JP2007103491A - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】 電界効果型トランジスタが形成される半導体層の結晶性の劣化を抑制しつつ、寄生トランジスタによる電流リークを抑制する。
【解決手段】 溝8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を形成した後、溝8を介して第2半導体層3の側壁に不純物の斜めイオン注入IPを行うことにより、第2半導体層3の側壁に不純物導入層3aを形成する。
【選択図】 図5PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress current leakage by a parasitic transistor while suppressing deterioration of crystallinity of a semiconductor layer in which a field effect transistor is formed.
An etching gas or an etchant is brought into contact with a first semiconductor layer through a groove to remove the first semiconductor layer by etching, and a cavity is formed between the semiconductor substrate and the second semiconductor layer. After forming the portion 9, the impurity introduction layer 3 a is formed on the side wall of the second semiconductor layer 3 by performing oblique ion implantation IP of impurities on the side wall of the second semiconductor layer 3 through the groove 8.
[Selection] Figure 5
Description
SOI(Silicon On Insulator)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。
また、例えば、特許文献1には、大面積の絶縁膜上に結晶性および均一性の良いシリコン薄膜を形成するために、絶縁膜上に成膜された非晶質もしくは多結晶シリコン層に紫外線ビームをパルス状に照射することにより、正方形に近い単結晶粒が碁盤の目状に配列された多結晶シリコン膜を絶縁膜上に形成し、この多結晶シリコン膜の表面をCMP(化学的機械的研磨)にて平坦化する方法が開示されている。
A field effect transistor formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate has attracted attention because of its ease of element isolation, latch-up free, and small source / drain junction capacitance.
Further, for example, in
また、非特許文献1には、バルク基板上にSOI層を形成することで、SOIトランジスタを低コストで形成できる方法が開示されている。この非特許文献1に開示された方法では、Si基板上にSi/SiGe層を成膜し、SiとSiGeとの選択比の違いを利用してSiGe層のみを選択的に除去することにより、Si基板とSi層との間に空洞部を形成する。そして、空洞部内に露出したSiの熱酸化を行うことにより、Si基板とSi層との間にSiO2層を埋め込み、Si基板とSi層との間にBOX層を形成する。
Non-Patent
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。
しかしながら、絶縁膜上に形成されたシリコン薄膜には、グレインバウンダリ、マイクロツイン、その他様々の微小欠陥が存在する。このため、このようなシリコン薄膜に形成された電界効果型トランジスタは、完全単結晶シリコンに形成された電界効果型トランジスタに比べて、トランジスタ特性が劣るという問題があった。
また、シリコン薄膜に形成された電界効果型トランジスタを積層する場合、電界効果型トランジスタが下層に存在する。このため、上層のシリコン薄膜が形成される下地絶縁膜の平坦性が劣化するとともに、上層のシリコン薄膜を形成する際の熱処理条件などに制約がかかり、上層のシリコン薄膜の結晶性は下層のシリコン薄膜の結晶性に比べて劣るという問題があった。
However, the silicon thin film formed on the insulating film has grain boundaries, micro twins, and various other minute defects. For this reason, the field effect transistor formed on such a silicon thin film has a problem that the transistor characteristics are inferior to that of a field effect transistor formed on completely single crystal silicon.
When a field effect transistor formed on a silicon thin film is stacked, the field effect transistor is present in the lower layer. As a result, the flatness of the underlying insulating film on which the upper silicon thin film is formed deteriorates, and heat treatment conditions for forming the upper silicon thin film are limited, and the crystallinity of the upper silicon thin film is lower than that of the lower silicon thin film. There was a problem that it was inferior to the crystallinity of the thin film.
さらに、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という問題があった。 Further, 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 or 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 leakage current flows in the source / drain region, and an abnormality is observed in the rising characteristic of the current. there were.
そこで、本発明の目的は、電界効果型トランジスタが形成される半導体層の結晶性の劣化を抑制しつつ、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 provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can suppress current leakage due to a parasitic transistor while suppressing deterioration in crystallinity of a semiconductor layer in which a field effect transistor is formed. It is to be.
