JP6262060B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、SOI基板を適用してSOI領域とバルク領域とを形成する半導体装置の製造方法に好適に利用できるものである。
半導体装置の高速化と低消費電力化を図るために、基板としてSOI(Silicon On Insulator)基板が用いられている。SOI基板では、シリコン基板の上に、BOX(Buried OXide)と称される埋め込み酸化膜を介在させてシリコン層が形成されている。
現在、そのようなSOI基板を用いて、SOI基板に形成される半導体素子と、通常、バルク基板に形成される半導体素子とを混載した半導体装置の開発が進められている。この種の半導体装置では、SOI基板における所定の領域に位置するシリコン層と埋め込み酸化膜を残し、他の領域に位置するシリコン層と埋め込み酸化膜を除去することによってシリコン基板が露出される。
露出したシリコン基板の領域がバルク領域として規定されて、そのバルク領域に、バルク用トランジスタ等の半導体素子が形成される。一方、残されたシリコン層等の領域がSOI領域として規定されて、そのSOI領域に、SOI用トランジスタ等の半導体素子が形成される。特に、SOI用トランジスタでは、ソース・ドレイン領域の寄生抵抗を低減するために、ソース・ドレイン領域が形成される領域に位置するシリコン層の表面に、エピタキシャル層が選択的に積層されることになる。このようなエピタキシャル層は、せり上げエピタキシャル層と称されている。
なお、このようなSOI領域とバルク領域とを備えた半導体装置を開示した特許文献として、たとえば、特許文献1および特許文献2がある。
特開2013−93516号公報 特開2013−84766号公報
しかしながら、従来の半導体装置では次のような問題点があった。SOI基板を用いて、SOI領域とバルク領域を形成することで、SOI領域とバルク領域との境界には、シリコン層と埋め込み酸化膜の厚さに相当する段差が生じ、その段差の側壁にシリコン層と埋め込み酸化膜が露出することになる。
また、せり上げエピタキシャル層を形成する前に行われる、バルク用トランジスタの不純物領域(エクステンション領域)を形成するための不純物を注入する工程では、SOI領域に位置するシリコン層の一部にも不純物が注入されてしまい、そのシリコン層がアモルファス化することがある。
このため、せり上げエピタキシャル層を形成する際に、段差の側壁に露出したシリコン層の表面にエピタキシャル層が異常成長するおそれがあった。また、アモルファス化したシリコン層の表面にもエピタキシャル層が異常成長するおそれがあった。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体基板の表面上に絶縁層を介在させて半導体層が形成された基板部に分離領域を形成する工程と、基板に対して互いに隣接する第1領域および第2領域を規定し、第1領域に位置する半導体層および絶縁層を残すとともに、第2領域に位置する半導体層および絶縁層を除去して半導体基板と分離領域を露出することにより、第1領域には、第1素子形成領域および第1ダミー素子形成領域を形成し、第2領域には、第2素子形成領域および第2ダミー素子形成領域を形成する工程と、第1素子形成領域および第1ダミー素子形成領域を被覆する被覆部を形成する工程と、被覆部が形成された後、被覆部をマスクとして第2素子形成領域に一導電型の不純物を導入する工程と、第1素子形成領域に、エピタキシャル成長法によってせり上げエピタキシャル層を形成する工程とを備えている。分離領域を形成する工程では、第2領域に位置する半導体層および絶縁層を除去することにより、第1領域と第2領域との境界に形成される段差の全体にわたり、分離領域が露出するように形成される。被覆部を形成する工程では、被覆部として、第1ダミー素子形成領域を覆う第1ダミーゲート電極と、第1素子形成領域の全体を覆うフォトレジストとが形成される。せり上げエピタキシャル層を形成する工程では、第1ダミー素子形成領域が第1ダミーゲート電極によって覆われた状態で、せり上げエピタキシャル層が形成される。
一実施の形態によれば、エピタキシャル層の異常成長を抑制することができる。
各実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図2に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図3に示されている断面線IV−IVにおける断面図である。 同実施の形態において、図3および図4に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図5に示されている断面線VI−VIにおける断面図である。 同実施の形態において、図5および図6に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図7に示されている断面線VIII−VIIIにおける断面図である。 同実施の形態において、図7および図8に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図9に示されている断面線X−Xにおける断面図である。 同実施の形態において、図9および図10に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図11に示されている断面線XII−XIIにおける断面図である。 同実施の形態において、図11および図12に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図13に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図14に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図15に示されている断面線XVI−XVIにおける断面図である。 同実施の形態において、図15および図16に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図17に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図18に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図19に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図20に示されている断面線XXI−XXIにおける断面図である。 同実施の形態において、図20および図21に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図22に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図23に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図24に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図25に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図26に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図27に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図28に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図29に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 比較例に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。 図31に示されている断面線XXXII−XXXIIにおける断面図である。 図31および図32に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 図33に示されている断面線XXXIV−XXXIVにおける断面図である。 図33および図34に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 図35に示されている断面線XXXVI−XXXVIにおける断面図である。 図35および図36に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 図37に示されている断面線XXXVIII−XXXVIIIにおける断面図である。 図37および図38に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 図39に示されている断面線XL−XLにおける断面図である。 図39および図40に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図41に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 図42に示されている断面線XLIII−XLIIIにおける断面図である。 図42および図43に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 比較例に係る半導体装置の問題点を説明するための断面図であれる。 実施の形態2に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図46に示されている断面線XLVII−XLVIIにおける断面図である。 