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JP2007299976A - Process for fabricating semiconductor device - Google Patents

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JP2007299976A
JP2007299976A JP2006127410A JP2006127410A JP2007299976A JP 2007299976 A JP2007299976 A JP 2007299976A JP 2006127410 A JP2006127410 A JP 2006127410A JP 2006127410 A JP2006127410 A JP 2006127410A JP 2007299976 A JP2007299976 A JP 2007299976A
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JP
Japan
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semiconductor layer
semiconductor
layer
forming
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006127410A
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Japanese (ja)
Inventor
Juri Kato
樹理 加藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】SBSI法において第1半導体層及び第2半導体層の膜形成の所要時間を短縮で
きるようにした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶の半導体基板1の表面領域2上にアモルファス又は多結晶構造の第1
半導体層11を形成する工程と、第1半導体層11上にアモルファス又は多結晶構造の第
2半導体層12を形成する工程と、第2半導体層12上から半導体基板1の表面領域2に
向けてSi又はArをイオン注入して、半導体基板1の表面領域2と、第1半導体層11
及び第2半導体層12をアモルファス化する工程と、イオン注入によるアモルファス化を
行った後で半導体基板1に熱処理を施して、半導体基板1の表面領域2と、第1半導体層
11及び第2半導体層12を単結晶化する工程と、を含む。
【選択図】図1
Provided is a method of manufacturing a semiconductor device in which the time required for film formation of a first semiconductor layer and a second semiconductor layer can be shortened in the SBSI method.
A first amorphous or polycrystalline structure is formed on a surface region of a single crystal semiconductor substrate.
A step of forming the semiconductor layer 11, a step of forming the second semiconductor layer 12 having an amorphous or polycrystalline structure on the first semiconductor layer 11, and the surface region 2 of the semiconductor substrate 1 from the second semiconductor layer 12. The surface region 2 of the semiconductor substrate 1 and the first semiconductor layer 11 are ion-implanted with Si or Ar.
And the step of amorphizing the second semiconductor layer 12 and amorphization by ion implantation, and then subjecting the semiconductor substrate 1 to heat treatment, the surface region 2 of the semiconductor substrate 1, the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor And single crystallizing the layer 12.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、SBSI法において第1半導体層及び
第2半導体層の膜形成の所要時間を短縮できるようにした技術に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique capable of shortening the time required for film formation of a first semiconductor layer and a second semiconductor layer in the SBSI method.

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。SOI構造の形成方法としては、例えば、Si基板にSiGe/Siをエピタキシャ
ル成長し、次にSiGe層を選択的にエッチング除去して空洞部を形成し、その後、この
空洞部内を絶縁膜で埋め込むことによって、Si基板上にSOI構造を構築する方法があ
る。このような方法はSBSI法と呼ばれており、例えば特許文献1、非特許文献1にそ
れぞれ開示されている。
特開2005−354024号公報 T.Sakai et al.“Separation by BondingSi Islands(SBSI) for LSI Application”,Second International SiGe Technology and Device Meeting,Meeting Abstract,pp.230−231,May(2004)
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. As a method for forming an SOI structure, for example, SiGe / Si is epitaxially grown on a Si substrate, then the SiGe layer is selectively etched away to form a cavity, and then the cavity is filled with an insulating film. There is a method for constructing an SOI structure on a Si substrate. Such a method is called an SBSI method, and is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.
JP 2005-354024 A T.A. Sakai et al. “Separation by Bonding Si Islands (SBSI) for LSI Applications”, Second International SiGe Technology and Device Meeting, Meeting Abstract, pp. 230-231, May (2004)

従来のSBSI法では、SiGe/Siをエピタキシャル成長法で形成していた。しか
しながら、エピタキシャル成長では、表面の原子の動きが自由で大きくなるため、Si上
のSiGeヘテロ結晶エピタキシャル成長初期には、格子定数の違いから生じる歪を開放
する過程での結晶欠陥が発生し易く、エピタキシャル成長の温度を全体的に低く抑え、原
子の動きを止めることにより結晶欠陥の発生を抑える必要があった。ここで、SiGe/
Siのエピタキシャル成長を低温で行うとその成膜速度が低下する。このため、エピタキ
シャル成長に長時間を要し、プロセスコストの増大を招いていた。
In the conventional SBSI method, SiGe / Si is formed by an epitaxial growth method. However, in epitaxial growth, the movement of atoms on the surface becomes free and large, and therefore, in the initial stage of epitaxial growth of SiGe heterocrystals on Si, crystal defects are likely to occur in the process of releasing strain resulting from differences in lattice constants. It was necessary to suppress the generation of crystal defects by keeping the temperature low overall and stopping the movement of atoms. Where SiGe /
When the epitaxial growth of Si is performed at a low temperature, the film formation rate decreases. For this reason, a long time is required for epitaxial growth, resulting in an increase in process cost.

さらに、Siのエピタキシャル成長温度はSiGeに比べて高い。SiGeとSiとに
それぞれ結晶欠陥を発生させないようにするためには、SiGe上の少なくとも数原子層
のSiのエピタキシャル成長温度をさらに下げて、その値をSiGeのエピタキシャル成
長温度に合わせる必要があった。このため、Siのエピタキシャル成長に長時間を費やす
こととなり、プロセスコストがさらに増大してしまうという問題があった。
Furthermore, the epitaxial growth temperature of Si is higher than that of SiGe. In order to prevent generation of crystal defects in SiGe and Si, it is necessary to further lower the epitaxial growth temperature of Si of at least several atomic layers on SiGe and to adjust the value to the epitaxial growth temperature of SiGe. For this reason, it takes a long time to epitaxially grow Si, and there is a problem that the process cost further increases.

そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、SBSI法におい
て第1半導体層及び第2半導体層の膜形成の所要時間を短縮できるようにした半導体装置
の製造方法の提供を目的とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for manufacturing a semiconductor device in which the time required for film formation of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the SBSI method can be shortened. With the goal.

〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の半導体装置の製造方法は、単結晶の半
導体基板の表面領域上にアモルファス又は多結晶構造の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層上にアモルファス又は多結晶構造の第2半導体層を形成する工程と、前
記第2半導体層上から前記半導体基板の前記表面領域に向けて所定の不純物をイオン注入
して、前記半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層をアモル
ファス化する工程と、前記イオン注入によるアモルファス化を行った後で前記半導体基板
に熱処理を施して、前記半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導
体層を単結晶化する工程と、を含むことを特徴とするものである。
[Invention 1] In order to achieve the above object, a manufacturing method of a semiconductor device of Invention 1 includes a step of forming an amorphous or polycrystalline first semiconductor layer on a surface region of a single crystal semiconductor substrate,
Forming an amorphous or polycrystalline second semiconductor layer on the first semiconductor layer; and ion-implanting a predetermined impurity from the second semiconductor layer toward the surface region of the semiconductor substrate, Amorphizing the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer; and amorphizing by the ion implantation; And a step of single-crystallizing the surface region and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.

このような構成であれば、SBSI法において第1半導体層と第2半導体層とをそれぞ
れエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので、膜形成の所要
時間を短縮することができる。さらに、熱処理により固相成長し第1半導体層と第2半導
体層が単結晶化する際には、固相成長している単結晶表面(すなわち、単結晶とアモルフ
ァス界面)の原子は、上層がアモルファス層で押さえられているため、最表面の原子のよ
うに自由な動きができない。このため、最表面でのSiGeやSiのエピタキシャル成長
に比べて高温の熱処理を行っても、本製造方法では結晶欠陥がほとんど発生しない。従っ
て、単結晶からなる第1、2半導体の積層を短時間で形成できる。
With such a configuration, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing in the SBSI method, so that the time required for film formation can be shortened. Further, when the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are single-crystal grown by heat treatment, the atoms on the surface of the single-crystal surface that is solid-phase grown (that is, the single crystal-amorphous interface) Since it is held down by the amorphous layer, it cannot move freely like the outermost atoms. For this reason, even if heat treatment is performed at a higher temperature than the epitaxial growth of SiGe or Si on the outermost surface, almost no crystal defects are generated in the present manufacturing method. Accordingly, the first and second semiconductor stacks made of single crystals can be formed in a short time.

〔発明2〕 発明2の半導体装置の製造方法は、単結晶の半導体基板の表面領域上にアモ
ルファス又は多結晶構造の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上から前記
半導体基板の前記表面領域に向けて所定の不純物をイオン注入して、前記半導体基板の前
記表面領域と前記第1半導体層とをアモルファス化する工程と、前記イオン注入によるア
モルファス化を行った後で、当該第1半導体層上にアモルファス構造の第2半導体層を形
成する工程と、前記第2半導体層を形成した後で前記半導体基板に熱処理を施して、前記
半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層を単結晶化する工程
と、を含むことを特徴とするものである。
[Invention 2] A method of manufacturing a semiconductor device according to Invention 2 includes a step of forming a first semiconductor layer having an amorphous or polycrystalline structure on a surface region of a single crystal semiconductor substrate, and the semiconductor substrate from above the first semiconductor layer. A step of ion-implanting a predetermined impurity toward the surface region of the semiconductor substrate to make the surface region of the semiconductor substrate and the first semiconductor layer amorphous, and after performing the amorphousization by the ion implantation, Forming a second semiconductor layer having an amorphous structure on the first semiconductor layer; and forming the second semiconductor layer and then subjecting the semiconductor substrate to a heat treatment so that the surface region of the semiconductor substrate and the first semiconductor are formed. And single crystallizing the layer and the second semiconductor layer.

このような構成であれば、SBSI法において第1半導体層と第2半導体層とをそれぞ
れエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので、膜形成の所要
時間を短縮することができる。さらに、熱処理により固相成長し第1半導体層と第2半導
体層が単結晶化する際には、固相成長している単結晶表面(すなわち、単結晶とアモルフ
ァス界面)の原子は、上層がアモルファス層で押さえられているため、最表面の原子のよ
うに自由な動きができない。このため、最表面でのSiGeやSiのエピタキシャル成長
に比べて高温の熱処理を行っても、本製造方法では結晶欠陥がほとんど発生しない。従っ
て、単結晶からなる第1、2半導体の積層を短時間で形成できる。
With such a configuration, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing in the SBSI method, so that the time required for film formation can be shortened. Further, when the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are single-crystal grown by heat treatment, the atoms on the surface of the single-crystal surface that is solid-phase grown (that is, the single crystal-amorphous interface) Since it is held down by the amorphous layer, it cannot move freely like the outermost atoms. For this reason, even if heat treatment is performed at a higher temperature than the epitaxial growth of SiGe or Si on the outermost surface, almost no crystal defects are generated in the present manufacturing method. Accordingly, the first and second semiconductor stacks made of single crystals can be formed in a short time.

〔発明3〕 発明3の半導体装置の製造方法は、単結晶の半導体基板に所定の不純物をイ
オン注入して当該半導体基板の表面領域をアモルファス化する工程と、前記イオン注入に
よるアモルファス化を行った後で、前記半導体基板の前記表面領域上にアモルファス構造
の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上にアモルファス構造の第2半導体
層を形成する工程と、前記第2半導体層を形成した後で前記半導体基板に熱処理を施して
、前記半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層を単結晶化す
る工程と、を含むことを特徴とするものである。
このような構成であれば、SBSI法において第1半導体層と第2半導体層とをそれぞ
れエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので、膜形成の所要
時間を短縮することができる。
[Invention 3] In the method of manufacturing a semiconductor device of Invention 3, a step of ion-implanting a predetermined impurity into a single crystal semiconductor substrate to amorphize the surface region of the semiconductor substrate, and amorphization by the ion implantation are performed. A step of forming a first semiconductor layer having an amorphous structure on the surface region of the semiconductor substrate; a step of forming a second semiconductor layer having an amorphous structure on the first semiconductor layer; and the second semiconductor layer. Forming a single crystal of the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer after the semiconductor substrate is formed. is there.
With such a configuration, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing in the SBSI method, so that the time required for film formation can be shortened.

