the interlayer insulating film 8 by the CVD method, and the tungsten film located on the interlayer insulating film 8 is removed by the CMP method. As a result, the tungsten plug 9 a located on the gate electrode 4 and the tungsten plugs 9 b and 9 c located on the impurity region 7 are formed in the interlayer insulating film 8.

次いで、タングステンプラグ9a,9b,9c上及び層間絶縁膜8上にAl合金膜を形成する。次いでAl合金膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてAl合金膜をエッチングする。これによりAl合金膜は選択的に除去され、タングステンプラグ9aに接続するAl合金配線10a、タングステンプラグ9bに接続するAl合金配線10b、及びタングステンプラグ9c上に位置するAl合金パターン10cが、層間絶縁膜8上に形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, an Al alloy film is formed on the tungsten plugs 9 a, 9 b, 9 c and on the interlayer insulating film 8. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the Al alloy film, and the Al alloy film is etched using the resist pattern as a mask. As a result, the Al alloy film is selectively removed, and the Al alloy wiring 10a connected to the tungsten plug 9a, the Al alloy wiring 10b connected to the tungsten plug 9b, and the Al alloy pattern 10c located on the tungsten plug 9c have interlayer insulation. It is formed on the film 8. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、Al合金配線10a,10b上及び層間絶縁膜8上に、層間絶縁膜11を形成し、層間絶縁膜11の表面をCMP法により平坦化する。次いで、層間絶縁膜11上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜11をドライエッチングする。これにより層間絶縁膜11には、タングステンプラグ9c上に位置する接続孔が形成される。次いで、接続孔内及び層間絶縁膜11上にタングステン膜をCVD法により形成し、層間絶縁膜11上に位置するタングステン膜をCMP法により除去する。これにより層間絶縁膜11には、Al合金パターン10c上に位置するタングステンプラグ15aが形成される。タングステンプラグ15aは、タングステンプラグ9cの上方以外の部分に形成されても良い。その後、レジストパターンを除去する。   Next, an interlayer insulating film 11 is formed on the Al alloy wirings 10a and 10b and the interlayer insulating film 8, and the surface of the interlayer insulating film 11 is planarized by CMP. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the interlayer insulating film 11, and the interlayer insulating film 11 is dry-etched using this resist pattern as a mask. Thus, a connection hole located on the tungsten plug 9c is formed in the interlayer insulating film 11. Next, a tungsten film is formed in the connection hole and on the interlayer insulating film 11 by the CVD method, and the tungsten film located on the interlayer insulating film 11 is removed by the CMP method. As a result, a tungsten plug 15 a located on the Al alloy pattern 10 c is formed in the interlayer insulating film 11. The tungsten plug 15a may be formed in a portion other than above the tungsten plug 9c. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、タングステンプラグ15a上及び層間絶縁膜11上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてマスクとして層間絶縁膜11をドライエッチングする。これにより層間絶縁膜11には、孔状の凹部11aが複数形成される。その後、レジストパターンを除去する。凹部11aの直径は、例えば100nmである。なお、複数の凹部11aを形成した後、多結晶シリコン膜を形成する前に、凹部11a内に窒化シリコン膜を形成して凹部11aの直径を小さくしても良い。   Next, a resist pattern (not shown) is formed on the tungsten plug 15a and the interlayer insulating film 11, and the interlayer insulating film 11 is dry-etched using the resist pattern as a mask. As a result, a plurality of hole-shaped recesses 11 a are formed in the interlayer insulating film 11. Thereafter, the resist pattern is removed. The diameter of the recess 11a is, for example, 100 nm. Note that after forming the plurality of recesses 11a and before forming the polycrystalline silicon film, a silicon nitride film may be formed in the recesses 11a to reduce the diameter of the recesses 11a.