同実施の形態において、図46および図47に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図48に示されている断面線XLIX−XLIXにおける断面図である。 同実施の形態において、図48および図49に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図50に示されている断面線LI−LIにおける断面図である。 同実施の形態において、図50および図51に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図52に示されている断面線LIII−LIIIにおける断面図である。 同実施の形態において、図52および図53に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図54に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図55に示されている断面線LVI−LVIにおける断面図である。 同実施の形態において、図55および図56に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図57に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図58に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図60に示されている断面線LXI−LXIにおける断面図である。 同実施の形態において、図60および図61に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図62に示されている断面線LXIII−LXIIIにおける断面図である。 同実施の形態において、図62および図63に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図64に示されている断面線LXV−LXVにおける断面図である。 同実施の形態において、図64および図65に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図66に示されている断面線LXVII−LXVIIにおける断面図である。 同実施の形態において、図66および図67に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図68に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図69に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図70に示されている断面線LXXI−LXXIにおける断面図である。 同実施の形態において、図70および図71に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図72に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図73に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図74に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図75に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図76に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態4に係る、SOI領域の境界にダミー素子形成領域とダミーゲート電極とを配置させないパターンの作成方法を示すフローチャートである。 同実施の形態において、それぞれ初期状態のSOI領域のパターン、ダミー素子形成領域のパターンおよびダミーゲート電極のパターンを同一平面上に示した図である。 同実施の形態において、SOI領域のパターンを示す図である。 同実施の形態において、初期状態のダミー素子形成領域のパターンから、SOI領域の境界に位置するダミー素子形成領域のパターンを排除する手法を説明するための一ステップを示す図である。 同実施の形態において、図81に示すステップの後に行われるステップを示す図である。 同実施の形態において、図82に示すステップの後に行われるステップを示す図である。 同実施の形態において、図83に示すステップの後に行われるステップを示す図である。 同実施の形態において、初期状態のダミーゲート電極のパターンから、SOI領域の境界に位置するダミーゲート電極のパターンを排除する手法を説明するための一ステップを示す図である。 同実施の形態において、図85に示すステップの後に行われるステップを示す図である。 同実施の形態において、図86に示すステップの後に行われるステップを示す図である。 同実施の形態において、図87に示すステップの後に行われるステップを示す図である。 同実施の形態において、図84に示されるダミー素子形成領域のパターンと、図88に示されるダミーゲート電極のパターンとを同一平面上に示した図である。 同実施の形態において、注入ダミー領域のパターンから、SOI領域のパターンを排除するパターンの作成方法を示すフローチャートである。 同実施の形態において、初期状態の注入ダミー領域のパターンから、SOI領域のパターンを排除する手法を説明するための一ステップを示す図である。
はじめに、SOI領域とバルク領域を備えた半導体装置の製造方法の概要について説明する。
図1に示すように、まず、ステップF1では、SOI基板(基板部)が準備される。次に、ステップF2では、分離領域と素子形成領域が形成される。分離領域によって素子形成領域が規定されることになる。素子形成領域には、ダミー素子形成領域が含まれる。次に、ステップF3では、SOI基板に写真製版処理とエッチング処理を施すことによって、SOI領域とバルク領域とが形成される。このとき、SOI領域とバルク領域との段差の側壁には、全周にわたって分離領域の分離絶縁膜が露出することになる。
次に、ステップF4では、ゲート電極(配線)が形成される。ゲート電極には、ダミーゲート電極が含まれる。次に、ステップF5では、バルク領域に形成されるバルク用トランジスタのエクステンション領域を形成するためのエクステンション注入が行われる。このとき、あらかじめ、エクステンション注入の不純物がSOI領域へ注入されるのを阻止する処理が行われる。次に、ステップF6では、SOI領域にせり上げエピタキシャル層が形成される。
次に、ステップF7では、SOI領域に形成されるSOI用トランジスタのエクステンション領域を形成するためのエクステンション注入が行われる。次に、ステップF8では、バルク用トランジスタおよびSOI用トランジスタのソース・ドレイン領域を形成するためのソース・ドレイン注入が行われる。こうして、バルク領域にバルク用トランジスタが形成され、SOI領域にSOI用トランジスタが形成される。その後、層間絶縁膜および配線等が形成されて半導体装置の主要部分が形成される。
この一連の製造工程において、特に、ステップF2、ステップF3およびステップF4では、SOI領域とバルク領域との境界にダミー素子形成領域およびダミーゲート電極が配置されないように、ステップFEにおいて、あらかじめ、素子形成領域およびゲート電極等のパターン(マスクパターン)が作成される。また、ステップF5では、SOI領域へエクステンション注入の不純物が注入されないように、ステップFRにおいて、あらかじめ、注入を阻止するフォトレジストのパターン(マスクパターン)が作成される。
上述した半導体装置の製造方法では、SOI領域とバルク領域を形成する際に、SOI領域とバルク領域との段差の側壁に、全周にわたって分離領域の分離絶縁膜を露出させることで、せり上げエピタキシャル層を形成する際に、SOI領域において、エピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。
また、バルク領域へエクステンション注入を行う際に、SOI領域へエクステンション注入の不純物が注入されないように、SOI領域を覆うようにレジストパターンを形成することで、SOI領域におけるエピタキシャル層の異常成長を抑制することができる。また、SOI領域に配置されるダミー素子形成領域を覆うようにダミーゲート電極を形成することで、SOI領域におけるエピタキシャル層の異常成長を抑制することができる。さらに、SOI領域に配置されるダミー素子形成領域を覆うように、ダミーゲート電極および側壁保護膜を形成することで、SOI領域におけるエピタキシャル層の異常成長を抑制することができる。以下、各実施の形態において、半導体装置の製造工程について具体的に説明する。
実施の形態1
ここでは、SOI領域とバルク領域との段差の側壁に、全周にわたって分離領域の分離絶縁膜を露出させ、そして、バルク領域へのエクステンション注入の際にSOI領域を覆うようにレジストパターンを形成する手法について説明する。
まず、図2に示すように、SOI基板SUBが準備される。SOI基板SUBでは、たとえば、シリコン基板SSUBの上に、埋め込み酸化膜BOLを介在させてシリコン層SLが形成されている。次に、所定の写真製版処理とエッチング処理を施すことにより、分離領域を形成するためのトレンチ分離溝TRE(図4参照)が形成される。次に、そのトレンチ分離溝TREを埋め込むように、SOI基板SUBの上にシリコン酸化膜等の絶縁膜(図示せず)が形成される。