〔発明4〕 発明4の半導体装置の製造方法は、発明1から発明3の何れか一の半導体装
置の製造方法において、前記第1半導体層を形成する前に、前記半導体基板上に絶縁膜パ
ターンを形成して当該絶縁膜パターン下から該半導体基板の前記表面領域を選択的に露出
させる工程、を含むことを特徴とするものである。
このような構成であれば、絶縁膜パターン上には多結晶構造の第1半導体層及び第2半
導体層が形成され、表面領域のうちの絶縁膜パターン下から露出した領域には単結晶構造
の第1半導体層及び第2半導体層が形成される。つまり、半導体基板上に単結晶構造の第
1半導体層と第2半導体層とからなる積層構造を選択的に形成することができる。
[Invention 4] The method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 4 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Inventions 1 to 3, wherein an insulating film pattern is formed on the semiconductor substrate before forming the first semiconductor layer. And selectively exposing the surface region of the semiconductor substrate from under the insulating film pattern.
In such a configuration, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer having a polycrystalline structure are formed on the insulating film pattern, and the region exposed from below the insulating film pattern in the surface region has a single crystal structure. A first semiconductor layer and a second semiconductor layer are formed. That is, a stacked structure including the first semiconductor layer and the second semiconductor layer having a single crystal structure can be selectively formed over the semiconductor substrate.

〔発明5〕 発明5の半導体装置の製造方法は、発明1から発明4の何れか一の半導体装
置の製造方法を行って、前記第1半導体層と前記第2半導体層とを単結晶化する工程と、
前記第1半導体層と前記第2半導体とを単結晶化した後で、当該第2半導体層及び該第1
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
体層を支持する支持体を前記第1溝内に形成する工程と、前記支持体を形成した後で前記
第2半導体層下から前記第1半導体層を露出させる第2溝を形成する工程と、前記第2半
導体層よりも前記第1半導体層の方がエッチングされ易い特定のエッチング条件で、前記
第2溝を介して前記第1半導体層をエッチングすることによって、前記半導体基板と前記
第2半導体層との間に空洞部を形成する工程と、前記空洞部内に絶縁層を形成する工程と
、を含むことを特徴とするものである。
[Invention 5] A method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 5 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Inventions 1 to 4, whereby the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are monocrystallized. Process,
After single crystallizing the first semiconductor layer and the second semiconductor, the second semiconductor layer and the first semiconductor
Forming a first groove through the semiconductor layer to expose the semiconductor substrate, forming a support in the first groove to support the second semiconductor layer, and after forming the support The step of forming a second groove exposing the first semiconductor layer from below the second semiconductor layer, and the specific etching conditions in which the first semiconductor layer is more easily etched than the second semiconductor layer, Etching the first semiconductor layer through a second groove to form a cavity between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer; and forming an insulating layer in the cavity; It is characterized by including.

ここで、第1半導体層がシリコンゲルマニウム(SiGe)で、第2半導体層がシリコ
ン(Si)の場合、「特定のエッチング条件」としては、例えばフッ硝酸を用いたウエッ
トエッチングが挙げられる。
発明5の半導体装置の製造方法によれば、SBSI法において第1半導体層と第2半導
体層とをそれぞれエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので
、膜形成の所要時間を短縮することができる。従って、半導体基板と、絶縁層と、単結晶
の第2半導体層とからなるSOI構造をより効率良く、より低コストで形成することがで
きる。
Here, when the first semiconductor layer is silicon germanium (SiGe) and the second semiconductor layer is silicon (Si), “specific etching conditions” include, for example, wet etching using hydrofluoric acid.
According to the semiconductor device manufacturing method of the fifth aspect of the present invention, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing in the SBSI method, thereby reducing the time required for film formation. Can do. Therefore, an SOI structure including the semiconductor substrate, the insulating layer, and the single crystal second semiconductor layer can be formed more efficiently and at a lower cost.

〔発明6〕 発明6の半導体装置の製造方法は、発明1から発明5の何れか一の半導体装
置の製造方法において、前記第1半導体層はシリコンゲルマニウム(SiGe)であり、
前記第2半導体層はシリコン(Si)であることを特徴とするものである。
このような構成であれば、SBSI法においてSiGe層とSi層とをそれぞれエピタ
キシャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので、膜形成の所要時間を短
縮することができる。従って、半導体基板と、絶縁層と、単結晶のSi層とからなるSO
I構造をより効率良く、より低コストで形成することができる。
[Invention 6] The method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 6 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Inventions 1 to 5, wherein the first semiconductor layer is silicon germanium (SiGe),
The second semiconductor layer is silicon (Si).
With such a configuration, since the SiGe layer and the Si layer can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing in the SBSI method, the time required for film formation can be shortened. Therefore, the SO is composed of a semiconductor substrate, an insulating layer, and a single crystal Si layer.
The I structure can be formed more efficiently and at a lower cost.

〔発明7〕 発明7の半導体装置の製造方法は、発明1から発明6の何れか一の半導体装
置の製造方法において、前記イオン注入に用いられる前記不純物は、Si、Geあるいは
Arであることを特徴とするものである。
[Invention 7] The semiconductor device manufacturing method of Invention 7 is the semiconductor device manufacturing method of any one of Inventions 1 to 6, wherein the impurity used for the ion implantation is Si, Ge, or Ar. It is a feature.

〔発明8〕 発明8の半導体装置の製造方法は、単結晶の半導体基板の表面領域上にアモ
ルファス又は多結晶構造の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上にアモル
ファス又は多結晶構造の第2半導体層を形成する工程と、前記第2半導体層上にアモルフ
ァス又は多結晶構造の第3半導体層を形成する工程と、前記第3半導体層上にアモルファ
ス又は多結晶構造の第4半導体層を形成する工程と、前記第4半導体層上から前記半導体
基板の前記表面領域に向けて所定の不純物をイオン注入して、前記半導体基板の前記表面
領域と、前記第1半導体層と、前記第2半導体層と、前記第3半導体層及び前記第4半導
体層をアモルファス化する工程と、前記イオン注入によるアモルファス化を行った後で、
前記半導体基板に熱処理を施して、前記半導体基板の前記表面領域と、前記第1半導体層
と、前記第2半導体層と、前記第3半導体層及び前記第4半導体層を単結晶化する工程と
、前記熱処理による単結晶化を行った後で、前記第4半導体層と、前記第3半導体層と、
前記第2半導体層及び前記第1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半導体層と前記第4半導体層とを支持する支持体を前記第1溝
内に形成する工程と、前記支持体を形成した後で前記第4半導体層下から前記第3半導体
層を露出させると共に、前記第2半導体層下から前記第1半導体層を露出させる第2溝を
形成する工程と、前記第2半導体層及び前記第4半導体層よりも前記第1半導体層及び前
記第3半導体層の方がエッチングされ易い特定のエッチング条件で、前記第2溝を介して
前記第1半導体層と前記第3半導体層とをエッチングすることによって、前記半導体基板
と前記第2半導体層との間に第1空洞部を形成すると共に、前記第2半導体層と前記第4
半導体層との間に第2空洞部を形成する工程と、前記第1空洞部内に第1絶縁層を形成す
ると共に、前記第2空洞部内に第2絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とするも
のである。
[Invention 8] A method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 8 includes a step of forming a first semiconductor layer having an amorphous or polycrystalline structure on a surface region of a single-crystal semiconductor substrate, and an amorphous or polycrystalline structure on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer having a crystalline structure, forming a third semiconductor layer having an amorphous or polycrystalline structure on the second semiconductor layer, and forming a second semiconductor layer having an amorphous or polycrystalline structure on the third semiconductor layer. A step of forming four semiconductor layers, ion implantation of a predetermined impurity from above the fourth semiconductor layer toward the surface region of the semiconductor substrate, and the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, After the second semiconductor layer, the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are amorphized, and after the amorphization by the ion implantation,
Applying heat treatment to the semiconductor substrate to monocrystallize the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer; After performing the single crystallization by the heat treatment, the fourth semiconductor layer, the third semiconductor layer,
Forming a first groove penetrating the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to expose the semiconductor substrate; and a support for supporting the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. A step of forming the first semiconductor layer in a groove, and exposing the third semiconductor layer from below the fourth semiconductor layer and exposing the first semiconductor layer from below the second semiconductor layer after forming the support. A step of forming two grooves, and a specific etching condition in which the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are more easily etched than the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. The first semiconductor layer and the third semiconductor layer are etched to form a first cavity between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer.
Forming a second cavity between the semiconductor layer and forming a first insulating layer in the first cavity and forming a second insulating layer in the second cavity. It is characterized by.

ここで、第1半導体層及び第3半導体層がSiGeで、第2半導体層及び第4半導体層
がSiの場合、「特定のエッチング条件」としては、例えばフッ硝酸を用いたウエットエ
ッチングが挙げられる。
発明7の半導体装置の製造方法によれば、SBSI法において第1半導体層〜第4半導
体層をそれぞれエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので、
膜形成の所要時間を短縮することができる。従って、半導体基板と、第1絶縁層と、単結
晶の第2半導体層(第2半導体層は、バックゲート電極やダブルゲート電極として使用さ
れる。)と、第2絶縁層と、単結晶の第4半導体層とからなるSOI構造をより効率良く
、より低コストで形成することができる。
Here, when the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are SiGe and the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are Si, the “specific etching conditions” include, for example, wet etching using hydrofluoric acid. .
According to the manufacturing method of the semiconductor device of the invention 7, the first semiconductor layer to the fourth semiconductor layer can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing in the SBSI method.
The time required for film formation can be shortened. Therefore, the semiconductor substrate, the first insulating layer, the single crystal second semiconductor layer (the second semiconductor layer is used as a back gate electrode or a double gate electrode), the second insulating layer, and the single crystal An SOI structure including the fourth semiconductor layer can be formed more efficiently and at a lower cost.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
(1)第1実施形態
図1(a)〜図11(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11(b)は、図1(a)〜図11(a)をA1−A1´〜A
11−A11´線でそれぞれ切断したときの断面図、図1(c)〜図11(c)は、図1
(a)〜図11(a)をB1−B1´〜B11−B11´線でそれぞれ切断したときの断
面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) First Embodiment FIGS. 1A to 11A are plan views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 11B. 1A to A1 ′ to A in FIG.
Sectional views taken along the line 11-A11 ′, FIGS. 1C to 11C, respectively.
It is sectional drawing when (a)-FIG. 11 (a) are each cut | disconnected by the B1-B1 '-B11-B11' line | wire.

図1(a)〜(c)に示すように、まず始めに、単結晶の半導体基板1上に、アモルフ
ァス(即ち、非晶質)又は多結晶(即ち、ポリ)構造の第1半導体層11と、アモルファ
ス又は多結晶構造の第2半導体層12とを順次積層する。これら第1半導体層11及び第
2半導体層12は、例えばCVD処理で形成する。
第1半導体層11は、半導体基板1及び第2半導体層12よりもエッチングレート(即
ち、エッチング速度)が大きな材質を用いる。ここで、エッチングレートとは、図7(a
)〜(c)に示す空洞部37を形成する際の単位時間当たりのエッチング量のことである
As shown in FIGS. 1A to 1C, first, an amorphous (that is, amorphous) or polycrystalline (that is, poly) first semiconductor layer 11 is formed on a single crystal semiconductor substrate 1. And the second semiconductor layer 12 having an amorphous or polycrystalline structure are sequentially stacked. The first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are formed by, for example, a CVD process.
The first semiconductor layer 11 is made of a material having an etching rate (that is, etching rate) higher than that of the semiconductor substrate 1 and the second semiconductor layer 12. Here, the etching rate is shown in FIG.
The etching amount per unit time when forming the cavity 37 shown in FIGS.

図1(a)〜(c)において、半導体基板1、第1半導体層11及び第2半導体層12
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。例えば、半導体基板1の材質はSiであり、第1半導体層11の材質はSi
Geであり、第2半導体層12の材質はSiである。第1半導体層11及び第2半導体層
12の膜厚は、例えば1〜200nm程度とする。
1A to 1C, a semiconductor substrate 1, a first semiconductor layer 11, and a second semiconductor layer 12 are used.
Examples of the material include Si, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, and GaAs.
A combination selected from InP, GaP, GaN, ZnSe, or the like can be used. For example, the material of the semiconductor substrate 1 is Si, and the material of the first semiconductor layer 11 is Si.
Ge is used, and the material of the second semiconductor layer 12 is Si. The film thicknesses of the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are, for example, about 1 to 200 nm.