次いで図1(B)に示すように、タングステンプラグ15a上、層間絶縁膜11上及び複数の凹部11a内に、多結晶シリコン膜をCVD法により形成する。多結晶シリコン膜の厚さは、例えば50nm以上500nm以下である。次いで、多結晶シリコン膜にレーザ(例えば波長308nmのXeClパルスレーザーなどのエキシマレーザで、パルス幅30ナノ秒、エネルギー密度0.4〜1.5J/cm)を照射することにより多結晶シリコン膜のうち層間絶縁膜11上及び凹部11aの上部に位置する部分を溶融し、かつハロゲンランプでアニールして徐々に凝固させる。 Next, as shown in FIG. 1B, a polycrystalline silicon film is formed on the tungsten plug 15a, the interlayer insulating film 11 and the plurality of recesses 11a by the CVD method. The thickness of the polycrystalline silicon film is, for example, not less than 50 nm and not more than 500 nm. Next, the polycrystalline silicon film is irradiated with a laser (for example, an excimer laser such as an XeCl pulse laser with a wavelength of 308 nm, pulse width of 30 nanoseconds, energy density of 0.4 to 1.5 J / cm 2 ). Among them, the portion located on the interlayer insulating film 11 and the upper portion of the recess 11a is melted and annealed with a halogen lamp to be gradually solidified.

この凝固過程は、複数の凹部11aの底部内に位置する部分それぞれを起点として始まる。凝固過程の初期段階では、凹部11aの底部においていくつかの結晶粒が発生しえるが、凹部11aの直径をこれら結晶粒の直径と略同じか少し小さい程度にしておくことにより、凹部11aの上面では、一個の結晶粒が露出するようになる。そして、ハロゲンランプでのアニール条件を適宜調節する。これにより層間絶縁膜11上に位置している部分において、シリコンの凝固は、複数の凹部11aそれぞれの上面に露出している結晶粒それぞれを種結晶とした単結晶成長となる。これにより層間絶縁膜11上で溶融したシリコンは、複数の凹部11a内に位置する部分を起点として略単結晶化し、複数の略単結晶の集合体である結晶化シリコン膜20になる。   This solidification process starts from each of the portions located within the bottoms of the plurality of recesses 11a. In the initial stage of the solidification process, several crystal grains may be generated at the bottom of the concave portion 11a. By setting the diameter of the concave portion 11a to be approximately the same as or slightly smaller than the diameter of these crystal grains, the upper surface of the concave portion 11a is formed. Then, one crystal grain comes to be exposed. Then, the annealing conditions in the halogen lamp are adjusted as appropriate. As a result, in the portion located on the interlayer insulating film 11, the solidification of silicon results in single crystal growth using the crystal grains exposed on the upper surfaces of the plurality of recesses 11a as seed crystals. As a result, the silicon melted on the interlayer insulating film 11 is substantially single crystallized starting from the portions located in the plurality of recesses 11a, and becomes a crystallized silicon film 20 which is an aggregate of a plurality of substantially single crystals.

なお、多結晶シリコン膜を溶融する工程において、凹部11a内に位置する部分も完全に溶融する場合もありえるが、この場合においても凹部11a内に位置する部分が先に冷却される為、シリコンの凝固は凹部11aの底部で先に始まり、その結果、結晶化シリコン膜20を得ることができる。
その後、結晶化シリコン膜20の表面をCMP法により平坦化する。
In the step of melting the polycrystalline silicon film, the portion located in the recess 11a may be completely melted, but even in this case, the portion located in the recess 11a is cooled first, Solidification starts first at the bottom of the recess 11a, and as a result, the crystallized silicon film 20 can be obtained.
Thereafter, the surface of the crystallized silicon film 20 is planarized by a CMP method.

