KR20030027723A - 반도체 장치용 기판을 제조하는 방법 및 반도체 장치용 기판 - Google Patents
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Abstract
표면의 결정에 결함이 적으며, 또한 SOI의 구조를 갖는 영역과 SOI의 구조를 갖고 있지 않은 영역 사이에 단차가 없는 평탄한 표면을 갖는 반도체 장치용 기판의 제조 방법 및 반도체 장치용 기판을 제공한다. 절연층(22)에 의해 반도체 기판(12)으로부터 절연된 반도체층(32) 상에 패터닝된 마스크층(35, 42)을 형성하는 마스크층 형성 단계와, 마스크층의 패턴에 따라 반도체층을 에칭하여 절연층으로 관통하는 트렌치(54)를 형성하는 트렌치 형성 단계와, 절연층의 두께보다도 얇게 반도체 기판 상에 퇴적시킨 보호층(92)을 에칭하여 트렌치의 측면을 피복하는 측벽 보호부(94)를 형성하는 보호부 형성 단계와, 트렌치의 저면으로부터 반도체 기판까지 절연층을 에칭하는 에칭 단계와, 절연층의 에칭에 의해 노출된 반도체 기판의 표면으로부터 단결정층(52)을 성장시키는 단결정층 형성 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치에 관한 것이다.
SOI(Silicon On Insulator) 기판 상에 형성된 전계 효과 트랜지스터는, 고속으로 동작할 수가 있어, 고속의 논리 회로를 구성할 수 있다. 최근, 이러한 고속의 논리 회로와 DRAM이 혼재된 시스템 LSI 등의 반도체 장치의 수요가 많다.
한편, DRAM을 SOI층에 형성한 경우에는, SOI층의 기판 부유 효과에 의해 DRAM의 메모리 셀용 트랜지스터의 보디(Body) 영역에 전하가 축적되고, DRAM의 예기치 못한 누설에 의한 리텐션의 열화나 감지 증폭기 회로에서의 쌍 트랜지스터의 임계값 등의 어긋남이 생긴다.
이 기판 부유 효과를 해결하기 위해 소자 영역에 컨택트를 형성하여 SOI층의 전위를 제어하는 방법이 있다.
그러나, 소자 영역에 컨택트를 형성하기 위해 DRAM의 셀 면적이나 감지 증폭기 회로의 면적 등이 증대하여, 고집적화할 수 없게 된다.
그래서, SOI 영역과 비 SOI 영역을 형성한 기판(이하, 부분 SOI 기판이라 함)을 형성하는 방법이 있다. SOI 영역은 반도체 기판 상에 형성된 절연층 상에 형성된 반도체층을 갖고, 비 SOI 영역은 반도체 기판 상에 절연층을 사이에 두지 않고 형성된 단결정층을 갖는다.
비 SOI 영역에 형성된 반도체 장치는, 기판 부유 효과의 영향을 받지 않는다. 따라서, SOI 영역에 전계 효과 트랜지스터를 형성하고, 비 SOI 영역에 DRAM을 형성함으로써, 고속의 논리 회로와 기판 부유 효과의 영향을 받지 않은 DRAM을 탑재한 시스템 LSI가 형성될 수 있다.
부분 SOI 기판을 형성하는 방법으로서는, 제1 방법으로서, SIM0X(Separation by Implantation of Silicon)법(특개평10-303385 또는 Symposium on VLSI2000 참조), 제2 방법으로서, 절연막을 패터닝한 실리콘 기판 상에 다른 실리콘 기판을 접합하는 방법(특개평8-316431 참조), 제3 방법으로서, SOI 기판의 SOI층과 절연층(이하, BOX(Buried Oxide)층이라고도 함)을 부분적으로 에칭하여 제거하는 방법(특개평7-106434, 특개평11-238860 또는 특개2000-91534 참조)이 있다.
제1 방법인 SIM0X법에 의하면, 산소 이온이 주입되므로, SOI층의 결정 혹은벌크층의 결정에 결함이 생기기 쉽다. 제2 방법에 의하면, 실리콘 기판끼리 접합되는 영역이 있다. 따라서, 실리콘 기판끼리 접합한 부분에서, 결정 방위가 어긋나 결정 결함이 생긴다. 제3 방법에 의하면, SOI 영역과 비 SOI 영역과의 경계부에서 단차가 생기기 때문에, 리소그래피 공정에서 포커스 마진이 작아지는 등 후공정에 악영향을 미치게 된다.
한편, 제3 방법에 의하면, SOI 영역과 비 SOI 영역 사이에 단차가 존재하지만, 제1 방법이나 제2 방법에 비하여, SOI 기판의 결정 결함이 적어 품질은 비교적 양호하다.
제3 방법에 의해 발생한 SOI 영역과 비 SOI 영역 사이의 단차를 평탄하게 하기 위해, 비 SOI 영역에 에피택셜층을 형성하여 연마하는 방법(특개2000-243944 참조)이 있다.
그러나, 이 방법에 의하면, BOX층을 RIE(Reactive Ion Etching)에 의해 에칭하므로, BOX층의 아래에 있는 실리콘 기판이 플라즈마에 의해 손상을 받아 결정 결함이 생기게 된다.
따라서, RIE 등에 의하지 않고, NH4F 용액 등을 이용한 화학 반응에 의한 웨트 에칭에 의해, BOX층의 선택적인 제거를 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 용액을 사용한 웨트 에칭은 등방성이므로, BOX층이 사이드 에칭되게 된다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 종래의 방법에 따라서, BOX층(20)을 웨트 에칭하여 얻어진 SOI 영역과 비 SOI 영역을 갖는 부분 SOI 기판의 확대 단면도이다.반도체 기판(10) 상에, BOX층(20), SOI층(30) 및 마스크층(40)이 BOX층(20), SOI 층(30), 마스크층(40)의 순으로 형성되어 있다. 패터닝된 마스크층(40)을 이용하여 SOI층(30)이 RIE에 의해 에칭된다. 또한, 용액을 이용하여 BOX층(20)이 선택적으로 웨트 에칭된다.
여기서, 반도체 기판(10) 중, BOX층(20) 및 SOI층(30)이 잔존하고 있는 영역이 SOI 영역(60)이며, BOX층(20) 및 SOI가 잔존하고 있지 않은 영역이 비 SOI 영역(70)이다. BOX층(20) 또는 SOI층(30) 중의 한쪽이 잔존하고 있으며, 다른 쪽이 잔존하고 있지 않은 영역을 경계 영역(80)으로 한다.
다음에, 비 SOI 영역(70)에서는, 반도체 기판(10)이 노출되어 있다. 이 노출된 반도체 기판(10)의 면으로부터 단결정층(50)을 성장시킨다.