次に、図1(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12上から半導体基板1の表面
領域2に向けて所定の不純物(元素)をイオン注入して、半導体基板1の表面領域2と、
第1半導体層11及び第2半導体層12を全てアモルファス化する。
即ち、第1半導体層11及び第2半導体層12は、CVD法によってアモルファス又は
多結晶構造に形成されている。これら各半導体層が多結晶である場合には、各半導体層は
イオン注入によってアモルファス化される。また、これら各半導体層がアモルファスであ
る場合には、各半導体層はイオン注入によってさらに細かくアモルファス化される。
Next, as shown in FIGS. 1A to 1C, predetermined impurities (elements) are ion-implanted from the second semiconductor layer 12 toward the surface region 2 of the semiconductor substrate 1, so that the semiconductor substrate 1 Surface area 2;
The first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are all made amorphous.
That is, the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are formed in an amorphous or polycrystalline structure by a CVD method. When each of these semiconductor layers is polycrystalline, each semiconductor layer is made amorphous by ion implantation. Moreover, when each of these semiconductor layers is amorphous, each semiconductor layer is made more finely amorphous by ion implantation.

また、半導体基板1の表面領域2と第1半導体層11との界面にはネイティブオキサイ
ド(自然酸化膜)が残されている場合が考えられるが、このネイティブオキサイドもイオ
ン注入によってミキシングされる。さらに、半導体基板1の表面領域2にも所定の不純物
が到達するので、表面領域2の結晶構造も単結晶からアモルファスとなる。従って、注入
後のアモルファス層と単結晶層の界面は、半導体基板バルク中に形成でき、清浄な界面を
得ることができる。所定の不純物(元素)は、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム(
Ge)又はアルゴン(Ar)である。また、これら不純物のドーズ量は例えば1015〜1
16[cm-2]程度である。
In addition, there may be a case where a native oxide (natural oxide film) remains at the interface between the surface region 2 of the semiconductor substrate 1 and the first semiconductor layer 11, and this native oxide is also mixed by ion implantation. Furthermore, since predetermined impurities reach the surface region 2 of the semiconductor substrate 1, the crystal structure of the surface region 2 is changed from a single crystal to an amorphous state. Therefore, the interface between the amorphous layer and the single crystal layer after implantation can be formed in the bulk of the semiconductor substrate, and a clean interface can be obtained. The predetermined impurity (element) is, for example, silicon (Si), germanium (
Ge) or argon (Ar). The dose of these impurities is, for example, 10 15 to 1
It is about 0 16 [cm −2 ].

このようなイオン注入によるアモルファス化を行った後で、半導体基板1に熱処理を施
して、半導体基板1の表面領域2と、第1半導体層11及び第2半導体層12を固層成長
により単結晶化する。ここで、固相成長とは、結晶成長用原料を液体又は気体状態にせず
、固体の状態を維持したままで結晶成長を行わせることをいう。アモルファス層と単結晶
層との界面(例えば、半導体基板1において、アモルファス化された表面領域2と、その
直下のアモルファス化されていない単結晶領域との界面)は固体中にあり、単結晶成長表
面がアモルファス層で抑えられていることにより、単結晶成長表面(即ち、アモルファス
/単結晶界面)でリラックスすることなく、単結晶を成長させることができる。すなわち
、結晶欠陥が無い、単結晶膜を形成できる。
After the amorphization by such ion implantation, the semiconductor substrate 1 is subjected to a heat treatment, and the surface region 2 of the semiconductor substrate 1, the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are formed into a single crystal by solid layer growth. Turn into. Here, solid phase growth means that the crystal growth is performed while maintaining the solid state without changing the raw material for crystal growth into a liquid or gas state. The interface between the amorphous layer and the single crystal layer (for example, the interface between the amorphized surface region 2 and the non-amorphized single crystal region directly below it in the semiconductor substrate 1) is in a solid, and single crystal growth Since the surface is suppressed by the amorphous layer, the single crystal can be grown without relaxing on the single crystal growth surface (that is, the amorphous / single crystal interface). That is, a single crystal film free from crystal defects can be formed.

なお、この熱処理は、例えば、ArやN2などの不活性ガス雰囲気中で行うことが好ま
しい。また、半導体基板1の材質が単結晶Siで、第1半導体層11の材質がSiGeで
、第2半導体層12の材質がSiの場合には、熱処理温度を800℃以下に設定すること
が好ましい。これにより、Geの拡散が無視でき、平坦なSiGe/Si界面を形成する
ことができる。
In addition, it is preferable to perform this heat processing in inert gas atmosphere, such as Ar and N2, for example. When the material of the semiconductor substrate 1 is single crystal Si, the material of the first semiconductor layer 11 is SiGe, and the material of the second semiconductor layer 12 is Si, the heat treatment temperature is preferably set to 800 ° C. or lower. . Thereby, the diffusion of Ge can be ignored and a flat SiGe / Si interface can be formed.

次に、図2(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12の熱酸化により第2半導体
層12の表面に下地酸化膜21を形成する。そして、CVDなどの方法により、下地酸化
膜21上の全面に酸化防止膜23を形成する。酸化防止膜23は、例えばシリコン窒化膜
である。酸化防止膜23がシリコン窒化膜である場合には、第2半導体層12の酸化防止
としての機能のほかに、CMP(化学的機械研磨)による平坦化プロセスのストッパー層
として機能させることもできる。
Next, as shown in FIGS. 2A to 2C, a base oxide film 21 is formed on the surface of the second semiconductor layer 12 by thermal oxidation of the second semiconductor layer 12. Then, an antioxidant film 23 is formed on the entire surface of the base oxide film 21 by a method such as CVD. The antioxidant film 23 is, for example, a silicon nitride film. When the antioxidant film 23 is a silicon nitride film, it can function as a stopper layer for a planarization process by CMP (Chemical Mechanical Polishing) in addition to the function of preventing the second semiconductor layer 12 from being oxidized.

なお、ここでは、熱処理による単結晶化を行った後で下地酸化膜21と酸化防止膜23
を形成することについて説明したが、これら熱処理及び膜形成の順番はこれに限られるこ
とはない。例えば、アモルファス又は多結晶構造の第2半導体層12上に下地酸化膜21
と酸化防止膜23とを形成した後で、熱処理による単結晶化を行ってもよい。このような
構成であっても、半導体基板1の表面領域と、第1半導体層11及び第2半導体層12を
全て単結晶化することが可能である。
Here, the base oxide film 21 and the antioxidant film 23 are formed after single crystallization by heat treatment.
However, the order of the heat treatment and film formation is not limited to this. For example, the base oxide film 21 is formed on the amorphous or polycrystalline second semiconductor layer 12.
After the formation of the anti-oxidation film 23, single crystallization may be performed by heat treatment. Even with such a configuration, the surface region of the semiconductor substrate 1 and the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 can all be single-crystallized.

次に、図3(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技
術を用いて、酸化防止膜23、下地酸化膜21、第2半導体層12及び第1半導体層11
をパターニングすることにより、半導体基板1の表面を露出させる溝31を形成する。な
お、溝31を形成するエッチング工程では、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31の配置位置は第2半導体層12における素子分離領域
の一部に対応させる。
Next, as shown in FIGS. 3A to 3C, the anti-oxidation film 23, the base oxide film 21, the second semiconductor layer 12, and the first semiconductor layer 11 are formed using a photolithography technique and an etching technique.
Then, a groove 31 exposing the surface of the semiconductor substrate 1 is formed. In the etching step for forming the groove 31, the etching may be stopped on the surface of the semiconductor substrate 1, or the semiconductor substrate 1 may be over-etched to form a recess in the semiconductor substrate 1. Further, the arrangement position of the groove 31 corresponds to a part of the element isolation region in the second semiconductor layer 12.

次に、図4(a)〜(c)に示すように、溝31を介して第1半導体層11をエッチン
グすることによって、溝31の内壁に凹部33を形成する。なお、半導体基板1及び第2
半導体層12がSi、第1半導体層11がSiGeの場合、第1半導体層11のエッチン
グ液として、例えばフッ硝酸(フッ酸、硝酸、水の混合液)を用いる。これにより、半導
体基板1及び第2半導体層12のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層11を
削ることが可能となる。
Next, as shown in FIGS. 4A to 4C, the first semiconductor layer 11 is etched through the groove 31 to form a recess 33 in the inner wall of the groove 31. The semiconductor substrate 1 and the second substrate
When the semiconductor layer 12 is Si and the first semiconductor layer 11 is SiGe, for example, hydrofluoric acid (a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and water) is used as the etchant for the first semiconductor layer 11. Thereby, it is possible to cut the first semiconductor layer 11 while suppressing overetching of the semiconductor substrate 1 and the second semiconductor layer 12.

次に、図5(a)〜(c)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31内に埋め込まれた支持体41を成膜する。ここで、支持体41は、溝3
1内における第1半導体層11及び第2半導体層12の側壁にも成膜され、溝31の内壁
に面した凹部33は埋め込まれる。つまり、第2半導体層12は、支持体41によって、
その側面だけでなく上下方向から挟まれるように支持される。これにより、支持体41は
、第1半導体層11が除去された時に第2半導体層12を半導体基板1上で支持すること
ができる。
Next, as shown in FIGS. 5A to 5C, a support body 41 embedded in the groove 31 is formed so as to cover the entire surface of the substrate by a method such as CVD. Here, the support body 41 has a groove 3.
1 is also formed on the side walls of the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12, and the recess 33 facing the inner wall of the groove 31 is buried. That is, the second semiconductor layer 12 is supported by the support 41.
It is supported so as to be sandwiched not only from the side but also from the top and bottom. Thereby, the support body 41 can support the second semiconductor layer 12 on the semiconductor substrate 1 when the first semiconductor layer 11 is removed.

なお、基板全体を覆うように形成された支持体41は、第2半導体層12の撓み等を抑
制して、平坦性を保ったまま第2半導体層12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以上の膜厚にすることが好ましい。また、支持
体41の材質としては、例えば、シリコン酸化膜などの絶縁体を用いる。
Note that the support body 41 formed so as to cover the entire substrate needs to support the second semiconductor layer 12 while suppressing the bending of the second semiconductor layer 12 and maintaining the flatness. Therefore, it is preferable to set the film thickness to 400 nm or more in order to ensure the mechanical strength. Moreover, as a material of the support body 41, for example, an insulator such as a silicon oxide film is used.

次に、図6(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技
術を用いて支持体41、酸化防止膜23、下地酸化膜21、第2半導体層12及び第1半
導体層11をパターニングすることにより、半導体基板1の表面を露出させる溝35を形
成する。なお、溝35を形成するエッチング工程では、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35の配置位置は第2半導体層12における素
子分離領域の一部に対応させ、その向きは例えば前に形成した溝の形成方向と平面視で概
略直交する方向とする。
Next, as illustrated in FIGS. 6A to 6C, the support 41, the antioxidant film 23, the base oxide film 21, the second semiconductor layer 12, and the first semiconductor layer are formed using a photolithography technique and an etching technique. By patterning 11, a groove 35 exposing the surface of the semiconductor substrate 1 is formed. In the etching process for forming the groove 35, the etching may be stopped on the surface of the semiconductor substrate 1, or the semiconductor substrate 1 may be over-etched to form a recess in the semiconductor substrate 1. Further, the position of the groove 35 corresponds to a part of the element isolation region in the second semiconductor layer 12, and the direction thereof is, for example, a direction substantially orthogonal to the formation direction of the previously formed groove in plan view.

次に、図7(a)〜(c)に示すように、溝35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11に接触させることにより、第1半導体層11をエッチング除去
し、半導体基板1と第2半導体層12との間に空洞部37を形成する。
ここで、溝31内には支持体41が設けられているので、第1半導体層11が除去され
た場合においても、第2半導体層12を半導体基板1上で支持することが可能である。ま
た、溝31とは別に溝35が設けられていることにより、第2半導体層12下の第1半導
体層11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12の品質を損なうことなく、半導体基板1と第2半導体層12との間に
空洞部37を形成することが可能となる。
Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, the first semiconductor layer 11 is removed by etching by bringing an etching gas or an etchant into contact with the first semiconductor layer 11 through the groove 35. A cavity 37 is formed between the substrate 1 and the second semiconductor layer 12.
Here, since the support body 41 is provided in the groove 31, the second semiconductor layer 12 can be supported on the semiconductor substrate 1 even when the first semiconductor layer 11 is removed. Further, since the groove 35 is provided separately from the groove 31, it becomes possible to contact the etching gas or the etching liquid with the first semiconductor layer 11 under the second semiconductor layer 12. For this reason, it is possible to form the cavity 37 between the semiconductor substrate 1 and the second semiconductor layer 12 without impairing the quality of the second semiconductor layer 12.