次いで図1(C)に示すように、結晶化シリコン膜20上にパッド酸化膜(図示せず)及び窒化シリコン膜(図示せず)を形成し、窒化シリコン膜及びパッド酸化膜に開口パターンを形成する。次いで、窒化シリコン膜をマスクとして結晶化シリコン膜20をエッチングする。これにより結晶化シリコン膜20には溝が形成される。次いで、この溝内及び窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成する。次いで、窒化シリコン膜をストッパーとしたCMP研磨を行うことにより、窒化シリコン膜上に位置する酸化シリコン膜を除去する。これにより、結晶化シリコン膜20には素子分離膜22が埋め込まれる。素子分離膜22は、制御回路用トランジスタが形成される素子領域を他の領域から分離している。なお素子領域は、中心部が凹部11aの上方に位置させ、一つの略単結晶内に位置させるのが好ましい。その後、窒化シリコン膜及びパッド酸化膜を除去する。   Next, as shown in FIG. 1C, a pad oxide film (not shown) and a silicon nitride film (not shown) are formed on the crystallized silicon film 20, and an opening pattern is formed in the silicon nitride film and the pad oxide film. Form. Next, the crystallized silicon film 20 is etched using the silicon nitride film as a mask. As a result, a groove is formed in the crystallized silicon film 20. Next, a silicon oxide film is formed in the trench and on the silicon nitride film. Next, by performing CMP polishing using the silicon nitride film as a stopper, the silicon oxide film located on the silicon nitride film is removed. Thereby, the element isolation film 22 is embedded in the crystallized silicon film 20. The element isolation film 22 isolates the element region in which the control circuit transistor is formed from other regions. In addition, it is preferable that the element region is positioned above the concave portion 11a and positioned in one substantially single crystal. Thereafter, the silicon nitride film and the pad oxide film are removed.

次いで図2(A)に示すように、結晶化シリコン膜20の表面を熱酸化する。これにより素子領域に位置する結晶化シリコン膜20には、ゲート絶縁膜23が形成される。ゲート絶縁膜23の厚さは、例えば25nmである。次いで、ゲート絶縁膜23上及び素子分離膜22上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これによりゲート絶縁膜23上には、ゲート電極24が形成される。   Next, as shown in FIG. 2A, the surface of the crystallized silicon film 20 is thermally oxidized. As a result, a gate insulating film 23 is formed in the crystallized silicon film 20 located in the element region. The thickness of the gate insulating film 23 is, for example, 25 nm. Next, a polysilicon film is formed on the gate insulating film 23 and the element isolation film 22, and the polysilicon film is selectively removed. As a result, a gate electrode 24 is formed on the gate insulating film 23.

次いで、ゲート電極24及び素子分離膜22をマスクとして、結晶化シリコン膜20に不純物を導入する。これにより結晶化シリコン膜20には、低濃度不純物領域26が形成される。次いで、ゲート電極24上を含む全面上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックする。これによりゲート電極24の側壁には、サイドウォール25が形成される。次いでサイドウォール25、ゲート電極24、及び素子分離膜22をマスクとして結晶化シリコン膜20に不純物を導入する。その後、不純物を活性化するための熱処理を行う。これにより素子領域に位置する結晶化シリコン膜20には、ソース及びドレインとなる不純物領域27が形成される。
このようにして結晶化シリコン膜20の素子領域には、制御回路用トランジスタが形成される。制御回路用トランジスタの動作電圧は、例えば3V以上5V以下である。
Next, impurities are introduced into the crystallized silicon film 20 using the gate electrode 24 and the element isolation film 22 as a mask. As a result, a low concentration impurity region 26 is formed in the crystallized silicon film 20. Next, an insulating film is formed on the entire surface including the gate electrode 24, and this insulating film is etched back. As a result, a sidewall 25 is formed on the sidewall of the gate electrode 24. Next, impurities are introduced into the crystallized silicon film 20 using the sidewall 25, the gate electrode 24, and the element isolation film 22 as a mask. Thereafter, a heat treatment for activating the impurities is performed. As a result, impurity regions 27 serving as a source and a drain are formed in the crystallized silicon film 20 located in the element region.
In this way, a control circuit transistor is formed in the element region of the crystallized silicon film 20. The operating voltage of the control circuit transistor is, for example, 3 V or more and 5 V or less.

