JP4737378B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、SOI(Silicon On Insulator)基板上に形成された電界効果型トランジスタに適用して好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and is particularly suitable for application to a field effect transistor formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
SOI基板上に形成された電界効果型トランジスタは、素子分離の容易性、ラッチアップフリー、ソース/ドレイン接合容量が小さいなどの点から、その有用性が注目されている。特に、完全空乏型SOIトランジスタは、低消費電力かつ高速動作が可能で、低電圧駆動が容易なため、SOIトランジスタを完全空乏モードで動作させるための研究が盛んに行われている。ここで、SOI基板としては、例えば、SIMOX(Separation by Implanted Oxgen)基板や貼り合わせ基板などが用いられている。 Field effect transistors formed on an SOI substrate are attracting attention because of their ease of element isolation, latch-up freeness, and low source / drain junction capacitance. In particular, since a fully depleted SOI transistor can operate at low power consumption and at high speed and can be easily driven at a low voltage, research for operating the SOI transistor in a fully depleted mode has been actively conducted. Here, as the SOI substrate, for example, a SIMOX (Separation by Implanted Oxgen) substrate or a bonded substrate is used.
また、例えば、非特許文献1には、SON(Silicon On Nothing)基板上にゲート電極を形成する方法が開示されている。すなわち、この方法では、Si/SiGe/Siの積層構造を有する半導体基板上にゲート電極を形成する。そして、ゲート電極の両側のSi/SiGe/Si層のエッチングを行うことにより、ゲート電極の両側のSiGe層を露出させる。そして、ウェットエッチングにてSiGe層を選択的に除去することにより、ゲート電極が配置されたSi層の下に空洞を形成する。そして、ゲート電極の両側にエピタキシャル成長を選択的に行った後、イオン注入を行うことにより、ゲート電極の両側にソース/ドレイン層を形成する。
しかしながら、SIMOX基板を製造するには、シリコンウェハに高濃度の酸素のイオン注入が必要となる。また、貼り合わせ基板を製造するには、2枚のシリコンウェハを貼り合わせた後、シリコンウェハの表面を研磨する必要がある。このため、SOIトランジスタでは、バルク半導体に形成された電界効果型トランジスタに比べてコストアップを招くという問題があった。 However, in order to manufacture a SIMOX substrate, high-concentration oxygen ions must be implanted into a silicon wafer. In order to manufacture a bonded substrate, it is necessary to polish the surface of the silicon wafer after bonding two silicon wafers. For this reason, the SOI transistor has a problem that the cost is increased as compared with a field effect transistor formed in a bulk semiconductor.
また、イオン注入や研磨では、SOI層の膜厚のばらつきが大きく、完全空乏型SOIトランジスタを作製するためにSOI層を薄膜化すると、電界効果型トランジスタの特性を安定化させることが困難であるという問題があった。
また、非特許文献1に開示された方法では、SON構造がゲート電極下にのみ形成され、ソース/ドレイン領域にはSON構造を形成することができないため、ソース/ドレイン領域の寄生容量を減らすことができないという問題があった。また、ゲート電極が配置されたSi層の下の空洞は空気層となっているため、機械的強度や熱伝導率などがバルク半導体に比べて劣り、信頼性に欠けるという問題があった。また、Siに対するSiGeの選択比が十分でないため、Si層下に配置されたSiGe層を広い範囲に渡って除去することが難しく、ゲート幅を広げることが困難であるという問題があった。
Also, in ion implantation and polishing, the variation in the thickness of the SOI layer is large, and it is difficult to stabilize the characteristics of the field effect transistor when the SOI layer is thinned in order to produce a fully depleted SOI transistor. There was a problem.
In the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、SOI基板を用いることなく、絶縁体上の半導体層に形成されたトランジスタのゲート幅を広げることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can increase the gate width of a transistor formed in a semiconductor layer on an insulator without using an SOI substrate.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、絶縁層が形成された半導体基板と、前記絶縁層上に配置され、エピタキシャル成長にて形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたゲート電極と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の一方の側に配置されたソース層と、前記半導体層に形成され、前記ゲート電極の他方の側に配置されたドレイン層と、前記ソース層およびドレイン層のいずれか少なくとも一方に形成され、前記半導体層を貫通して前記絶縁層に達する開口部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, according to a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a semiconductor substrate on which an insulating layer is formed, a semiconductor layer that is disposed on the insulating layer and formed by epitaxial growth, A gate electrode formed on the semiconductor layer; a source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode; and formed on the semiconductor layer and disposed on the other side of the gate electrode. And an opening formed in at least one of the source layer and the drain layer and reaching the insulating layer through the semiconductor layer.
これにより、半導体層下に絶縁層を形成するために、組成の異なる半導体層間の選択比の違いを利用して下層の半導体層を除去する場合においても、下層の半導体層を除去するための開口部をソース層またはドレイン層に配置することが可能となり、除去される下層の半導体層の体積を減らすことが可能となるとともに、下層の半導体層を除去するための開口部を素子領域の周囲に形成する必要がなくなる。このため、SOI基板を用いることなく、半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 As a result, in order to form an insulating layer under the semiconductor layer, an opening for removing the lower semiconductor layer is used even when the lower semiconductor layer is removed using the difference in the selectivity between the semiconductor layers having different compositions. Can be disposed in the source layer or the drain layer, the volume of the lower semiconductor layer to be removed can be reduced, and an opening for removing the lower semiconductor layer is formed around the element region. No need to form. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on a semiconductor layer without using an SOI substrate, it is possible to reduce the price of the SOI transistor, and relax restrictions on the size and layout of the SOI transistor. However, the integration degree of the SOI transistor can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記開口部を避けるようにして前記ソース層およびドレイン層に形成されたコンタクト領域をさらに備えることを特徴とする。
これにより、ソース層またはドレイン層に開口部を形成した場合においても、ソース層およびドレイン層にコンタクト領域を形成することができ、ソース層およびドレイン層とコンタクトをとることができる。
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention further includes contact regions formed in the source layer and the drain layer so as to avoid the opening.