BOX층(20)을 웨트 에칭하면, BOX층(20)은 반도체 기판(10)으로 향하는 기판 방향뿐만 아니라, 반도체 기판(10)의 표면으로 향하는 방향과 수직인 가로 방향으로 사이드 에칭된다. 그 결과, SOI층(30)의 폭이 사이드 에칭되는 폭의 2배 이하인 패턴에서는, SOI층(30)이 리프트 오프할 우려가 있다. 또한, 단결정층(50)을 성장시킬 때, SOI층(30)의 측면으로부터도 단결정이 성장한다. SOI층(30)은 반도체 기판(10)의 표면보다도 높은 위치에 있기 때문에, SOI층(30)의 측면으로부터의 단결정이 반도체 기판(10)으로부터의 단결정보다도 높게 성장한다. 따라서, 경계 영역(80) 또는 그 근방에서 범프(55)가 형성된다(도 6의 (a) 참조). 범프(55)의 근방의 반도체 장치용 기판의 표면에는, 결정 결함이 생긴다. 또한, 평탄한 반도체 장치용 기판을 형성하기 위해, 범프(55)를 연마하는 연마 공정이 필요하게 된다.
또한, 마스크층(40)은 이후의 공정에서 제거되기 때문에, 단결정층(50)의 평탄면과 SOI층(30)의 표면이 동일 평면 내에 있으면, 기판 표면이 평탄하게 된다. 따라서, 도 6의 (a)에서, 단결정층(50)의 평탄면과 SOI층(30)의 표면이 동일한 레벨로 도시되어 있다.
이들을 해결하는 방법으로서, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, SOI층(30)이 에칭된 후, SOI층(30)의 측면을 측벽 보호막(90)에 의해 피복하는 방법이 있다. 그것에 의해 SOI층(30)이 리프트 오프할 우려가 경감된다.
그러나, 측벽 보호막(90)이 BOX층(20)보다 얇은 경우에는, BOX층(20)을 에칭하였을 때, SOI층(30)의 이면이 노출된다. 따라서, 여전히, SOI층(30)의 이면으로부터 단결정이 성장하여, 경계 영역(80) 또는 그 근방에서 범프(55)가 형성된다.
한편, B0X층(20)의 막 두께 이상으로 두꺼운 측벽 보호막(90)을 형성하는 것은, 제조 비용을 증가시켜, 측벽 보호막(90)을 형성하기 위한 프로세스를 곤란하게하므로 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 표면의 결정에 결함이 적으며, 또한 SOI의 구조를 갖는 영역과 SOI의 구조를 갖고 있지 않는 영역과의 사이에 단차가 없는 평탄한 표면을 갖는 반도체 장치용 기판의 제조 방법 및 반도체 장치용 기판을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도.
도 6은 종래의 방법에 따라서, BOX층(20)을 웨트 에칭하여 얻어진 SOI 영역과 비 SOI 영역을 갖는 부분 SOI 기판의 확대 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10, 12 : 반도체 기판
20, 22 : 절연층
30, 32 : 반도체층
35, 40, 42 : 마스크층
50, 52 : 단결정층
54 : 트렌치
62 : 절연 영역
72 : 비절연 영역
82 : 경계 영역
92 : 보호층
100, 200, 300, 400, 500 : 반도체 장치용 기판
본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법은, 전기적으로 절연성인 절연층에 의해 반도체 기판으로부터 절연된 반도체층 상에 패터닝된 마스크층을 형성하는 마스크층 형성 단계와, 상기 마스크층의 패턴에 따라서 적어도 상기 반도체층을 에칭하여 상기 절연층으로 관통하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계와, 상기 절연층의 두께보다도 얇게 상기 반도체 기판 상에 퇴적시킨 보호층을 에칭하여 상기 트렌치의 측면을 피복하는 측벽 보호부를 형성하는 보호부 형성 단계와, 상기 트렌치의 저면으로부터 상기 반도체 기판까지의 상기 절연층을 에칭하는 에칭 단계와, 상기 절연층이 에칭됨으로써 노출된 상기 반도체 기판의 표면으로부터 단결정층을 성장시키는 단결정층 형성 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 에칭 단계는, 상기 트렌치의 저면으로부터 상기 반도체 기판까지의 상기 절연층을, 적어도 상기 트렌치의 저면에 비교적 가까운 부분을 에칭하는 트렌치측 에칭과 상기 반도체 기판에 비교적 가까운 부분을 에칭하는 기판측 에칭으로 나눠 에칭하는 2단계 에칭 단계로서, 상기 보호부 형성 단계는, 상기 트렌치측 에칭 이전, 또는 상기 기판측 에칭 이전에 실행된다.
바람직하게는, 상기 트렌치측 에칭은 이방성의 에칭이며, 상기 기판측 에칭은 등방성의 에칭이다.
바람직하게는, 상기 트렌치측 에칭 및 상기 기판측 에칭에서의 에칭은 모두 등방성의 에칭이며, 상기 트렌치측 에칭에서, 상기 반도체층의 아래에 존재하는 상기 절연층이 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭되고, 상기 보호부 형성 단계는, 상기 트렌치측 에칭 이후, 상기 기판측 에칭 이전에 실행되며, 상기 측벽 보호부는, 상기 트렌치의 측면과 상기 트렌치측 에칭에 의해 에칭된 상기 절연층이 존재한 상기 반도체층의 아랫쪽에 형성된다.
바람직하게는, 상기 등방성의 에칭은 액상(液相) 내에서 행해지는 웨트 에칭이며, 상기 이방성의 에칭은 기상(氣相) 내에서 행해지는 드라이 에칭이다.
상기 트렌치 형성 단계에서, 상기 반도체층의 에칭은 등방성의 에칭이며, 상기 마스크층의 아래에 존재하는 상기 반도체층이 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭되고, 상기 보호부 형성 단계에서, 상기 측벽 보호부는, 상기 트렌치 형성 단계에 의해 에칭된 상기 반도체층이 존재하고 있던 상기 반도체층의 아래쪽에 형성되며, 상기 에칭 단계에서의 에칭은 등방성의 에칭이어도 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법은, 전기적으로 절연성인 절연층에 의해 반도체 기판으로부터 절연된 반도체층 상에 패터닝된 마스크층을 형성하는 마스크층 형성 단계와, 상기 마스크층의 패턴에 따라 적어도 상기 반도체층을 등방적으로 에칭하여 상기 마스크층의 아래에 존재하는 상기 반도체층을 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭하고, 상기 절연층으로 관통하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계와, 상기 트렌치의 저면으로부터 상기 반도체 기판까지의 상기 절연층을 등방적으로 에칭하여 상기 반도체층의 아래에 존재하는 상기 절연층을 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭하는 에칭 단계와, 상기 절연층이 에칭됨으로써 노출된 상기 반도체 기판의 표면으로부터 단결정층을 성장시킨다.
