JP2006339556A - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】 工程数の増大を抑制しつつ、絶縁体上に形成された半導体層の素子分離を安定して行うとともに、寄生トランジスタによる電流リークの抑制効果を向上させる。
【解決手段】 、エッチストップ層4の等方性エッチングを行うことにより、単結晶半導体層3の上端部の肩が露出するようにエッチストップ層4を縮小させ、単結晶半導体層3の側壁が覆われるようにしてエッチストップ層4上に絶縁膜5を成膜した後、エッチストップ層4が露出するまで絶縁膜5をエッチバックすることにより、エッチストップ層4から露出された単結晶半導体層3の上端部の肩を丸めるとともに、単結晶半導体層3の側壁にサイドウォール5a、5bを形成する。
【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To stably perform element isolation of a semiconductor layer formed on an insulator while suppressing an increase in the number of steps and improve an effect of suppressing current leakage by a parasitic transistor.
By performing isotropic etching of the etch stop layer 4, the etch stop layer 4 is reduced so that the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer 3 is exposed, and the sidewall of the single crystal semiconductor layer 3 is formed. After the insulating film 5 is formed on the etch stop layer 4 so as to be covered, the insulating film 5 is etched back until the etch stop layer 4 is exposed, thereby exposing the single crystal semiconductor layer exposed from the etch stop layer 4 3 and the side walls 5 a and 5 b are formed on the side walls of the single crystal semiconductor layer 3.
[Selection] Figure 2
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、(Silicon On Insulator)基板上に形成された電界効果型トランジスタの製造方法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 method for manufacturing a field effect transistor formed on a (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。 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.
ここで、SOIトランジスタをSOI層に形成した場合、素子分離を行うためにメサ分離法を用いる方法がある。このメサ分離法では、周囲の半導体層と完全に孤立した島状の半導体層にトランジスタが形成されるため、隣の半導体層のトランジスタとの間でラッチアップが発生しないなど、多くの利点があることが報告されている。ただし、メサ分離法にて素子分離を行うと、分離されたSOI層の側面やコーナー部に寄生トランジスタのチャネルとなる反転層が形成される。このため、SOI層に形成されたMOSトランジスタのVg−Id特性において、ゲート電圧が比較的低い場合においても、ソース/ドレイン領域にリーク電流が流れ、電流の立ち上がり特性に異常が見られることがある。 Here, when the SOI transistor is formed in the SOI layer, there is a method of using a mesa isolation method for element isolation. This mesa isolation method has many advantages such as no transistor is formed between adjacent semiconductor layers because transistors are formed in an island-shaped semiconductor layer that is completely isolated from the surrounding semiconductor layers. It has been reported. However, when element isolation is performed by the mesa isolation method, an inversion layer serving as a channel of the parasitic transistor is formed on the side surface and corner portion of the isolated SOI layer. For this reason, in the Vg-Id characteristic of the MOS transistor formed in the SOI layer, even when the gate voltage is relatively low, a leak current flows in the source / drain region, and an abnormality may be observed in the rising characteristic of the current. .
また、特許文献1には、メサ分離法にて素子分離を行った時に、分離されたSOI層の側面やコーナー部に寄生トランジスタが形成されることを防止するために、メサ分離端にSiO2からなるサイドウォールを形成する方法が開示されている。
さらに、特許文献2には、SOI層上に形成された窒化膜と窒化膜の側壁に形成されたポリシリコンからなるサイドウォールをマスクとして、SOI層をエッチングすることにより、メサ分離法にて素子分離されるSOI層のエッジを丸める方法が開示されている。
Further, Patent Document 2 discloses that a mesa isolation method is used by etching the SOI layer using a nitride film formed on the SOI layer and a polysilicon side wall formed on the sidewall of the nitride film as a mask. A method for rounding the edge of the isolated SOI layer is disclosed.