Thus, even when an opening is formed in the source layer or the drain layer, contact regions can be formed in the source layer and the drain layer, and contact can be made with the source layer and the drain layer.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記開口部内に埋め込まれた絶縁膜をさらに備えることを特徴とする。
これにより、ソース層またはドレイン層に開口部を配置した場合においても、ソース層またはドレイン層を平坦化することができ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention further includes an insulating film embedded in the opening.
Accordingly, even when an opening is provided in the source layer or the drain layer, the source layer or the drain layer can be planarized, and the integration degree of the SOI transistor can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記半導体層の周囲に形成された素子分離絶縁膜をさらに備えることを特徴とする。
これにより、素子分離絶縁膜を利用して、半導体層を半導体基板上に選択的にエピタキシャル成長させることが可能となるとともに、素子分離絶縁膜に開口部を形成する必要がなくなり、工程数の削減を図りつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention further includes an element isolation insulating film formed around the semiconductor layer.
This makes it possible to selectively epitaxially grow the semiconductor layer on the semiconductor substrate using the element isolation insulating film, and eliminates the need to form an opening in the element isolation insulating film, thereby reducing the number of processes. As a result, the integration degree of the SOI transistor can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の表面の一部に第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、前記第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に支持体絶縁膜を形成する工程と、前記支持体絶縁膜および第2半導体層を貫通して前記第1半導体層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、前記開口部を介して第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、前記開口部を介して前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer on a part of the surface of the semiconductor substrate, and the second semiconductor having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer. Forming a layer on the first semiconductor layer; forming a support insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the second semiconductor layer; and the support insulating film and the second semiconductor layer Forming an opening through which the first semiconductor layer is exposed and selectively etching the first semiconductor layer through the opening to remove the first semiconductor layer. Forming a hollow portion below the second semiconductor layer, forming a buried insulating layer buried in the hollow portion through the opening, and a gate insulating film on the second semiconductor layer. To form the gate electrode Forming the source layer and the drain layer in the second semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode so that the opening is disposed in at least one of the source layer and the drain layer. It is characterized by providing.
これにより、第1半導体層上に第2半導体層が積層された場合においても、開口部を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層に接触させることが可能となり、第2半導体層を残したまま、第1および第2半導体層間の選択比の違いを利用して第1半導体層を除去することが可能となるとともに、第2半導体層下の空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成することができる。また、ソース層またはドレイン層に開口部を配置することで、ソース層またはドレイン層が形成される第2半導体層下の第1半導体層の一部を除去してから、第1半導体層をエッチングすることが可能となり、第1半導体層のエッチング領域を狭くすることが可能となるとともに、第1半導体層の一部を露出させる開口部を素子領域の周囲に形成する必要がなくなる。このため、第2半導体層を残したまま第1半導体層を広い範囲に渡って除去することが可能となることから、第2半導体層下に空洞部を広い範囲に渡って形成することが可能となり、埋め込み絶縁層上に配置可能な第2半導体層の面積を拡大することができる。さらに、第2半導体層を支持体絶縁膜にて覆うことにより、第2半導体層下に空洞部が形成された場合においても、第2半導体層を支持体絶縁膜にて半導体基板上に支持することが可能となる。このため、第2半導体層を埋め込み絶縁層上に配置することが可能となり、第2半導体層の品質を損なうことなく、第2半導体層と半導体基板との間の絶縁を図ることが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 As a result, even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, the etching gas or the etchant can be brought into contact with the first semiconductor layer through the opening, leaving the second semiconductor layer. The first semiconductor layer can be removed using the difference in selectivity between the first and second semiconductor layers, and a buried insulating layer embedded in the cavity under the second semiconductor layer is formed. can do. Further, by disposing an opening in the source layer or the drain layer, a part of the first semiconductor layer under the second semiconductor layer where the source layer or the drain layer is formed is removed, and then the first semiconductor layer is etched. This makes it possible to narrow the etching region of the first semiconductor layer, and eliminates the need to form an opening for exposing a part of the first semiconductor layer around the element region. For this reason, since the first semiconductor layer can be removed over a wide range while leaving the second semiconductor layer, a cavity can be formed over a wide range under the second semiconductor layer. Thus, the area of the second semiconductor layer that can be disposed on the buried insulating layer can be increased. Further, by covering the second semiconductor layer with the support insulating film, the second semiconductor layer is supported on the semiconductor substrate by the support insulating film even when the cavity is formed under the second semiconductor layer. It becomes possible. Therefore, the second semiconductor layer can be disposed on the buried insulating layer, and insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate can be achieved without deteriorating the quality of the second semiconductor layer. . As a result, it is possible to form an SOI transistor on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, and it is possible to reduce the cost of the SOI transistor and to restrict the size and layout of the SOI transistor. The integration degree of the SOI transistor can be improved while relaxing the above.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板に素子分離絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記素子分離絶縁膜で分離された前記半導体基板上に第1半導体層を選択エピタキシャル成長にて形成する工程と、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に選択エピタキシャル成長にて形成する工程と、前記第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜および第2半導体層を貫通して前記第1半導体層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、前記開口部を介して第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、前記開口部を介して前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of selectively forming an element isolation insulating film on a semiconductor substrate, and a first step on the semiconductor substrate separated by the element isolation insulating film Forming a semiconductor layer by selective epitaxial growth, forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer by selective epitaxial growth, and the second semiconductor layer comprising: Forming an insulating film on the semiconductor substrate so as to be covered; forming an opening through the insulating film and the second semiconductor layer to expose a part of the first semiconductor layer; Forming a cavity under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the opening and removing the first semiconductor layer through the opening; A step of forming a buried insulating layer embedded in the cavity, a step of forming a gate electrode on the second semiconductor layer via a gate insulating film, and the opening is at least one of a source layer and a drain layer And forming a source layer and a drain layer arranged so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer.