次に、たとえば、化学的機械研磨処理を施して、SOI基板SUBの上面上に位置する絶縁膜の部分を除去することにより、図3および図4に示すように、トレンチ分離溝TRE内に位置する絶縁膜の部分がトレンチ分離絶縁膜TLとして残されて、分離領域TRが形成される。分離領域TRによって、素子形成領域SR(活性領域)が規定される。後述するように、素子形成領域SRには、バルク用トランジスタやSOI用トランジスタ等の所定の半導体素子が形成される素子形成領域と、ダミー素子形成領域とが含まれる。
ここで、素子形成領域SR(分離領域TR)のパターンとして、SOI領域とバルク領域との境界に、素子形成領域が配置されないパターンが設定(規定)される。このパターンの作成手法については、最後の実施の形態において説明する。
次に、SOI領域とバルク領域とが形成される。図5および図6に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域が配置されることになる領域に、フォトレジストPR1が形成される。次に、そのフォトレジストPR1をエッチングマスクとして、露出した、SOI基板SUBの領域にエッチング処理を施すことにより、シリコン層SLおよび埋め込み酸化膜BOLが除去されて、シリコン基板SSUBの表面が露出したバルク領域BURが形成される。
バルク領域BURでは、残された分離領域TRによって、バルク用トランジスタ等の半導体素子が形成されることになる素子形成領域BSRと、ダミー素子形成領域BDSRとが規定される。一方、エッチングされずに残されたSOI基板SUBの部分がSOI領域SLRとなる。SOI領域SLRでは、分離領域TRによって、SOI用トランジスタ等の半導体素子が形成されることになる素子形成領域SSRと、ダミー素子形成領域SDSRとが規定される。その後、フォトレジストPR1が除去される。
次に、ゲート電極(ゲート配線)が形成される。ゲート電極には、SOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタのそれぞれのゲート電極と、ダミーゲート電極とが含まれる。ゲート電極のパターンとして、SOI領域とバルク領域との境界に、ゲート電極が配置されないパターンが設定(規定)される。このパターンの作成手法については、最後の実施の形態において説明する。
図7および図8に示すように、熱酸化処理を施すことにより、シリコン酸化膜SOLが形成される。シリコン酸化膜SOLを覆うように、たとえば、化学的気相成長法により、ポリシリコン膜POLが形成される。ポリシリコン膜POLを覆うように、シリコン窒化膜SNが形成される。所定の写真製版処理を施すことにより、ゲート電極をパターニングするためのフォトレジストPR2が形成される。
次に、フォトレジストPR2をエッチングマスクとして、露出したシリコン窒化膜SNにエッチング処理を施すことによって、ゲート電極をパターニングするためのハードマスクが形成される。そのハードマスク等をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、ゲート電極が形成される。その後、フォトレジストPR2が除去される。
これにより、図9および図10に示すように、SOI領域SLRでは、ゲート電極SGEとダミーゲート電極SDGEが形成される。SOI用トランジスタのゲート電極SGEは、素子形成領域SSRを横切るように配置されている。バルク領域BURでは、ゲート電極BGEとダミーゲート電極BDGEが形成される。バルク用トランジスタのゲート電極BGEは、素子形成領域BSRを横切るように配置されている。
次に、バルク用トランジスタのエクステンション注入が行われる。ここでは、図面に示されるバルク用トランジスタとしては、nチャネル型のバルク用トランジスタを想定して説明する。
図11および図12に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域の全体を覆うフォトレジストPR3が形成される。そのフォトレジストPR3のパターンの作成方法については、最後の実施の形態において説明する。なお、フォトレジストPR3は、SOI領域SLRの他に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)が形成される領域も覆うように形成されている。
次に、図13に示すように、フォトレジストPR3等を注入マスクとして、n型領域へ不純物を注入することにより、素子形成領域BSRにエクステンション領域BETが形成される。n型領域への不純物の例として、窒素(N2)、ヒ素(As)およびリン(P)等がある。特に、窒素(N2)の場合、そのドーピング濃度は、1×1020cm-3程度とされる。このとき、n型の不純物は、バルク領域BURのダミー素子形成領域BDSRにも注入されることになる。その後、フォトレジストPR3が除去される。
次に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)のエクステンション注入が行われる。SOI領域を覆うとともに、nチャネル型のバルク用トランジスタが形成される領域を覆うフォトレジスト(図示せず)等を注入マスクとして、たとえば、フッ化ボロン(BF2)を注入することによりエクステンション領域(図示せず)が形成される。
次に、SOI領域SLRにおける所定の領域にせり上げエピタキシャル層を形成する際に、所定の領域以外の領域にエピタキシャル層が形成されるのを阻止する膜(保護膜)が形成される。図14に示すように、ゲート電極SGE、BGEおよびダミーゲート電極SDGE、BDGEを覆うように、たとえば、シリコン窒化膜ESLが形成される。
次に、図15および図16に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域SLRを露出し、バルク領域BUR等を覆うフォトレジストPR4が形成される。次に、フォトレジストPR4をエッチングマスクとして、露出しているシリコン窒化膜ESLに異方性のエッチング処理を施すことにより、せり上げエピタキシャル層が形成される素子形成領域SSR等に位置するシリコン層SLの部分が露出する。
このとき、ゲート電極SGE等の側壁には、シリコン窒化膜ESLが側壁保護膜ESLSとして残される。その後、フォトレジストPR4が除去される。次に、図17に示すように、エピタキシャル成長法によって、露出した素子形成領域SSRにせり上げエピタキシャル層EELが形成される。
次に、図18に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域SLRを覆いバルク領域BURを露出するフォトレジストPR5が形成される。次に、フォトレジストPR5をエッチングマスクとして、露出しているシリコン窒化膜ESLに異方性エッチングを施すことにより、素子形成領域BSR等に位置するシリコン基板SSUBの表面が露出する。また、ゲート電極BGE等の側壁に側壁保護膜ESLBが形成される。その後、フォトレジストPR5が除去される。
次に、図19に示すように、所定のウェットエッチング処理を施すことにより、側壁保護膜ESLS、ESLB等が除去される。このとき、ゲート電極SGE等の側壁に側壁保護膜ESLSが残されているSOI領域SLRの状態と同様に、バルク領域BURでは、ゲート電極BGE等の側壁に側壁保護膜ESLBが残されている状態となっている。これにより、バルク領域BURの全体がシリコン窒化膜ESLによって覆われている場合と比較して、SOI領域SLRに過度のエッチングが施されることによるダメージを抑制することができる。
次に、SOI用トランジスタのエクステンション注入が行われる。ここでは、図面に示されるSOI用トランジスタとしては、nチャネル型のSOI用トランジスタを想定して説明する。図20および図21に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域SLRを露出し、バルク領域BURを覆うフォトレジストPR6が形成される。
次に、フォトレジストPR6を注入マスクとして、たとえば、ヒ素(As)等のn型の不純物を注入することにより、素子形成領域SSRに、エクステンション領域SETが形成される。このとき、n型の不純物は、SOI領域SLRのダミー素子形成領域SDSRにも注入される。その後、フォトレジストPR6が除去される。
次に、pチャネル型のSOI用トランジスタ(図示せず)のエクステンション注入が行われる。バルク領域を覆うとともに、nチャネル型のSOI用トランジスタが形成される領域を覆うフォトレジスト(図示せず)を注入マスクとして、たとえば、フッ化ボロン(BF2)を注入することによりエクステンション領域(図示せず)が形成される。
次に、ゲート電極SGE、BGE等の側壁にサイドウォール膜が形成される。図22に示すように、ゲート電極SGE、BGEおよびダミーゲート電極SDGE、BDGE等を覆うように、シリコン窒化膜SNSDが形成される。
次に、図23に示すように、シリコン窒化膜SNSDの全面に異方性エッチングを施すことにより、SOI領域SLRでは、ゲート電極SGEおよびダミーゲート電極SDGEのそれぞれの側壁にサイドウォール膜SSWが形成される。バルク領域BURでは、ゲート電極BGEおよびダミーゲート電極BDGEのそれぞれの側壁にサイドウォール膜BSWが形成される。