なお、半導体基板1及び第2半導体層12がSi、第1半導体層11がSiGeの場合
、第1半導体層11のエッチング液として例えばフッ硝酸を用いる。これにより、半導体
基板1及び第2半導体層12のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層11を除
去することが可能となる。
When the semiconductor substrate 1 and the second semiconductor layer 12 are Si and the first semiconductor layer 11 is SiGe, for example, hydrofluoric acid is used as the etchant for the first semiconductor layer 11. Thereby, it is possible to remove the first semiconductor layer 11 while suppressing overetching of the semiconductor substrate 1 and the second semiconductor layer 12.

次に、図8(a)〜(c)に示すように、半導体基板1を熱酸化して、空洞部37の少
なくとも壁面に絶縁膜43を形成する。そして、図9(a)〜(c)に示すように、CV
Dなどの方法により、基板全面に絶縁膜45を成膜して溝内を埋め込む。この絶縁膜45
の形成によって、絶縁膜43による空洞部37の埋め込みも補完される。なお、絶縁膜4
3の材質は、半導体基板1及び第2半導体層12がSiの場合はシリコン酸化膜となる。
また、CVDなどの方法により成膜される絶縁膜45の材質としては、例えば、シリコン
酸化膜の他、シリコン窒化膜などを用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIGS. 8A to 8C, the semiconductor substrate 1 is thermally oxidized to form an insulating film 43 on at least the wall surface of the cavity portion 37. As shown in FIGS. 9A to 9C, CV
An insulating film 45 is formed on the entire surface of the substrate by a method such as D to fill the trench. This insulating film 45
By the formation, the filling of the cavity 37 with the insulating film 43 is also complemented. Insulating film 4
3 is a silicon oxide film when the semiconductor substrate 1 and the second semiconductor layer 12 are Si.
Further, as a material of the insulating film 45 formed by a method such as CVD, for example, a silicon nitride film or the like may be used in addition to the silicon oxide film.

次に、基板全面を覆う絶縁膜を例えばCMPにより平坦化して、酸化防止膜23上から
絶縁膜45を取り除く。上述したように、酸化防止膜23がシリコン窒化膜である場合に
は、酸化防止膜23がCMPによる平坦化プロセスのストッパー層として機能する。次に
、酸化防止膜23と下地酸化膜21とをエッチングして除去する。酸化防止膜23がシリ
コン窒化膜である場合にはエッチング液として例えば熱リン酸を使用し、下地酸化膜21
がシリコン酸化膜である場合にはエッチング液として例えば希フッ酸を使用する。これに
より、図10(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12の表面が露出する。
Next, the insulating film covering the entire surface of the substrate is planarized by, for example, CMP, and the insulating film 45 is removed from the antioxidant film 23. As described above, when the antioxidant film 23 is a silicon nitride film, the antioxidant film 23 functions as a stopper layer for a planarization process by CMP. Next, the antioxidant film 23 and the base oxide film 21 are removed by etching. When the antioxidant film 23 is a silicon nitride film, for example, hot phosphoric acid is used as an etchant, and the base oxide film 21 is used.
When is a silicon oxide film, for example, dilute hydrofluoric acid is used as an etchant. Thereby, as shown in FIGS. 10A to 10C, the surface of the second semiconductor layer 12 is exposed.

次に、図11(a)〜(c)に示すように、第2半導体層12の表面の熱酸化を行うこ
とにより、第2半導体層12の表面にゲート絶縁膜51を形成する。そして、CVDなど
の方法により、ゲート絶縁膜51が形成された第2半導体層12上に多結晶シリコン層を
形成する。さらに、フォトリソグラフィー技術及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12上にゲート電極53を形成する。
Next, as shown in FIGS. 11A to 11C, the surface of the second semiconductor layer 12 is thermally oxidized to form the gate insulating film 51 on the surface of the second semiconductor layer 12. Then, a polycrystalline silicon layer is formed on the second semiconductor layer 12 on which the gate insulating film 51 is formed by a method such as CVD. Furthermore, the gate electrode 53 is formed on the second semiconductor layer 12 by patterning the polycrystalline silicon layer using a photolithography technique and an etching technique.

次に、ゲート電極53をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層12
内にイオン注入することにより、ゲート電極53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12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12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53の側壁にサイ
ドウォール55を形成する。さらに、ゲート電極53及びサイドウォール55をマスクと
して、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層12内にイオン注入することにより、サ
イドウォール55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層57
及びドレイン層58を第2半導体層12に形成する。
Next, using the gate electrode 53 as a mask, impurities such as As, P, and B are added to the second semiconductor layer 12.
By implanting ions therein, an LDD layer composed of low-concentration impurity introduction layers disposed on both sides of the gate electrode 53 is formed in the second semiconductor layer 12. Then, an insulating layer is formed on the second semiconductor layer 12 on which the LDD layer is formed by a method such as CVD, and the insulating layer is etched back using anisotropic etching such as RIE. Side walls 55 are formed on the side walls. Further, impurities such as As, P, and B are ion-implanted into the second semiconductor layer 12 using the gate electrode 53 and the sidewall 55 as a mask, thereby introducing high-concentration impurities respectively disposed on the side of the sidewall 55. Source layer 57 consisting of layers
The drain layer 58 is formed in the second semiconductor layer 12.

このように、本発明の第1実施形態によれば、SBSI法において第1半導体層11と
第2半導体層12とをそれぞれエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成すること
ができるので、膜形成の所要時間を短縮することができる。従って、半導体基板1と、絶
縁膜43と、単結晶の第2半導体層12とからなるSOI構造をより効率良く、より低コ
ストで形成することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 can be formed not by epitaxial growth but by CVD in the SBSI method. Time can be shortened. Accordingly, an SOI structure including the semiconductor substrate 1, the insulating film 43, and the single crystal second semiconductor layer 12 can be formed more efficiently and at a lower cost.

即ち、本発明では、Si基板(あるいは、絶縁層をパターニングしたSi基板)表面に
、アモルファスあるいは多結晶SiGe薄膜をCVD処理で形成し、さらに、アモルファ
スあるいは多結晶SiをCVD処理で形成する。次に、SiあるいはArのイオン注入を
行い、Si基板表面までアモルファス化する。その後、熱処理により固相成長し、Si基
板上に単結晶SiGeと、単結晶Siとを形成している。
That is, in the present invention, an amorphous or polycrystalline SiGe thin film is formed on the surface of a Si substrate (or an Si substrate patterned with an insulating layer) by CVD, and further amorphous or polycrystalline Si is formed by CVD. Next, Si or Ar ions are implanted to make the surface of the Si substrate amorphous. Thereafter, solid phase growth is performed by heat treatment to form single crystal SiGe and single crystal Si on the Si substrate.

本発明によれば、SiGeやSiはCVD処理で形成されるため、膜成長が早く、バッ
チ処理も可能となり、膜形成のスループットが著しく向上する。また、SiGe下層のS
i基板表面のアモルファス化は、1015−1016のドーズ量で十分であり、単結晶SiG
eと単結晶Siとを低コストで作成できる。また、固相成長についても、アモルファス層
と単結晶層界面は、(表面ではなく)固体中にあり、単結晶成長表面がアモルファス層で
抑えられていることにより、単結晶成長表面(アモルファス/単結晶界面)でリラックス
することなく、Si基板/SiGe/Siの単結晶の積層が形成できる。また、800℃
以下の熱処理では、Geの拡散をほとんど無視することができ、平坦なSiGe/Si界
面が形成できる。
According to the present invention, since SiGe and Si are formed by a CVD process, film growth is fast, batch processing is possible, and the film formation throughput is significantly improved. In addition, S in the SiGe lower layer
For the amorphization of the surface of the i substrate, a dose of 10 15 -10 16 is sufficient, and single crystal SiG
e and single crystal Si can be produced at low cost. As for solid phase growth, the interface between the amorphous layer and the single crystal layer is in the solid (not the surface), and the single crystal growth surface is suppressed by the amorphous layer. A single crystal layer of Si substrate / SiGe / Si can be formed without relaxing at the crystal interface. 800 ° C
In the following heat treatment, the diffusion of Ge can be almost ignored and a flat SiGe / Si interface can be formed.

(2)第2実施形態
図12(a)〜図23(a)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を
示す平面図、図12(b)〜図23(b)は、図12(a)〜図23(a)をA12−A
12´〜A23−A23´線でそれぞれ切断したときの断面図、図12(c)〜図23(
c)は、図12(a)〜図23(a)をB12−B12´〜B23−B23´線でそれぞ
れ切断したときの断面図である。なお、図23(a)では層間絶縁膜160の図示を省略
している。
(2) Second Embodiment FIGS. 12A to 23A are plan views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 12B to 23B. FIG. 12 (a) to FIG.
Sectional drawing when cut along lines 12 'to A23-A23', FIGS. 12 (c) to 23 (
FIG. 12C is a cross-sectional view taken along lines B12-B12 ′ to B23-B23 ′ of FIGS. 12A to 23A. In FIG. 23A, illustration of the interlayer insulating film 160 is omitted.

図12(a)〜(c)に示すように、まず始めに、単結晶の半導体基板101上に、ア
モルファス又は多結晶構造の第1半導体層111と、アモルファス又は多結晶構造の第2
半導体層112とを順次積層する。次に、第2半導体層112上にアモルファス又は多結
晶構造の第3半導体層113と、アモルファス又は多結晶構造の第4半導体層114とを
順次積層する。これら第1半導体層111と、第2半導体層112と、第3半導体層11
3及び第4半導体層114は、例えばCVD処理で形成する。
As shown in FIGS. 12A to 12C, first, an amorphous or polycrystalline first semiconductor layer 111 and an amorphous or polycrystalline second layer are formed on a single crystal semiconductor substrate 101.
The semiconductor layer 112 is sequentially stacked. Next, an amorphous or polycrystalline third semiconductor layer 113 and an amorphous or polycrystalline fourth semiconductor layer 114 are sequentially stacked on the second semiconductor layer 112. The first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, and the third semiconductor layer 11
The third and fourth semiconductor layers 114 are formed by, for example, a CVD process.

第1半導体層111及び第3半導体層113は、半導体基板101、第2半導体層11
2及び第4半導体層114よりもエッチングレート(即ち、エッチング速度)が大きな材
質を用いる。ここで、エッチングレートとは、図18(a)〜(c)に示す空洞部137
、138を形成する際の単位時間当たりのエッチング量のことである。
The first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 include the semiconductor substrate 101 and the second semiconductor layer 11.
A material having an etching rate (that is, an etching rate) larger than that of the second and fourth semiconductor layers 114 is used. Here, the etching rate is the cavity portion 137 shown in FIGS.
138 is an etching amount per unit time.

図12(a)〜(c)において、半導体基板101、第1半導体層111、第2半導体
層112、第3半導体層113及び第4半導体層114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。例えば、半導体基板
101の材質はSiであり、第1半導体層111及び第3半導体層113の材質はSiG
eであり、第2半導体層112及び第4半導体層114の材質はSiである。第1半導体
層111、第2半導体層112、第3半導体層113及び第4半導体層114の膜厚は、
例えば1〜200nm程度とする。
12A to 12C, the materials of the semiconductor substrate 101, the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, the third semiconductor layer 113, and the fourth semiconductor layer 114 are, for example, Si,
A combination selected from Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, InP, GaP, GaN, ZnSe, or the like can be used. For example, the material of the semiconductor substrate 101 is Si, and the material of the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 is SiG.
e, and the material of the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114 is Si. The film thicknesses of the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, the third semiconductor layer 113, and the fourth semiconductor layer 114 are as follows:
For example, it is about 1 to 200 nm.

