JP4273782B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor substrate manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体基板の製造方法に関し、特に、究極のSOI(SIlicon On Insulator)構造と言われるSON(Silicon On Nothing)構造を容易且つ確実に実現するために有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの高性能化及び低消費電力化を実現するために、半導体基板上に絶縁層を介して半導体層を積層してなるSOI構造を適用したデバイス開発が盛んに行われている。
近年、SOI構造によるさらなる高性能化及び低消費電力化を実現可能とするために、半導体基板中に空孔(ESS:Empty Space Silicon)を形成し、この空孔に存在する空気を絶縁体として機能させるSON構造が注目されてきている。
【0003】
このSON構造を有する半導体基板の一製造方法について、図9を参照して説明する。図9は、従来のSON構造を有する半導体基板の一製造工程を示す断面図である。
まず、図9(a)に示すように、半導体基板10の表面に複数の溝(凹部)10hを二次元的に配列形成する。
【0004】
次に、水素雰囲気中で半導体基板10に高温アニール処理を施し、図9(b)に示すように、Siの表面マイグレーション現象により表面を再結晶化させることで、図9(c)に示すように、半導体基板10内に複数の溝10hがつながった平板状の一つの空孔部10Hが形成されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−144276号公報。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献1に記載の半導体基板の製造方法においては、再結晶化によって半導体基板表面に形成される単結晶半導体層が素子領域となるため、この単結晶半導体層の層厚を制御することは困難であった。このため、デバイスのさらなる微細化及び高性能化を実現するために単結晶半導体層を薄膜化しようとすると、この半導体基板表面を熱酸化した後エッチングによって削る、もしくはCMP(Chemical Mechanical Polishing)によって削るという煩雑な工程が必要であった。
【0007】
また、上述した特許文献1に記載の半導体基板の製造方法においては、半導体基板10の表面に形成された複数の溝10hをつなげて一つの平板上の空洞10Hを形成しているため、半導体基板10上に形成される素子単位で選択的にSON構造を作り込むことは困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、素子形成領域となる単結晶半導体層の薄膜化を実現可能であるとともに、素子単位で選択的にSON構造を形成可能な半導体装置の製造方法及び半導体基板の製造方法を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、半導体基板内に形する空孔部の製造方法を工夫することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明に係る半導体装置の第一の製造方法は、少なくとも素子形成領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、前記開口部を閉塞する工程と、前記空孔部直上の前記第一の単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0009】
本発明に係る半導体装置の第二の製造方法は、少なくとも素子形成領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に、第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、前記空孔部直上の第二の単結晶半導体層に、半導体素子形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
本発明に係る半導体装置の第三の製造方法は、少なくとも素子形成領域及び素子分離領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、前記空孔部直上の前記第二の単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程と、素子分離領域における前記多孔質半導体層を除去し、素子分離領域となる前記半導体基板内に凹部を形成する工程と、前記凹部内に絶縁物を充填する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0011】
ここで、本発明に係る半導体装置の第一乃至第三の製造方法において、前記多孔質半導体層は、陽極化成法を用いて形成することが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置の第一乃至第三の製造方法において、前記多孔質半導体層は、前記半導体基板内における深部に形成される高多孔質半導体層と、当該高多孔質半導体層の上面に形成される低多孔質半導体層と、から構成することが好ましい。
【0012】
さらに、本発明に係る半導体装置の第一乃至第三の製造方法において、少なくとも前記空孔部の内面を構成する前記第一の単結晶半導体層及び前記半導体基板の表面に、酸化膜を形成する工程を備えることが好ましい。
本発明に係る半導体基板の第一の製造方法は、素子形成領域に空孔部が形成された半導体基板の製造方法であって、少なくとも素子形成領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、前記開口部を閉塞する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0013】