次に、nチャネル型のSOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタのそれぞれのソース・ドレイン注入が行われる。pチャネル型のSOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタがそれぞれ形成される領域を覆い、nチャネル型のSOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタがそれぞれ形成される領域を露出するフォトレジスト(図示せず)が形成される。
次に、図24に示すように、露出した領域に、n型の不純物として、たとえば、ヒ素(AS)およびリン(P)を注入することにより、SOI領域SLRでは、ソース・ドレイン領域SSDが形成される。バルク領域BURでは、ソース・ドレイン領域BSDが形成される。こうして、SOI領域SLRにSOI用トランジスタSTRが形成され、バルク領域BURにバルク用トランジスタBTRが形成される。
次に、pチャネル型のSOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタのそれぞれのソース・ドレイン注入が行われる。pチャネル型のSOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタがそれぞれ形成される領域を露出し、nチャネル型のSOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタがそれぞれ形成される領域を覆うフォトレジスト(図示せず)を注入マスクとして、p型の不純物として、たとえば、ボロン(B)を注入することによりソース・ドレイン領域(図示せず)が形成される。
次に、サリサイド(Self ALIgned siliCIDE)法により、金属シリサイド膜が形成される。ゲート電極SGE、BGE、ダミーゲート電極SDGE、BDGEおよびソース・ドレイン領域SSD、BSD等を覆うように、たとえば、コバルト膜等の金属膜(図示せず)が形成される。次に、所定の温度のもとで熱処理が施される。
これにより、ゲート電極SGE、BGE、ダミーゲート電極SDGE、BDGE中のシリコンと金属とが反応することで、金属シリサイド膜が形成される。また、ソース・ドレイン領域SSD、BSD中のシリコンと金属とが反応することで、金属シリサイド膜が形成される。その後、未反応の金属膜を除去することで、図25に示すように、金属シリサイド膜MSが露出する。
次に、図26に示すように、SOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタ等を覆うように、ストレスライナー膜としてシリコン窒化膜SNLが形成される。次に、シリコン窒化膜SNLを覆うように、所定の厚さを有する、たとえば、シリコン酸化膜等のコンタクト層間絶縁膜CILが形成される。
次に、コンタクト層間絶縁膜CILに所定の写真製版処理およびエッチング処理を施すことにより、金属シリサイド膜MSを露出するコンタクトホールが形成される。次に、コンタクトホールの側壁面を含むコンタクト層間絶縁膜CILの表面上にバリアメタルとなる、たとえば、チタン(Ti)膜を介在させてタングステン(W)膜(いずれも図示せず)が形成される。次に、化学的機械研磨処理を施すことにより、コンタクト層間絶縁膜CILの上面上に位置するタングステン膜の部分およびチタン膜の部分が除去される。
これにより、図27に示すように、SOI領域SLRでは、コンタクトホールCH内にコンタクトプラグPLSが形成される。バルク領域BURでは、コンタクトホールCH内にコンタクトプラグPLBが形成される。次に、図28に示すように、コンタクト層間絶縁膜CILを覆うように、配線層間絶縁膜WIL1が形成される。その配線層間絶縁膜WIL1を覆うように、さらに、配線層間絶縁膜WIL2が形成される。
次に、図29に示すように、配線層間絶縁膜WIL2および配線層間絶縁膜WIL1に所定の写真製版処理およびエッチング処理を施すことにより、SOI領域SLRでは、コンタクトプラグPLSを露出する配線溝WTRが形成される。バルク領域BURでは、コンタクトプラグPLBを露出する配線溝WTRが形成される。
次に、配線溝WTRの底面および側壁面を含む配線層間絶縁膜WIL2の表面上にバリアメタルとなる、たとえば、タンタル(Ta)膜を介在させて銅(Cu)膜(いずれも図示せず)が形成される。次に、化学的機械研磨処理を施すことにより、配線層間絶縁膜WIL2の上面上に位置する銅膜の部分およびタンタル膜の部分が除去される。
これにより、図30に示すように、SOI領域SLRでは、配線溝WTRに配線WISが形成される。バルク領域BURでは、配線溝WTRに配線WIBが形成される。配線WISは、コンタクトプラグPLSおよび金属シリサイド膜MSを介して、SOI用トランジスタのソース・ドレイン領域SSDに電気的に接続される。配線WIBは、コンタクトプラグPLBおよび金属シリサイド膜MSを介して、バルク用トランジスタのソース・ドレイン領域BSDに電気的に接続される。
その後、必要に応じて、上層の層間絶縁膜と配線(いずれも図示せず)が形成される。こうして、SOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタ等を備えた半導体装置の主要部分が完成する。
上述した半導体装置では、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に、全周にわたって分離領域TR(トレンチ分離絶縁膜TL)を露出させることで、せり上げエピタキシャル層EELを形成する際に、SOI領域SLRにおいてエピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。また、バルク領域BURへのエクステンション注入を行う際に、SOI領域SLRを覆うフォトレジストPR3を形成することで、SOI領域SLRにおいてエピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。このことについて、比較例に係る半導体装置と比較しながら説明する。
準備されたSOI基板CSUBに対して、所定の写真製版処理とエッチング処理を施すことにより、分離領域を形成するためのトレンチ分離溝CTRE(図32参照)が形成される。次に、そのトレンチ分離溝CTREを埋め込むように、SOI基板CSUBの上にシリコン酸化膜等の絶縁膜(図示せず)が形成される。
次に、化学的機械研磨処理を施して、SOI基板CSUBの上面上に位置する絶縁膜の部分を除去することにより、図31および図32に示すように、トレンチ分離溝CTRE内に残されたトレンチ分離絶縁膜CTLによって分離領域CTRが形成される。分離領域CTRによって、素子形成領域CSRが規定される。
比較例に係る半導体装置の素子形成領域CSR(分離領域CTR)では、SOI領域とバルク領域との境界について考慮されておらず、素子形成領域CSRのパターンとしては、素子形成領域CSRが境界に跨るように位置するパターンが存在する。
次に、図33および図34に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域が配置されることになる領域に、フォトレジストCPR1が形成される。次に、そのフォトレジストCPR1をエッチングマスクとして、露出したSOI基板CSUBの領域にエッチング処理を施すことにより、シリコン基板CSSUBの表面が露出したバルク領域CBURが形成される。
バルク領域CBURでは、残された分離領域CTRによって、素子形成領域CBSRとダミー素子形成領域CBDSRとが規定される。一方、エッチングされずに残されたSOI基板CSUBの部分がSOI領域CSLRとなる。SOI領域CSLRでは、分離領域CTRによって、素子形成領域CSSRとダミー素子形成領域CSDSRとが規定される。その後、フォトレジストCPR1が除去される。
次に、ゲート電極(ゲート配線)が形成される。図35および図36に示すように、ゲート酸化膜となるシリコン酸化膜CSOLが形成される。シリコン酸化膜CSOLを覆うように、ポリシリコン膜CPOLが形成される。ポリシリコン膜CPOLを覆うように、シリコン窒化膜CSNが形成される。所定の写真製版処理を施すことにより、ゲート電極をパターニングするためのフォトレジストCPR2が形成される。比較例に係る半導体装置のゲート電極(ゲート配線)のパターンとしては、ゲート電極が境界に跨るように位置するパターンが存在する。
次に、フォトレジストCPR2等をエッチングマスクとして、エッチング処理を施すことによってゲート電極が形成される。その後、フォトレジストCPR2が除去される。これにより、図37および図38に示すように、SOI領域CSLRでは、ゲート電極CSGEとダミーゲート電極CSDGEが形成される。バルク領域CBURでは、ゲート電極CBGEとダミーゲート電極CBDGEが形成される。ダミーゲート電極には、SOI領域CSLRとバルク領域CBURとの境界に跨るダミーゲート電極が存在する。
次に、バルク用トランジスタのエクステンション注入が行われる。ここでは、図面に示されるバルク用トランジスタとしては、nチャネル型のバルク用トランジスタを想定して説明する。
図39および図40に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域CSLRにおける、素子形成領域CSSを覆うフォトレジストCPR3が形成される。なお、フォトレジストCPR3は、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)が形成される領域も覆っている。
次に、図41に示すように、フォトレジストCPR3を注入マスクとして、n型領域へ不純物を注入することにより、素子形成領域CBSRにエクステンション領域CBETが形成される。このとき、n型領域への不純物は、バルク領域CBURのダミー素子形成領域CBDSRにも注入されることになる。その後、フォトレジストCPR3が除去される。