次に、図12(a)〜(c)に示すように、第4半導体層114上から半導体基板10
1の表面領域102に向けて所定の不純物をイオン注入して、半導体基板101の表面領
域102と、第1半導体層111と、第2半導体層112と、第3半導体層113及び第
4半導体層114を全てアモルファス化する。
即ち、第1半導体層111と、第2半導体層112と、第3半導体層113及び第4半
導体層114は、CVD法によってアモルファス又は多結晶構造に形成されている。これ
ら各半導体層が多結晶である場合には、各半導体層はイオン注入によってアモルファス化
される。また、これら各半導体層がアモルファスである場合には、各半導体層はイオン注
入によってさらに細かくアモルファス化される。
Next, as shown in FIGS. 12A to 12C, the semiconductor substrate 10 is formed on the fourth semiconductor layer 114.
Predetermined impurities are ion-implanted toward one surface region 102, and the surface region 102 of the semiconductor substrate 101, the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, the third semiconductor layer 113, and the fourth semiconductor layer All of 114 is made amorphous.
That is, the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, the third semiconductor layer 113, and the fourth semiconductor layer 114 are formed in an amorphous or polycrystalline structure by a CVD method. When each of these semiconductor layers is polycrystalline, each semiconductor layer is made amorphous by ion implantation. Moreover, when each of these semiconductor layers is amorphous, each semiconductor layer is made more finely amorphous by ion implantation.

また、半導体基板101と第1半導体層111との界面にはネイティブオキサイド(自
然酸化膜)が残されている場合が考えられるが、このネイティブオキサイドもイオン注入
によってミキシングされる。さらに、半導体基板101の表面領域102にも所定の不純
物が到達するので、表面領域102の結晶構造も単結晶からアモルファスとなる。所定の
不純物は、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)又はアルゴン(Ar)である
。また、これら不純物のドーズ量は例えば1015〜1016[cm-2]程度である。
In addition, there may be a case where a native oxide (natural oxide film) remains at the interface between the semiconductor substrate 101 and the first semiconductor layer 111. This native oxide is also mixed by ion implantation. Furthermore, since predetermined impurities reach the surface region 102 of the semiconductor substrate 101, the crystal structure of the surface region 102 changes from single crystal to amorphous. The predetermined impurity is, for example, silicon (Si), germanium (Ge), or argon (Ar). The dose of these impurities is, for example, about 10 15 to 10 16 [cm −2 ].

このようなイオン注入によるアモルファス化を行った後で、半導体基板101に熱処理
を施して、半導体基板101の表面領域102と、第1半導体層111と、第2半導体層
112と、第3半導体層113及び第4半導体層114を固層成長により単結晶化する。
この熱処理は、例えば、ArやN2などの不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。ま
た、半導体基板101の材質が単結晶Siで、第1半導体層111及び第3半導体層11
3の材質がSiGeで、第2半導体層112及び第4半導体層114の材質がSiの場合
には、熱処理温度を800℃以下に設定することが好ましい。これにより、Geの拡散が
無視でき、平坦なSiGe/Si界面を形成することができる。
After performing the amorphization by such ion implantation, the semiconductor substrate 101 is subjected to a heat treatment, and the surface region 102 of the semiconductor substrate 101, the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, and the third semiconductor layer. 113 and the fourth semiconductor layer 114 are single-crystallized by solid layer growth.
This heat treatment is preferably performed, for example, in an inert gas atmosphere such as Ar or N2. Further, the material of the semiconductor substrate 101 is single crystal Si, and the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 11.
When the third material is SiGe and the material of the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114 is Si, the heat treatment temperature is preferably set to 800 ° C. or lower. Thereby, the diffusion of Ge can be ignored and a flat SiGe / Si interface can be formed.

次に、図13(a)〜(c)に示すように、第4半導体層114の熱酸化により第4半
導体層114の表面に下地酸化膜121を形成する。そして、CVDなどの方法により、
下地酸化膜121上の全面に酸化防止膜123を形成する。酸化防止膜123は、例えば
シリコン窒化膜である。酸化防止膜123がシリコン窒化膜である場合には、第4半導体
層114の酸化防止としての機能のほかに、CMP(化学的機械研磨)による平坦化プロ
セスのストッパー層として機能させることもできる。
Next, as shown in FIGS. 13A to 13C, a base oxide film 121 is formed on the surface of the fourth semiconductor layer 114 by thermal oxidation of the fourth semiconductor layer 114. And by methods such as CVD,
An antioxidant film 123 is formed on the entire surface of the base oxide film 121. The antioxidant film 123 is, for example, a silicon nitride film. When the antioxidant film 123 is a silicon nitride film, in addition to the function of preventing the fourth semiconductor layer 114 from being oxidized, it can also function as a stopper layer for a planarization process by CMP (Chemical Mechanical Polishing).

なお、ここでは、熱処理による単結晶化を行った後で下地酸化膜121と酸化防止膜1
23を形成することについて説明したが、これらの処理の順番はこれに限られることはな
い。例えば、アモルファス又は多結晶構造の第4半導体層114上に下地酸化膜121と
酸化防止膜123とを形成した後で、熱処理による単結晶化を行ってもよい。このような
構成であっても、半導体基板101の表面領域102と、第1半導体層111と、第2半
導体層112と、第3半導体層113及び第4半導体層114を全て単結晶化することが
可能である。
Here, the base oxide film 121 and the antioxidant film 1 are formed after single crystallization by heat treatment.
However, the order of these processes is not limited to this. For example, after the base oxide film 121 and the antioxidant film 123 are formed over the fourth semiconductor layer 114 having an amorphous or polycrystalline structure, single crystallization may be performed by heat treatment. Even in such a configuration, the surface region 102 of the semiconductor substrate 101, the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, the third semiconductor layer 113, and the fourth semiconductor layer 114 are all monocrystallized. Is possible.

次に、図14(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング
技術を用いて、酸化防止膜123、下地酸化膜121、第4半導体層114、第3半導体
層113、第2半導体層112及び第1半導体層111をパターニングすることにより、
半導体基板101の表面を露出させる溝131を形成する。なお、溝131を形成するエ
ッチング工程では、半導体基板101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101をオーバーエッチングして半導体基板101に凹部を形成するようにし
てもよい。また、溝131の配置位置は第4半導体層114における素子分離領域の一部
に対応させる。
Next, as shown in FIGS. 14A to 14C, using an photolithography technique and an etching technique, the antioxidant film 123, the base oxide film 121, the fourth semiconductor layer 114, the third semiconductor layer 113, the first By patterning the two semiconductor layers 112 and the first semiconductor layer 111,
A groove 131 exposing the surface of the semiconductor substrate 101 is formed. In the etching process for forming the groove 131, the etching may be stopped on the surface of the semiconductor substrate 101,
The semiconductor substrate 101 may be over-etched to form a recess in the semiconductor substrate 101. In addition, the arrangement position of the groove 131 corresponds to a part of the element isolation region in the fourth semiconductor layer 114.

次に、図15(a)〜(c)に示すように、溝131を介して第1半導体層111と第
3半導体層113とをエッチングすることによって、溝131の内壁に凹部133、13
4を形成する。なお、半導体基板101、第2半導体層112及び第4半導体層114が
Si、第1半導体層111及び第3半導体層113がSiGeの場合、第1半導体層11
1及び第3半導体層113のエッチング液として、例えばフッ硝酸(フッ酸、硝酸、水の
混合液)を用いる。これにより、半導体基板101、第2半導体層112及び第4半導体
層114のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層111及び第3半導体層11
3を削ることが可能となる。
Next, as shown in FIGS. 15A to 15C, the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 are etched through the groove 131, thereby forming the recesses 133, 13 on the inner wall of the groove 131.
4 is formed. When the semiconductor substrate 101, the second semiconductor layer 112, and the fourth semiconductor layer 114 are Si, and the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 are SiGe, the first semiconductor layer 11
As the etchant for the first and third semiconductor layers 113, for example, hydrofluoric acid (a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and water) is used. Accordingly, the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 11 are suppressed while suppressing overetching of the semiconductor substrate 101, the second semiconductor layer 112, and the fourth semiconductor layer 114.
3 can be shaved.

次に、図16(a)〜(c)に示すように、CVDなどの方法により基板全面が覆われ
るようにして溝内131に埋め込まれた支持体141を成膜する。ここで、支持体141
は、溝内131における第1半導体層111、第2半導体層112、第3半導体層113
及び第4半導体層114の側壁にも成膜され、溝131の内壁に面した凹部133、13
4は埋め込まれる。つまり、第2半導体層112及び第4半導体層114は、支持体14
1によって、その側面だけでなく上下方向から挟まれるように支持される。これにより、
支持体141は、第1半導体層111及び第3半導体層113が除去された時に第2半導
体層112及び第4半導体層114を半導体基板101上で支持することができる。
Next, as shown in FIGS. 16A to 16C, a support 141 embedded in the groove 131 is formed so as to cover the entire surface of the substrate by a method such as CVD. Here, the support 141
Are the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, and the third semiconductor layer 113 in the groove 131.
And the recesses 133 and 13 formed on the side walls of the fourth semiconductor layer 114 and facing the inner wall of the groove 131.
4 is embedded. In other words, the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114 are formed of the support 14.
1 is supported so that it may be pinched | interposed not only from the side surface but from an up-down direction. This
The support 141 can support the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114 on the semiconductor substrate 101 when the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 are removed.

なお、基板全体を覆うように形成された支持体141は、第2半導体層112及び第4
半導体層114の撓み等を抑制して、平坦性を保ったまま第4半導体層114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
ることが好ましい。また、支持体141の材質としては、例えば、シリコン酸化膜などの
絶縁体を用いる。
Note that the support 141 formed so as to cover the entire substrate includes the second semiconductor layer 112 and the fourth
It is necessary to support the fourth semiconductor layer 114 while maintaining the flatness by suppressing the bending or the like of the semiconductor layer 114. Therefore, it is preferable to set the film thickness to 400 nm or more in order to ensure the mechanical strength. In addition, as a material of the support 141, for example, an insulator such as a silicon oxide film is used.

次に、図17(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング
技術を用いて支持体141、酸化防止膜123、下地酸化膜121、第4半導体層114
、第3半導体層113、第2半導体層112及び第1半導体層111をパターニングする
ことにより、半導体基板101の表面を露出させる溝135を形成する。なお、溝135
を形成するエッチング工程では、半導体基板101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101をオーバーエッチングして半導体基板101に凹部を形成
するようにしてもよい。また、溝135の配置位置は第4半導体層114における素子分
離領域の一部に対応させ、その向きは例えば前に形成した溝の形成方向と平面視で概略直
交する方向とする。
Next, as shown in FIGS. 17A to 17C, the support 141, the antioxidant film 123, the base oxide film 121, and the fourth semiconductor layer 114 are used by using a photolithography technique and an etching technique.
Then, by patterning the third semiconductor layer 113, the second semiconductor layer 112, and the first semiconductor layer 111, a groove 135 exposing the surface of the semiconductor substrate 101 is formed. Groove 135
In the etching step for forming the semiconductor substrate 101, the etching may be stopped on the surface of the semiconductor substrate 101, or the semiconductor substrate 101 may be over-etched to form a recess in the semiconductor substrate 101. In addition, the position of the groove 135 corresponds to a part of the element isolation region in the fourth semiconductor layer 114, and the direction thereof is, for example, a direction substantially orthogonal to the formation direction of the previously formed groove in plan view.

次に、図18(a)〜(c)に示すように、溝135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111及び第3半導体層113に接触させることにより、第1
半導体層111及び第3半導体層113をエッチング除去し、半導体基板101と第2半
導体層112との間に空洞部137を形成するとともに、第2半導体層112と第4半導
体層114との間に空洞部138を形成する。
Next, as shown in FIGS. 18A to 18C, an etching gas or an etching solution is brought into contact with the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 through the groove 135, so that the first
The semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 are removed by etching to form a cavity 137 between the semiconductor substrate 101 and the second semiconductor layer 112, and between the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114. A cavity 138 is formed.