本発明に係る半導体基板の第二の製造方法は、素子形成領域に空孔部が形成された半導体基板の製造方法であって、少なくとも素子形成領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に、第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0014】
本発明に係る半導体基板の第三の製造方法は、素子形成領域に空孔部が形成された半導体基板の製造方法であって、少なくとも素子分離領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、素子分離領域における前記多孔質半導体層を除去し、素子分離領域となる前記半導体基板内に凹部を形成する工程と、前記凹部内に絶縁物を充填する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【0015】
ここで、本発明に係る半導体基板の第一乃至第三の製造方法において、前記多孔質半導体層は、陽極化成法を用いて形成することが好ましい。
また、本発明に係る半導体基板の第一乃至第三の製造方法において、前記多孔質半導体層は、前記半導体基板内における深部に形成される高多孔質半導体層と、当該高多孔質半導体層の上面に形成される低多孔質半導体層と、から構成することが好ましい。
【0016】
さらに、本発明に係る半導体基板の第一乃至第三の製造方法において、少なくとも前記空孔部の内面を構成する前記第一の単結晶半導体層及び前記半導体基板の表面に、酸化膜を形成する工程を備えることが好ましい。
なお、本発明に係る半導体装置の第一の製造方法において、「空孔部直上の第一の単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程」は、「開口部を閉塞する工程」の前に行っても、後に行ってもよい。
【0017】
また、本発明に係る半導体装置の第三の製造方法において、「素子分離領域となる半導体基板内に凹部を形成する工程」と、「凹部内に絶縁物を充填する工程」とは、「空孔部直上の第二の単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程」の前に行っても、後に行っても構わない。
このように、本発明に係る半導体装置の第一の製造方法によれば、少なくとも素子形成領域に多孔質半導体層が形成された半導体基板上に単結晶半導体層を積層し、この単結晶半導体層に形成した多孔質半導体層の一部が露出する開口部からエッチングによって多孔質半導体層を除去することで、素子形成領域となる半導体基板内に空孔部を形成するようにしたことによって、単結晶半導体層の膜厚を容易且つ確実に制御することができるようになる。このため、単結晶半導体層の薄膜化が容易となるため、半導体デバイスのさらなる高性能化及び低消費電力化を実現することが可能となる。
【0018】
また、素子形成領域となる半導体基板内に形成する空孔部をエッチングによって形成するようにしたことによって、半導体基板上に作り込まれる半導体素子のうち、SON構造の形成が必要な箇所のみに選択的に空孔部を形成することができるようになる。このため、半導体基板上の素子設計自由度を向上させることが可能となる。
【0019】
本発明に係る半導体装置の第二の製造方法によれば、第一の単結晶半導体層上に形成された第二の単結晶半導体層に半導体素子を形成するようにしたことによって、より緻密な結晶構造を持つ単結晶半導体層上に半導体素子が形成されるため、半導体デバイスのさらなる高性能化を実現することが可能となる。
本発明に係る半導体装置の第三の製造方法によれば、素子形成領域及び素子分離領域を、半導体基板内に形成した多孔質半導体層をエッチングすることで形成するようにしたことよって、半導体装置の製造に係る工程数及びコストを大幅に削減することが可能となる。
【0020】
本発明に係る半導体基板の第一乃至第三の製造方法によれば、本発明に係る半導体装置を容易に実現することが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
<第一実施形態>
図1は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す断面図である。
【0022】
本実施形態における半導体装置100Aは、図1に示すように、素子形成領域Sとなるシリコン基板(半導体基板)1内に形成された空孔部Hの上面に、二層構造のSi膜からなるエピタキシャル成長層(単結晶半導体層)2が形成されたSON構造となっている。また、この空孔部Hは、その側面及び上面がエピタキシャル成長層2で形成され、その下面がシリコン基板で形成されており、この空孔部Hの上面及び下面には、シリコン酸化膜(酸化膜)3が形成されている。
【0023】
この半導体装置100Aは、素子形成領域Sとなるエピタキシャル成長層2の上面にゲート酸化膜4を介して形成されたゲート電極5と、このゲート電極5を挟んだ両側のエピタキシャル成長層2上に形成されたサイドウォール6と、ゲート電極5を挟んだ両側のエピタキシャル成長層2内に、LDD領域7aを介して形成されたソース/ドレイン領域7と、から構成されたMOS型トランジスタを備えている。
【0024】
次に、本実施形態における半導体装置100Aの一製造工程について、図2を参照して説明する。
図2は、図1に示す半導体装置の一製造工程を示す断面図である。図3は、図2(c)に示す半導体装置の一製造工程を示す平面図である。