次いで図2(B)に示すように、制御回路用トランジスタ上及び素子分離膜22上に、層間絶縁膜12を形成する。次いで、層間絶縁膜12上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜12及び素子分離膜22をエッチングする。これにより層間絶縁膜12には、ゲート電極24上に位置する接続孔12a、及び不純物領域27上に位置する接続孔12bが形成され、層間絶縁膜12及び素子分離膜22には、タングステンプラグ15aの上方に位置する接続孔12cが形成される。その後、レジストパターンを除去する。次いで、層間絶縁膜上に、接続孔12c上に位置する開口部を有するレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジスト膜をマスクとして結晶化シリコン膜20をエッチングする。これにより接続孔12cは深くなり、結晶化シリコン膜20を貫通してタングステンプラグ15aに繋がる。   Next, as illustrated in FIG. 2B, the interlayer insulating film 12 is formed over the control circuit transistor and the element isolation film 22. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the interlayer insulating film 12, and the interlayer insulating film 12 and the element isolation film 22 are etched using the resist pattern as a mask. As a result, a connection hole 12 a located on the gate electrode 24 and a connection hole 12 b located on the impurity region 27 are formed in the interlayer insulating film 12. A tungsten plug 15 a is formed in the interlayer insulating film 12 and the element isolation film 22. A connection hole 12c located above is formed. Thereafter, the resist pattern is removed. Next, a resist film (not shown) having an opening located on the connection hole 12c is formed on the interlayer insulating film, and the crystallized silicon film 20 is etched using this resist film as a mask. As a result, the connection hole 12c is deepened, penetrates the crystallized silicon film 20, and is connected to the tungsten plug 15a.

次いで、各接続孔内及び層間絶縁膜12上にタングステン膜を形成し、層間絶縁膜12上に位置するタングステン膜をCMP法により除去する。これにより接続孔12a,12b,12c内には、それぞれタングステンプラグ13a,13b,13cが埋め込まれる。タングステンプラグ13aはゲート電極24に接続し、タングステンプラグ13bは不純物領域27に接続し、タングステンプラグ13cはタングステンプラグ15aに接続する。   Next, a tungsten film is formed in each connection hole and on the interlayer insulating film 12, and the tungsten film located on the interlayer insulating film 12 is removed by a CMP method. Thereby, tungsten plugs 13a, 13b, and 13c are embedded in the connection holes 12a, 12b, and 12c, respectively. The tungsten plug 13a is connected to the gate electrode 24, the tungsten plug 13b is connected to the impurity region 27, and the tungsten plug 13c is connected to the tungsten plug 15a.

次いで、タングステンプラグ13a〜13cそれぞれ上及び層間絶縁膜12上に、Al合金膜を形成する。次いでAl合金膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてAl合金膜をエッチングする。これによりAl合金膜は選択的に除去され、タングステンプラグ13aに接続するAl合金配線14a、及びタングステンプラグ13b,13cを相互に接続するAl合金配線14bが層間絶縁膜12上に形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Next, an Al alloy film is formed on each of the tungsten plugs 13 a to 13 c and on the interlayer insulating film 12. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the Al alloy film, and the Al alloy film is etched using the resist pattern as a mask. As a result, the Al alloy film is selectively removed, and an Al alloy wiring 14 a connected to the tungsten plug 13 a and an Al alloy wiring 14 b connecting the tungsten plugs 13 b and 13 c are formed on the interlayer insulating film 12. Thereafter, the resist pattern is removed.

以上、本発明の第1の実施形態によれば、SiC基板1にパワー回路用トランジスタを形成し、その後、層間絶縁膜11上に結晶化シリコン膜20を形成している。そして結晶化シリコン膜20に、制御回路用トランジスタを形成している。このため、SiC基板1に、動作電圧が大きく異なるパワー回路用トランジスタ及び制御回路用トランジスタを混載することができる。従って、半導体装置(例えば電源モジュールやモータードライバー)の電力変換効率が高くなり、かつ半導体装置を小型化することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the power circuit transistor is formed on the SiC substrate 1, and then the crystallized silicon film 20 is formed on the interlayer insulating film 11. A control circuit transistor is formed in the crystallized silicon film 20. For this reason, the power circuit transistor and the control circuit transistor having greatly different operating voltages can be mixedly mounted on the SiC substrate 1. Therefore, the power conversion efficiency of the semiconductor device (for example, a power supply module or a motor driver) is increased, and the semiconductor device can be downsized.