これにより、素子分離絶縁膜を利用して、第1および第2半導体層を半導体基板上に選択的にエピタキシャル成長させることが可能となるとともに、素子分離絶縁膜に開口部を形成することなく、第2半導体層下の第1半導体層を除去することが可能となる。このため、工程数の削減を図りつつ、第2半導体層上にSOIトランジスタを形成することを可能として、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 As a result, the first and second semiconductor layers can be selectively epitaxially grown on the semiconductor substrate using the element isolation insulating film, and the first isolation layer can be formed without forming an opening in the element isolation insulating film. The first semiconductor layer under the two semiconductor layers can be removed. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on the second semiconductor layer while reducing the number of processes, and it is possible to reduce the price of the SOI transistor and to reduce the size and layout of the SOI transistor. The integration degree of the SOI transistor can be improved while relaxing the restrictions.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる開口部を形成する工程と、前記開口部が埋め込まれるようにして前記第2半導体層上に支持体絶縁膜を形成する工程と、前記支持体絶縁膜をパターニングすることにより前記第2半導体層の表面の一部を露出させる工程と、前記パターニングされた前記支持体絶縁膜をマスクとして前記第2半導体層および前記第1半導体層をエッチングすることにより、前記第1半導体層および前記第2半導体層の側面を露出させる工程と、前記第1半導体層の側面から前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、前記第2半導体層上の前記支持体絶縁膜を除去することにより、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer over the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer are provided in the first semiconductor layer. Forming on the first semiconductor layer, forming an opening through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate, and filling the opening so that the opening is embedded. (2) forming a support insulating film on the semiconductor layer; patterning the support insulating film; exposing a part of the surface of the second semiconductor layer; and the patterned support insulating film. Etching the second semiconductor layer and the first semiconductor layer using the mask as a mask to expose side surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the first semiconductor A step of selectively etching the first semiconductor layer from the side surface to form a cavity from which the first semiconductor layer has been removed under the second semiconductor layer; and a buried insulation buried in the cavity. A step of forming a layer, a step of exposing the surface of the second semiconductor layer by removing the support insulating film on the second semiconductor layer, and a gate insulating film on the second semiconductor layer Forming the gate electrode, and the source and drain layers disposed so as to sandwich the gate electrode so that the opening is disposed in at least one of the source layer and the drain layer. And a step of forming the semiconductor layer.
これにより、第1半導体層が除去された時に半導体基板上で第2半導体層を支持する支持体をソース層またはドレイン層に形成することが可能となり、第2半導体層下で除去される第1半導体層の体積を減らすことが可能となるとともに、第1半導体層を支持するための支持体を素子領域の周囲に形成する必要がなくなる。このため、SOI基板を用いることなく、半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 As a result, when the first semiconductor layer is removed, a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate can be formed on the source layer or the drain layer, and the first removed under the second semiconductor layer. The volume of the semiconductor layer can be reduced, and it is not necessary to form a support for supporting the first semiconductor layer around the element region. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on a semiconductor layer without using an SOI substrate, it is possible to reduce the price of the SOI transistor, and relax restrictions on the size and layout of the SOI transistor. However, the integration degree of the SOI transistor can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる第1開口部を形成する工程と、前記第1開口部が埋め込まれるようにして前記第2半導体層上に支持体絶縁膜を形成する工程と、前記支持体絶縁膜および第2半導体層を貫通して前記第1半導体層の一部を露出させる第2開口部を形成する工程と、前記第2開口部を介して前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、前記第2半導体層上の前記支持体絶縁膜を除去することにより、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記第1開口部および前記第2開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer over the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer are provided in the first semiconductor layer. Forming a first semiconductor layer; forming a first opening through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate; and filling the first opening. Forming a support insulating film on the second semiconductor layer, and forming a second opening through the support insulating film and the second semiconductor layer to expose a part of the first semiconductor layer And a step of selectively etching the first semiconductor layer through the second opening to form a cavity from which the first semiconductor layer has been removed below the second semiconductor layer; Embedded in the cavity Forming a write insulating layer, by removing the support insulating film on the second semiconductor layer, thereby exposing the surface of said second semiconductor layer,
Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film, and arranging the first opening and the second opening in at least one of the source layer and the drain layer. Forming a source layer and a drain layer arranged so as to sandwich the gate electrode in the second semiconductor layer.
これにより、第2半導体層下に配置された第1半導体層を除去するための第2開口部をソース層またはドレイン層に形成することが可能となるだけでなく、第1半導体層が除去された時に半導体基板上で第2半導体層を支持する支持体をソース層またはドレイン層に形成することが可能となる。このため、第2半導体層下で除去される第1半導体層の体積を減らすことが可能となる上に、第1半導体層を支持するための支持体を素子領域の周囲に形成する必要がなくなるとともに、第2半導体層下に配置された第1半導体層を除去するための第2開口部を素子領域の周囲に形成する必要がなくなる。このため、SOI基板を用いることなく、半導体層上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。 Accordingly, not only can the second opening for removing the first semiconductor layer disposed under the second semiconductor layer be formed in the source layer or the drain layer, but also the first semiconductor layer is removed. In this case, a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate can be formed on the source layer or the drain layer. Therefore, it is possible to reduce the volume of the first semiconductor layer removed under the second semiconductor layer, and it is not necessary to form a support for supporting the first semiconductor layer around the element region. In addition, there is no need to form a second opening around the element region for removing the first semiconductor layer disposed under the second semiconductor layer. For this reason, it is possible to form an SOI transistor on a semiconductor layer without using an SOI substrate, it is possible to reduce the price of the SOI transistor, and relax restrictions on the size and layout of the SOI transistor. However, the integration degree of the SOI transistor can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記開口部を避けるようにして前記ソース層およびドレイン層に配置されたコンタクトを形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
これにより、ソース層またはドレイン層に開口部を形成した場合においても、ソース層およびドレイン層にコンタクト領域を形成することができ、ソース層およびドレイン層とコンタクトをとることができる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention further includes a step of forming contacts disposed in the source layer and the drain layer so as to avoid the opening.