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板1の上面に、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xとが露出するようなSiC又はSiNからなるパターンRを形成した状態で、陽極にシリコン基板1を用い、イオン伝導体(電解液)にフッ化水素液及びエチルアルコールの混合液を用いて、陽極化成(陽極酸化)法を行う。そして、素子形成領域S及びその領域を囲む領域Xのシリコン基板1内に、多孔質シリコン層1Aを形成する(多孔質半導体層形成工程)。
【0025】
ここで、次工程において、多孔質シリコン層1Aの上面により緻密なエピタキシャル成長層2を成長させるために、シリコン基板1内に形成する多孔質シリコン層1Aを、シリコン基板1内の深部では高多孔質シリコン層1aを形成し、且つ、シリコン基板1の上層部では低多孔質シリコン層1bを形成することが好ましい。この多孔質シリコン層1Aの孔度は、陽極化成法を行う陽極化成電流密度や陽極化成時間を調整することで変更することができる。
【0026】
次いで、多孔質シリコン層1Aが形成された後のシリコン基板1に対して、900〜1100℃の還元雰囲気中にて熱処理を施し、多孔質シリコン層1Aの表面を再結晶化する。
次いで、図2(b)に示すように、多孔質シリコン層1Aが形成された後のシリコン基板1の上面に、公知のエピタキシャル成長技術によって、シリコン基板1と同じ結晶配向を持ったSi膜からなる第一のエピタキシャル成長層(単結晶半導体層)2Aを形成する(単結晶半導体層形成工程)。
【0027】
次いで、多孔質シリコン層1A上に形成された第一のエピタキシャル成長層2Aにおいて、素子形成領域Sの周囲を囲む領域Xの一部が露出するようにレジスト(図示せず)のパターンを形成した状態で、異方性エッチングを行う。そして、図2(c)に示すように、多孔質シリコン層1A上に形成された第一のエピタキシャル成長層2Aにおいて、素子形成領域Sの周囲を囲む領域Xの一部に、開口部2aを形成する(エッチング開口部形成工程)。
【0028】
ここで、第一のエピタキシャル成長層2Aに形成する開口部2aは、少なくともこの第一のエピタキシャル成長層2A直下に形成された多孔質シリコン層1Aをエッチングによって除去可能な寸法であれば、その形成箇所や開口寸法は特に限定されない。例えば、図3に示す本実施形態の半導体装置のように、素子形成領域Sの周囲を囲む領域X内に、連続しない複数個の開口部2aを形成するようにしてもよい。
【0029】
次いで、第一のエピタキシャル成長層2Aに形成された開口部2aからシリコン基板1に対して等方性ウェットエッチングを行い、図2(d)に示すように、シリコン基板1内に形成された多孔質シリコン層1Aを選択的に除去し、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xにおけるシリコン基板1内に空孔部Hを形成する(空孔部形成工程)。
【0030】
次いで、図2(e)に示すように、空孔部Hが形成されたシリコン基板1に対して熱酸化法による熱処理を施し、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面及び空孔部Hの内面に酸化膜3を形成する(酸化膜形成工程)。
次いで、シリコン基板1の上面に形成された酸化膜3に対して異方性ドライエッチングを行い、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面及び第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a直下の空孔部H内面に形成された酸化膜3のうち、初期膜厚の50〜90%を除去する。続いて、前工程の異方性ドライエッチングで残った酸化膜3に対して等方性ウェットエッチングを行い、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面及び第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a直下の空孔部H内面に形成された酸化膜3の残膜を除去する。ここで、図2(f)に示すように、シリコン基板1に形成された空孔部H内において、素子形成領域S直下の第一のエピタキシャル成長層2及びシリコン基板1にのみ、酸化膜3を残存させる。
【0031】
次いで、図2(g)に示すように、公知のエピタキシャル成長技術によって、シリコン基板1の全上面にSi膜からなる第二のエピタキシャル成長層2Bを形成し、この第二のエピタキシャル成長層2Bにより、第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2aと同時に、その開口部2a直下に形成された空孔部を充填する。ここで、空孔部Hを、素子形成領域Sにおけるシリコン基板1と、第一のエピタキシャル成長層2Aとの間に真空状態で形成する(開口部充填工程)。
【0032】
次いで、第二のエピタキシャル成長層2Bの上面に、熱酸化法によりゲート酸化膜4を形成した後、公知のCVD法で多結晶シリコン膜(図示せず)を形成する。そして、この多結晶シリコン膜上に、ゲート電極形成予定部位は覆いそれ以外は露出するようなレジストのパターン(図示せず)を形成した状態でエッチングを行い、第二のエピタキシャル成長層2B上の素子形成領域Sに、ゲート電極5を形成する。
【0033】
次いで、ゲート電極5が形成された後、素子形成領域S以外は覆うようなレジストのパターン(図示せず)を形成するとともに、ゲート電極5をイオン注入用のマスクとした状態で、LDD領域形成用イオンを第二のエピタキシャル成長層2B内に打ち込む。その後、第二のエピタキシャル成長層2Bの全上面に、公知のCVD法を用いて、酸化シリコンからなるサイドウォール形成膜(図示せず)を形成した後エッチバックすることで、ゲート電極5の両側にサイドウォール6を形成する。
【0034】