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、半導体基板上にエピタキシャル成長にて形成されメサ分離された半導体層と、前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み酸化膜と、前記メサ分離された半導体層の端部に形成された第1導電型不純物導入層と、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第2導電型ソース層と、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第2導電型ドレイン層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 layer formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate and separated by mesa, and between the semiconductor substrate and the semiconductor layer are provided. A buried oxide film, a first conductivity type impurity introduction layer formed at an end of the mesa-isolated semiconductor layer, a gate electrode formed on the semiconductor layer, and formed in the semiconductor layer; A second conductivity type source layer disposed on one side of the gate electrode; and a second conductivity type drain layer formed on the semiconductor layer and disposed on the other side of the gate electrode. To do.
これにより、半導体層下に埋め込まれた埋め込み酸化膜にて半導体基板と半導体層とを絶縁することが可能となるとともに、半導体層をメサ状に分離した場合においても、ゲート電極下の半導体層の端部の不純物濃度を高めることができる。このため、ゲート電極下の半導体層の端部にチャネルが形成されることを防止することができ、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。この結果、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、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り、SOIトランジスタの低電圧駆動化、低消費電力化および高速化を図ることができる。 As a result, the semiconductor substrate and the semiconductor layer can be insulated from each other by the buried oxide film buried under the semiconductor layer, and the semiconductor layer under the gate electrode can be isolated even when the semiconductor layer is separated into a mesa shape. The impurity concentration at the end can be increased. Therefore, a channel can be prevented from being formed at the end of the semiconductor layer under the gate electrode, and a parasitic transistor can be prevented from being formed on the side surface of the mesa-isolated semiconductor layer. At the same time, a transistor can be formed in an island-shaped semiconductor layer completely isolated from the surrounding semiconductor layers, and element isolation of the semiconductor layer formed over the insulator can be stably performed. As a result, an SOI transistor can be formed on the semiconductor layer without using an SOI substrate, and the SOI transistor can be reduced in price and current leakage due to a parasitic transistor can be suppressed. Therefore, the SOI transistor can be driven at a low voltage, reduced in power consumption, and increased in speed.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記第1導電型不純物導入層は、少なくとも前記ゲート電極が交差する半導体層の端部に形成されていることを特徴とする。
これにより、ゲート電極下の半導体層の端部にチャネルが形成されることを防止することが可能となり、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することができる。
In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the first conductivity type impurity introduction layer is formed at least at an end portion of the semiconductor layer where the gate electrode intersects.
Accordingly, it is possible to prevent a channel from being formed at the end portion of the semiconductor layer under the gate electrode, and it is possible to prevent a parasitic transistor from being formed on the side surface of the mesa-isolated semiconductor layer.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記第1導電型不純物導入層は前記半導体層の深さ方向に不純物濃度が実質的に一定であることを特徴とする。
これにより、ゲート電極下の半導体層の端部全体の不純物濃度を一様に高めることができ、ゲート電極下の半導体層の端部にチャネルが形成されることを安定して防止することが可能となる。
In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the impurity concentration of the first conductivity type impurity introduction layer is substantially constant in the depth direction of the semiconductor layer.
As a result, the impurity concentration of the entire end portion of the semiconductor layer under the gate electrode can be uniformly increased, and a channel can be stably prevented from being formed at the end portion of the semiconductor layer under the gate electrode. It becomes.
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溝を形成する工程と、前記第1溝を介して前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を形成する工程と、前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を形成する工程と、前記第2溝を介して前記第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、前記第2溝を介して前記第2半導体層の側壁に第1導電型不純物を斜めイオン注入することにより、前記第2半導体層の側壁に第1導電型不純物導入層を形成する工程と、前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み酸化膜を形成する工程と、前記第2半導体層上に配置されたゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の一方の側に配置された第2導電型ソース層および前記ゲート電極の他方の側に配置された第2導電型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 a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate; and the second semiconductor through the first groove. Forming a support for supporting a layer on the semiconductor substrate, forming a second groove exposing a portion of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer, and via the second groove Forming a cavity from the first semiconductor layer under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer; and the second semiconductor layer through the second groove. The first conductivity type impurities on the side wall Forming a first conductivity type impurity introduction layer on the side wall of the second semiconductor layer, forming a buried oxide film buried in the cavity, and disposing on the second semiconductor layer Forming a gate electrode, a second conductivity type source layer disposed on one side of the gate electrode, and a second conductivity type drain layer disposed on the other side of the gate electrode. And a step of forming the layer.