Thus, even when an opening is formed in the source layer or the drain layer, contact regions can be formed in the source layer and the drain layer, and contact can be made with the source layer and the drain layer.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1(a)〜図7(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斜視図、図1(b)〜図7(b)は、図1(a)〜図7(a)のA1−A1´〜A7−A7´線でそれぞれ切断した断面図、図1(c)〜図7(c)は、図1(a)〜図7(a)のB1−B1´〜B7−B7´線でそれぞれ切断した断面図である。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 7A are perspective views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 7B are FIGS. Sectional views cut along lines A1-A1 ′ to A7-A7 ′ in FIG. 7A, and FIGS. 1C to 7C are B1 in FIGS. 1A to 7A, respectively. It is sectional drawing cut | disconnected by the -B1'-B7-B7 'line | wire, respectively.
図1において、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により、半導体基板1の素子分離領域R2に素子分離絶縁膜6を形成し、素子分離絶縁膜6で素子分離された素子領域R1を半導体基板1に形成する。なお、半導体基板1の素子分離領域R2に素子分離絶縁膜6を形成する方法としては、LOCOS法の他、STI(Shallow Trench Isolation)などの方法を用いるようにしてもよい。
In FIG. 1, for example, an element
次に、図2に示すように、素子分離絶縁膜6をマスクとして選択エピタキシャル成長を行うことにより、第1半導体層2および第2半導体層3を半導体基板1上に順次選択的に形成する。
なお、第1半導体層2は、半導体基板1および第2半導体層3よりもエッチングレートが大きな材質を用いることができ、半導体基板1、第1半導体層2および第2半導体層3の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどの中から選択された組み合わせを用いることができる。特に、半導体基板1がSiの場合、第1半導体層2としてSiGe、第2半導体層3してSiを用いることが好ましい。これにより、第1半導体層2と第2半導体層3との間の格子整合をとることを可能としつつ、第1半導体層2と第2半導体層3との間の選択比を確保することができる。なお、第1半導体層2および第2半導体層3の膜厚は、例えば、10〜200nm程度とすることができる。
Next, as shown in FIG. 2, the
The
ここで、素子分離絶縁膜6上には、第1半導体層2および第2半導体層3はエピタキシャル成長しないので、素子分離絶縁膜6を形成してから第1半導体層2および第2半導体層3のエピタキシャル成長を行うことにより、第1半導体層2および第2半導体層3を半導体基板1の素子領域R1に選択的に形成することができる。このため、第1半導体層2および第2半導体層3を半導体基板1の素子領域R1に選択的に形成するためのマスクを素子分離絶縁膜6で兼用することが可能となり、第1半導体層2および第2半導体層3を半導体基板1の素子領域R1に選択的に形成するためのマスクを素子分離絶縁膜6と別個に形成する必要がなくなることから、工程数の削減することができる。
Here, since the
次に、図3に示すように、CVDなどの方法により、第2半導体層3を覆うように配置された支持体絶縁膜5を第2半導体層3上に形成する。なお、支持体絶縁膜5としては、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いることができる。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて支持体絶縁膜5、第2半導体層3および第1半導体層2をパターニングすることにより、第1半導体層2の少なくとも一部を露出させる開口部7を支持体絶縁膜5、第2半導体層3および第1半導体層2に形成する。
Next, as shown in FIG. 3, the
ここで、開口部7は素子領域R1に配置することが好ましい。これにより、開口部7を素子分離領域R2に配置する必要がなくなり、素子領域R1を拡大することを可能として、素子領域R1に形成されるSOIトランジスタの集積度を向上させることが可能となる。
なお、第1半導体層2の少なくとも一部を露出させる開口部7を形成する場合、第1半導体層2の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第1半導体層2をオーバーエッチングして第1半導体層2に凹部を形成するようにしてもよい。あるいは、開口部7内の第1半導体層2を貫通させて半導体基板1の表面を露出させるようにしてもよい。ここで、第1半導体層2のエッチングを途中で止めることにより、開口部7内の半導体基板1の表面が露出されることを防止することができる。このため、第1半導体層2をエッチング除去する際に、開口部7内の半導体基板1がエッチング液またはエッチングガスに晒される時間を減らすことが可能となり、開口部7内の半導体基板1のオーバーエッチングを抑制することができる。
Here, the
In addition, when forming the
次に、図4に示すように、開口部7を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層2に接触させることにより、第1半導体層2をエッチング除去し、半導体基板1と第2半導体層3との間に空洞部9を形成する。
ここで、第1半導体層2の一部を露出させる開口部7を支持体絶縁膜5、第2半導体層3および第1半導体層2に形成することにより、第1半導体層2上に第2半導体層3を積層した場合においても、第2半導体層3下の第1半導体層2にエッチングガスまたはエッチング液を接触させることが可能となり、半導体基板1と第2半導体層3との間に空洞部9を形成することができる。また、第2半導体層3が支持体絶縁膜5で覆われたままにすることにより、第1半導体層2が除去された場合においても、第2半導体層3を支持体絶縁膜5にて半導体基板1上で支持することが可能となり、第2半導体層3が陥没することを防止することができる。
Next, as shown in FIG. 4, the
Here, the
なお、半導体基板1および第2半導体層3がSi、第1半導体層2がSiGeの場合、第1半導体層2のエッチング液としてフッ硝酸を用いることが好ましい。これにより、SiとSiGeの選択比として1:100〜1000程度を得ることができ、半導体基板1および第2半導体層3のオーバーエッチングを抑制しつつ、第1半導体層2を除去することが可能となる。また、第1半導体層2のエッチング液としてフッ硝酸過水、アンモニア過水、あるいはフッ酢酸過水を用いても良い。