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、分離されたSOI層のエッジがそのまま残されるため、寄生トランジスタによる電流リークを抑制効果が十分に得られないことがあるという問題があった。
また、特許文献2に開示された方法では、メサ分離法にて素子分離されるSOI層のエッジを丸めるために、SOI層上に窒化膜を形成するとともに、窒化膜の側壁にポリシリコンからなるサイドウォールを形成してから、SOI層をエッチングする必要があり、工程数の増大を招くという問題があった。
However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem in that the effect of suppressing current leakage due to a parasitic transistor may not be sufficiently obtained because the edge of the separated SOI layer remains as it is.
Also, in the method disclosed in Patent Document 2, a nitride film is formed on the SOI layer and the sidewall of the nitride film is made of polysilicon in order to round the edge of the SOI layer that is element-isolated by the mesa isolation method. Since the SOI layer needs to be etched after forming the sidewall, there is a problem in that the number of steps is increased.
そこで、本発明の目的は、工程数の増大を抑制しつつ、絶縁体上に形成された半導体層の素子分離を安定して行うとともに、寄生トランジスタによる電流リークの抑制効果を向上させ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。 Accordingly, an object of the present invention is to stably perform element isolation of a semiconductor layer formed on an insulator while suppressing an increase in the number of processes, and to improve an effect of suppressing current leakage by a parasitic transistor. And a manufacturing method of the semiconductor device.
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、絶縁層上にメサ状に形成された単結晶半導体層と、前記単結晶半導体層の上端部を丸めるように形成された丸め部と、前記単結晶半導体層の側壁に形成され、前記丸め部の下方に配置されたサイドウォールと、前記単結晶半導体層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を挟み込むように前記単結晶半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする
これにより、半導体層をメサ状に分離した場合においても、ゲート電極下の単結晶半導体層の側壁をサイドウォールにて覆うことが可能となるとともに、単結晶半導体層の上端部を丸めることができる。このため、メサ分離された半導体層の側面に寄生トランジスタが形成されることを防止しつつ、周囲の半導体層と完全に孤立した島状の半導体層にトランジスタを形成することができ、絶縁体上に形成された半導体層の素子分離を安定して行うことが可能となるとともに、寄生トランジスタによる電流リークを抑制することが可能となる。この結果、電界効果型トランジスタの特性の劣化を抑制しつつ、電界効果型トランジスタの動作の高速化、低電圧化、低消費電力化を図ることが可能となるとともに、ラッチアップなどの現象を引き起こすことなく、複数のSOIトランジスタを同一基板上に集積化することができる。
In order to solve the above problem, according to a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a single crystal semiconductor layer formed in a mesa shape over an insulating layer and an upper end portion of the single crystal semiconductor layer are rounded. The formed rounding portion, the sidewall formed on the side wall of the single crystal semiconductor layer and disposed below the rounding portion, the gate electrode formed on the single crystal semiconductor layer, and the gate electrode sandwiched between Thus, even when the semiconductor layer is separated into a mesa shape, the side wall of the single crystal semiconductor layer under the gate electrode is side-sided. It can be covered with a wall, and the upper end portion of the single crystal semiconductor layer can be rounded. Therefore, it is possible to form a transistor on an island-like semiconductor layer completely isolated from the surrounding semiconductor layer while preventing the formation of a parasitic transistor on the side surface of the mesa-isolated semiconductor layer. In addition, it is possible to stably perform element isolation of the semiconductor layer formed on the substrate, and to suppress current leakage due to the parasitic transistor. As a result, it is possible to increase the operation speed, lower voltage, and lower power consumption of the field effect transistor while suppressing deterioration of the characteristics of the field effect transistor, and causes a phenomenon such as latch-up. Without any problem, a plurality of SOI transistors can be integrated on the same substrate.