図3の各図は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。本実施形態によって製造される半導体装置は、結晶化シリコン膜20が層間絶縁膜8上に形成されている。以下、第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。   Each drawing in FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the semiconductor device manufactured according to the present embodiment, the crystallized silicon film 20 is formed on the interlayer insulating film 8. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず図3(A)に示すように、SiC基板1に素子分離膜2、並びにパワー回路用トランジスタのゲート絶縁膜3、ゲート電極4、及び不純物領域7を形成する。これらの形成方法は第1の実施形態と同様である。次いでパワー回路用トランジスタ上及び素子分離膜2上に層間絶縁膜8を形成し、層間絶縁膜8にタングステンプラグ9a,9cを埋め込む。これらの形成方法及び埋込方法は、第1の実施形態と同様である。   First, as shown in FIG. 3A, an element isolation film 2, a gate insulating film 3, a gate electrode 4, and an impurity region 7 of a power circuit transistor are formed on an SiC substrate 1. These forming methods are the same as those in the first embodiment. Next, an interlayer insulating film 8 is formed on the power circuit transistor and the element isolation film 2, and tungsten plugs 9 a and 9 c are embedded in the interlayer insulating film 8. These forming method and embedding method are the same as those in the first embodiment.

次いで、層間絶縁膜8に凹部8aを形成し、さらに、タングステンプラグ9a,9c上、凹部8a内、及び層間絶縁膜8上に、結晶化シリコン膜20を形成する。凹部8aの形成方法は、第1の実施形態において層間絶縁膜11に凹部11aを形成する方法と同様である。結晶化シリコン膜20の形成方法は第1の実施形態と同様である。   Next, a recess 8 a is formed in the interlayer insulating film 8, and a crystallized silicon film 20 is formed on the tungsten plugs 9 a and 9 c, in the recess 8 a, and on the interlayer insulating film 8. The method for forming the recess 8a is the same as the method for forming the recess 11a in the interlayer insulating film 11 in the first embodiment. The method for forming the crystallized silicon film 20 is the same as that in the first embodiment.

次いで図3(B)に示すように、結晶化シリコン膜20に、素子分離膜22、並びに制御回路用トランジスタのゲート絶縁膜23、ゲート電極24、サイドウォール25、低濃度不純物領域26、及び不純物領域27を形成する。これらの形成方法は、第1の実施形態と同様である。   Next, as shown in FIG. 3B, the crystallized silicon film 20, the element isolation film 22, the gate insulating film 23 of the control circuit transistor, the gate electrode 24, the sidewall 25, the low-concentration impurity region 26, and the impurity Region 27 is formed. These forming methods are the same as those in the first embodiment.