In the case where the
また、第1半導体層2をエッチング除去する前に、陽極酸化などの方法により第1半導体層2を多孔質化するようにしてもよいし、第1半導体層2にイオン注入を行うことにより、第1半導体層2をアモルファス化するようにしてもよい。これにより、第1半導体層2のエッチングレートを増大させることが可能となり、第1半導体層2のエッチング面積を拡大することができる。
Further, before the
次に、図5に示すように、開口部7を介して空洞部9内の半導体基板1および第2半導体層3の熱酸化を行うことにより、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部9に埋め込み酸化膜10を形成する。なお、埋め込み酸化膜10を形成した後、高温アニールを行うようにしてもよい。また、埋め込み酸化膜10は空洞部9を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部9が一部残るように形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 5, by performing thermal oxidation of the
また、図5の方法では、半導体基板1および第2半導体層3の熱酸化を行うことにより、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部9に埋め込み酸化膜10を形成する方法について説明したが、化学気相成長法にて半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部9に絶縁膜を成膜させることにより、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部9を絶縁膜で埋め込むようにしてもよい。これにより、第2半導体層3の膜減りを防止しつつ、半導体基板1と第2半導体層3との間の空洞部9を酸化膜以外の材料で埋め込むことが可能となる。このため、第2半導体層3の裏面側に配置される絶縁体の厚膜化を図ることが可能となるとともに、誘電率を低下させることが可能となり、第2半導体層3の裏面側の寄生容量を低減させることができる。
In the method of FIG. 5, the buried
次に、図6に示すように、CVDなどの方法により、開口部7が埋め込まれるようにして支持体絶縁膜5上に絶縁膜を形成する。そして、CMP(化学的機械的研磨)などの方法により支持体絶縁膜5上の絶縁膜を平坦化した後、第2半導体層3上の絶縁膜および支持体絶縁膜5を除去することにより、第2半導体層3の表面を露出させるとともに、開口部7内に埋め込み絶縁膜13を形成する。ここで、開口部7内に埋め込み絶縁膜13を形成することにより、ソース/ドレイン層25a、25bに開口部7を配置した場合においても、ソース/ドレイン層25a、25bを平坦化することができ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 6, an insulating film is formed on the
次に、図7に示すように、第2半導体層3の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層3の表面にゲート絶縁膜21を形成する。そして、ゲート絶縁膜21が形成された第2半導体層3上に、CVDなどの方法により多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、第2半導体層3上にゲート電極22を形成する。ここで、ゲート電極22は、第2半導体層3に形成された開口部7を避けるように配置することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 7, the surface of the
次に、ゲート電極22をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層3内にイオン注入することにより、ゲート電極22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23a、23bを第2半導体層3に形成する。そして、LDD層23a、23bが形成された第2半導体層3上に、CVDなどの方法により絶縁層を形成し、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22の側壁にサイドウォール24a、24bを形成する。そして、ゲート電極22およびサイドウォール24a、24bをマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層3内にイオン注入することにより、開口部7がソース/ドレイン層25a、25bに配置されるようにして、ゲート電極22を挟み込むように配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層25a、25bを第2半導体層3に形成する。そして、開口部7を避けるように配置されたソース/ドレインコンタクトをソース/ドレイン層25a、25bにそれぞれ形成する。
Next, by using the
ここで、ソース/ドレイン層25a、25bに開口部7を配置することで、ソース/ドレイン層25a、25bが形成される第2半導体層3下の第1半導体層2の一部を除去してから、第1半導体層2をエッチングすることが可能となり、第1半導体層2のエッチング領域を狭くすることが可能となるとともに、第1半導体層2の一部を露出させる開口部7を素子領域R1の周囲に形成する必要がなくなる。このため、第2半導体層3を残したまま第1半導体層1を広い範囲に渡って除去することが可能となることから、第2半導体層3下に空洞部9を広い範囲に渡って形成することが可能となり、埋め込み酸化膜10上に配置可能な第2半導体層3の面積を拡大することができる。このため、第2半導体層3の欠陥の発生を低減させつつ、第2半導体層3を埋め込み酸化膜10上に配置することが可能となり、第2半導体層3の品質を損なうことなく、第2半導体層3と半導体基板1との間の絶縁を図ることが可能となる。この結果、SOI基板を用いることなく、第2半導体層3上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることが可能となる。
Here, by disposing the
図8(a)〜図15(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斜視図、図8(b)〜図15(b)は、図8(a)〜図15(a)のA11−A11´〜A18−A18´線でそれぞれ切断した断面図、図8(c)〜図15(c)は、図8(a)〜図15(a)のB11−B11´〜B18−B18´線でそれぞれ切断した断面図である。 FIGS. 8A to 15A are perspective views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 8B to 15B are FIGS. -Sectional drawing cut | disconnected by A11-A11'-A18-A18 'line of Fig.15 (a), respectively, Fig.8 (c)-FIG.15 (c) are B11 of Fig.8 (a)-FIG.15 (a). It is sectional drawing cut | disconnected by the -B11'-B18-B18 'line | wire, respectively.