次に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)のエクステンション注入が行われた後、所定の領域以外の領域にエピタキシャル層が形成されるのを阻止する膜が形成される。ゲート電極CSGE、CBGEおよびダミーゲート電極CSDGE、CBDGEを覆うように、シリコン窒化膜CESL(図43参照)が形成される。
次に、図42および図43に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域CSLRを露出し、バルク領域CBUR等を覆うフォトレジストCPR4が形成される。次に、フォトレジストCPR4をエッチングマスクとして、露出しているシリコン窒化膜CESLに異方性のエッチング処理を施すことにより、せり上げエピタキシャル層が形成される素子形成領域CSSR等に位置するシリコン層CSLの部分が露出する。また、ゲート電極CSGE等の側壁には、シリコン窒化膜CESLが側壁保護膜CESLSとして残される。その後、フォトレジストCPR4が除去される。
次に、図44に示すように、エピタキシャル成長法によって、露出した素子形成領域CSSRにせり上げエピタキシャル層CEELが形成される。その後、SOI用トランジスタのエクステンション領域、SOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタのそれぞれのソース・ドレイン領域、コンタクトプラグおよび配線等(いずれも図示せず)が形成されて、比較例に係る半導体装置の主要部分が完成する。
比較例に係る半導体装置では、図45の丸印Aに示すように、ダミー素子形成領域CSDSRのパターンとして、SOI領域CSLRとバルク領域CBURとの境界にシリコン層が露出するように配置されたパターンが存在する。このため、せり上げエピタキシャル層を形成する際に、SOI領域とバルク領域との境界の段差に露出したシリコン層の部分にエピタキシャル層が異常成長することがある。
また、図41に示すように、バルク用トランジスタのエクステンション領域を形成する際に、SOI領域CSLRに露出したシリコン層の部分へ不純物が注入されることで、シリコン層がアモルファス化してしまうことがある。このため、せり上げエピタキシャル層を形成する際に、アモルファス化したシリコン層の部分にエピタキシャル層が異常成長することがある。
比較例に係る半導体装置に対して、実施の形態に係る半導体装置では、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に、全周にわたって分離領域TR(トレンチ分離絶縁膜TL)が露出する。これにより、せり上げエピタキシャル層EELを形成する際に、SOI領域SLRにおいてエピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。
また、バルク領域BURへのエクステンション注入を行う際に、SOI領域SLRを覆うフォトレジストPR3が形成される。これにより、SOI領域に位置するシリコン層がアモルファス化するのを阻止することができ、SOI領域SLRにおいてエピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。
さらに、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に露出した埋め込み酸化膜が、後の工程においてなくなり、その上に位置するシリコン層の部分が異物として剥離してしまうのを抑制することができる。
実施の形態2
ここでは、SOI領域とバルク領域との段差の側壁に、全周にわたって分離領域の分離絶縁膜を露出させ、そして、SOI領域に配置されるダミー素子形成領域の全体をダミー電極によって覆う手法について説明する。なお、実施の形態1と同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
まず、図2〜図4に示す工程と同様の工程を経て、図46および図47に示すように、SOI基板SUBに、分離領域TRが形成される。分離領域TRによって、素子形成領域SRが規定される。素子形成領域SRには、所定の半導体素子が形成される素子形成領域と、ダミー素子形成領域とが含まれる。
次に、図5および図6に示す工程と同様の工程を経て、SOI領域とバルク領域とが形成される。バルク領域BURでは、残された分離領域TRによって、バルク用トランジスタ等が形成されることになる素子形成領域BSRと、ダミー素子形成領域BDSRとが規定される。一方、SOI領域SLRでは、分離領域TRによって、SOI用トランジスタ等が形成されることになる素子形成領域SSRと、ダミー素子形成領域SDSRとが規定される(図5および図6参照)。
次に、ゲート電極(ゲート配線)が形成される。図7および図8に示す工程と同様の工程を経て、図48および図49に示すように、シリコン酸化膜SOL、ポリシリコン膜POLおよびシリコン窒化膜SNが順次形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ゲート電極をパターニングするためのフォトレジストPR2が形成される。このとき、SOI領域SLRでは、パターニングされるダミーゲート電極によって、一つのダミー素子形成領域SDSRの全体が覆われるように、フォトレジストPR2が形成される。すなわち、パターニングされるダミーゲート電極(サイズ)がダミー素子形成領域SDSR(サイズ)よりも大きくなるように、フォトレジストPR2が形成される。
次に、フォトレジストPR2をエッチングマスクとして、露出したシリコン窒化膜SNにエッチング処理を施すことによって、ゲート電極をパターニングするためのハードマスクが形成される。そのハードマスク等をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、ゲート電極が形成される。その後、フォトレジストPR2が除去される。
これにより、図50および図51に示すように、SOI領域SLRでは、ゲート電極SGEとダミーゲート電極SDGEが形成される。ゲート電極SGEは、素子形成領域SSRを横切るように配置されている。ダミーゲート電極SDGEのサイズは、ダミー素子形成領域SDSRのサイズよりも大きく、ダミーゲート電極SDGEは、ダミー素子形成領域SDSRの全体を覆うように配置されている。バルク領域BURでは、ゲート電極BGEとダミーゲート電極BDGEが形成される。ゲート電極BGEは、素子形成領域BSRを横切るように配置されている。
次に、バルク用トランジスタのエクステンション注入が行われる。なお、図面に示されるバルク用トランジスタとしては、nチャネル型のバルク用トランジスタを想定して説明する。図52および図53に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、フォトレジストPR7が形成される。
ここで、SOI領域SLRでは、ダミーゲート電極SDGEがダミー素子形成領域SDSRの全体を覆うように配置されていることで、フォトレジストとしては、SOI領域SLRの全体を覆う必要はなく、SOI領域SLRのうち、素子形成領域SSRとその近傍の領域を覆うフォトレジストPR7が形成される。なお、フォトレジストPR7は、この他に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)が形成される領域も覆うように形成されている。
次に、図54に示すように、フォトレジストPR7等を注入マスクとして、n型の不純物を注入することにより、素子形成領域BSRにエクステンション領域BETが形成される。前述したように、n型の不純物の例として、窒素(N2)、ヒ素(As)およびリン(P)等がある。特に、窒素(N2)の場合、そのドーピング濃度は、1×1020cm-3程度とされる。その後、フォトレジストPR7が除去される。次に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)のエクステンション注入が行われる。
次に、図14〜図16に示す工程と同様の工程を経て、所定の領域以外の領域にエピタキシャル層が形成されるのを阻止する膜が形成される。図55および図56に示すように、せり上げエピタキシャル層が形成される素子形成領域SSR等に位置するシリコン層SLの部分を露出し、他の領域を覆うシリコン窒化膜ESLが形成される。次に、図57に示すように、エピタキシャル成長法によって、露出した素子形成領域SSRにせり上げエピタキシャル層EELが形成される。
次に、図18および図19に示す工程と同様の工程を経て、シリコン窒化膜ESLが除去される。次に、図20および図21に示す工程と同様の工程を経て、素子形成領域SSRに、エクステンション領域SETが形成される(図58参照)。次に、図22および図23に示す工程と同様の工程を経て、SOI領域SLRでは、ゲート電極SGEおよびダミーゲート電極SDGEのそれぞれの側壁にサイドウォール膜SSWが形成され、バルク領域BURでは、ゲート電極BGEおよびダミーゲート電極BDGEのそれぞれの側壁にサイドウォール膜BSWが形成される(図58参照)。
次に、図24に示す工程と同様の工程を経て、SOI領域SLRでは、ソース・ドレイン領域SSDが形成され、バルク領域BURでは、ソース・ドレイン領域BSDが形成される(図58参照)。こうして、SOI領域SLRにSOI用トランジスタSTRが形成され、バルク領域BURにバルク用トランジスタBTRが形成される。次に、図25に示す工程と同様の工程を経て、図58に示すように、金属シリサイド膜MSが形成される。