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、絶縁層上に単結晶半導体層が形成された基板を用意する工程と、前記単結晶半導体層上にエッチストップ層を形成する工程と、前記エッチストップ層が形成された前記単結晶半導体層をメサ状にエッチングする工程と、前記エッチストップ層の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の上端部の肩が露出するように前記エッチストップ層を縮小させる工程と、前記単結晶半導体層が覆われるようにして前記縮小されたエッチストップ層上に絶縁膜を形成する工程と、前記エッチストップ層が露出するまで前記絶縁膜をエッチバックすることにより、前記エッチストップ層から露出された前記単結晶半導体層の上端部の肩を丸めるとともに、前記単結晶半導体層の側壁にサイドウォールを形成する工程と、前記単結晶半導体層上のエッチストップ層を除去する工程と、前記上端部の肩が丸められた単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を前記単結晶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 preparing a substrate in which a single crystal semiconductor layer is formed over an insulating layer, and an etch stop layer is formed over the single crystal semiconductor layer. A step of etching the single crystal semiconductor layer on which the etch stop layer is formed in a mesa shape, and isotropic etching of the etch stop layer, whereby the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer is Reducing the etch stop layer to be exposed, forming an insulating film on the reduced etch stop layer so as to cover the single crystal semiconductor layer, and until the etch stop layer is exposed By etching back the insulating film, the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer exposed from the etch stop layer is rounded, and the single crystal semiconductor layer Forming a sidewall on the wall; removing the etch stop layer on the single crystal semiconductor layer; forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor layer with a rounded shoulder at the upper end; Forming a gate electrode on the gate insulating film; and forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the single crystal semiconductor layer.
これにより、半導体層をメサ状に分離した場合においても、同一の製造工程において、ゲート電極下の単結晶半導体層の側壁をサイドウォールにて覆うことが可能となるとともに、単結晶半導体層の上端部を丸めることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、絶縁体上に形成された半導体層の素子分離を安定して行うとともに、寄生トランジスタによる電流リークの抑制効果を向上させることが可能となり、電界効果型トランジスタの特性の劣化を抑制しつつ、電界効果型トランジスタの動作の高速化、低電圧化、低消費電力化を図ることが可能となるとともに、ラッチアップなどの現象を引き起こすことなく、複数のSOIトランジスタを同一基板上に集積化することができる。 Thus, even when the semiconductor layer is separated into a mesa shape, the sidewall of the single crystal semiconductor layer under the gate electrode can be covered with the sidewall in the same manufacturing process, and the upper end of the single crystal semiconductor layer can be covered. The part can be rounded. For this reason, while suppressing an increase in the number of steps, it is possible to stably perform element isolation of the semiconductor layer formed on the insulator, and to improve the effect of suppressing current leakage by the parasitic transistor. While suppressing deterioration of transistor characteristics, it is possible to increase the operation speed, lower voltage, and lower power consumption of a field effect transistor, and it is possible to achieve a plurality of SOI without causing a phenomenon such as latch-up. Transistors can be integrated on the same substrate.
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、絶縁層上に単結晶半導体層が形成された基板を用意する工程と、前記単結晶半導体層上にエッチストップ層を形成する工程と、前記エッチストップ層が形成された前記単結晶半導体層をメサ状にエッチングする工程と、前記エッチストップ層の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の上端部の肩が露出するように前記エッチストップ層を縮小させる工程と、前記エッチストップ層をマスクとして前記単結晶半導体層の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の端部を丸める工程と、前記単結晶半導体層上のエッチストップ層を除去する工程と、前記端部が丸められた前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を前記単結晶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 preparing a substrate in which a single crystal semiconductor layer is formed over an insulating layer, and an etch stop layer is formed over the single crystal semiconductor layer. A step of etching the single crystal semiconductor layer on which the etch stop layer is formed in a mesa shape, and isotropic etching of the etch stop layer, whereby the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer is Reducing the etch stop layer so as to be exposed, performing isotropic etching of the single crystal semiconductor layer using the etch stop layer as a mask, rounding an end of the single crystal semiconductor layer, and Removing the etch stop layer on the single crystal semiconductor layer; forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor layer with the rounded end; and the gate insulating film Characterized in that it comprises a step of forming a gate electrode, and forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode on the monocrystalline semiconductor layer.