図8において、エピタキシャル成長を行うことにより、第1半導体層32および第2半導体層33を半導体基板31上に順次選択的に形成する。なお、第1半導体層32は、半導体基板31および第2半導体層33よりもエッチングレートが大きな材質を用いることができ、半導体基板31および第2半導体層33がSiの場合、第1半導体層32としてSiGeを用いることが好ましい。
In FIG. 8, the
次に、図9に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第1半導体層32および第2半導体層33をパターニングすることにより、第1半導体層32および第2半導体層33を貫通して半導体基板31を露出させる開口部34を形成する。ここで、開口部34は素子領域に配置することが好ましい。これにより、開口部34を素子分離領域に配置する必要がなくなり、素子領域を拡大することを可能として、素子領域に形成されるSOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 9, by patterning the
次に、図10に示すように、CVDなどの方法により、開口部34内が埋め込まれるようにして、第2半導体層33上の全面に支持体絶縁膜35を形成する。なお、支持体絶縁膜35の材質としては、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いることができる。
次に、図11に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて支持体絶縁膜35をパターニングすることにより、第2半導体層33の表面の一部を露出させる。そして、パターニングされた支持体絶縁膜35をマスクとして第2半導体層33および第1半導体層32をエッチングすることにより、半導体基板31の表面の一部を露出させるとともに、第1半導体層32および第2半導体層33の側面を露出させる。なお、第1半導体層32および第2半導体層33の側面を露出させる場合、必ずしも半導体基板31の表面の一部を露出させる必要はなく、第1半導体層32の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第1半導体層32をオーバーエッチングして第1半導体層32に凹部を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 10, a
Next, as shown in FIG. 11, a part of the surface of the
次に、図12に示すように、第1半導体層32の側面を介してエッチングガスまたはエッチング液を第1半導体層32に接触させることにより、第1半導体層32をエッチング除去し、半導体基板31と第2半導体層33との間に空洞部39を形成する。ここで、開口部34内に支持体絶縁膜35を埋め込むことにより、第1半導体層32が除去された場合においても、第2半導体層33を支持体絶縁膜35にて半導体基板31上で支持することが可能となり、第2半導体層33が陥没することを防止することができる。また、第1半導体層32の側面が露出するように酸化防止膜35、第2半導体層33および第1半導体層32をパターニングすることにより、第1半導体層32上に第2半導体層33および酸化防止膜35を積層した場合においても、第2半導体層33下の第1半導体層32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り、半導体基板31と第2半導体層33との間に空洞部39を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 12, the
次に、図13に示すように、半導体基板31および第2半導体層33の熱酸化を行うことにより、半導体基板31と第2半導体層33との間の空洞部39に埋め込み酸化膜40を形成する。なお、埋め込み酸化膜40を形成した後、高温アニールを行うようにしてもよい。また、埋め込み酸化膜40は空洞部39を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部39が一部残るように形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 13, the buried
また、図13の方法では、半導体基板31および第2半導体層33の熱酸化を行うことにより、半導体基板31と第2半導体層33との間の空洞部39に埋め込み酸化膜40を形成する方法について説明したが、化学気相成長法にて半導体基板31と第2半導体層33との間の空洞部39に絶縁膜を成膜させることにより、半導体基板31と第2半導体層33との間の空洞部39を絶縁膜で埋め込むようにしてもよい。
In the method of FIG. 13, the buried
次に、図14に示すように、エッチバックまたはCMP(化学的機械的研磨)などの方法にて支持体絶縁膜35を薄膜化することにより、開口部34内が支持体絶縁膜35で埋め込まれるようにして第2半導体層33の表面を露出させる。ここで、開口部34内に支持体絶縁膜35を埋め込むことにより、ソース/ドレイン層55a、55bに開口部34を配置した場合においても、ソース/ドレイン層35a、35bを平坦化することができ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 14, the
次に、図15に示すように、第2半導体層33の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層33の表面にゲート絶縁膜51を形成する。そして、ゲート絶縁膜51が形成された第2半導体層33上に、CVDなどの方法により多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、第2半導体層33上にゲート電極52を形成する。ここで、ゲート電極52は、第2半導体層33に形成された開口部34を避けるように配置することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 15, a
次に、ゲート電極52をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層33内にイオン注入することにより、ゲート電極52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53a、53bを第2半導体層33に形成する。そして、LDD層53a、53bが形成された第2半導体層33上に、CVDなどの方法により絶縁層を形成し、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52の側壁にサイドウォール54a、54bを形成する。そして、ゲート電極52およびサイドウォール54a、54bをマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層33内にイオン注入することにより、開口部34がソース/ドレイン層55a、55bに配置されるようにして、ゲート電極52を挟み込むように配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層55a、55bを第2半導体層33に形成する。そして、開口部34を避けるように配置されたソース/ドレインコンタクトをソース/ドレイン層55a、55bにそれぞれ形成する。
Next, by using the
これにより、第1半導体層32が除去された時に半導体基板31上で第2半導体層33を支持する支持体絶縁膜35をソース/ドレイン層55a、55bに形成することが可能となり、第2半導体層33下で除去される第1半導体層32の体積を減らすことが可能となるとともに、第1半導体層32を支持するための支持体絶縁膜35を素子領域の周囲に形成する必要がなくなる。このため、SOI基板を用いることなく、第2半導体層33上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Thereby, when the
図16(a)〜図23(a)は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図、図16(b)〜図23(b)は、図16(a)〜図23(a)のA21−A21´〜A28−A28´線でそれぞれ切断した断面図、図16(c)〜図23(c)は、図16(a)〜図23(a)のB21−B21´〜B28−B28´線でそれぞれ切断した断面図である。 FIGS. 16A to 23A are perspective views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 16B to 23B are FIGS. Cross-sectional views cut along lines A21-A21 ′ to A28-A28 ′ in FIG. 23 (a), and FIGS. 16 (c) to 23 (c) are B21 in FIGS. 16 (a) to 23 (a). It is sectional drawing cut | disconnected by the -B21'-B28-B28 'line | wire, respectively.