次に、図26に示す工程と同様の工程を経て、シリコン窒化膜SNLおよびコンタクト層間絶縁膜CILが形成される(図59参照)。次に、図27に示す工程と同様の工程を経て、コンタクトホールCH内にコンタクトプラグPLS、PLBが形成される(図59参照)。次に、図28に示す工程と同様の工程を経て、配線層間絶縁膜WIL1および配線層間絶縁膜WIL2が形成される(図59参照)。次に、図29に示す工程と同様の工程を経て、配線溝WTRが形成される(図59参照)。
次に、図30に示す工程と同様の工程を経て、図59に示すように、SOI領域SLRでは配線WISが形成され、バルク領域BURでは配線WIBが形成される。その後、必要に応じて、上層の層間絶縁膜と配線(いずれも図示せず)が形成される。こうして、SOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタ等を備えた半導体装置の主要部分が完成する。
上述した半導体装置では、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に、全周にわたって分離領域TR(トレンチ分離絶縁膜TL)が露出される。これにより、せり上げエピタキシャル層EELを形成する際に、SOI領域SLRにおいてエピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。
また、バルク領域BURへのエクステンション注入を行う際に、SOI領域SLRでは、ダミー素子形成領域SDSRの全体がダミーゲート電極SDGEによって覆われ、素子形成領域SSRはフォトレジストPR7によって覆われている。これにより、SOI領域に位置するシリコン層がアモルファス化するのを阻止することができ、せり上げエピタキシャル層を形成する際に、エピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。
さらに、エクステンション注入を阻止するフォトレジストとして、フォトレジストPR7を形成することで、SOI領域においてフォトレジストの残渣を抑制することができる。このことについて説明する。エクステンション注入等を行う際に、注入マスクとして形成されるフォトレジストに不純物が注入されると、そのフォトレジストの表面は硬化する。このため、フォトレジストを除去する際に、除去しきれずにフォトレジストが残ることがある。この傾向は、フォトレジストが形成されている領域の面積が増加するにしたがって大きくなる。
上述した半導体装置におけるSOI領域SLRでは、ダミーゲート電極SDGEがダミー素子形成領域SDSRの全体を覆うように配置されている。このため、バルク領域へのエクステンション注入の際に形成されるフォトレジストとしては、SOI領域SLRの全体を覆うのではなく、SOI領域SLRのうち、素子形成領域SSRとその近傍の領域を覆うフォトレジストPR7が形成される。これにより、SOI領域SLRにおいて、フォトレジストが形成される領域の面積が削減されて、フォトレジストの残渣を抑制することができる。
以上の他に、上述した半導体装置では、前述したように、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に露出した埋め込み酸化膜が、後の工程においてなくなり、その上に位置するシリコン層の部分が異物として剥離してしまうのを抑制することができる。
実施の形態3
ここでは、SOI領域とバルク領域との段差の側壁に、全周にわたって分離領域の分離絶縁膜を露出させ、そして、SOI領域に配置されるダミー素子形成領域をダミーゲート電極と側壁保護膜とによって覆う手法について説明する。なお、実施の形態1と同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
まず、図2〜図4に示す工程と同様の工程を経て、図60および図61に示すように、SOI基板SUBに、分離領域TRが形成される。分離領域TRによって、素子形成領域SRが規定される。素子形成領域SRには、所定の半導体素子が形成される素子形成領域と、ダミー素子形成領域とが含まれる。
次に、図5および図6に示す工程と同様の工程を経て、SOI領域とバルク領域とが形成される。バルク領域BURでは、残された分離領域TRによって、バルク用トランジスタ等が形成されることになる素子形成領域BSRと、ダミー素子形成領域BDSRとが規定される。一方、SOI領域SLRでは、分離領域TRによって、SOI用トランジスタ等が形成されることになる素子形成領域SSRと、ダミー素子形成領域SDSRとが規定される(図5および図6参照)。
次に、ゲート電極(ゲート配線)が形成される。図7および図8に示す工程と同様の工程を経て、図62および図63に示すように、シリコン酸化膜SOL、ポリシリコン膜POLおよびシリコン窒化膜SNが順次形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ゲート電極をパターニングするためのフォトレジストPR2が形成される。このとき、SOI領域SLRでは、パターニングされるダミーゲート電極と後述する側壁絶縁膜とによって、一つのダミー素子形成領域SDSRの全体が覆われるように、フォトレジストPR2が形成される。すなわち、パターニングされるダミーゲート電極(サイズ)がダミー素子形成領域SDSR(サイズ)よりも小さくなるように、フォトレジストPR2が形成される。
次に、フォトレジストPR2をエッチングマスクとして、露出したシリコン窒化膜SNにエッチング処理を施すことによって、ゲート電極をパターニングするためのハードマスクが形成される。そのハードマスク等をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、ゲート電極が形成される。その後、フォトレジストPR2が除去される。
これにより、図64および図65に示すように、SOI領域SLRでは、ゲート電極SGEとダミーゲート電極SDGEが形成される。ゲート電極SGEは、素子形成領域SSRを横切るように配置されている。ダミーゲート電極SDGEは、ダミー素子形成領域SDSRのうち、外周に沿って位置する部分を露出する態様で、ダミー素子形成領域SDSRを覆うように配置されている。バルク領域BURでは、ゲート電極BGEとダミーゲート電極BDGEが形成される。ゲート電極BGEは、素子形成領域BSRを横切るように配置されている。
次に、バルク用トランジスタのエクステンション注入が行われる。なお、図面に示されるバルク用トランジスタとしては、nチャネル型のバルク用トランジスタを想定して説明する。図66および図67に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、フォトレジストPR8が形成される。
ここで、SOI領域SLRでは、SOI領域SLRのうち、素子形成領域SSRとその近傍の領域を覆うフォトレジストPR8が形成される。このため、ダミー素子形成領域SDSRのうち、ダミーゲート電極SDGEによって覆われていない、ダミー素子形成領域SDSRの外周に沿って位置する部分(領域A)には、エクステンション注入の不純物が注入されることになるが、後述するように、この領域Aは、側壁絶縁膜によって覆われることになるため、エピタキシャル層の異常成長を阻止することができる。なお、フォトレジストPRは、この他に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)が形成される領域も覆うように形成されている。
次に、図68に示すように、フォトレジストPR8等を注入マスクとして、n型領域へ不純物を注入することにより、素子形成領域BSRにエクステンション領域BETが形成される。すでに述べたように、n型領域への不純物の例として、窒素(N2)、ヒ素(As)およびリン(P)等がある。特に、窒素(N2)の場合、そのドーピング濃度は、1×1020cm-3程度とされる。その後、フォトレジストPR8が除去される。次に、pチャネル型のバルク用トランジスタ(図示せず)のエクステンション注入が行われる。
次に、所定の領域以外の領域にエピタキシャル層が形成されるのを阻止する膜が形成される。図14に示す工程と同様の工程を経て、図69に示すように、ゲート電極SGE、BGEおよびダミーゲート電極SDGE、BDGEを覆うように、シリコン窒化膜ESLが形成される。
次に、図15および図16に示す工程と同様に、所定の写真製版処理を施すことにより、図70および図71に示すように、SOI領域SLRを露出し、バルク領域BUR等を覆うフォトレジストPR4が形成される。次に、フォトレジストPR4をエッチングマスクとして、露出しているシリコン窒化膜ESLに異方性のエッチング処理を施すことにより、せり上げエピタキシャル層が形成される素子形成領域SSR等に位置するシリコン層SLの部分が露出する。
このとき、ゲート電極SGEの側壁には、シリコン窒化膜ESLが側壁保護膜ESLSとして残される。また、ダミーゲート電極SDGEの側壁にも、シリコン窒化膜ESLが側壁保護膜ESLSとして残される。ダミー素子形成領域SDSRの外周に沿って露出した部分は、この側壁保護膜ESLSによって覆われる。こうして、一つのダミー素子形成領域SDSRは、ダミーゲート電極SDGEと側壁保護膜ESLSとによって覆われることになる。その後、フォトレジストPR4が除去される。
次に、図72に示すように、エピタキシャル成長法によって、露出した素子形成領域SSRにせり上げエピタキシャル層EELが形成される。次に、図18に示す工程と同様の工程を経た後、所定のウェットエッチング処理を施すことにより、図73に示すように、側壁保護膜ESLS等が除去される。