ここで、溝内131には支持体141が設けられているので、第1半導体層111及び
第3半導体層113が除去された場合においても、第2半導体層112及び第4半導体層
114を半導体基板101上で支持することが可能である。また、溝131とは別に溝1
35が設けられていることにより、第1半導体層111及び第3半導体層113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1
12及び第4半導体層114の品質を損なうことなく、半導体基板101と第2半導体層
112との間に空洞部137を形成するとともに、第2半導体層112と第4半導体層1
14との間に空洞部138を形成することが可能となる。
Here, since the support 141 is provided in the groove 131, the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114 can be used as semiconductors even when the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 are removed. It can be supported on the substrate 101. In addition to the groove 131, the groove 1
By providing 35, the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 can be brought into contact with an etching gas or an etching solution. For this reason, the second semiconductor layer 1
The cavity 137 is formed between the semiconductor substrate 101 and the second semiconductor layer 112 without impairing the quality of the 12th and fourth semiconductor layers 114, and the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 1 are formed.
A cavity 138 can be formed between the first and second cavities 14.

なお、半導体基板101、第2半導体層112及び第4半導体層114がSi、第1半
導体層111及び第3半導体層113がSiGeの場合、第1半導体層111及び第3半
導体層113のエッチング液として例えばフッ硝酸を用いる。これにより、半導体基板1
01、第2半導体層112及び第4半導体層114のオーバーエッチングを抑制しつつ、
第1半導体層111及び第3半導体層113を除去することが可能となる。
Note that when the semiconductor substrate 101, the second semiconductor layer 112, and the fourth semiconductor layer 114 are Si, and the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 are SiGe, an etching solution for the first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 is used. For example, hydrofluoric acid is used. Thereby, the semiconductor substrate 1
01, while suppressing over-etching of the second semiconductor layer 112 and the fourth semiconductor layer 114,
The first semiconductor layer 111 and the third semiconductor layer 113 can be removed.

次に、図19(a)〜(c)に示すように、半導体基板101を熱酸化して、空洞部1
37の少なくとも壁面に絶縁膜143を形成すると共に、空洞部138の少なくとも壁面
に絶縁膜144を形成する。そして、図20(a)〜(c)に示すように、CVDなどの
方法により、基板全面に絶縁膜145を成膜して溝135内を埋め込む。この絶縁膜14
5の形成によって、絶縁膜143、144による空洞部137、138の埋め込みも補完
される。なお、絶縁膜143、144の材質は、半導体基板101、第2半導体層112
及び第4半導体層114がSiの場合はシリコン酸化膜となる。また、CVDなどの方法
により成膜される絶縁膜145の材質としては、例えば、シリコン酸化膜の他、シリコン
窒化膜などを用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIGS. 19A to 19C, the semiconductor substrate 101 is thermally oxidized to form the cavity 1.
An insulating film 143 is formed on at least the wall surface of 37, and an insulating film 144 is formed on at least the wall surface of the cavity 138. Then, as shown in FIGS. 20A to 20C, an insulating film 145 is formed on the entire surface of the substrate by a method such as CVD, and the trench 135 is buried. This insulating film 14
5, the filling of the cavities 137 and 138 with the insulating films 143 and 144 is also supplemented. The materials of the insulating films 143 and 144 are the semiconductor substrate 101 and the second semiconductor layer 112.
When the fourth semiconductor layer 114 is Si, a silicon oxide film is formed. Further, as a material of the insulating film 145 formed by a method such as CVD, for example, a silicon nitride film or the like may be used in addition to the silicon oxide film.

次に、基板全面を覆う絶縁膜を例えばCMPにより平坦化して、酸化防止膜123上か
ら絶縁膜145を取り除く。上述したように、酸化防止膜123がシリコン窒化膜である
場合には、酸化防止膜123がCMPによる平坦化プロセスのストッパー層として機能す
る。次に、酸化防止膜123と下地酸化膜121とをエッチングして除去する。酸化防止
膜123がシリコン窒化膜である場合にはエッチング液として例えば熱リン酸を使用し、
下地酸化膜121がシリコン酸化膜である場合にはエッチング液として例えば希フッ酸を
使用する。これにより、図21(a)〜(c)に示すように、第4半導体層114の表面
が露出する。
Next, the insulating film covering the entire surface of the substrate is planarized by, for example, CMP, and the insulating film 145 is removed from the antioxidant film 123. As described above, when the antioxidant film 123 is a silicon nitride film, the antioxidant film 123 functions as a stopper layer for a planarization process by CMP. Next, the antioxidant film 123 and the base oxide film 121 are removed by etching. When the antioxidant film 123 is a silicon nitride film, for example, hot phosphoric acid is used as an etchant,
When the base oxide film 121 is a silicon oxide film, for example, dilute hydrofluoric acid is used as an etching solution. Thereby, as shown in FIGS. 21A to 21C, the surface of the fourth semiconductor layer 114 is exposed.

また、ここでは、酸化防止膜123を除去した後で、第2半導体層112にリン又はボ
ロン等の不純物をイオン注入する。これにより、第2半導体層112に導電性を持たせる
ことができ、第2半導体層112をバックゲート電極や、ダブルゲート電極の一方として
使用することが可能となる。第2半導体層112にp型層とn型層とを作り分ける場合に
は、レジストパターン等を用いて選択的にイオン注入を行う。また、p型層とn型層の作
り分けを行わない(即ち、基板全体で、第2半導体層112にp型層またはn型層のどち
らか一方のみを形成する)場合には、レジストパターンを形成することなく、基板全面に
リン又はボロンをイオン注入する。
Here, after removing the antioxidant film 123, an impurity such as phosphorus or boron is ion-implanted into the second semiconductor layer 112. Accordingly, the second semiconductor layer 112 can be made conductive, and the second semiconductor layer 112 can be used as one of the back gate electrode and the double gate electrode. When the p-type layer and the n-type layer are separately formed in the second semiconductor layer 112, ion implantation is selectively performed using a resist pattern or the like. In the case where the p-type layer and the n-type layer are not separately formed (that is, only the p-type layer or the n-type layer is formed on the second semiconductor layer 112 over the entire substrate), the resist pattern Without being formed, phosphorus or boron ions are implanted into the entire surface of the substrate.

なお、このイオン注入工程は下地酸化膜121を除去する前に行うことが好ましい。こ
れにより、第4半導体層114の表面付近の結晶欠陥をできるだけ少なくすることが可能
である。さらに、このイオン注入工程では、不純物の注入ピークが絶縁膜143と第2半
導体層112との界面となるようにその注入エネルギーを調整することが好ましい。これ
により、絶縁膜144に対する不純物の導入量をできるだけ少なくすることが可能である
Note that this ion implantation step is preferably performed before the base oxide film 121 is removed. Thereby, crystal defects near the surface of the fourth semiconductor layer 114 can be reduced as much as possible. Furthermore, in this ion implantation step, it is preferable to adjust the implantation energy so that the impurity implantation peak is at the interface between the insulating film 143 and the second semiconductor layer 112. Thus, the amount of impurities introduced into the insulating film 144 can be reduced as much as possible.

次に、図22(a)〜(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング
技術を用いて第4半導体層114をパターニングすることにより、絶縁膜144の上面の
一部を露出させる開口部147を第4半導体層114に形成する。次に、第4半導体層1
14の表面の熱酸化を行うことにより、第4半導体層114の表面にゲート絶縁膜151
を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜151が形成された第4半
導体層114上に多結晶シリコン層を形成する。さらに、フォトリソグラフィー技術及び
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4半導体層
114上にゲート電極153を形成する。
Next, as shown in FIGS. 22A to 22C, the fourth semiconductor layer 114 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique to expose a part of the upper surface of the insulating film 144. 147 is formed in the fourth semiconductor layer 114. Next, the fourth semiconductor layer 1
14 is performed on the surface of the fourth semiconductor layer 114 by performing thermal oxidation of the surface of the gate insulating film 151.
Form. Then, a polycrystalline silicon layer is formed on the fourth semiconductor layer 114 on which the gate insulating film 151 is formed by a method such as CVD. Further, the gate electrode 153 is formed on the fourth semiconductor layer 114 by patterning the polycrystalline silicon layer using a photolithography technique and an etching technique.

次に、ゲート電極153をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第4半導体層1
14内にイオン注入することにより、ゲート電極153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4半導体層114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4半導体層114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153
の側壁にサイドウォール155を形成する。さらに、ゲート電極153及びサイドウォー
ル155をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第4半導体層114内にイオン注
入することにより、サイドウォール155の側方にそれぞれ配置された高濃度不純物導入
層からなるソース層157及びドレイン層158を第4半導体層114に形成する。
Next, using the gate electrode 153 as a mask, impurities such as As, P, and B are added to the fourth semiconductor layer 1.
14 is formed in the fourth semiconductor layer 114 by LDD layers made of low-concentration impurity introduction layers respectively disposed on both sides of the gate electrode 153. Then, an insulating layer is formed on the fourth semiconductor layer 114 on which the LDD layer is formed by a method such as CVD, and the insulating layer is etched back using anisotropic etching such as RIE, whereby the gate electrode 153 is formed.
Sidewalls 155 are formed on the side walls. Further, impurities such as As, P, and B are ion-implanted into the fourth semiconductor layer 114 using the gate electrode 153 and the sidewall 155 as a mask, thereby introducing high-concentration impurities respectively disposed on the side of the sidewall 155. A source layer 157 and a drain layer 158 made of layers are formed in the fourth semiconductor layer 114.

その後、図23(a)〜(c)に示すように、CVDなどの方法により、ゲート電極1
53上に層間絶縁層160を堆積する。そして、フォトリソグラフィー技術及びエッチン
グ技術を用いて、層間絶縁膜160と、開口部147直下の絶縁膜144をエッチングし
て除去し、ソース層157上と、ドレイン層158上と、第2半導体層112上とにそれ
ぞれコンタクトホールを形成する。そして、金属膜の成膜及びパターニングを経て、ソー
スコンタクト電極171及びドレインコンタクト電極172と、ゲートコンタクト電極1
73と、バックゲートコンタクト電極174とを形成する。ソースコンタクト電極171
、ドレインコンタクト電極172及びゲートコンタクト電極173は、それぞれ層間絶縁
層160に埋め込まれ、ソース層157、ドレイン層158及びゲート電極153にそれ
ぞれ接続された電極である。また、バックゲートコンタクト電極174は、層間絶縁層1
60及び絶縁膜144に埋め込まれ、開口部147を介して第2半導体層(即ち、バック
ゲート電極)112に接続された電極である。
Thereafter, as shown in FIGS. 23A to 23C, the gate electrode 1 is formed by a method such as CVD.
An interlayer insulating layer 160 is deposited on 53. Then, using the photolithography technique and the etching technique, the interlayer insulating film 160 and the insulating film 144 immediately below the opening 147 are etched and removed, and the source layer 157, the drain layer 158, and the second semiconductor layer 112 are removed. Contact holes are formed on the top and the bottom, respectively. Then, after forming and patterning a metal film, the source contact electrode 171 and the drain contact electrode 172, and the gate contact electrode 1
73 and a back gate contact electrode 174 are formed. Source contact electrode 171
The drain contact electrode 172 and the gate contact electrode 173 are electrodes embedded in the interlayer insulating layer 160 and connected to the source layer 157, the drain layer 158, and the gate electrode 153, respectively. Further, the back gate contact electrode 174 is formed of the interlayer insulating layer 1
60 and an electrode embedded in the insulating film 144 and connected to the second semiconductor layer (that is, the back gate electrode) 112 through the opening 147.

このように、本発明の第2実施形態によれば、SBSI法において第1半導体層111
、第2半導体層112、第3半導体層113及び第4半導体層114をそれぞれエピタキ
シャル成長ではなく、CVD処理で形成することができるので、膜形成の所要時間を短縮
することができる。従って、半導体基板101と、第1の絶縁膜143と、単結晶の第2
半導体層112(第2半導体層112は、バックゲート電極やダブルゲート電極153と
して使用される。)と、第2の絶縁膜144と、単結晶の第4半導体層114とからなる
SOI構造をより効率良く、より低コストで形成することができる。
Thus, according to the second embodiment of the present invention, the first semiconductor layer 111 in the SBSI method.
Since the second semiconductor layer 112, the third semiconductor layer 113, and the fourth semiconductor layer 114 can be formed not by epitaxial growth but by CVD processing, the time required for film formation can be shortened. Therefore, the semiconductor substrate 101, the first insulating film 143, and the single crystal second
An SOI structure including a semiconductor layer 112 (the second semiconductor layer 112 is used as a back gate electrode or a double gate electrode 153), a second insulating film 144, and a single crystal fourth semiconductor layer 114 is further provided. It can be formed efficiently and at a lower cost.