図16において、エピタキシャル成長を行うことにより、第1半導体層62および第2半導体層63を半導体基板61上に順次選択的に形成する。なお、第1半導体層62は、半導体基板61および第2半導体層63よりもエッチングレートが大きな材質を用いることができ、半導体基板61および第2半導体層63がSiの場合、第1半導体層62としてSiGeを用いることが好ましい。
In FIG. 16, the
次に、図17に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第1半導体層62および第2半導体層63をパターニングすることにより、第1半導体層62および第2半導体層63を貫通して半導体基板61を露出させる開口部67aを形成する。ここで、開口部67aは素子領域に配置することが好ましい。これにより、開口部67aを素子分離領域に配置する必要がなくなり、素子領域を拡大することを可能として、素子領域に形成されるSOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 17, the
次に、図18に示すように、CVDなどの方法により、開口部67a内が埋め込まれるようにして、第2半導体層63上の全面に支持体絶縁膜65を形成する。なお、支持体絶縁膜65の材質としては、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いることができる。
次に、図19に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて支持体絶縁膜65、第2半導体層63および第1半導体層62をパターニングすることにより、第1半導体層62の少なくとも一部を露出させる開口部67bを支持体絶縁膜65、第2半導体層63および第1半導体層62に形成する。
Next, as shown in FIG. 18, a
Next, as shown in FIG. 19, at least one of the first semiconductor layers 62 is patterned by patterning the
ここで、開口部67bは素子領域に配置することが好ましい。これにより、開口部67bを素子分離領域に配置する必要がなくなり、素子領域を拡大することを可能として、素子領域に形成されるSOIトランジスタの集積度を向上させることが可能となる。
なお、第1半導体層62の少なくとも一部を露出させる開口部67bを形成する場合、第1半導体層62の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、第1半導体層62をオーバーエッチングして第1半導体層62に凹部を形成するようにしてもよい。あるいは、開口部67b内の第1半導体層62を貫通させて半導体基板61の表面を露出させるようにしてもよい。
Here, the
When forming the
次に、図20に示すように、開口部67b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62に接触させることにより、第1半導体層62をエッチング除去し、半導体基板61と第2半導体層63との間に空洞部69を形成する。ここで、開口部67a内に支持体絶縁膜65を埋め込むことにより、第1半導体層62が除去された場合においても、第2半導体層63を支持体絶縁膜65にて半導体基板61上で支持することが可能となり、第2半導体層63が陥没することを防止することができる。また、支持体絶縁膜65が埋め込まれた開口部67aとは別に開口部67bを形成することにより、第1半導体層62上に第2半導体層63および支持体絶縁膜65を積層した場合においても、第2半導体層63下の第1半導体層62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り、半導体基板61と第2半導体層63との間に空洞部69を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 20, the
次に、図21に示すように、半導体基板61および第2半導体層63の熱酸化を行うことにより、半導体基板61と第2半導体層63との間の空洞部69に埋め込み酸化膜70を形成する。なお、埋め込み酸化膜70を形成した後、高温アニールを行うようにしてもよい。また、埋め込み酸化膜70は空洞部69を全て埋めるように形成しても良いし、空洞部69が一部残るように形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 21, the buried
また、図21の方法では、半導体基板61および第2半導体層63の熱酸化を行うことにより、半導体基板61と第2半導体層63との間の空洞部69に埋め込み酸化膜70を形成する方法について説明したが、化学気相成長法にて半導体基板61と第2半導体層63との間の空洞部69に絶縁膜を成膜させることにより、半導体基板61と第2半導体層63との間の空洞部69を絶縁膜で埋め込むようにしてもよい。
In the method of FIG. 21, the buried
次に、図22に示すように、CVDなどの方法により、開口部67bが埋め込まれるようにして支持体絶縁膜65上に絶縁膜を形成する。そして、CMP(化学的機械的研磨)などの方法により支持体絶縁膜65上の絶縁膜を平坦化した後、第2半導体層3上の支持体絶縁膜65を薄膜化することにより、開口部67a内が支持体絶縁膜65で埋め込まれるようにして第2半導体層63の表面を露出させるとともに、開口部67b内に埋め込み絶縁膜73を形成する。ここで、開口部67a内に支持体絶縁膜65を埋め込むとともに、開口部67b内に埋め込み絶縁膜73を形成することにより、ソース/ドレイン層85a、85bに開口部67a、67bを配置した場合においても、ソース/ドレイン層85a、85bを平坦化することができ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 22, an insulating film is formed on the
次に、図23に示すように、第2半導体層63の表面の熱酸化を行うことにより、第2半導体層63の表面にゲート絶縁膜81を形成する。そして、ゲート絶縁膜81が形成された第2半導体層63上に、CVDなどの方法により多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、第2半導体層63上にゲート電極82を形成する。ここで、ゲート電極82は、第2半導体層63に形成された開口部67a、67bを避けるように配置することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 23, the surface of the
次に、ゲート電極82をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層63内にイオン注入することにより、ゲート電極82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83a、83bを第2半導体層63に形成する。そして、LDD層83a、83bが形成された第2半導体層63上に、CVDなどの方法により絶縁層を形成し、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82の側壁にサイドウォール84a、84bを形成する。そして、ゲート電極82およびサイドウォール84a、84bをマスクとして、As、P、Bなどの不純物を第2半導体層63内にイオン注入することにより、開口部67a、67bがソース/ドレイン層85a、85bに配置されるようにして、ゲート電極82を挟み込むように配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層85a、85bを第2半導体層63に形成する。そして、開口部67a、67bを避けるように配置されたソース/ドレインコンタクトをソース/ドレイン層85a、85bにそれぞれ形成する。
Next, by using the
これにより、第2半導体層63下に配置された第1半導体層62を除去するための開口部67bをソース/ドレイン層85a、85bに形成することが可能となるだけでなく、第1半導体層62が除去された時に半導体基板61上で第2半導体層63を支持する支持体絶縁膜65をソース/ドレイン層85a、85bに配置することが可能となる。このため、第2半導体層63下で除去される第1半導体層62の体積を減らすことが可能となる上に、第1半導体層62を支持するための支持体絶縁膜65を素子領域の周囲に形成する必要がなくなるとともに、第2半導体層63下に配置された第1半導体層62を除去するための開口部67bを素子領域の周囲に形成する必要がなくなる。このため、SOI基板を用いることなく、第2半導体層63上にSOIトランジスタを形成することが可能となり、SOIトランジスタの低価格化を実現することが可能となるとともに、SOIトランジスタのサイズおよびレイアウトに対する制約を緩和しつつ、SOIトランジスタの集積度を向上させることができる。
Thereby, not only the
R1 素子領域、R2 素子分離領域、1、31、61 半導体基板、2、32、62 第1半導体層、3、33、63 第2半導体層、5、35、65 支持体絶縁膜、6 素子分離絶縁膜、7、34、67a、67b 開口部、9、39、69 空洞部、10、70 埋め込み酸化膜、13、40、73 埋め込み絶縁膜、21、51、81 ゲート絶縁膜、22、52、82 ゲート電極、23a、23b、53a、53b、83a、83b LDD層、24a、24b、54a、54b、84a、84b サイドウォールスペーサ、25a、25b、55a、55b、85a、85b ソース/ドレイン層 R1 element region, R2 element isolation region, 1, 31, 61 semiconductor substrate, 2, 32, 62 first semiconductor layer, 3, 33, 63 second semiconductor layer, 5, 35, 65 support insulating film, 6 element isolation Insulating film, 7, 34, 67a, 67b Opening, 9, 39, 69 Cavity, 10, 70 Embedded oxide film, 13, 40, 73 Embedded insulating film, 21, 51, 81 Gate insulating film, 22, 52, 82 Gate electrode, 23a, 23b, 53a, 53b, 83a, 83b LDD layer, 24a, 24b, 54a, 54b, 84a, 84b Side wall spacer, 25a, 25b, 55a, 55b, 85a, 85b Source / drain layer
Claims (5)
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
前記第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に支持体絶縁膜を形成する工程と、Forming a support insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the second semiconductor layer;
前記支持体絶縁膜および第2半導体層を貫通して前記第1半導体層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、Forming an opening that penetrates the support insulating film and the second semiconductor layer and exposes a portion of the first semiconductor layer;
前記開口部を介して第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、Forming a cavity from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer through the opening, under the second semiconductor layer;