바람직하게는, 상기 등방성의 에칭은 액상 내에서 행해지는 웨트 에칭이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치용 기판은, 표면을 갖는 반도체 기판과, 상기 표면 상에, 전기적으로 절연성인 절연층 및 해당 절연층에 의해 절연된반도체층이 형성된 절연 영역과, 상기 표면 상에 형성된 단결정층을 갖는 비절연 영역과, 상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계 영역에 존재하며 적어도 상기 반도체층의 측면을 피복하는 측벽 보호부를 구비하고, 상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계 영역에 존재하는 상기 절연층의 측면은 상기 반도체층의 측면보다도 상기 비절연 영역측으로 존재한다.
바람직하게는, 상기 측벽 보호부는 상기 반도체층의 측면으로부터의 두께가 상기 절연층의 상기 반도체 기판으로부터의 두께보다도 얇다.
바람직하게는, 상기 절연층의 측면 중, 상기 반도체 기판의 근방의 측면이 상기 반도체층의 측벽보다도 상기 비절연 영역측으로 존재한다.
상기 절연층의 측면 중, 상기 반도체층의 근방의 측면은 상기 반도체층의 측벽보다도 상기 절연 영역측으로 존재하여도 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치용 기판은, 표면을 갖는 반도체 기판과, 상기 표면 상에, 전기적으로 절연성인 제1 절연층 및 해당 제1 절연층에 의해 절연된 반도체층이 형성되고, 해당 반도체층 상에 형성된 제2 절연층을 갖는 절연 영역과, 상기 표면 상에 형성된 단결정층을 갖는 비절연 영역을 더 포함하며, 상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계에 존재하는 상기 반도체층의 측면 및 상기 제1 절연층의 측면은, 모두 상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계에 존재하는 상기 제2 절연층의 측면보다도 상기 절연 영역측으로 존재한다.
바람직하게는, 상기 제1 절연층의 측면은 상기 반도체층의 측면보다도 상기 절연 영역측으로 존재한다.
바람직하게는, 상기 반도체 기판의 표면으로부터 상기 반도체층의 표면까지의 거리 h 및 상기 반도체층의 측면과 상기 제2 절연층의 측면 사이의 거리 d가, d/h≥0.75를 충족시킨다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도면은 어느 것이나 이해를 돕기 위해 개략되어 있다. 또한, 당업자에게 있어서, 이하의 실시예 중 어느 것의 조합도 쉽게 생각할 수 있는 것은 명백하다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도이다.
도 1의 (a)를 참조하여, 반도체 기판(12)의 표면에 전기적으로 절연성인 절연층(22)이 형성되고, 절연층(22)에 의해 반도체 기판으로부터 절연된 반도체층(32)이 형성되어 있다. 즉, SOI 구조가 반도체 기판(12) 상에 형성되어 있다. 시판 중인 SOI 기판을 이용하여도 된다.
반도체층(32)의 상에 마스크층이 형성되고, 패터닝된다. 본 실시예에서는, 반도체층(32) 상에 산화층(35)이 형성되고, 산화층(35) 상에 질화층(42)이 형성된다. 즉, 2층으로 이루어지는 마스크층(35, 42)이 형성된다. 산화층(35)은 질화막(42)으로부터 반도체층(32)으로의 응력을 경감하여 반도체층(32)을 보호한다.
반도체 기판(12) 및 반도체층(32)은, 예를 들면, 실리콘 기판이며, 절연층(22) 및 산화층(35)은, 예를 들면, 실리콘 산화막이다. 질화막(42)은, 예를들면, 실리콘 질화막이다. 본 실시예에서는, 절연층(22)의 두께는 약 400㎚ 또는 약 200㎚이며, 반도체층(32)의 두께는 약 200㎚이다.
다음에, 반도체층(32)이 패터닝된 마스크층(35, 42)에 따라서 에칭된다. 그것에 의하여, 절연층(22)으로 관통하는 트렌치(54)가 형성된다. 트렌치(54)는, 반도체층(32)의 에칭에 의해 노출된 절연층(22)의 표면부를 저면으로 하고, 반도체층(32)의 에칭에 의해 노출된 반도체층(32)의 측부를 측면으로 한다.
도 1의 (b)를 참조하여, 다음에, 반도체층(32)을 산화하여, 트렌치(54)의 측면에 산화층(37)을 형성한다. 또한, 절연층(22)의 두께보다도 얇은 보호층(92)을 반도체 기판(12) 상에 퇴적시킨다. 본 실시예에서는, 보호층(92)은, LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)에 의해 퇴적된다. 산화층(37)은, 보호층(92)으로부터 반도체층(32)을 보호한다. 보호층(92)은 도 1의 (b)에서 파선으로 도시되어 있다. 이 보호층(92)을 반도체 기판(12)의 표면을 향해 이방적으로 에칭함으로써, 측벽 보호부(94)가 트렌치(54)의 측면에 잔존한다. 그것에 의하여, 측벽 보호부(94)는 트렌치(54)의 측면을 피복한다. 보호층(92) 및 측벽 보호부(94)는, 예를 들면, 질화 재료나 산화 재료로 이루어진다. 본 실시예에서, 측벽 보호부(94)는 질화 재료로 이루어진다.
측벽 보호부(94)가 산화 재료로 이루어지는 경우에는, 절연층(22)을 에칭할 때 동시에 에칭된다. 그러나, 절연층(22)의 막 두께 t를 충분히 얇게 함으로써, 반도체층(32)이 노출되지 않고, 반도체 기판(12)의 표면이 노출될 수 있다.
도 1의 (c)를 참조하여, 트렌치(54)의 저면으로부터 반도체 기판(12)까지 존재하는 절연층(22)을 에칭한다. 본 실시예에서, 절연층(22)은, 트렌치(54)의 저면에 비교적 가까운 부분을 에칭하는 트렌치측 에칭과 반도체 기판(12)에 비교적 가까운 부분을 에칭하는 기판측 에칭으로 나누어 2단계로 에칭된다.
먼저, 트렌치측 에칭이 실행된다. 즉, 측벽 보호부(94)로부터 노출되어 있는 절연층(22)의 영역이 선택적으로 RIE 등에 의해서 이방적으로 에칭된다. 그것에 의하여, 도 1의 (c)에 도시한 파선의 위치까지 절연층(22)이 에칭된다. 절연층(22)이 반도체 기판(12) 위에 잔존하고 있으므로, 반도체 기판(12)은 RIE의 플라즈마 등에 의한 손상을 받지 않는다.