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、第2溝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半導体層間のエッチングレート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酸化膜を形成することができる。また、第2半導体層を半導体基板上で支持する支持体を設けることにより、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半導体層が半導体基板上に脱落することを防止することができる。さらに、第2半導体層の側壁に第1導電型不純物導入層を形成することにより、第2半導体層をメサ状に分離した場合においても、ゲート電極下の第2半導体層の端部にチャネルが形成されることを防止することができ、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することが可能となる。 As a result, even when the second semiconductor layer is stacked on the first semiconductor layer, it becomes possible to bring the etching gas or the etchant into contact with the first semiconductor layer through the second groove. The first semiconductor layer can be removed using the difference in etching rate between the first and second semiconductor layers, and a buried oxide film buried in the cavity below the second semiconductor layer can be removed. Can be formed. Also, by providing a support that supports the second semiconductor layer on the semiconductor substrate, the second semiconductor layer is prevented from dropping onto the semiconductor substrate even when a cavity is formed below the second semiconductor layer. can do. Further, by forming the first conductivity type impurity introduction layer on the side wall of the second semiconductor layer, even when the second semiconductor layer is separated in a mesa shape, a channel is formed at the end of the second semiconductor layer under the gate electrode. It is possible to prevent the formation of a parasitic transistor and the formation of a parasitic transistor on the side surface of the mesa-isolated semiconductor layer.
このため、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るとともに、第2半導体層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、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トランジスタの低電圧駆動化、低消費電力化および高速化を図ることができる。 Therefore, an SOI transistor can be formed on the second semiconductor layer without using an SOI substrate, and even when the second semiconductor layer is separated in a mesa shape, an increase in the number of processes is suppressed. In addition, current leakage due to parasitic transistors can be suppressed, the SOI transistor can be reduced in price, and the SOI transistor can be driven at a lower voltage, reduced in power consumption, and increased in speed. .
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溝を形成する工程と、前記第1溝を介して前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を形成する工程と、前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を形成する工程と、前記第2溝を介して前記第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酸化膜を形成する工程と、前記第2溝を介して前記埋め込み酸化膜上の第2半導体層の側壁に第1導電型不純物を斜めイオン注入することにより、前記第2半導体層の側壁に第1導電型不純物導入層を形成する工程と、前記第2半導体層上に配置されたゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の一方の側に配置された第2導電型ソース層および前記ゲート電極の他方の側に配置された第2導電型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 a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate; and the second semiconductor through the first groove. Forming a support for supporting a layer on the semiconductor substrate, forming a second groove exposing a portion of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer, and via the second groove Forming a cavity under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer, and forming a buried oxide film embedded in the cavity; And the step of forming the second groove Forming a first conductivity type impurity introduction layer on the sidewall of the second semiconductor layer by obliquely ion implanting the first conductivity type impurity on the sidewall of the second semiconductor layer on the buried oxide film; Forming a gate electrode disposed on the second semiconductor layer; a second conductivity type source layer disposed on one side of the gate electrode; and a second conductivity type disposed on the other side of the gate electrode. Forming a drain layer on the second semiconductor layer.
これにより、第2半導体層下に埋め込み酸化膜を形成した後に、第2半導体層の側壁に第1導電型不純物導入層を形成することができる。このため、埋め込み酸化膜形成時の熱処理に伴う第1導電型不純物導入層の不純物の再分布を抑制することができ、第2半導体層の側壁の表面の不純物濃度を高めることができる。このため、第2半導体層をメサ状に分離した場合においても、ゲート電極下の第2半導体層の端部にチャネルが形成されることを安定して防止することができ、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することが可能となる。 Thereby, after forming the buried oxide film under the second semiconductor layer, the first conductivity type impurity introduction layer can be formed on the side wall of the second semiconductor layer. For this reason, the redistribution of impurities in the first conductivity type impurity introduction layer accompanying the heat treatment at the time of forming the buried oxide film can be suppressed, and the impurity concentration on the surface of the sidewall of the second semiconductor layer can be increased. For this reason, even when the second semiconductor layer is separated in a mesa shape, it is possible to stably prevent a channel from being formed at the end of the second semiconductor layer under the gate electrode, and the mesa-isolated semiconductor It is possible to prevent a parasitic transistor from being formed on the side surface of the layer.