次に、図74に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、SOI領域SLRにおける素子形成領域SSRを露出し、バルク領域BURを含む他の領域を覆うフォトレジストPR9が形成される。次に、フォトレジストPR9を注入マスクとして、n型の不純物を注入することにより、素子形成領域SSRに、エクステンション領域SETが形成される。その後、フォトレジストPRが除去される。
次に、図22および図23に示す工程と同様の工程を経て、SOI領域SLRでは、ゲート電極SGEおよびダミーゲート電極SDGEのそれぞれの側壁にサイドウォール膜SSWが形成され、バルク領域BURでは、ゲート電極BGEおよびダミーゲート電極BDGEのそれぞれの側壁にサイドウォール膜BSWが形成される(図75参照)。次に、図24に示す工程と同様の工程を経て、図75に示すように、SOI領域SLRでは、ソース・ドレイン領域SSDが形成され、バルク領域BURでは、ソース・ドレイン領域BSDが形成される。こうして、SOI領域SLRにSOI用トランジスタSTRが形成され、バルク領域BURにバルク用トランジスタBTRが形成される。次に、図25に示す工程と同様の工程を経て、図76に示すように、金属シリサイド膜MSが形成される。
次に、図26に示す工程と同様の工程を経て、シリコン窒化膜SNLおよびコンタクト層間絶縁膜CILが形成される(図77参照)。次に、図27に示す工程と同様の工程を経て、コンタクトホールCH内にコンタクトプラグPLS、PLBが形成される(図77参照)。次に、図28に示す工程と同様の工程を経て、配線層間絶縁膜WIL1および配線層間絶縁膜WIL2が形成される(図77参照)。次に、図29に示す工程と同様の工程を経て、配線溝WTRが形成される(図77参照)。
次に、図30に示す工程と同様の工程を経て、図77に示すように、SOI領域SLRでは配線WISが形成され、バルク領域BURでは配線WIBが形成される。その後、必要に応じて、上層の層間絶縁膜と配線(いずれも図示せず)が形成される。こうして、SOI用トランジスタおよびバルク用トランジスタ等を備えた半導体装置の主要部分が完成する。
上述した半導体装置では、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に、全周にわたって分離領域TR(トレンチ分離絶縁膜TL)が露出される。これにより、せり上げエピタキシャル層EELを形成する際に、SOI領域SLRにおいてエピタキシャル層が異常成長するのを抑制することができる。
また、バルク領域BURへのエクステンション注入を行う際に、SOI領域SLRでは、ダミー素子形成領域SDSRの大部分がダミーゲート電極SDGEによって覆われ、残りの露出したダミー素子形成領域SDSRの外周に沿って位置する部分は、せり上げエピタキシャル層EELを形成する前に側壁保護膜ESLSによって覆われる。これにより、たとえ、露出したダミー素子形成領域SDSRのシリコン層の部分がエクステンション注入により不純物が注入されてアモルファス化したとしても、せり上げエピタキシャル層を形成する際に、エピタキシャル層が異常成長するのを阻止することができる。
さらに、エクステンション注入を阻止するフォトレジストとして、素子形成領域SSRを覆うフォトレジストPR8を形成することで、SOI領域SLRの全体をフォトレジストによって覆う場合に比べて、フォトレジストが形成される領域の面積を削減することができる。これにより、前述したように、フォトレジストの残渣を抑制することができる。
以上の他に、上述した半導体装置では、すでに説明したように、SOI領域SLRとバルク領域BURとの段差の側壁に露出した埋め込み酸化膜が、後の工程においてなくなり、その上に位置するシリコン層の部分が異物として剥離してしまうのを抑制することができる。なお、実施の形態1〜3において示された絶縁膜や導電性膜等の膜種(材料)は一例であって、これらの膜種に限られるものではない。
実施の形態4
第1例
第1例では、SOI領域とバルク領域との境界にダミー素子形成領域およびダミーゲート電極を配置させないように、素子形成領域およびゲート電極等のパターン(マスクパターン)を作成する手法について説明する。
まず、図1に示すように、ステップFEにおいて、素子形成領域、分離領域、SOI領域およびゲート電極のそれぞれのパターンがあらかじめ設定(取得)される。そのステップFEについて詳しく説明する。
図78に示すように、ステップFE1では、あらかじめ、ライブラリ等に登録されている、SOI領域のパターンSOIP、ダミー素子形成領域のパターンODDUMおよびダミーゲート電極のパターンPODUMのそれぞれが設定(取得)される。
図79に、初期状態のSOI領域のパターンSOIP、ダミー素子形成領域のパターンODDUMおよびダミーゲート電極のパターンPODUMを同一平面上に示す。なお、図79では、SOI用トランジスタが形成される素子形成領域のパターンAPDとSOI用トランジスタのゲート電極GPDのパターンも併せて示す。図79に示すように、この初期状態では、SOI領域のパターンSOIPの境界に跨るダミー素子形成領域のパターンODDUMとダミーゲート電極のパターンPODUMとが存在する。
次に、ステップFE2では、SOI領域のパターンSOIPの境界に、ダミー素子形成領域のパターンODDUMとダミーゲート電極のパターンPODUMとを配置させない処理が行われる。
(ダミー素子形成領域のパターンの処理)
まず、ダミー素子形成領域のパターンの処理について説明する。図80に、SOI領域のパターンSOIPを示し、図81に、ダミー素子形成領域のパターンODDUMを示す。図81に示すように、SOI領域のパターンSOIPの境界を跨ぐように位置するダミー素子形成領域のパターンODDUMが境界に沿って存在する。
次に、図81に示すダミー素子形成領域のパターンODDUMから、図82に示すように、SOI領域のパターンSOIPの領域内に位置するダミー素子形成領域のパターンODDUMと、SOI領域のパターンSOIPの境界に跨って位置するダミー素子形成領域のパターンODDUMとを排除したダミー素子形成領域のパターンODDUMが作成(抽出)される。この処理は、以下の演算式、
ODDUM not SOIP
によって表される。
次に、図81に示すダミー素子形成領域のパターンODDUMから、図83に示すように、SOI領域のパターンSOIPの領域内に位置するダミー素子形成領域のパターンODDUMが作成(抽出)される。この処理は、以下の演算式、
ODDUM and SOIP
によって表される。
次に、図82に示すダミー素子形成領域のパターンODDUMと、図83に示すダミー素子形成領域のパターンODDUMとを合わせる処理を行うことにより、図84に示すように、SOI領域のパターンSOIPの境界に跨るダミー素子形成領域のパターンODDUMが排除されたダミー素子形成領域のパターンODDUMが作成される。この処理は、以下の演算式、
(ODDUM not SOIP) or (ODDUM and SOIP)
によって表される。
分離領域を形成する際には、図84に示されるダミー素子形成領域のパターンODDUMと素子形成領域のパターンAPDとに基づいて製造されたフォトマスクを用いて写真製版処理を行うことによってフォトレジストが形成される。次に、そのフォトレジストをエッチングマスクとして所定のエッチング処理を施すことによって、ダミー素子形成領域を含む素子形成領域を規定する分離領域のトレンチ分離溝TREが形成されることになる(図3および図4参照)。
(ダミーゲート電極のパターンの処理)
次に、ダミーゲート電極のパターンの処理について説明する。図85に、ダミーゲート電極のパターンPODUMを示す。図85に示すように、SOI領域のパターンSOIPの境界を跨ぐように位置するダミーゲート電極のパターンPODUMが存在する。
次に、図85に示すダミーゲート電極のパターンPODUMから、図86に示すように、SOI領域のパターンSOIPの領域内に位置するダミーゲート電極のパターンPODUMと、SOI領域のパターンSOIPの境界に跨って位置するダミーゲート電極のパターンPODUMとを排除したダミーゲート電極のパターンPODUMが作成(抽出)される。この処理は、以下の演算式、
PODUM not SOIP
によって表される。
次に、図85に示すダミーゲート電極のパターンPODUMから、図87に示すように、SOI領域のパターンSOIPの領域内に位置するダミーゲート電極のパターンPODUMが作成(抽出)される。この処理は、以下の演算式、
PODUM and SOIP
によって表される。
次に、図86に示すダミーゲート電極のパターンPODUMと、図87に示すダミーゲート電極のパターンPODUMとを合わせる処理を行うことにより、図88に示すように、SOI領域のパターンSOIPの境界に跨るダミーゲート電極のパターンPODUMが排除されたダミーゲート電極のパターンPODUMが作成される。この処理は、以下の演算式、
(PODUM not SOIP) or (PODUM and SOIP)
によって表される。
ゲート電極およびダミーゲート電極を形成する際には、図88に示されるダミーゲート電極のパターンPODUMとゲート電極のパターンGPDとに基づいて製造されたフォトマスクを用いて写真製版処理を行うことによってフォトレジストPR2が形成される(図7および図8参照)。次に、そのフォトレジストPR2をエッチングマスクとして所定のエッチング処理を施すことによって、ゲート電極SGE、BGEおよびダミーゲート電極SDGE、BDGEが形成されることになる(図9および図10参照)。