계속해서, 절연층(22)의 기판측 에칭이 실행된다. 즉, NH4F 용액 등을 이용한 웨트 에칭에 의해, 반도체 기판(12)이 노출될 때까지 절연층(22)이 에칭된다. 웨트 에칭은 절연층(22)을 화학적으로 에칭하기 때문에 반도체 기판(12)에 손상을 주지 않는다. 따라서, 반도체 기판(12)에는, 결정 결함이 비교적 적다.
절연층(22)은 도 1의 (c)의 파선까지 이미 이방적으로 에칭되어 있기 때문에, 잔존하고 있는 절연층(22)이 웨트 에칭에 의해 등방적으로 에칭되더라도, 반도체 기판(10)의 표면으로 향하는 방향에 대하여 수직인 가로 방향으로 사이드 에칭되는 절연층(22)의 폭은 종래에 비하여 작다. 사이드 에칭되는 절연층(22)의 폭은, 도 1의 (c)의 파선으로부터 반도체 기판(12)의 표면까지의 거리, 즉, 트렌치측 에칭 후에 잔존하고 있는 절연층(22)의 잔여막 두께 t에 의존한다.
따라서, 보호층(92)이 절연층(22)보다 얇더라도, 잔여막 두께 t를 조절함으로써, 절연층(22)이 반도체층(32)의 아래까지 사이드 에칭되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 반도체층(32)은 노출되지 않는다. 또한, 잔여막 두께 t는, 측벽 보호층(94)의 반도체층(32)의 측면으로부터의 두께 t'보다도 작다. 예를 들면, 잔여막 두께 t는 약 50㎚이고, 두께 t'는 약 100㎚이다.
도 1의 (d)를 참조하여, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 단결정을 에피택셜 성장시킴으로써, 트렌치(54) 내부에 단결정층(52)이 형성된다. 본 실시예에서, 단결정층(52)은 선택 에피택셜 성장법에 의해 형성된다. 반도체 기판(12)의 표면이 노출되고, 반도체층(32)은 노출되지 않으므로, 단결정은 반도체 기판(12)으로부터 성장하고, 반도체층(32)으로부터는 성장하지 않는다.
여기서, 반도체 기판(12)에 있어서, 절연층(22) 및 반도체층(32)이 존재하고 있는 영역을 절연 영역(62)으로 하고, 절연층(22) 및 반도체층(32)이 존재하지 않으며, 단결정층(52)이 형성되어 있는 영역을 비절연 영역(72)으로 한다. 측벽 보호부(94)가 형성되어 있는 영역, 및 절연층(22) 또는 반도체층(32) 중의 한쪽이 잔존하고 있고 다른 쪽이 잔존하고 있지 않은 영역을 경계 영역(82)으로 한다. 각 첨부 도면에서, 절연 영역(62), 비절연 영역(72) 및 경계 영역(82)의 각각은 파선에 의해 구별되어 있다.
단결정은 반도체 기판(12)으로부터 성장하고, 반도체층(32)으로부터는 성장하지 않으므로, 경계 영역(82) 또는 그 근방에서 범프는 형성되지 않는다. 따라서, 경계 영역(82) 또는 그 근방의 단결정층(52)의 표면에는, 결정 결함은 생기지 않는다.
본 실시예에서, 마스크층(35 및 42)은 이후의 공정에서 제거되므로, 단결정층(52)은, 단결정층(52)의 표면과 반도체층(32)의 표면이 동일 평면이 되도록 형성된다. 그것에 의하여, 마스크층(35 및 42)을 제거한 후에서의 반도체 장치용 기판(100)의 기판면(98)이 평탄하게 된다. 이와 같이 하여, 평탄한 기판면(98)을 갖는 반도체 장치용 기판(100)이 형성된다.
측벽 보호부(94)는 질화 재료로 형성되어 있으므로, 마스크층(35 및 42)이 애싱 등에 의해 제거되었을 때, 측벽 보호부(94)도 반도체층(32)의 표면까지 제거된다. 따라서, 절연 영역(62)으로부터 경계 영역(82)을 지나 비절연 영역(72)까지 평탄한 기판면(98)이 형성된다. 이와 같이 하여, 반도체 장치용 기판(200)이 형성된다.
따라서, 반도체 장치용 기판(100)은, 반도체 기판(12)과, 반도체 기판(12)의 표면 상에, 전기적으로 절연성인 절연층(22)과 절연층(22)에 의해 절연된 반도체층(32)이 형성된 절연 영역(62)과, 반도체 기판(12)의 표면 상에 형성된 단결정층(52)을 갖는 비절연 영역(72)과, 절연 영역(62) 및 비절연 영역(72)의 경계 영역(82)에 존재하는 적어도 반도체층(32)의 측면을 피복하는 측벽 보호부(94)를 구비하고 있다.
절연 영역(62)과 비절연 영역(72)과의 경계 영역(82)에 존재하는 절연층(22)의 측면은 반도체층(32)의 측면보다도 비절연 영역(72) 측으로 존재한다.
반도체 장치용 기판(100)의 절연 영역(62) 및 비절연 영역(72)에는 각각의 특성에 적합한 반도체 장치가 형성될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도이다.
도 2의 (a)를 참조하여, 먼저, 도 1의 (a)와 마찬가지로, 반도체 기판(12) 상에 절연층(22), 반도체층(32) 및 마스크층(35, 42)이 형성된다.
반도체층(32)과 절연층(22)의 일부분이 패터닝된 마스크층(35, 42)에 따라서 RIE에 의해 이방적으로 에칭된다. 즉, 트렌치(54)가 형성됨과 함께, 절연층(22)의 트렌치측 에칭이 행해진다. 그것에 의하여, 절연층(22)으로 관통하는 트렌치(54)가 형성된다. 트렌치(54)는, 반도체층(32)의 에칭에 의해 노출된 절연층(22)의 부분을 저면으로 하고, 반도체층(32)의 에칭에 의해 노출된 반도체층(32) 및 절연층(22)의 측부를 측면으로 한다.
도 2의 (b)를 참조하여, 제1 실시예와 마찬가지로, 측벽 보호부(94)가 트렌치(54)의 측면에 형성된다. 단, 제1 실시예와 달리, 트렌치(54)의 측면은 반도체층(32) 및 절연층(22)의 측부로 이루어지므로, 측벽 보호부(94)는 반도체층(32)의 측부뿐만 아니라, 절연층(22)의 측부도 피복한다.
도 2의 (c)를 참조하여, 트렌치(54)의 저면으로부터 반도체 기판(12)까지 잔존하는 절연층(22)을 웨트 에칭한다. 즉, 본 실시예에서, 절연층(22)의 트렌치측 에칭은 기판측 에칭이 실행되고, 측벽 보호부(94)가 형성된 후에 행해진다.