次いで、第二のエピタキシャル成長層2B上に、素子形成領域S以外は覆うようなレジストのパターン(図示せず)を形成するとともに、ゲート電極5及びサイドウォール6をイオン注入用のマスクとした状態で、ソース/ドレイン領域形成用イオンを、第二のエピタキシャル成長層2B内に打ち込む。
このようにして、図1に示すように、SON構造を有するシリコン基板1上に、MOS型トランジスタを完成させる。
【0035】
このような構造を有する半導体装置100Aによれば、SON構造の空孔部H(絶縁体部分)を、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xに多孔質シリコン層1Aが形成されたシリコン基板1上にエピタキシャル成長層2を積層し、このエピタキシャル成長層2において、素子形成領域Sの周囲を囲む領域Xの一部に形成された開口部2aからエッチングによって多孔質シリコン層1Aを除去することで形成したことによって、エピタキシャル成長層2の膜厚を容易且つ確実に制御することができる。このため、このエピタキシャル成長層を薄膜化することで、MOS型トランジスタのさらなる高性能化及び低消費電力化を実現することが可能となる。
【0036】
また、素子形成領域Sにおけるシリコン基板1内に形成される空孔部Hを、エッチングによって形成するようにしたことによって、シリコン基板1上においてSON構造を作り込みたい半導体素子のみに選択的に形成することができるようになる。このため、シリコン基板1における素子設計自由度を大幅に向上させることが可能となる。
【0037】
さらに、シリコン基板1内の素子形成領域Sに形成される空孔部Hを、シリコン基板1内に形成した多孔質シリコン層1Aをエッチングすることで形成するようにしたことによって、シリコン基板1と多孔質シリコン層1Aとのエッチング選択比が大きいため、安定したエッチング特性によって容易且つ確実に空孔部Hを形成することが可能となる。
【0038】
さらに、多孔質シリコン層1A内において、表面には結晶状態に近い低多孔質シリコン層1bを形成するとともに、この表面層に熱処理を行って再結晶化を行うことによって、その上面に形成するエピタキシャル成長層2をより緻密に形成することが可能となる。
<第一実施形態の変形例>
本変形例は、第一実施形態の半導体装置100Aにおいて、エピタキシャル成長層2を第一のエピタキシャル成長層2Aのみで形成するとともに、この第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下の空孔部を、シリコン酸化膜3で充填したものである。
【0039】
次に、本変形例における半導体装置100Bの製造方法について、図4を参照して説明する。
図4は、本発明の第一実施形態の変形例に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
まず、図2(a)〜(d)に示すように、上述した第一実施形態と同様の工程で、シリコン基板1の素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xに空孔部Hを形成する。
【0040】
次いで、図4(a)に示すように、第一実施形態で示した酸化膜形成工程において、熱酸化法によるシリコン酸化膜3を、シリコン基板1内に形成された空孔部Hの深さ寸法よりも厚くなるように形成する。ここで、第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下に形成された空孔部がシリコン酸化膜3で充填され、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域X直下のシリコン基板1内に、空孔部Hが形成される。
【0041】
次いで、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面に形成されたシリコン酸化膜3に対して、第一のエピタキシャル成長層2の上面が露出するように異方性エッチングを行う。
そして、シリコン基板1内の空孔部H直上に形成された素子形成領域Sとなる第一のエピタキシャル成長層2Aに、上述した第一実施形態と同様の工程を経てMOS型トランジスタを形成し、図4(b)に示すような半導体装置100Bを完成させる。
【0042】
このように構成された半導体装置100Bによれば、第一実施形態で示したように、酸化膜形成工程後に選択的に酸化膜3をエッチングする工程や、開口部充填工程が不要となるため、半導体装置100Bの製造工程をさらに簡便にすることが可能となる。
<第二実施形態>
図5は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。なお、図5において図1と同様のものには同一の符号を付して説明する。
【0043】
本実施形態における半導体装置100Cは、第一実施形態で示した半導体装置100Aにおいて、第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下に形成した空孔部を層間絶縁層8で充填したものである。
次に、本実施形態における半導体装置100Cの製造方法について説明する。
まず、図2(a)〜(e)に示すように、上述した第一実施形態と同様の工程で、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xに空孔部Hが形成されたシリコン基板1に対して、熱酸化法により熱処理を施すことで、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面及び空孔部Hの内面に酸化膜3を形成する。
【0044】
次いで、異方性ドライエッチングによって第一のエピタキシャル成長層2A上に形成された酸化シリコン層3を除去する。
次いで、図5(a)に示すように、シリコン基板1内に形成された空孔部H直上の第一エピタキシャル成長層2Aに、上述した第一実施形態と同様の工程を経て、MOS型トランジスタを形成する。