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、前記半導体基板および前記第2半導体層はSi、前記第1半導体層はSiGeであることを特徴とする。
これにより、半導体基板、第2半導体層および第1半導体層間の格子整合をとることを可能としつつ、半導体基板および第2半導体層半よりも第1半導体層のエッチングレートを大きくすることが可能となる。このため、結晶品質の良い第2半導体層を第1半導体層上に形成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。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate and the second semiconductor layer are Si, and the first semiconductor layer is SiGe.
As a result, it is possible to increase the etching rate of the first semiconductor layer compared to the half of the semiconductor substrate and the second semiconductor layer while allowing lattice matching between the semiconductor substrate, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer. Become. For this reason, it becomes possible to form the second semiconductor layer with good crystal quality on the first semiconductor layer, and insulation between the second semiconductor layer and the semiconductor substrate is achieved without impairing the quality of the second semiconductor layer. It becomes possible.
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、前記第2溝と前記ゲート電極とは直交していることを特徴とする。
これにより、ゲート電極下の第2半導体層の端部にチャネルが形成されることを防止することが可能となり、メサ分離された第2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することができる。
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the second groove and the gate electrode are orthogonal to each other.
This makes it possible to prevent the channel from being formed at the end of the second semiconductor layer under the gate electrode, and to prevent the formation of a parasitic transistor on the side surface of the mesa-isolated second semiconductor layer. be able to.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置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9(a)は、本発明の一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9(b)は、図1(a)〜図9(a)のA1−A1´〜A9−A9´線でそれぞれ切断した断面図、図1(c)〜図9(c)は、図1(a)〜図9(a)のB1−B1´〜B9−B9´線でそれぞれ切断した断面図である。
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 9A are perspective views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 9B are FIGS. Cross-sectional views cut along lines A1-A1 ′ to A9-A9 ′ in FIG. 9A, and FIGS. 1C to 9C are cross-sectional views taken along B1- in FIGS. 1A to 9A, respectively. It is sectional drawing cut | disconnected by the B1'-B9-B9 'line | wire, respectively.
図1において、半導体基板1上には第1半導体層2がエピタキシャル成長にて形成され、第1半導体層2上には第2半導体層3がエピタキシャル成長にて形成されている。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、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として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。また、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。
In FIG. 1, a
そして、第2半導体層3の熱酸化により第2半導体層3の表面に下地酸化膜4を形成する。そして、CVDなどの方法により、下地酸化膜4上の全面に酸化防止膜5を形成する。なお、酸化防止膜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。
次に、図2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5、下地酸化膜4、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、半導体基板1の一部を露出させる溝6を形成する。なお、溝6の配置位置は、第2半導体層3の素子分離領域の一部に対応させることができる。
Then, a
Next, as shown in FIG. 2, by using the photolithography technique and the etching technique, the
次に、図3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6内に埋め込まれた支持体7を成膜する。なお、支持体7は、溝6内における第1半導体層2および第2半導体層3の側壁にも成膜され、第2半導体層3を半導体基板1上で支持することができる。なお、支持体7の材質としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜などの絶縁体を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、図4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5、下地酸化膜4、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の一部を露出させる溝8を形成する。ここで、溝8の配置位置は、第2半導体層3の素子分離領域の一部に対応させることができる。
次に、図5に示すように、溝8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。
Next, as shown in FIG. 4, the first semiconductor layer is patterned by patterning the
Next, as shown in FIG. 5, the
ここで、溝6内に支持体7を設けることにより、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を半導体基板1上で支持することが可能となるとともに、溝6とは別に溝8を設けることにより、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る。このため、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。
Here, by providing the
なお、半導体基板1、第2半導体層3および支持体7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(フッ酸、硝酸、水の混合液)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、第2半導体層3および支持体7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。
When the