트렌치측 에칭 시에, 절연층(22)에 있어서 트렌치(54) 측의 일부분은, 트렌치측 에칭에 의해 이미 에칭되어 있다. 따라서, 절연층(22)에 있어서 반도체 기판(12)의 비교적 가까이에 잔존하고 있는 부분이 기판측 에칭에 의해 등방적으로에칭된다. 그것에 의하여, 보호층(92)(도 1의 (b) 참조)이 절연층(22)보다 얇더라도, 절연층(22)의 잔여막 두께 t를 조절함으로써, 절연층(22)은 반도체층(32)의 아래까지 사이드 에칭되지 않도록 할 수 있다.
본 실시예에서, 잔여막 두께 t를 반도체층(32)의 측면으로부터의 측벽 보호층(94)의 두께 t'보다도 작게 할 수 있다. 즉, 기판측 에칭에서, 반도체 장치용 기판(200)은, 잔여막 두께 t와 두께 t'와의 차만큼 가로 방향의 마진을 갖는다. 따라서, 기판측 에칭의 후, 반도체층(32)은 노출되지 않는다.
또한, 반도체 장치용 기판(200)은, 트렌치측 에칭 시에 이미 에칭되어 있는 절연층(22)의 두께만큼 세로 방향의 마진을 갖는다. 따라서, 기판측 에칭에서, 에칭이 더 진행한 경우에도, 반도체층(32)은 노출되지 않는다.
도 2의 (e)는, 기판측 에칭에서, 측벽 보호층(94)의 두께 t'를 넘어서 오버 에칭했을 때의 파선원 Z로 나타낸 부분의 확대도이다. 도 2의 (e)에 의하면, 세로 방향의 마진이 t''로 나타나 있다. 두께 t''는 트렌치측 에칭 시에 이미 에칭되어 있는 절연층(22)의 두께와 동일하다. 기판측 에칭에서, 측벽 보호층(94)의 두께 t' 이상으로 오버 에칭하여도 반도체층(32)은 노출되지 않는다.
따라서, 본 실시예에서, 기판측 에칭은 절연층(22)을 t'와 t''와의 합의 두께만큼 에칭할 수 있다. 즉, 가로 방향의 마진 및 세로 방향의 마진의 양방을 고려한 경우, 전체 마진은 t'와 t''와의 합으로 된다.
본 실시예에서, 반도체 기판(12)이 노출할 때까지 절연층(22)은 웨트 에칭되므로 반도체 기판(12)에는 결정 결함이 생기기 어렵다.
도 2의 (d)를 참조하여, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 단결정층(52)을 에피택셜 성장시킴으로써, 트렌치(54) 내부에 단결정층(52)이 형성된다.
제1 실시예와 마찬가지로, 반도체 기판(12)의 표면이 노출되고, 반도체층(32)은 노출되지 않으므로, 단결정층(52)은 반도체 기판(12)으로부터 에피택셜 성장하고, 반도체층(32)으로부터는 성장하지 않는다.
따라서, 경계 영역(82) 또는 그 근방에서 범프는 형성되지 않는다. 따라서, 경계 영역(82) 또는 그 근방의 단결정층(52)의 표면에는, 결정 결함은 생기지 않는다. 또한, 본 실시예에서, 마스크층(35 및 42)은 이후의 공정에서 제거되므로, 단결정층(52)은 단결정층(52)의 표면과 반도체층(32)의 표면이 동일 평면이 되도록 형성된다. 그것에 의하여, 마스크층(35 및 42)을 제거한 후에서의 반도체 장치용 기판(100)의 기판면(98)이 평탄하게 된다. 이와 같이 하여, 평탄한 기판면(98)을 갖는 반도체 장치용 기판(100)이 형성된다.
측벽 보호부(94)는 질화 재료로 형성되어 있으므로, 마스크층(35 및 42)이 애싱 등에 의해 제거되었을 때, 측벽 보호부(94)도 반도체층(32)의 표면까지 제거된다. 따라서, 절연 영역(62)으로부터 경계 영역(82)을 지나 비절연 영역(72)까지 평탄한 기판면(98)이 형성된다. 이와 같이 하여, 반도체 장치용 기판(200)이 형성된다.
반도체 장치용 기판(200)은, 절연층(22)의 측면 중, 반도체 기판(12)의 근방의 측면이 반도체층(32)의 측벽보다도 비절연 영역(72) 측으로 존재하도록 형성되어 있다.
또한, 도 2의 (d)에서, 단결정층(52)을 성장시키는 조건에 따라서는, 측벽 보호부(94)와 절연층(22)과의 경계의 엣지 u에 공간이 생기는 경우가 있다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도이다.
도 3의 (a)를 참조하여, 먼저, 도 1의 (a)와 마찬가지로, 반도체 기판(12) 상에 절연층(22), 반도체층(32) 및 마스크층(35, 42)이 형성된다.
다음에, 반도체층(32)이 패터닝된 마스크층(35, 42)에 따라서 RIE에 의해 이방적으로 에칭된다. 그것에 의하여, 절연층(22)으로 관통하는 트렌치(54)가 형성된다. 트렌치(54)는 반도체층(32)의 에칭에 의해 노출된 절연층(22)의 표면부를 저면으로 하고, 반도체층(32)의 에칭에 의해 노출된 반도체층(32)의 측부를 측면으로 한다.
또한, 절연층(22)의 트렌치(54) 측의 일부분이 웨트 에칭된다. 즉, 절연층(22)의 트렌치측 에칭이 행해진다. 절연층(22)은 웨트 에칭에 의해 등방적으로 에칭되기 때문에, 반도체층(32)의 아래에 존재하는 절연층(22)이 트렌치(54)의 측면 방향, 즉, 반도체 기판(12)의 표면으로 향하는 방향에 대하여 수직인 가로방향으로 에칭된다. 그것에 의하여, 반도체층(32)의 측부 및 바닥부가 노출된다.
도 3의 (b)를 참조하여, 제1 실시예와 마찬가지로, 측벽 보호부(94)가 트렌치(54)의 측면에 형성된다. 단, 측벽 보호부(94)는 반도체층(32)의 측부뿐만 아니라, 사이드 에칭된 절연층(22)이 존재하고 있던 반도체층(32)의 아래쪽으로도 형성된다. 따라서, 보호층(92)이 절연층(22)보다 얇게 퇴적되더라도, 측벽 보호층(94)의 절연층(22) 측면으로부터의 두께 t'는, 절연층(22)의 잔여막 두께 t보다도 두껍기 때문에, 계속되는 기판측 에칭의 후에도 반도체층(32)은 노출되지 않는다.
도 3의 (c)을 참조하여, 트렌치(54)의 저면으로부터 반도체 기판(12)까지 존재하는 절연층(22)을 웨트 에칭한다. 즉, 본 실시예에서, 절연층(22)의 기판측 에칭은 트렌치측 에칭이 실행되고, 측벽 보호부(94)가 형성된 후에 행해진다.