次いで図3(C)に示すように、層間絶縁膜12、接続孔12a,12b,12c,12d、タングステンプラグ13a,13b,13c,13d、及びAl合金配線14a,14b,14cを形成する。これらの形成方法は、第1の実施形態において層間絶縁膜12、接続孔12a〜12c、タングステンプラグ13a〜13c、及びAl合金配線14a,14bを形成する方法と同様である。なお、接続孔12dは接続孔12cと同様の方法により形成される。本実施形態においてタングステンプラグ13cはタングステンプラグ9cに接続し、タングステンプラグ13dはタングステンプラグ9aに接続する。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 3C, an interlayer insulating film 12, connection holes 12a, 12b, 12c, and 12d, tungsten plugs 13a, 13b, 13c, and 13d, and Al alloy wirings 14a, 14b, and 14c are formed. These forming methods are the same as the method of forming the interlayer insulating film 12, the connection holes 12a to 12c, the tungsten plugs 13a to 13c, and the Al alloy wirings 14a and 14b in the first embodiment. The connection hole 12d is formed by the same method as the connection hole 12c. In this embodiment, the tungsten plug 13c is connected to the tungsten plug 9c, and the tungsten plug 13d is connected to the tungsten plug 9a.
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば第1の実施形態において、凹部11aを形成する前に、タングステンプラグ15aを埋め込む接続孔及びタングステンプラグ15aを形成しなくても良い。この場合、結晶化シリコン膜20をエッチングして接続孔12cを深くする工程において、結晶化シリコン膜20をエッチングした後、引き続いて層間絶縁膜11をエッチングすることにより、接続孔12cをAl合金パターン10cに達するまで深くする。そして、タングステンプラグ13cを埋め込む工程において、タングステンプラグ13cがAl合金パターン10c上まで到達し、Al合金パターン10cに接続する。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first embodiment, before forming the recess 11a, the connection hole for embedding the tungsten plug 15a and the tungsten plug 15a need not be formed. In this case, in the step of etching the crystallized silicon film 20 to deepen the connection hole 12c, the crystallized silicon film 20 is etched, and then the interlayer insulating film 11 is etched to make the connection hole 12c an Al alloy pattern. Deepen until reaching 10c. In the step of embedding the tungsten plug 13c, the tungsten plug 13c reaches the Al alloy pattern 10c and is connected to the Al alloy pattern 10c.

また第2の実施形態において、凹部11aを形成する前に、タングステンプラグ9a,9cが埋め込まれる接続孔及びタングステンプラグ9a,9cを形成しなくても良い。この場合、結晶化シリコン膜20をエッチングして接続孔12c,12dを深くする工程において、結晶化シリコン膜20をエッチングした後、引き続いて層間絶縁膜8及びゲート絶縁膜3をエッチングすることにより、接続孔12cを不純物領域7に達するまで深くし、かつ接続孔12dをゲート電極4に達するまで深くする。そして、タングステンプラグ13c,13dを埋め込む工程において、タングステンプラグ13c,13dがそれぞれ不純物領域7,ゲート電極4上まで到達し、不純物領域7,ゲート電極4に接続する。   In the second embodiment, the connection holes and the tungsten plugs 9a and 9c in which the tungsten plugs 9a and 9c are embedded need not be formed before the recess 11a is formed. In this case, in the step of etching the crystallized silicon film 20 to deepen the connection holes 12c and 12d, after the crystallized silicon film 20 is etched, the interlayer insulating film 8 and the gate insulating film 3 are subsequently etched. The connection hole 12 c is deepened until it reaches the impurity region 7, and the connection hole 12 d is deepened until it reaches the gate electrode 4. Then, in the step of filling the tungsten plugs 13 c and 13 d, the tungsten plugs 13 c and 13 d reach the impurity region 7 and the gate electrode 4, respectively, and are connected to the impurity region 7 and the gate electrode 4.

また、上記した各Al合金配線の代わりに、Cu配線を層間絶縁膜に埋め込んでも良い。また、ゲート電極24及び不純物領域27の表面にサリサイドを形成しても良い。同様に、ゲート電極4及び不純物領域7の表面にサリサイドを形成してもよい。   Further, instead of the above-described Al alloy wirings, Cu wirings may be embedded in the interlayer insulating film. Further, salicide may be formed on the surfaces of the gate electrode 24 and the impurity region 27. Similarly, salicide may be formed on the surfaces of the gate electrode 4 and the impurity region 7.