次に、図6に示すように、溝8を介して第2半導体層3の側壁に不純物の斜めイオン注入IPを行うことにより、第2半導体層3の側壁に不純物導入層3aを形成する。なお、斜めイオン注入IPにて第2半導体層3の側壁に不純物導入層3aを形成することにより、不純物導入層3aの不純物濃度を第2半導体層3の深さ方向に実質的に一定にすることができる。また、第2半導体層3にNチャネル電界効果型トランジスタが形成される場合、不純物導入層3aの導電型はP型、第2半導体層3にPチャネル電界効果型トランジスタが形成される場合、不純物導入層3aの導電型はN型とすることが好ましい。ここで、不純物導入層3aの導電型がP型である場合、不純物導入層3aに注入される不純物としてB、BF2、不純物導入層3aの導電型がN型である場合、不純物導入層3aに注入される不純物としてP、Asなどを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 6, the
次に、図7に示すように、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。その際、第2半導体層3の側壁も酸化され、第2半導体層3の側壁に酸化膜11が形成される。なお、半導体基板1および第2半導体層3の熱酸化にて埋め込み酸化膜10を形成する場合、埋め込み性を向上させるために、反応律速となる低温のウェット酸化を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 7, a buried
次に、図8に示すように、CVDなどの方法により溝8内に埋め込み絶縁体13を埋め込んだ後、CMPまたはエッチバックなどの方法にて埋め込み絶縁体13、支持体7を薄膜化するとともに、酸化防止膜5をストッパー層として、CMPによる平坦化を止める。続いて、下地酸化膜4および酸化防止膜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。なお、埋め込み絶縁体13としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜などの絶縁体を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 8, after the buried
次に、図9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、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜21が形成された第2半導体層3上に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。なお、ゲート電極22は溝8と直交するように配置することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 9, a
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、CVDなどの方法により、LDD層23a、23bが形成された第2半導体層3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22の側壁にサイドウォール24a、24bをそれぞれ形成する。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、サイドウォール24a、24b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25aおよびドレイン層25bを第2半導体層3に形成する。
Next, by using the
これにより、第2半導体層3下に埋め込まれた埋め込み酸化膜10にて半導体基板1と第2半導体層3とを絶縁することが可能となるとともに、第2半導体層3をメサ状に分離した場合においても、ゲート電極22下の第2半導体層3の端部の不純物濃度を高めることができる。このため、ゲート電極22下の第2半導体層3の端部にチャネルが形成されることを防止することができ、メサ分離された第2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、周囲の第2半導体層3と完全に孤立した島状の第2半導体層3にトランジスタを形成することができ、埋め込み酸化膜10上に形成された第2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。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、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り、SOIトランジスタの低電圧駆動化、低消費電力化および高速化を図ることができる。
As a result, the
なお、上述した実施形態では、埋め込み酸化膜10を介して半導体基板1上に第2半導体層3を1層分だけ積層する方法について説明したが、酸化膜をそれぞれ介して複数の半導体層を半導体基板1上に積層するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、埋め込み酸化膜10を形成する際に、第2半導体層3の表面の熱酸化を防止するために、第2半導体層3上に酸化防止膜5を形成する方法について説明したが、第2半導体層3上に酸化防止膜5を形成することなく、埋め込み酸化膜10を形成するようにしてもよい。この場合、埋め込み酸化膜10の形成時に第2半導体層3の表面に形成された酸化膜は、エッチングまたは研磨により除去するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the method of laminating the
Further, in the above-described embodiment, a method of forming the
また、上述した実施形態では、第2半導体層3の側壁に不純物導入層3aを形成するために、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を形成する前に、第2半導体層3の側壁に不純物の斜めイオン注入IPを行う方法について説明したが、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を形成した後に、第2半導体層3の側壁に不純物導入層3aを形成するようにしてもよい。これにより、埋め込み酸化膜10形成時の熱処理に伴う不純物導入層3aの不純物の再分布を抑制することができ、第2半導体層3の側壁の表面の不純物濃度を高めることができる。このため、第2半導体層3をメサ状に分離した場合においても、ゲート電極22下の第2半導体層3の端部にチャネルが形成されることを安定して防止することができ、メサ分離された第2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。
In the above-described embodiment, the buried
1 半導体基板、2 第1半導体層、3 第2半導体層、3a 不純物導入層、4 下地酸化膜、5 酸化防止膜、6、8 素子分離用溝、7 支持体、9 空洞部、10 埋め込み酸化膜、11 酸化膜、13 埋め込み絶縁体、21 ゲート絶縁膜、22 ゲート電極、23a、23b LDD層、24a、24b サイドウォールスペーサ、25a ソース層、25b ドレイン層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体基板と前記半導体層との間に埋め込まれた埋め込み酸化膜と、
前記メサ分離された半導体層の端部に形成された第1導電型不純物導入層と、
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第2導電型ソース層と、
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第2導電型ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A mesa-isolated semiconductor layer formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate;
A buried oxide film buried between the semiconductor substrate and the semiconductor layer;
A first conductivity type impurity introduction layer formed at an end of the mesa-isolated semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer;
A second conductivity type source layer formed on the semiconductor layer and disposed on one side of the gate electrode;
A semiconductor device comprising: a second conductivity type drain layer formed on the semiconductor layer and disposed on the other side of the gate electrode.