제2 실시예와 마찬가지로, 트렌치측 에칭 시에, 절연층(22)에 있어서 트렌치(54) 측의 일부분은 이미 에칭되어 있다. 따라서, 기판측 에칭에서는, 절연층(22)에 있어서 반도체 기판(12)의 비교적 근처에 잔존하고 있는 부분이, 기판측 에칭에 의해, 등방적으로 에칭된다. 그것에 의하여, 상술한 바와 같이, 보호층(92)이 절연층(22)보다 얇게 퇴적되더라도, 잔존하고 있는 절연층(22)의 막 두께 t를 조절함으로써, 절연층(22)이 반도체층(32)의 아래까지 사이드 에칭되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 반도체층(32)은 노출되지 않는다. 또한, 잔여막 두께 t는 측벽 보호층(94)의 절연층(22) 측면으로부터의 두께 t'보다도 작다.
또한, 도 2의 (e)와 마찬가지로, 세로 방향의 마진을 고려하여도 된다. 그것에 의하여, 기판측 에칭에서, 절연층(22)이 두께 t' 이상으로 사이드 에칭되더라도 반도체층(32)은 노출되지 않는다.
일반적으로, 어느 정도의 잔여막 두께 t의 절연층(22)이 RIE의 플라즈마에 의한 손상으로부터 반도체 기판(12)을 보호할 수 있을지는 명확하게 특정할 수 없다.
그러나, 본 실시예에 따르면, 트렌치측 에칭 및 기판측 에칭은 모두 등방성의 에칭이다. 따라서, 절연층(22)이 RIE에 의해 에칭되지 않으므로, 트렌치측 에칭에 의해 반도체 기판(12)이 절연층(22)을 통해 손상을 받을 가능성이 없어, 반도체 기판(12)에 결정 결함이 더 생기기 어렵게 된다.
도 3의 (d)를 참조하여, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 단결정층(52)을 에피택셜 성장시킴으로써, 트렌치(54) 내부에 단결정층(52)이 형성된다.
제1 실시예와 마찬가지로, 반도체 기판(12)의 표면은 노출되어 있지만 반도체층(32)이 노출되어 있지 않으므로, 단결정층(52)은 반도체 기판(12)으로부터 에피택셜 성장하고, 반도체층(32)으로부터는 성장하지 않는다.
따라서, 경계 영역(82) 또는 그 근방에서 범프는 형성되지 않고, 결정 결함도 생기지 않는다.
또한, 본 실시예에서, 마스크층(35 및 42)은 이후의 공정에서 제거되므로, 단결정층(52)은 단결정층(52)의 표면과 반도체층(32)의 표면이 동일 평면이 되도록 형성된다. 그것에 의하여, 마스크층(35 및 42)을 제거한 후에 반도체 장치용 기판(100)의 기판면(98)이 평탄하게 된다. 이와 같이 하여, 평탄한 기판면(98)을 갖는 반도체 장치용 기판(100)이 형성된다.
측벽 보호부(94)는 질화 재료로 형성되어 있으므로, 마스크층(35 및 42)이 애싱 등에 의해 제거되었을 때, 측벽 보호부(94)도 반도체층(32)의 표면까지 제거된다. 따라서, 절연 영역(62)으로부터 경계 영역(82)을 지나 비절연 영역(72)까지 평탄한 기판면(98)이 형성된다. 이와 같이 하여 반도체 장치용 기판(300)이 형성된다.
반도체 장치용 기판(300)은, 절연층(22)의 측면 중, 반도체 기판(12)의 근방의 측면이 반도체층(32)의 측벽보다도 비절연 영역측(72)으로 존재하며, 또한, 절연층(22)의 측면 중, 반도체층(32)의 근방의 측면은 반도체층(32)의 측벽보다도 절연 영역측(82)으로 존재한다.
도 4는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도이다.
먼저, 도 1의 (a)와 마찬가지로, 반도체 기판(12) 상에, 절연층(22), 반도체층(32) 및 마스크층(35, 42)이 형성된다.
다음에, 도 4의 (a)를 참조하여, 반도체층(32)이 패터닝된 마스크층(35, 42)에 따라서 등방적으로 에칭되고, 절연층(22)으로 관통하는 트렌치(54)가 형성된다. 그것에 의하여, 마스크층(35, 42)의 아래에 존재하는 반도체층(32)이 트렌치(54)의 측면의 방향으로 사이드 에칭된다. 즉, 반도체층(32)은 반도체 기판(12)의 표면으로 향하는 방향에 대하여 수직인 가로 방향으로 사이드 에칭된다.
도 4의 (b)를 참조하여, 측벽 보호부(94)가, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 트렌치(54)의 측면에 형성된다. 측벽 보호부(94)는 마스크층(35, 42)의 아래로 들어가, 반도체층(32)의 측부를 피복한다. 따라서, 측벽 보호부(94)를 형성하기 위해서 퇴적되는 보호층(92)(도 1의 (b) 참조)의 막 두께는 절연층(22)의 막 두께보다 얇음에도 불구하고, 트렌치(54)의 측면으로부터의 측벽 보호부(94)의 가로 방향의 두께는 절연층(22)의 막 두께보다도 두껍다.
도 4의 (c)를 참조하여, 트렌치(54)의 저면으로부터 반도체 기판(12)까지 존재하는 절연층(22)을 웨트 에칭한다. 본 실시예에서는, 제1 내지 제3 실시예와 달리, 절연층(22)은 1회의 웨트 에칭에 의해 에칭된다. 트렌치(54)의 측면으로부터의 측벽 보호부(94)의 가로 방향의 두께 t'는 절연층(22)의 막 두께 t보다도 두껍기 때문에, 절연층(22)이 사이드 에칭되더라도 반도체층(32)은 노출되지 않는다.
본 실시예에서는, 도 4의 (a)에 도시한 에칭에 의해 절연층(22)은 에칭되어 있지 않는다. 그러나, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이, 절연층(22)의 일부를 에칭하여도 된다. 그것에 의하여, 절연층(22)이 사이드 에칭되어, 반도체층(32)의 저면의 일부가 노출되고, 도 4의 (b)에서 측벽 보호부(94)가 반도체층(32)의 그 저면의 일부를 피복한다. 그것에 따라, 도 2의 (e)에서 도시한 형태와 마찬가지로, 가로 방향의 마진뿐만 아니라, 세로 방향의 마진을 고려하여, 도 4의 (c)에서의 절연층(22)의 에칭이 처리될 수 있다. 즉, 절연층(22)이 두께 t' 이상으로 사이드 에칭되더라도 반도체층(32)은 노출되지 않도록 설계할 수 있다.