(3)第3実施形態
図24(a)〜(c)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断
面図である。この第3実施形態では、第1実施形態において、第2半導体層及び第1半導
体層を単結晶化する際の手順を入れ替えた場合(その1)について説明する。第3実施形
態において、第1実施形態と同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な
説明は省略する。
図24(a)に示すように、まず始めに、単結晶の半導体基板1の表面領域2上にアモ
ルファス又は多結晶構造の第1半導体層11を形成する。半導体基板1は例えばシリコン
(Si)であり、第1半導体層11は例えばシリコンゲルマニウム(SiGe)である。
(3) Third Embodiment FIGS. 24A to 24C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a case (part 1) in which the procedure for single-crystallizing the second semiconductor layer and the first semiconductor layer in the first embodiment is described will be described. In the third embodiment, parts having the same configuration as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
As shown in FIG. 24A, first, the first semiconductor layer 11 having an amorphous or polycrystalline structure is formed on the surface region 2 of the single crystal semiconductor substrate 1. The semiconductor substrate 1 is, for example, silicon (Si), and the first semiconductor layer 11 is, for example, silicon germanium (SiGe).

次に、図24(b)に示すように、第1半導体層11上から半導体基板1の表面領域2
に向けて所定の不純物をイオン注入して、半導体基板1の表面領域2と第1半導体層11
とを全てアモルファス化する。所定の不純物は、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム
(Ge)又はアルゴン(Ar)である。これら不純物のドーズ量は例えば1015〜1016
[cm-2]程度である。そして、イオン注入によるアモルファス化を行った後で、当該第
1半導体層11上にアモルファス構造の第2半導体層12を形成する。
Next, as shown in FIG. 24B, the surface region 2 of the semiconductor substrate 1 is formed on the first semiconductor layer 11.
Predetermined impurities are ion-implanted toward
Are all made amorphous. The predetermined impurity is, for example, silicon (Si), germanium (Ge), or argon (Ar). The dose amount of these impurities is, for example, 10 15 to 10 16.
It is about [cm -2 ]. Then, after amorphization by ion implantation, the second semiconductor layer 12 having an amorphous structure is formed on the first semiconductor layer 11.

ここで、第1実施形態と異なり、第2半導体層12の結晶構造はアモルファスに限定さ
れる。第2半導体層12は例えばシリコン(Si)である。その後、半導体基板1に熱処
理を施して、図24(c)に示すように、半導体基板1の表面領域2と第1半導体層11
及び第2半導体層12を固層成長により単結晶化する。
このような構成であれば、第1実施形態と同様、SBSI法において第1半導体層11
と第2半導体層12とをそれぞれエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成するこ
とができる。従って、単結晶の第1半導体層と、単結晶の第2半導体層とを形成する膜形
成の所要時間を短縮することができ、半導体基板1と、絶縁膜43と、単結晶の第2半導
体層12とからなるSOI構造をより効率良く、より低コストで形成することができる。
Here, unlike the first embodiment, the crystal structure of the second semiconductor layer 12 is limited to amorphous. The second semiconductor layer 12 is, for example, silicon (Si). Thereafter, the semiconductor substrate 1 is subjected to a heat treatment, and the surface region 2 of the semiconductor substrate 1 and the first semiconductor layer 11 as shown in FIG.
The second semiconductor layer 12 is monocrystallized by solid layer growth.
With such a configuration, the first semiconductor layer 11 is formed by the SBSI method as in the first embodiment.
And the second semiconductor layer 12 can be formed not by epitaxial growth but by CVD. Accordingly, the time required for forming the film for forming the single crystal first semiconductor layer and the single crystal second semiconductor layer can be shortened, and the semiconductor substrate 1, the insulating film 43, and the single crystal second semiconductor are formed. The SOI structure including the layer 12 can be formed more efficiently and at a lower cost.

(4)第4実施形態
図25(a)〜(c)は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断
面図である。この第4実施形態では、第1実施形態において、第2半導体層及び第1半導
体層を単結晶化する際の手順を入れ替えた場合(その2)について説明する。第4実施形
態において、第1実施形態と同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な
説明は省略する。
(4) Fourth Embodiment FIGS. 25A to 25C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, a case (part 2) in which the procedure for single-crystallizing the second semiconductor layer and the first semiconductor layer in the first embodiment is replaced will be described. In the fourth embodiment, parts having the same configuration as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図25(a)に示すように、まず始めに、単結晶の半導体基板1の表面領域2に向けて
所定の不純物をイオン注入して、当該表面領域2を全てアモルファス化する。半導体基板
1は例えばシリコン(Si)である。また、所定の不純物は、例えばシリコン(Si)、
ゲルマニウム(Ge)又はアルゴン(Ar)である。これら不純物のドーズ量は例えば1
15〜1016[cm-2]程度である。
As shown in FIG. 25A, first, a predetermined impurity is ion-implanted toward the surface region 2 of the single crystal semiconductor substrate 1 to make the entire surface region 2 amorphous. The semiconductor substrate 1 is, for example, silicon (Si). The predetermined impurity is, for example, silicon (Si),
Germanium (Ge) or argon (Ar). The dose of these impurities is, for example, 1
It is about 0 15 to 10 16 [cm −2 ].

次に、図25(b)に示すように、半導体基板1の表面領域2上にアモルファス構造の
第1半導体層11を形成し、さらに、当該第1半導体層11上にアモルファス構造の第2
半導体層12を形成する。ここで、第1実施形態と異なり、第1半導体層11及び第2半
導体層12の結晶構造は両方ともアモルファスに限定される。第1半導体層11は例えば
シリコンゲルマニウム(SiGe)であり、第2半導体層12は例えばシリコン(Si)
である。その後、半導体基板1に熱処理を施して、図25(c)に示すように、半導体基
板1の表面領域2と第1半導体層11及び第2半導体層12を固層成長により単結晶化す
る。
Next, as shown in FIG. 25B, the first semiconductor layer 11 having an amorphous structure is formed on the surface region 2 of the semiconductor substrate 1, and the second semiconductor layer having the amorphous structure is formed on the first semiconductor layer 11.
The semiconductor layer 12 is formed. Here, unlike the first embodiment, the crystal structures of the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are both limited to amorphous. The first semiconductor layer 11 is, for example, silicon germanium (SiGe), and the second semiconductor layer 12 is, for example, silicon (Si).
It is. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is subjected to heat treatment, and as shown in FIG. 25C, the surface region 2 of the semiconductor substrate 1, the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are monocrystallized by solid layer growth.

このような構成であれば、第1実施形態と同様、SBSI法において第1半導体層11
と第2半導体層12とをそれぞれエピタキシャル成長ではなく、CVD処理で形成するこ
とができる。従って、単結晶の第1半導体層と、単結晶の第2半導体層とを形成する膜形
成の所要時間を短縮することができ、半導体基板1と、絶縁膜43と、単結晶の第2半導
体層12とからなるSOI構造をより効率良く、より低コストで形成することができる。
With such a configuration, the first semiconductor layer 11 is formed by the SBSI method as in the first embodiment.
And the second semiconductor layer 12 can be formed not by epitaxial growth but by CVD. Accordingly, the time required for forming the film for forming the single crystal first semiconductor layer and the single crystal second semiconductor layer can be shortened, and the semiconductor substrate 1, the insulating film 43, and the single crystal second semiconductor are formed. The SOI structure including the layer 12 can be formed more efficiently and at a lower cost.

また、この第4実施形態では、アモルファス化するためのイオン注入を第1半導体層1
1に対して行う必要がないので、半導体基板1がSiで構成され、第1半導体層11がS
iGeで構成されている場合には、SiGe中のGeがイオン注入原子(例えば、Si又
はAr)に押されてSi基板方向へ飛ばされることがない。従って、Si基板におけるG
e濃度を低く抑えることが容易であり、SiGe/Si界面をより平坦に形成することが
可能である。
In the fourth embodiment, ion implantation for amorphization is performed in the first semiconductor layer 1.
1, the semiconductor substrate 1 is made of Si, and the first semiconductor layer 11 is S
In the case of iGe, Ge in SiGe is not pushed by ion-implanted atoms (for example, Si or Ar) and blown toward the Si substrate. Therefore, G on Si substrate
It is easy to keep the e concentration low, and the SiGe / Si interface can be formed more flatly.

(5)第5実施形態
図26(a)〜(c)は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断
面図である。この第5実施形態では、第1実施形態において、半導体基板の表面領域に単
結晶の第1半導体層と、単結晶の第2半導体層とを選択的に形成する方法について説明す
る。第5実施形態において、第1実施形態と同一の構成を有する部分には同一の符号を付
し、その詳細な説明は省略する。
(5) Fifth Embodiment FIGS. 26A to 26C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, a method for selectively forming a single crystal first semiconductor layer and a single crystal second semiconductor layer in a surface region of a semiconductor substrate in the first embodiment will be described. In the fifth embodiment, parts having the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図26(a)に示すように、まず始めに、単結晶の半導体基板1上に絶縁膜パターン3
を形成する。この絶縁膜パターン3は、半導体基板1の表面領域2を選択的に覆う(即ち
、覆う部分と覆わない部分とが存在する)ものである。半導体基板1は例えばシリコン(
Si)であり、絶縁膜パターン3は例えばシリコン酸化膜(SiO2)である。また、絶
縁膜パターン3の厚さは例えば数十〜数百[nm]である。
As shown in FIG. 26A, first, an insulating film pattern 3 is formed on a single crystal semiconductor substrate 1.
Form. The insulating film pattern 3 selectively covers the surface region 2 of the semiconductor substrate 1 (that is, there are a covered portion and a non-covered portion). The semiconductor substrate 1 is, for example, silicon (
Si), and the insulating film pattern 3 is, for example, a silicon oxide film (SiO2). The thickness of the insulating film pattern 3 is, for example, several tens to several hundreds [nm].

次に、図26(b)に示すように、半導体基板1の上方全面に、アモルファス又は多結
晶構造の第1半導体層11と、アモルファス又は多結晶構造の第2半導体層12とを順次
積層する。第1半導体層11及び第2半導体層12は例えばCVD処理で形成する。第1
半導体層11は例えばシリコンゲルマニウム(SiGe)であり、第2半導体層12はシ
リコン(Si)である。
Next, as shown in FIG. 26B, an amorphous or polycrystalline first semiconductor layer 11 and an amorphous or polycrystalline second semiconductor layer 12 are sequentially stacked on the entire upper surface of the semiconductor substrate 1. . The first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 are formed by, for example, a CVD process. First
The semiconductor layer 11 is, for example, silicon germanium (SiGe), and the second semiconductor layer 12 is silicon (Si).

次に、図26(b)に示すように、第2半導体層12上から半導体基板1の表面領域2
に向けて所定の不純物をイオン注入して、表面領域2のうちの絶縁膜パターン3下から露
出している部分と、第1半導体層11及び第2半導体層12をアモルファス化する。その
後、半導体基板1に熱処理を施して単結晶化を行う。図26(c)に示すように、この熱
処理によって、絶縁膜パターン3上には多結晶構造の第1半導体層11及び第2半導体層
12が形成され、表面領域2のうちの絶縁膜パターン3下から露出した領域には単結晶構
造の第1半導体層11及び第2半導体層12が形成される。即ち、絶縁膜パターンのある
Si基板においては、絶縁膜パターン上には多結晶Si/SiGe層が形成され、Si基
板露出表面上のみに単結晶SiGe/Siが形成される。
Next, as shown in FIG. 26B, the surface region 2 of the semiconductor substrate 1 is formed on the second semiconductor layer 12.
A predetermined impurity is ion-implanted to make the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 amorphous, and the portion of the surface region 2 exposed from below the insulating film pattern 3. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is subjected to a heat treatment for single crystallization. As shown in FIG. 26C, the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 12 having a polycrystalline structure are formed on the insulating film pattern 3 by this heat treatment, and the insulating film pattern 3 in the surface region 2 is formed. In a region exposed from below, a first semiconductor layer 11 and a second semiconductor layer 12 having a single crystal structure are formed. That is, in a Si substrate having an insulating film pattern, a polycrystalline Si / SiGe layer is formed on the insulating film pattern, and single crystal SiGe / Si is formed only on the exposed surface of the Si substrate.