これにより、半導体層をメサ状に分離した場合においても、エッチストップ層をマスクとして単結晶半導体層の等方性エッチングを行うことで単結晶半導体層の端部を丸めることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、絶縁体上に形成された半導体層の素子分離を安定して行うとともに、寄生トランジスタによる電流リークを抑制することが可能となる。 Accordingly, even when the semiconductor layer is separated in a mesa shape, the end portion of the single crystal semiconductor layer can be rounded by performing isotropic etching of the single crystal semiconductor layer using the etch stop layer as a mask. Therefore, it is possible to stably isolate the semiconductor layer formed on the insulator while suppressing an increase in the number of steps, and to suppress current leakage due to the parasitic transistor.
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、絶縁層上に単結晶半導体層が形成された基板を用意する工程と、前記単結晶半導体層上に酸化防止膜を形成する工程と、前記酸化防止膜が形成された前記単結晶半導体層をメサ状にエッチングする工程と、前記酸化防止膜の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の上端部の肩が露出するように前記酸化防止膜を縮小させる工程と、前記酸化防止膜をマスクとして前記単結晶半導体層の熱酸化を行うことにより、前記単結晶半導体層の端部を丸める工程と、前記単結晶半導体層上の酸化防止膜を除去する工程と、前記端部が丸められた前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を前記単結晶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, a step of preparing a substrate in which a single crystal semiconductor layer is formed over an insulating layer, and an antioxidant film is formed over the single crystal semiconductor layer. A step of etching the single crystal semiconductor layer on which the antioxidant film is formed in a mesa shape, and isotropic etching of the antioxidant film, so that the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer is Shrinking the antioxidant film so as to be exposed, performing thermal oxidation of the single crystal semiconductor layer using the antioxidant film as a mask, rounding an end of the single crystal semiconductor layer, and the single crystal Removing an anti-oxidation film on the semiconductor layer; forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor layer with rounded ends; forming a gate electrode on the gate insulating film; The gate electrode The source / drain layer disposed so as to sandwich, characterized in that it comprises a step of forming the single crystal semiconductor layer.
これにより、半導体層をメサ状に分離した場合においても、酸化防止膜をマスクとして単結晶半導体層の熱酸化を行うことで単結晶半導体層の端部を丸めることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、絶縁体上に形成された半導体層の素子分離を安定して行うとともに、寄生トランジスタによる電流リークを抑制することが可能となる。 Accordingly, even when the semiconductor layer is separated into a mesa shape, the end portion of the single crystal semiconductor layer can be rounded by performing thermal oxidation of the single crystal semiconductor layer using the antioxidant film as a mask. Therefore, it is possible to stably isolate the semiconductor layer formed on the insulator while suppressing an increase in the number of steps, and to suppress current leakage due to the parasitic transistor.
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および図2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断面図である。