도 4의 (d)를 참조하여, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 단결정층(52)을 에피택셜 성장시킴으로써, 트렌치(54) 내부에 단결정층(52)이 형성된다.
제1 실시예와 마찬가지로, 반도체 기판(12)의 표면은 노출되어 있지만 반도체층(32)이 노출되어 있지 않으므로, 단결정층(52)은 반도체 기판(12)으로부터 에피택셜 성장하고, 반도체층(32)으로부터는 성장하지 않는다.
따라서, 경계 영역(82) 또는 그 근방에서 범프는 형성되지 않는다. 따라서, 경계 영역(82) 또는 그 근방의 단결정층(52)의 표면에는 결정 결함은 생기지 않는다.
또한, 본 실시예에서, 마스크층(35 및 42)은 이후의 공정에서 제거되므로, 단결정층(52)은 단결정층(52)의 표면과 반도체층(32)의 표면이 동일 평면이 되도록 형성된다. 그것에 의하여, 마스크층(35 및 42)을 제거한 후에 반도체 장치용 기판(100)의 기판면(98)이 평탄하게 된다. 이와 같이 하여, 평탄한 기판면(98)을 갖는 반도체 장치용 기판(100)이 형성된다.
측벽 보호부(94)는, 질화 재료로 형성되어 있으므로, 마스크층(35 및 42)이 애싱 등에 의해 제거되었을 때, 측벽 보호부(94)도 반도체층(32)의 표면까지 제거된다. 따라서, 절연 영역(62)으로부터 경계 영역(82)을 지나 비절연 영역(72)까지 평탄한 기판면(98)이 형성된다. 이와 같이 하여 반도체 장치용 기판(400)이 형성된다.
반도체 장치용 기판(400)은, 절연 영역(62)과 비절연 영역(72)과의 경계에 존재하는 반도체층(12)의 측면 및 절연층(22)의 측면은, 모두 절연 영역(62)과 비절연 영역(72)과의 경계에 존재하는 마스크층(35, 42)의 측면보다도 절연 영역(62) 측으로 존재한다.
도 5는, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 장치용 기판의 제조 방법을 공정순으로 도시한 반도체 장치용 기판의 확대 단면도이다.
도 5의 (a)는, 도 4의 (a)와 마찬가지의 상태를 나타낸다. 따라서, 마스크층(35, 42) 아래에 존재하는 반도체층(32)이 트렌치(54)의 측면의 방향으로 사이드 에칭되어 있다.
도 5의 (b)는 절연층(22)이 에칭된 후의 상태를 나타낸다. 본 실시예는, 다른 실시예와 달리, 측벽 보호부가 형성되지 않는다. 또한, 절연층(22)은 웨트 에칭되므로, 반도체 기판(12)의 표면으로의 방향에 대하여 수직인 가로 방향으로 사이드 에칭된다.
본 실시예에서는, 반도체층(32) 및 절연층(22)이 모두 웨트 에칭되어 있다. 따라서, 반도체층(12)의 측면 및 절연층(22)의 측면은, 모두 절연 영역(62)과 비절연 영역(72)과의 경계에 존재하는 마스크층(35, 42)의 측면보다도 절연 영역(62) 측으로 존재한다. 또한, 절연층(22)은 반도체층(32)의 뒤로 웨트 에칭된다. 따라서, 절연층(22)의 측면은 반도체층(32)의 측면보다도 절연 영역(62) 측으로 존재한다. 따라서, 마스크층(35 및 42), 반도체층(32) 및 절연층(22)이 역 계단 형상으로 형성된다.
또한, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 반도체층(32)의 표면까지의 거리 h 및 반도체층(32)의 측면과 마스크층(35 또는 42)의 측면 사이의 거리 d가, d/h≥0.75를 충족시킨다. 이하에 그 이유를 설명한다.
도 5의 (d)를 참조하여, 반도체 기판(12)의 표면과 반도체층(32)의 측면으로부터 단결정을 에피택셜 성장시킴으로써, 트렌치(54) 내부에 단결정층(52)이 형성된다.
일반적으로, 실리콘을 에피택셜 성장시킨 경우에, 실리콘 기판의 결정면<100>에 대하여 수직하는 방향 X로 성장하는 실리콘 결정의 성장 속도와 실리콘 기판의 결정면<O1O>에 대하여 수직하는 방향 Y로 성장하는 실리콘 결정의 성장 속도와의 비가 1:0.75이다.
본 실시예에서, 반도체 기판(12)의 표면이 결정면<100>에 해당하고, 반도체층(32)의 측면이 결정면<010>에 해당한다.
반도체층(32)의 측면으로부터도 결정은 성장하지만, 반도체층(32)의 측면으로부터의 결정은 마스크층(35)에 의해 트렌치(54)의 외측으로 반도체층(32)의 표면을 넘어서 성장하는 것이 억제된다. 반도체층(32)으로부터의 결정이 반도체층(32)의 표면을 넘어서 성장하기 위해서는, 반도체층(32)의 측면으로부터의 결정은 가로 방향, 즉, 방향 Y로 거리 d 이상 성장해야 한다.
한편, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 성장하는 결정은, 방향 X로 결정이 성장하는 속도보다도 1/0.75=약 1.33배 빠르다.
따라서, 본 실시예에서, 거리 h 및 거리 d가, d/h≥0.75를 충족시킴으로써, 반도체층(32)으로부터 성장하는 결정이 반도체층(32)의 표면을 넘어서 성장하기 전에, 반도체 기판(12)의 표면으로부터 성장하는 결정이 반도체층(32)의 표면을 넘는다. 따라서, 비절연 영역(72)에 형성되는 단결정층(52)의 표면에는 범프가 발생하지 않아, 결정 결함도 생기지 않는다.
또한, 본 실시예에서, 마스크층(35 및 42)은 이후의 공정에서 제거되므로, 단결정층(52)은, 단결정층(52)의 표면과 반도체층(32)의 표면이 동일 평면이 되도록 형성된다. 그것에 의하여, 마스크층(35 및 42)을 제거한 후에 반도체 장치용 기판(100)의 기판면(98)이 평탄하게 된다. 이와 같이 하여, 평탄한 기판면(98)을 갖는 반도체 장치용 기판(100)이 형성된다. 따라서, 절연 영역(62)으로부터 경계 영역(82)을 지나 비절연 영역(72)까지 평탄한 기판면(98)이 형성된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 측벽 보호층(92)을 형성하지 않고, 결정 결함이 적을 뿐만 아니라, 평탄한 반도체 장치용 기판(500)을 형성할 수 있다.