前記開口部を介して前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、Forming a buried insulating layer buried in the cavity through the opening;
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
前記開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming the source layer and the drain layer in the second semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode so that the opening is disposed in at least one of the source layer and the drain layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記素子分離絶縁膜で分離された前記半導体基板上に第1半導体層を選択エピタキシャル成長にて形成する工程と、Forming a first semiconductor layer on the semiconductor substrate separated by the element isolation insulating film by selective epitaxial growth;
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に選択エピタキシャル成長にて形成する工程と、Forming a second semiconductor layer having an etching rate smaller than that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer by selective epitaxial growth;
前記第2半導体層が覆われるようにして前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、Forming an insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the second semiconductor layer;
前記絶縁膜および第2半導体層を貫通して前記第1半導体層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、Forming an opening through the insulating film and the second semiconductor layer to expose a portion of the first semiconductor layer;
前記開口部を介して第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、Forming a cavity from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer through the opening, under the second semiconductor layer;
前記開口部を介して前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、Forming a buried insulating layer buried in the cavity through the opening;
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
前記開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming the source layer and the drain layer in the second semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode so that the opening is disposed in at least one of the source layer and the drain layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる開口部を形成する工程と、Forming an opening through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
前記開口部が埋め込まれるようにして前記第2半導体層上に支持体絶縁膜を形成する工程と、Forming a support insulating film on the second semiconductor layer so that the opening is embedded;
前記支持体絶縁膜をパターニングすることにより前記第2半導体層の表面の一部を露出させる工程と、Exposing a part of the surface of the second semiconductor layer by patterning the support insulating film;
前記パターニングされた前記支持体絶縁膜をマスクとして前記第2半導体層および前記第1半導体層をエッチングすることにより、前記第1半導体層および前記第2半導体層の側面を露出させる工程と、Exposing the side surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer by etching the second semiconductor layer and the first semiconductor layer using the patterned support insulating film as a mask;
前記第1半導体層の側面から前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、Forming a cavity from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer from a side surface of the first semiconductor layer under the second semiconductor layer;
前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
前記第2半導体層上の前記支持体絶縁膜を除去することにより、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、Exposing the surface of the second semiconductor layer by removing the support insulating film on the second semiconductor layer;
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
前記開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming the source layer and the drain layer in the second semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode so that the opening is disposed in at least one of the source layer and the drain layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1半導体層よりもエッチングレートが小さな第2半導体層を前記第1半導体層上に形成する工程と、Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
前記第1半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記半導体基板を露出させる第1開口部を形成する工程と、Forming a first opening through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
前記第1開口部が埋め込まれるようにして前記第2半導体層上に支持体絶縁膜を形成する工程と、Forming a support insulating film on the second semiconductor layer so that the first opening is embedded;
前記支持体絶縁膜および第2半導体層を貫通して前記第1半導体層の一部を露出させる第2開口部を形成する工程と、Forming a second opening that penetrates the support insulating film and the second semiconductor layer and exposes a portion of the first semiconductor layer;
前記第2開口部を介して前記第1半導体層を選択的にエッチングすることにより、前記第1半導体層が除去された空洞部を前記第2半導体層下に形成する工程と、Forming a cavity under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the second opening, and removing the first semiconductor layer;
前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み絶縁層を形成する工程と、Forming a buried insulating layer buried in the cavity;
前記第2半導体層上の前記支持体絶縁膜を除去することにより、前記第2半導体層の表面を露出させる工程と、Exposing the surface of the second semiconductor layer by removing the support insulating film on the second semiconductor layer;
前記第2半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、Forming a gate electrode on the second semiconductor layer through a gate insulating film;
前記第1開口部および前記第2開口部がソース層またはドレイン層のいずれか少なくとも一方に配置されるようにして、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース層およびドレイン層を前記第2半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。The source and drain layers arranged so as to sandwich the gate electrode so that the first opening and the second opening are arranged in at least one of the source layer and the drain layer. Forming a layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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