図1(a)において、半導体基板1上には絶縁層2が形成され、絶縁層2上には単結晶半導体層3が形成されている。なお、半導体基板1および単結晶半導体層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などを用いることができ、絶縁層2としては、例えば、SiO2、SiONまたはSi3N4を用いることができる。また、絶縁層2上に半導体層3が形成された半導体基板1としては、例えば、SOI基板を用いることができ、SOI基板としては、SIMOX(Separation by Implanted Oxgen)基板、貼り合わせ基板またはレーザアニール基板などを用いることができる。また、半導体基板1以外にも、サファイア、ガラスまたはセラミックなどの絶縁性基板を用いるようにしてもよい。そして、CVDなどの方法により、単結晶半導体層3上にエッチストップ層4を形成する。なお、エッチストップ層4の材質としては、例えば、シリコン酸化膜などを用いることができる。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1A, an insulating layer 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and a single
次に、図1(b)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エッチストップ層4および単結晶半導体層3をパターニングすることにより、単結晶半導体層3上にエッチストップ層4を残したまま、絶縁層2上の単結晶半導体層3をメサ状に加工する。
次に、図1(c)に示すように、エッチストップ層4の等方性エッチングを行うことにより、単結晶半導体層3の上端部の肩が露出するようにエッチストップ層4を縮小させる。ここで、エッチストップ層4の等方性エッチングとしては、例えば、エッチストップ層4がシリコン酸化膜の場合、弗酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングを行うようにしてもよいし、CF4ガスを用いたプラズマエッチングを行うようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 1B, the etch stop layer 4 and the single
Next, as shown in FIG. 1C, the etch stop layer 4 is reduced by performing isotropic etching of the etch stop layer 4 so that the shoulder of the upper end portion of the single
次に、図2(a)に示すように、CVDなどの方法により、単結晶半導体層3の側壁が覆われるようにしてエッチストップ層4上に絶縁膜5を成膜する。なお、絶縁膜5としては、例えば、シリコン窒化膜を用いることができる。ここで、エッチストップ層4上に絶縁膜5を成膜した場合、単結晶半導体層3の上端部の肩では、エッチストップ層4上の平坦部に比べて絶縁膜5の膜厚を薄くすることができる。なお、エッチストップ層4上の平坦部に比べて絶縁膜5の膜厚を効果的に薄くするために、絶縁膜をArでスパッタするのと同時に成膜を行うHDP(High Dentisy Plazuma)−CVDなどのように、絶縁膜5が単結晶半導体層3の上端部の肩に成膜されにくいような方法を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、エッチストップ層4が露出するまで絶縁膜5をエッチバックすることにより、エッチストップ層4から露出された単結晶半導体層3の上端部の肩を丸めるとともに、単結晶半導体層3の側壁にサイドウォール5a、5bを形成する。
ここで、例えば、単結晶半導体層3がシリコン、エッチストップ層4がシリコン酸化膜、絶縁膜5がシリコン窒化膜で構成される場合、エッチングガスとしてCH2F2やCH3Fなどのフルオロカーボン系のガスを用いることが好ましい。これにより、エッチストップ層4に対して単結晶半導体層3および絶縁膜5のエッチングレートを確保することができ、エッチストップ層4のエッチングを抑制しつつ、単結晶半導体層3および絶縁膜5をエッチングすることができる。
Next, as shown in FIG. 2B, the insulating
Here, for example, when the single
次に、図2(c)に示すように、エッチストップ層4を除去した後、単結晶半導体層3の熱酸化を行うことにより、単結晶半導体層3上にゲート絶縁膜6を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜6が形成された単結晶半導体層3上に多結晶シリコン層を形成し、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いて、多結晶シリコン層のパターニングを行うことにより、ゲート絶縁膜5上にゲート電極7を形成する。そして、ゲート電極7をマスクとして、As、P、Bなどの不純物のイオン注入を単結晶半導体層3内に行うことにより、ゲート電極7を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を単結晶半導体層3に形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, after the etch stop layer 4 is removed, the single
これにより、同一の製造工程において、ゲート電極7下の単結晶半導体層3の側壁をサイドウォール5a、5bにて覆うことが可能となるとともに、単結晶半導体層3の上端部を丸めることができる。このため、単結晶半導体層3をメサ状に分離した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、メサ分離された単結晶半導体層3の側面に寄生トランジスタが形成されることを防止することが可能となるとともに、周囲の半導体層と完全に孤立した島状の単結晶半導体層3にトランジスタを形成することができ、絶縁体2上に形成された単結晶半導体層3の素子分離を安定して行うことが可能となるとともに、寄生トランジスタによる電流リークを抑制することが可能となる。この結果、電界効果型トランジスタの特性の劣化を抑制しつつ、電界効果型トランジスタの動作の高速化、低電圧化、低消費電力化を図ることが可能となるとともに、ラッチアップなどの現象を引き起こすことなく、複数のSOIトランジスタを同一の半導体基板1上に集積化することができる。
Thereby, in the same manufacturing process, the side wall of the single