SBSI法において、Si層下に空洞部を形成するための選択エッチング時には、単結
晶SiGeと、多結晶Siと、多結晶SiGeとが選択的に除去され、単結晶Siはエッ
チングレートが低いためにSi基板上に残る。従って、絶縁膜パターンを用いることで、
低コストで、Si基板上の特定位置に単結晶Si/SiGe積層構造を実現することが可
能である。このため、SOI構造を有する半導体装置を低コストで提供することが可能と
なる。
In the SBSI method, single crystal SiGe, polycrystalline Si, and polycrystalline SiGe are selectively removed at the time of selective etching for forming a cavity under the Si layer, and single crystal Si has a low etching rate. It remains on the Si substrate. Therefore, by using the insulating film pattern,
It is possible to realize a single crystal Si / SiGe laminated structure at a specific position on the Si substrate at low cost. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having an SOI structure at low cost.

第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その1)。FIG. 3 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 1). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その2)。FIG. 6 is a diagram (No. 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その3)。3A and 3B are diagrams illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 3). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その4)。4A and 4B are diagrams illustrating the method for fabricating a semiconductor device according to the first embodiment (No. 4). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その5)。FIG. 5 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 5). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その6)。6A and 6B are diagrams illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 6). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その7)。FIG. 7 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 7). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その8)。FIG. 8 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 8). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その9)。FIG. 9 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 9). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その10)。FIG. 10 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment (No. 10). 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その11)。FIG. 11 is a view (No. 11) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その1)。The figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment (the 1). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その2)。FIG. 6 is a view (No. 2) showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その3)。FIG. 9 is a diagram (No. 3) for illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その4)。FIG. 8 is a diagram (part 4) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その5)。FIG. 6 is a diagram (No. 5) for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment; 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その6)。FIG. 6 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment (No. 6). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その7)。FIG. 7 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment (No. 7). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その8)。FIG. 8 is a view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment (No. 8). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その9)。FIG. 9 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment (No. 9). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その10)。FIG. 10 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment (No. 10). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その11)。FIG. 11 is a view showing a method for fabricating a semiconductor device according to the second embodiment (No. 11). 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図(その12)。FIG. 12 is a view showing a method for producing a semiconductor device according to the second embodiment (No. 12). 第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。FIG. 6 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment. 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。FIG. 6 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、101 半導体基板 2、102 表面領域、11、111 第1半導体層、12
、112 第2半導体層、113 第3半導体層、114 第4半導体層、21、121
下地酸化膜、23、123 酸化防止膜、31、131 溝(第1溝)、33、133
、134 凹部、35、135溝(第2溝)、37 137、138 空洞部、43、1
43、144 絶縁膜(絶縁層)、51、151 ゲート絶縁膜、53、153 ゲート
電極、55、155 サイドウォール、57、157 ソース層、58、158 ドレイ
ン層、147 開口部、160 層間絶縁膜、171 ソースコンタクト電極、172
ドレインコンタクト電極、173 ゲートコンタクト電極、174 バックゲートコンタ
クト電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Semiconductor substrate 2,102 Surface region, 11, 111 1st semiconductor layer, 12
, 112 Second semiconductor layer, 113 Third semiconductor layer, 114 Fourth semiconductor layer, 21, 121
Base oxide film, 23, 123 Antioxidation film, 31, 131 Groove (first groove), 33, 133
, 134 recess, 35, 135 groove (second groove), 37 137, 138 cavity, 43, 1
43, 144 Insulating film (insulating layer), 51, 151 Gate insulating film, 53, 153 Gate electrode, 55, 155 Side wall, 57, 157 Source layer, 58, 158 Drain layer, 147 Opening, 160 Interlayer insulating film, 171 Source contact electrode, 172
Drain contact electrode, 173 Gate contact electrode, 174 Back gate contact electrode

Claims (8)

単結晶の半導体基板の表面領域上にアモルファス又は多結晶構造の第1半導体層を形成
する工程と、
前記第1半導体層上にアモルファス又は多結晶構造の第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層上から前記半導体基板の前記表面領域に向けて所定の不純物をイオン
注入して、前記半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層をア
モルファス化する工程と、
前記イオン注入によるアモルファス化を行った後で前記半導体基板に熱処理を施して、
前記半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層を単結晶化する
工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an amorphous or polycrystalline first semiconductor layer on a surface region of a single crystal semiconductor substrate;
Forming an amorphous or polycrystalline second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
A step of ion-implanting a predetermined impurity from above the second semiconductor layer toward the surface region of the semiconductor substrate to amorphize the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer; When,
A heat treatment is performed on the semiconductor substrate after the amorphousization by the ion implantation,
And a step of single-crystallizing the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer.
単結晶の半導体基板の表面領域上にアモルファス又は多結晶構造の第1半導体層を形成
する工程と、
前記第1半導体層上から前記半導体基板の前記表面領域に向けて所定の不純物をイオン
注入して、前記半導体基板の前記表面領域と前記第1半導体層とをアモルファス化する工
程と、
前記イオン注入によるアモルファス化を行った後で、当該第1半導体層上にアモルファ
ス構造の第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層を形成した後で前記半導体基板に熱処理を施して、前記半導体基板の
前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層を単結晶化する工程と、を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an amorphous or polycrystalline first semiconductor layer on a surface region of a single crystal semiconductor substrate;
A step of ion-implanting a predetermined impurity from above the first semiconductor layer toward the surface region of the semiconductor substrate to amorphize the surface region of the semiconductor substrate and the first semiconductor layer;
Forming a second semiconductor layer having an amorphous structure on the first semiconductor layer after amorphization by the ion implantation;
After the second semiconductor layer is formed, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment to monocrystallize the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device.
単結晶の半導体基板に所定の不純物をイオン注入して当該半導体基板の表面領域をアモ
ルファス化する工程と、
前記イオン注入によるアモルファス化を行った後で、前記半導体基板の前記表面領域上
にアモルファス構造の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層上にアモルファス構造の第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層を形成した後で前記半導体基板に熱処理を施して、前記半導体基板の
前記表面領域と前記第1半導体層及び前記第2半導体層を単結晶化する工程と、を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of ion-implanting predetermined impurities into a single-crystal semiconductor substrate to amorphize the surface region of the semiconductor substrate;
Forming a first semiconductor layer having an amorphous structure on the surface region of the semiconductor substrate after performing the amorphization by the ion implantation;
Forming an amorphous second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
After the second semiconductor layer is formed, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment to monocrystallize the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記第1半導体層を形成する前に、前記半導体基板上に絶縁膜パターンを形成して当該
絶縁膜パターン下から該半導体基板の前記表面領域を選択的に露出させる工程、を含むこ
とを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film pattern on the semiconductor substrate and selectively exposing the surface region of the semiconductor substrate from under the insulating film pattern before forming the first semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項4の何れか一項に記載された半導体装置の製造方法を行って、前記
第1半導体層と前記第2半導体層とを単結晶化する工程と、
前記第1半導体層と前記第2半導体とを単結晶化した後で、当該第2半導体層及び該第
1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半導体層を支持する支持体を前記第1溝内に形成する工程と、
前記支持体を形成した後で前記第2半導体層下から前記第1半導体層を露出させる第2
溝を形成する工程と、
前記第2半導体層よりも前記第1半導体層の方がエッチングされ易い特定のエッチング
条件で、前記第2溝を介して前記第1半導体層をエッチングすることによって、前記半導
体基板と前記第2半導体層との間に空洞部を形成する工程と、
前記空洞部内に絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Performing the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 to monocrystallize the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
Forming a first groove that exposes the semiconductor substrate through the second semiconductor layer and the first semiconductor layer after the first semiconductor layer and the second semiconductor are monocrystallized;
Forming a support in the first groove for supporting the second semiconductor layer;
A second layer that exposes the first semiconductor layer from under the second semiconductor layer after forming the support;
Forming a groove;
The semiconductor substrate and the second semiconductor are etched by etching the first semiconductor layer through the second groove under a specific etching condition in which the first semiconductor layer is more easily etched than the second semiconductor layer. Forming a cavity between the layers;
And a step of forming an insulating layer in the cavity.
前記第1半導体層はシリコンゲルマニウム(SiGe)であり、前記第2半導体層はシ
リコン(Si)であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の半導
体装置の製造方法。
6. The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is silicon germanium (SiGe), and the second semiconductor layer is silicon (Si). Method.
前記イオン注入に用いられる前記不純物は、Si、GeあるいはArであることを特徴と
する請求項1から請求項6記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity used for the ion implantation is Si, Ge, or Ar.
単結晶の半導体基板の表面領域上にアモルファス又は多結晶構造の第1半導体層を形成
する工程と、
前記第1半導体層上にアモルファス又は多結晶構造の第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層上にアモルファス又は多結晶構造の第3半導体層を形成する工程と、
前記第3半導体層上にアモルファス又は多結晶構造の第4半導体層を形成する工程と、
前記第4半導体層上から前記半導体基板の前記表面領域に向けて所定の不純物をイオン
注入して、前記半導体基板の前記表面領域と、前記第1半導体層と、前記第2半導体層と
、前記第3半導体層及び前記第4半導体層をアモルファス化する工程と、
前記イオン注入によるアモルファス化を行った後で、前記半導体基板に熱処理を施して
、前記半導体基板の前記表面領域と、前記第1半導体層と、前記第2半導体層と、前記第
3半導体層及び前記第4半導体層を単結晶化する工程と、
前記熱処理による単結晶化を行った後で、前記第4半導体層と、前記第3半導体層と、
前記第2半導体層及び前記第1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半導体層と前記第4半導体層とを支持する支持体を前記第1溝内に形成する工
程と、
前記支持体を形成した後で前記第4半導体層下から前記第3半導体層を露出させると共
に、前記第2半導体層下から前記第1半導体層を露出させる第2溝を形成する工程と、
前記第2半導体層及び前記第4半導体層よりも前記第1半導体層及び前記第3半導体層
の方がエッチングされ易い特定のエッチング条件で、前記第2溝を介して前記第1半導体
層と前記第3半導体層とをエッチングすることによって、前記半導体基板と前記第2半導
体層との間に第1空洞部を形成すると共に、前記第2半導体層と前記第4半導体層との間
に第2空洞部を形成する工程と、
前記第1空洞部内に第1絶縁層を形成すると共に、前記第2空洞部内に第2絶縁層を形
成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an amorphous or polycrystalline first semiconductor layer on a surface region of a single crystal semiconductor substrate;
Forming an amorphous or polycrystalline second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming an amorphous or polycrystalline third semiconductor layer on the second semiconductor layer;
Forming an amorphous or polycrystalline fourth semiconductor layer on the third semiconductor layer;
A predetermined impurity is ion-implanted from above the fourth semiconductor layer toward the surface region of the semiconductor substrate, and the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, Amorphizing the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
After the amorphization by the ion implantation, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment, and the surface region of the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, Single crystallizing the fourth semiconductor layer;
After performing the single crystallization by the heat treatment, the fourth semiconductor layer, the third semiconductor layer,
Forming a first groove through the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support in the first groove to support the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
Forming a second groove exposing the third semiconductor layer from below the fourth semiconductor layer and exposing the first semiconductor layer from below the second semiconductor layer after forming the support;
The first semiconductor layer and the third semiconductor layer may be more easily etched than the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer under specific etching conditions via the second groove. By etching the third semiconductor layer, a first cavity is formed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer, and a second cavity is formed between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. Forming the cavity,
Forming a first insulating layer in the first cavity, and forming a second insulating layer in the second cavity. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009152486A (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Seiko Epson Corp Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
CN104241140A (en) * 2014-09-25 2014-12-24 上海和辉光电有限公司 Method for forming polysilicon thin film and method for manufacturing thin film transistor
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