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溝を形成する工程と、
前記第1溝を介して前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を形成する工程と、
前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を形成する工程と、
前記第2溝を介して前記第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、
前記第2溝を介して前記第2半導体層の側壁に第1導電型不純物を斜めイオン注入することにより、前記第2半導体層の側壁に第1導電型不純物導入層を形成する工程と、
前記空洞部内に埋め込まれた埋め込み酸化膜を形成する工程と、
前記第2半導体層上に配置されたゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一方の側に配置された第2導電型ソース層および前記ゲート電極の他方の側に配置された第2導電型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 a first semiconductor layer on a semiconductor substrate;
Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate via the first groove;
Forming a second groove exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer;
Forming the cavity from which the first semiconductor layer has been removed by selectively etching the first semiconductor layer through the second groove below the second semiconductor layer;
Forming a first conductivity type impurity introduction layer on the side wall of the second semiconductor layer by implanting a first conductivity type impurity obliquely into the side wall of the second semiconductor layer through the second groove;
Forming a buried oxide film buried in the cavity;
Forming a gate electrode disposed on the second semiconductor layer;
Forming a second conductivity type source layer disposed on one side of the gate electrode and a second conductivity type drain layer disposed on the other side of the gate electrode on the second semiconductor layer. A method of 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、
前記第1半導体層および第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溝を形成する工程と、
前記第1溝を介して前記第2半導体層を前記半導体基板上で支持する支持体を形成する工程と、
前記第1半導体層の一部を前記第2半導体層から露出させる第2溝を形成する工程と、
前記第2溝を介して前記第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酸化膜を形成する工程と、
前記第2溝を介して前記埋め込み酸化膜上の第2半導体層の側壁に第1導電型不純物を斜めイオン注入することにより、前記第2半導体層の側壁に第1導電型不純物導入層を形成する工程と、
前記第2半導体層上に配置されたゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一方の側に配置された第2導電型ソース層および前記ゲート電極の他方の側に配置された第2導電型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 a first semiconductor layer on a semiconductor substrate;
Forming a second semiconductor layer having a lower etching rate than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a first groove through the first semiconductor layer and the second semiconductor layer to expose the semiconductor substrate;
Forming a support for supporting the second semiconductor layer on the semiconductor substrate via the first groove;
Forming a second groove exposing a part of the first semiconductor layer from the second semiconductor layer;
Forming a cavity from which the first semiconductor layer is removed under the second semiconductor layer by selectively etching the first semiconductor layer through the second groove;
Forming a buried oxide film buried in the cavity;
A first conductivity type impurity introduction layer is formed on the side wall of the second semiconductor layer by implanting obliquely ion implantation of the first conductivity type impurity on the side wall of the second semiconductor layer on the buried oxide film through the second groove. And a process of
Forming a gate electrode disposed on the second semiconductor layer;
Forming a second conductivity type source layer disposed on one side of the gate electrode and a second conductivity type drain layer disposed on the other side of the gate electrode on the second semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012256835A (en) * | 2011-01-26 | 2012-12-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
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2005
- 2005-09-30 JP JP2005288878A patent/JP2007103491A/en active Pending
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