なお、上述した実施形態では、エッチストップ層4の材質としてシリコン酸化膜、絶縁膜5の材質としてシリコン窒化膜を用いる方法について説明したが、エッチストップ層4の材質としてシリコン窒化膜、絶縁膜5の材質としてシリコン酸化膜を用いるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、図1(c)のエッチストップ層4をマスクとして単結晶半導体層3の上端部の肩を丸めるとともに、単結晶半導体層3の側壁にサイドウォール5a、5bを形成する方法について説明したが、単結晶半導体層3の側壁にサイドウォール5a、5bを形成することなく、図1(c)のエッチストップ層4をマスクとして単結晶半導体層3の上端部の肩を単に丸めるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the method of using the silicon oxide film as the material of the etch stop layer 4 and the silicon nitride film as the material of the insulating
図3および図4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断面図である。
図3(a)において、半導体基板21上には絶縁層22が形成され、絶縁層22上には単結晶半導体層23が形成されている。そして、CVDなどの方法により、単結晶半導体層23上に酸化防止層24を形成する。なお、酸化防止層24としては、例えば、シリコン窒化膜などを用いることができる。
3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 3A, an insulating
次に、図3(b)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酸化防止膜24および単結晶半導体層23をパターニングすることにより、単結晶半導体層23上に酸化防止膜24を残したまま、絶縁層22上の単結晶半導体層23をメサ状に加工する。
次に、図3(c)に示すように、酸化防止膜24の等方性エッチングを行うことにより、単結晶半導体層23の上端部の肩が露出するように酸化防止膜24を縮小させる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図4(a)に示すように、酸化防止膜24をマスクとして単結晶半導体層23の熱酸化を行うことにより、酸化防止膜24から露出された単結晶半導体層23の側壁に酸化膜25を形成する。ここで、単結晶半導体層23の上端部の肩が酸化防止膜24から露出されているので、単結晶半導体層23の上端部の肩にも酸化膜25が形成され、単結晶半導体層23の上端部の肩を丸めることができる。なお、単結晶半導体層23の熱酸化を行う場合、1100℃以上の高温でドライ酸化を行うことが好ましく、これにより、単結晶半導体層23の上端部の肩を効率よく丸めることができる。
Next, as shown in FIG. 4A, the single
次に、図4(b)に示すように、酸化防止膜24および酸化膜25を除去した後、単結晶半導体層23の熱酸化を行うことにより、単結晶半導体層23上にゲート絶縁膜26を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜26が形成された単結晶半導体層23上に多結晶シリコン層を形成し、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いて、多結晶シリコン層のパターニングを行うことにより、ゲート絶縁膜26上にゲート電極27を形成する。そして、ゲート電極27をマスクとして、As、P、Bなどの不純物のイオン注入を単結晶半導体層23内に行うことにより、ゲート電極27を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を単結晶半導体層23に形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, after removing the
これにより、単結晶半導体層23をメサ状に分離した場合においても、酸化防止膜24をマスクとして単結晶半導体層23の熱酸化を行うことで単結晶半導体層23の端部を丸めることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、絶縁層22上に形成された単結晶半導体層23の素子分離を安定して行うとともに、寄生トランジスタによる電流リークを抑制することが可能となる。
Accordingly, even when the single
1、21 半導体基板、2、22 絶縁層、3、23 単結晶半導体層、4 エッチストップ層、5 絶縁膜、5a、5b サイドウォール、6、26 ゲート絶縁膜、7、27 ゲート電極、24 酸化防止膜、25 酸化膜 1, 21 Semiconductor substrate, 2, 22 Insulating layer, 3, 23 Single crystal semiconductor layer, 4 Etch stop layer, 5 Insulating film, 5a, 5b Side wall, 6, 26 Gate insulating film, 7, 27 Gate electrode, 24 Oxidation Prevention film, 25 oxide film
Claims (4)
前記単結晶半導体層の上端部を丸めるように形成された丸め部と、
前記単結晶半導体層の側壁に形成され、前記丸め部の下方に配置されたサイドウォールと、
前記単結晶半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟み込むように前記単結晶半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A single crystal semiconductor layer formed in a mesa shape on the insulating layer;
A rounded portion formed to round the upper end of the single crystal semiconductor layer;
A sidewall formed on a side wall of the single crystal semiconductor layer and disposed below the rounded portion;
A gate electrode formed on the single crystal semiconductor layer;
A semiconductor device comprising: a source / drain layer formed in the single crystal semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode.