이상으로, 본 발명에 따른 실시예를 설명하여 왔는데, 이들 실시예에서, 측벽 보호부(94)의 형상이나 재료 및 절연층(22)의 막 두께 혹은 잔여막 두께 t는, 퇴적 공정 및 에칭 공정을 조절함으로써 임의로 변경할 수 있다. 그것에 의하여, 절연층(22)이 기판측 에칭된 후, 반도체층(32)이 노출되지 않도록 하는 것은 당업자에게 있어서 용이하며, 그와 같은 실시예는 본 발명의 모든 효과를 갖는 한 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에 따른 반도체 장치용 기판을 제조하는 방법에 의하면, 표면의 결정에 결함이 적을 뿐만 아니라, SOI의 구조를 갖는 영역과 SOI의 구조를 갖고 있지 않는 영역 사이에 단차가 없는 평탄한 표면을 갖는 반도체 장치용 기판이 제공된다.
본 발명에 따른 반도체 장치용 기판은, 표면의 결정에 결함이 적을 뿐만 아니라, SOI의 구조를 갖는 영역과 SOI의 구조를 갖고 있지 않는 영역 사이에 단차가 없는 평탄한 표면을 갖는다.
Claims (15)
- 전기적으로 절연성인 절연층에 의해 반도체 기판으로부터 절연된 반도체층 상에 패터닝된 마스크층을 형성하는 마스크층 형성 단계와,상기 마스크층의 패턴에 따라서 적어도 상기 반도체층을 에칭하여 상기 절연층으로 관통하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계와,상기 절연층의 두께보다도 얇게 상기 반도체 기판 상에 퇴적시킨 보호층을 에칭하여 상기 트렌치의 측면을 피복하는 측벽 보호부를 형성하는 보호부 형성 단계와,상기 트렌치의 저면으로부터 상기 반도체 기판까지의 상기 절연층을 에칭하는 에칭 단계와,상기 절연층이 에칭됨으로써 노출된 상기 반도체 기판의 표면으로부터 단결정층을 성장시키는 단결정층 형성 단계를 포함하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 에칭 단계는, 상기 트렌치의 저면으로부터 상기 반도체 기판까지의 상기 절연층을, 적어도 상기 트렌치의 저면에 비교적 가까운 부분을 에칭하는 트렌치측 에칭과 상기 반도체 기판에 비교적 가까운 부분을 에칭하는 기판측 에칭으로 나눠 에칭하는 2단계 에칭 단계이고,상기 보호부 형성 단계는, 상기 트렌치측 에칭 이전, 또는 상기 기판측 에칭이전에 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 트렌치측 에칭은 이방성의 에칭이고,상기 기판측 에칭은 등방성의 에칭인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 트렌치측 에칭 및 상기 기판측 에칭에서의 에칭은 모두 등방성의 에칭이며, 상기 트렌치측 에칭에서, 상기 반도체층의 아래에 존재하는 상기 절연층이 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭되고,상기 보호부 형성 단계는, 상기 트렌치측 에칭 이후, 상기 기판측 에칭 이전에 실행되며, 상기 측벽 보호부는, 상기 트렌치의 측면과 상기 트렌치측 에칭에 의해 에칭된 상기 절연층이 존재한 상기 반도체층의 아래쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,상기 등방성의 에칭은 액상(液相) 내에서 행해지는 웨트 에칭이며,상기 이방성의 에칭은 기상(氣相) 내에서 행해지는 드라이 에칭인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 트렌치 형성 단계에서, 상기 반도체층의 에칭은 등방성의 에칭이며, 상기 마스크층의 아래에 존재하는 상기 반도체층이 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭되고,상기 보호부 형성 단계에서, 상기 측벽 보호부는, 상기 트렌치 형성 단계에 의해 에칭된 상기 반도체층이 존재하고 있던 상기 반도체층의 아래쪽으로 형성되며,상기 에칭 단계에서의 에칭은 등방성의 에칭인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 전기적으로 절연성인 절연층에 의해 반도체 기판으로부터 절연된 반도체층 상에 패터닝된 마스크층을 형성하는 마스크층 형성 단계와,상기 마스크층의 패턴에 따라서 적어도 상기 반도체층을 등방적으로 에칭하여 상기 마스크층의 아래에 존재하는 상기 반도체층을 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭하고, 상기 절연층으로 관통하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계와,상기 트렌치의 저면으로부터 상기 반도체 기판까지의 상기 절연층을 등방적으로 에칭하여 상기 반도체층의 아래에 존재하는 상기 절연층을 상기 트렌치의 측면의 방향으로 에칭하는 에칭 단계와,상기 절연층이 에칭됨으로써 노출된 상기 반도체 기판의 표면으로부터 단결정층을 성장시키는 단결정층 형성 단계를 포함하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 등방성의 에칭은 액상 내에서 행해지는 웨트 에칭인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판의 제조 방법.
- 표면을 갖는 반도체 기판과,상기 표면 상에, 전기적으로 절연성인 절연층 및 이 절연층에 의해 절연된 반도체층이 형성된 절연 영역과,상기 표면 상에 형성된 단결정층을 갖는 비절연 영역과,상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계 영역에 존재하며 적어도 상기 반도체층의 측면을 피복하는 측벽 보호부를 구비하며,상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계 영역에 존재하는 상기 절연층의 측면은 상기 반도체층의 측면보다도 상기 비절연 영역측으로 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
- 제9항에 있어서,상기 측벽 보호부는 상기 반도체층의 측면으로부터의 두께가 상기 절연층의 상기 반도체 기판으로부터의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
- 제9항에 있어서,상기 절연층의 측면 중, 상기 반도체 기판의 근방의 측면이 상기 반도체층의 측벽보다도 상기 비절연 영역측으로 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
- 제10항에 있어서,상기 절연층의 측면 중, 상기 반도체층의 근방의 측면은 상기 반도체층의 측벽보다도 상기 절연 영역측으로 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
- 표면을 갖는 반도체 기판과,상기 표면 상에, 전기적으로 절연성인 제1 절연층 및 이 제1 절연층에 의해 절연된 반도체층이 형성되고, 이 반도체층 상에 형성된 제2 절연층을 갖는 절연 영역과,상기 표면 상에 형성된 단결정층을 갖는 비절연 영역을 구비하고,상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의 경계에 존재하는 상기 반도체층의 측면 및 상기 제1 절연층의 측면은, 모두 상기 절연 영역과 상기 비절연 영역과의경계에 존재하는 상기 제2 절연층의 측면보다도 상기 절연 영역측으로 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
- 제13항에 있어서,상기 제1 절연층의 측면은 상기 반도체층의 측면보다도 상기 절연 영역측으로 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
- 제14항에 있어서,상기 반도체 기판의 표면으로부터 상기 반도체층의 표면까지의 거리 h 및 상기 반도체층의 측면과 상기 제2 절연층의 측면 사이의 거리 d가,d/h ≥0.75를 충족시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 기판.
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