またSiC基板1の代わりにシリコンよりバンドギャップが大きい半導体により形成された基板を用いてもよい。例えば、SOI基板上に形成されたSi基板をSiC化した基板、サファイア基板上に形成されたダイヤモンド基板、又はサファイア基板又はシリコン基板上に形成されたGaN基板を用いてもよい。   Instead of the SiC substrate 1, a substrate formed of a semiconductor having a band gap larger than that of silicon may be used. For example, a substrate obtained by converting the Si substrate formed on the SOI substrate into SiC, a diamond substrate formed on the sapphire substrate, or a GaN substrate formed on the sapphire substrate or the silicon substrate may be used.

また、結晶化シリコン膜20を形成した後、素子分離膜22を形成する工程の前に、結晶化シリコン膜20のうち不用部分を除去しても良い。また、第1及び第2の実施形態において、凹部11a,8aの代わりに多結晶シリコン膜の結晶化の起点となる部分を設けても良い。   Further, after the crystallized silicon film 20 is formed, unnecessary portions of the crystallized silicon film 20 may be removed before the step of forming the element isolation film 22. In the first and second embodiments, instead of the recesses 11a and 8a, a portion serving as a starting point for crystallization of the polycrystalline silicon film may be provided.

各図は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図。Each drawing is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 各図は図1の次の工程を説明するための断面図。Each figure is a sectional view for explaining the next step of FIG. 各図は第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図。Each drawing is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…SiC基板、2,22…素子分離膜、3,23…ゲート絶縁膜、4,24…ゲート電極、7,27…不純物領域、8,11,12…層間絶縁膜、8a,11a…凹部、9a〜9c、13a〜13d,15a…タングステンプラグ、10a,10b,14a〜14c…Al合金配線、10c…Al合金パターン、12a〜12d…接続孔、20…結晶化シリコン膜、25…サイドウォール、26…低濃度不純物領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SiC substrate, 2, 22 ... Element isolation film, 3, 23 ... Gate insulating film, 4, 24 ... Gate electrode, 7, 27 ... Impurity region, 8, 11, 12 ... Interlayer insulating film, 8a, 11a ... Recessed part 9a-9c, 13a-13d, 15a ... tungsten plug, 10a, 10b, 14a-14c ... Al alloy wiring, 10c ... Al alloy pattern, 12a-12d ... connection hole, 20 ... crystallized silicon film, 25 ... side wall , 26 ... low concentration impurity region

Claims (2)

半導体基板に第1のトランジスタを形成する工程と、
前記第1のトランジスタ及び前記半導体基板の上又は上方に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上に、前記第1のトランジスタと重なるように金属配線層を形成する工程と、
前記金属配線層上に、第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜の上面に凹部を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上及び前記凹部内に、前記半導体基板とは異なる材料により多結晶状態の半導体膜を形成する工程と、
前記多結晶状態の半導体膜にレーザー光を照射し、且つランプの光を照射することによって、前記多結晶状態の半導体膜をアニールすることにより、前記凹部内に位置する前記半導体膜を起点として前記第2の層間絶縁膜上に位置する前記半導体膜を結晶化させる工程と、
前記半導体膜に第2のトランジスタを形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
Forming a first transistor on a semiconductor substrate;
Forming a first interlayer insulating film on or above the first transistor and the semiconductor substrate;
Forming a metal wiring layer on the first interlayer insulating film so as to overlap the first transistor;
Forming a second interlayer insulating film on the metal wiring layer;
Forming a recess in the upper surface of the second interlayer insulating film;
Forming a polycrystalline semiconductor film on the second interlayer insulating film and in the recess by a material different from the semiconductor substrate;
By irradiating the polycrystalline semiconductor film with laser light and irradiating lamp light to anneal the polycrystalline semiconductor film, the semiconductor film located in the recess is used as the starting point. Crystallization of the semiconductor film located on the second interlayer insulating film;
Forming a second transistor in the semiconductor film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記第2の層間絶縁膜の上面に凹部を形成する工程において、前記第1のトランジスタと重ならないように前記凹部を形成する請求項に記載の半導体装置の製造方法。 Wherein in the step of forming a concave portion on the upper surface of the second interlayer insulating film, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 for forming the recess so as not to overlap with the first transistor.
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