前記単結晶半導体層上にエッチストップ層を形成する工程と、
前記エッチストップ層が形成された前記単結晶半導体層をメサ状にエッチングする工程と、
前記エッチストップ層の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の上端部の肩が露出するように前記エッチストップ層を縮小させる工程と、
前記単結晶半導体層が覆われるようにして前記縮小されたエッチストップ層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記エッチストップ層が露出するまで前記絶縁膜をエッチバックすることにより、前記エッチストップ層から露出された前記単結晶半導体層の上端部の肩を丸めるとともに、前記単結晶半導体層の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記単結晶半導体層上のエッチストップ層を除去する工程と、
前記上端部の肩が丸められた単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を前記単結晶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。 Preparing a substrate having a single crystal semiconductor layer formed over an insulating layer;
Forming an etch stop layer on the single crystal semiconductor layer;
Etching the single crystal semiconductor layer in which the etch stop layer is formed into a mesa shape;
Performing the isotropic etching of the etch stop layer to reduce the etch stop layer so that the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer is exposed;
Forming an insulating film on the reduced etch stop layer so as to cover the single crystal semiconductor layer;
The insulating film is etched back until the etch stop layer is exposed, thereby rounding the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer exposed from the etch stop layer and forming a sidewall on the side wall of the single crystal semiconductor layer. Forming a step;
Removing an etch stop layer on the single crystal semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor layer whose upper end shoulder is rounded;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the single crystal semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記単結晶半導体層上にエッチストップ層を形成する工程と、
前記エッチストップ層が形成された前記単結晶半導体層をメサ状にエッチングする工程と、
前記エッチストップ層の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の上端部の肩が露出するように前記エッチストップ層を縮小させる工程と、
前記エッチストップ層をマスクとして前記単結晶半導体層の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の端部を丸める工程と、
前記単結晶半導体層上のエッチストップ層を除去する工程と、
前記端部が丸められた前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を前記単結晶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。 Preparing a substrate having a single crystal semiconductor layer formed over an insulating layer;
Forming an etch stop layer on the single crystal semiconductor layer;
Etching the single crystal semiconductor layer in which the etch stop layer is formed into a mesa shape;
Performing the isotropic etching of the etch stop layer to reduce the etch stop layer so that the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer is exposed;
Rounding the edge of the single crystal semiconductor layer by performing isotropic etching of the single crystal semiconductor layer using the etch stop layer as a mask;
Removing an etch stop layer on the single crystal semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor layer with rounded ends; and
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the single crystal semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記単結晶半導体層上に酸化防止膜を形成する工程と、
前記酸化防止膜が形成された前記単結晶半導体層をメサ状にエッチングする工程と、
前記酸化防止膜の等方性エッチングを行うことにより、前記単結晶半導体層の上端部の肩が露出するように前記酸化防止膜を縮小させる工程と、
前記酸化防止膜をマスクとして前記単結晶半導体層の熱酸化を行うことにより、前記単結晶半導体層の端部を丸める工程と、
前記単結晶半導体層上の酸化防止膜を除去する工程と、
前記端部が丸められた前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟み込むように配置されたソース/ドレイン層を前記単結晶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。 Preparing a substrate having a single crystal semiconductor layer formed over an insulating layer;
Forming an antioxidant film on the single crystal semiconductor layer;
Etching the single crystal semiconductor layer on which the antioxidant film is formed into a mesa shape;
Performing the isotropic etching of the antioxidant film to reduce the antioxidant film so that the shoulder of the upper end portion of the single crystal semiconductor layer is exposed;
Rounding edges of the single crystal semiconductor layer by performing thermal oxidation of the single crystal semiconductor layer using the antioxidant film as a mask;
Removing an antioxidant film on the single crystal semiconductor layer;
Forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor layer with rounded ends; and
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a source / drain layer disposed so as to sandwich the gate electrode in the single crystal semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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