上述した素子形成領域等のパターンの処理とゲート電極等のパターンの処理とを合わせることで、図89に示すように、SOI領域とバルク領域との境界にダミー素子形成領域およびダミーゲート電極が配置されないパターンが作成される。この処理は、以下の演算式、
((ODDUM or PODUM) not SOIP) or ((ODDUM or PODUM) and SOIP)
によって表される。
第2例
第2例では、バルク領域へのエクステンション注入の際にSOI領域へ不純物が注入されないように、不純物の注入を阻止するフォトレジストのパターンを作成する手法について説明する。
まず、図1に示すように、ステップFRにおいて、不純物の注入を阻止するためのフォトレジストのパターンがあらかじめ設定(取得)される。そのステップFRについて詳しく説明する。
図90に示すように、ステップFR1では、あらかじめ、ライブラリ等に登録されている、SOI領域のパターンSOIPと、エクステンション注入の不純物を注入させる領域として注入ダミー領域のパターンIMPLADUMとが設定(取得)される。
図91に、初期状態のSOI領域のパターンSOIPと、注入ダミー領域のパターンIMPLADUMとを同一平面上に示す。次に、ステップFR2では、SOI領域への不純物の注入を阻止するパターンが作成される。すなわち、不純物を注入させる注入ダミー領域のパターンIMPLADUMから、SOI領域のパターンSOIPを排除する処理が行われる。この処理は、以下の演算式、
IMPLADUM not SOIP
によって表される。
バルク用トランジスタのエクステンション注入を行う際には、図91に示されるパターンに基づいて製造されたフォトマスクを用いて写真製版処理を行うことによってフォトレジストPR3が形成される(図11および図12参照)。次に、そのフォトレジストPR3を注入マスクとして、エクステンション注入を行うことによって、SOI領域SLRへの不純物の注入を阻止しながら、バルク領域BURにエクステンション領域BETが形成されることになる(図13参照)。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
SUB SOI基板、SSUB シリコン基板、BOL 埋め込み酸化膜、SL シリコン層、TRE 分離溝、TL トレンチ分離絶縁膜、TR 分離領域、SR 素子形成領域、MS 金属シリサイド、SLR SOI領域、SDSR ダミー素子形成領域、SDGE ダミーゲート電極、SSR 素子形成領域、STR SOI用トランジスタ、SGE ゲート電極、SET エクステンション領域、SSD ソース・ドレイン領域、EEL せり上げエピタキシャル層、SSW 側壁絶縁膜、BUR バルク領域、BDSR ダミー素子形成領域、BDGE ダミーゲート電極、BSR 素子形成領域、BTR バルク用トランジスタ、BGE ゲート電極、BET エクステンション領域、BSD ソース・ドレイン領域、BSW 側壁絶縁膜、SNL シリコン窒化膜、CIL コンタクト層間絶縁膜、CH コンタクトホール、PLS コンタクトプラグ、PLB コンタクトプラグ、WIL1 配線層間絶縁膜、WIL2 配線層間絶縁膜、WTR 配線溝、WIS 配線、WIB 配線、PR1 フォトレジスト、SOL シリコン酸化膜、POL ポリシリコン膜、SN シリコン窒化膜、PR2 フォトレジスト、PR3 フォトレジスト、ESL シリコン窒化膜、ESLS 側壁保護膜、ESLB 側壁保護膜、PR4 フォトレジスト、PR5 フォトレジスト、PR6 フォトレジスト、SNSD シリコン窒化膜、SSW サイドウォール膜、BSW サイドウォール膜、PR7 フォトレジスト、PR8 フォトレジスト、PR9 フォトレジスト、SOIP SOI領域のパターン、ODDUM ダミー素子形成領域のパターン、APD 素子形成領域のパターン、PODUM ダミーゲート電極のパターン、GPD ゲート電極のパターン、IMPLADUM 注入ダミー領域のパターン。

Claims (7)

  1. 半導体基板の表面上に絶縁層を介在させて半導体層が形成された基板部を用意する工程と、
    前記基板部に分離領域を形成する工程と、
    前記基板部に対して互いに隣接する第1領域および第2領域を規定し、前記第1領域に位置する前記半導体層および前記絶縁層を残すとともに、前記第2領域に位置する前記半導体層および前記絶縁層を除去して前記半導体基板と前記分離領域を露出することにより、前記第1領域には、第1素子形成領域および第1ダミー素子形成領域を形成し、前記第2領域には、第2素子形成領域および第2ダミー素子形成領域を形成する工程と、
    前記第1領域に第1ゲート電極および第1ダミーゲート電極を形成し、前記第2領域に第2ゲート電極および第2ダミーゲート電極を形成する工程と、
    前記第1素子形成領域および前記第1ダミー素子形成領域を被覆する被覆部を形成する工程と、
    前記被覆部が形成された後、少なくとも前記被覆部をマスクとして、前記第2領域における前記第2素子形成領域に一導電型の不純物を導入する工程と、
    前記第1素子形成領域に、エピタキシャル成長法によってせり上げエピタキシャル層を形成する工程と
    を備え、
    前記分離領域を形成する工程では、前記第2領域に位置する前記半導体層および前記絶縁層を除去することにより、前記第1領域と前記第2領域との境界に形成される段差の全体にわたり、前記分離領域が露出するように形成され
    前記被覆部を形成する工程では、前記被覆部として、前記第1ダミー素子形成領域を覆う前記第1ダミーゲート電極と、前記第1素子形成領域の全体を覆うフォトレジストとが形成され、
    前記せり上げエピタキシャル層を形成する工程では、前記第1ダミー素子形成領域が前記第1ダミーゲート電極によって覆われた状態で、前記せり上げエピタキシャル層が形成される、半導体装置の製造方法。
  2. 前記フォトレジストは、前記第1素子形成領域および前記第1ダミー素子形成領域を含む前記第1領域の全体を覆うように形成される、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第1ダミーゲート電極は、前記第1ダミー素子形成領域の全体を覆うように形成される、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記不純物を導入する工程の後、かつ、前記せり上げエピタキシャル層を形成する工程の前に、前記第1ゲート電極および前記第1ダミーゲート電極のそれぞれの側壁に側壁保護膜を形成する、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記分離領域を形成する工程は、
    素子形成領域としてあらかじめ登録されているパターンを第1パターンとして設定するステップと、
    前記第1領域に対応するパターンとして第2パターンを設定するステップと、
    前記第1パターンのうち、前記第2パターンの領域内に位置する前記第1パターンの部分を第3パターンとして設定するステップと、
    前記第1パターンから、前記第3パターンと、前記第2パターンの境界に位置する前記
    第1パターンの部分とを除いたパターンを第4パターンとして設定するステップと、
    前記第3パターンと前記第4パターンとを合わせたパターンを第5パターンとして設定するステップと
    を含み、
    前記第5パターンに基づいて前記分離領域が形成される、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第1ゲート電極、前記第1ダミーゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第2ダミーゲート電極を形成する工程は、
    前記第1領域に対応するパターンとして第2パターンを設定するステップと、
    ゲート電極としてあらかじめ登録されているパターンを第6パターンとして設定するステップと、
    前記第6パターンのうち、前記第2領域の領域内に位置する前記第6パターンの部分を第7パターンとして設定するステップと、
    前記第6パターンから、前記第7パターンと、前記第2パターンの境界に位置する前記第6パターンの部分とを除いたパターンを第8パターンとして設定するステップと、
    前記第7パターンおよび前記第8パターンとを合わせたパターンを第9パターンとして設定するステップと
    を含み、
    前記第9パターンに基づいて、前記第1ゲート電極、前記第1ダミーゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第2ダミーゲート電極が形成される、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記被覆部を形成する工程は、
    不純物を導入する領域としてあらかじめ登録されているパターンを第10パターンとして設定するステップと、
    前記第1領域に対応するパターンを第2パターンとして設定するステップと、
    前記第10パターンから前記第2パターンを除いたパターンを第11パターンとして設定するステップと
    を含み、
    前記第11パターンに基づいて、前記第1領域を覆う前記フォトレジストが形成される、請求項2記載の半導体装置の製造方法。
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