【0045】
次いで、図5(b)に示すように、上面にMOS型トランジスタが形成された第一のエピタキシャル成長層2Aの全上面に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、例えば酸化シリコンなどからなる層間絶縁層8を形成することで、第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下に形成された空孔部を充填し、半導体装置100Cを完成させる。
【0046】
このように構成された半導体装置100Cによれば、素子形成領域Sとなる第一エピタキシャル成長層2Aの上面に半導体素子を形成した後に、第一エピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下に形成された空孔部を充填するようにしたことによって、第一実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【0047】
また、この半導体装置100Cの製造方法によれば、第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下に形成された空孔部を、次工程で必要とされる層間絶縁層8で閉塞するようにしたことによって、半導体装置100Cの製造工程をさらに簡便にすることが可能となる。
<第三実施形態>
図6は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す断面図である。
【0048】
本実施形態における半導体装置100Dは、図6に示すように、第二実施形態で示した半導体装置100Cにおいて、シリコン基板1内に、空孔部Hが形成された素子形成領域Sと、凹部hに層間絶縁層8が充填された素子分離領域Bとがともに形成されているものである。
次に、本実施形態における半導体装置100Dの製造方法について説明する。
【0049】
図7は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
まず、図7(a)に示すように、シリコン基板1の上面に、素子形成領域S及びその周囲を囲む領域Xと、素子分離領域Bとが露出するようなSiC又はSiNからなるパターンRを形成した状態で、第一実施形態と同様に、陽極化成(陽極酸化)法を行う。そして、素子形成領域S及びその周囲を囲む領域X、並びに素子分離領域Bにおけるシリコン基板1内に、第一実施形態と同様に高多孔質シリコン層1aと低多孔質シリコン層1bとからなる多孔質シリコン層1Aを形成する(多孔質半導体層形成工程)。
【0050】
次いで、多孔質シリコン層1Aが形成された後のシリコン基板1に対して、900〜1100℃の還元雰囲気中にて熱処理を施し、多孔質シリコン層1Aの表面を再結晶化する。
次いで、図7(b)に示すように、多孔質シリコン層1Aが形成された後のシリコン基板1の上面に、公知のエピタキシャル成長技術によって、シリコン基板1と同じ結晶配向を持った第一のエピタキシャル成長層(単結晶シリコン層)2Aを形成する(単結晶半導体層形成工程)。
【0051】
次いで、多孔質シリコン層1A上に形成された第一のエピタキシャル成長層2Aにおいて、素子形成領域Sの周囲を囲む領域Xの一部は露出し、それ以外は覆うようにレジストのパターン(図示せず)を形成した状態で、異方性ドライエッチングを行う。そして、図7(c)に示すように、多孔質シリコン層1A上に形成された第一のエピタキシャル成長層2Aにおいて、素子形成領域Sの周囲を囲む領域Xの一部に、開口部2aを形成する(エッチング開口部形成工程)。
【0052】
次いで、第一のエピタキシャル成長層2Aに形成された開口部2aからシリコン基板1に等方性ウェットエッチングを行い、図7(d)に示すように、シリコン基板1内に形成された多孔質シリコン層1Aを選択的に除去し、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xにおけるシリコン基板1内に空孔部Hを形成する(空孔部形成工程)。
【0053】
次いで、図7(e)に示すように、空孔部Hが形成されたシリコン基板1に対して、熱酸化法による熱処理を施すことで、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面及び空孔部Hの内面に酸化膜3を形成する(酸化膜形成工程)。
次いで、シリコン基板1の上面に形成された酸化膜3に対して、異方性ドライエッチングを行い、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面に形成された酸化膜8のうち、初期膜厚の50〜90%を除去する。続いて、前工程の異方性ドライエッチングで残った酸化膜3に対して、等方性ウェットエッチングを行い、第一のエピタキシャル成長層2Aの上面に形成された酸化膜3の残膜を除去する。
【0054】
次いで、図7(f)に示すように、シリコン基板1内に形成された空孔部H直上の第一のエピタキシャル成長層2Aに、上述した第一実施形態と同様の工程を経てMOS型トランジスタを形成する。
次いで、MOS型トランジスタが形成されたシリコン基板1の上面に、素子分離領域Bが露出するようなレジストのパターンRを形成した状態で、異方性ドライエッチングを行い、図7(g)に示すように、素子分離領域Bとなるシリコン基板1内に凹部hを形成する(素子分離領域形成工程)。
【0055】
次いで、上面にMOS型トランジスタが形成された第一のエピタキシャル成長層2Aの全上面に、公知のCVD法を用いて層間絶縁層8を形成することで、素子分離領域Bに形成された凹部hに層間絶縁層8が充填され、図6に示すような半導体装置100Dを完成させる。
このように構成された半導体装置100Dによれば、シリコン基板1内に、空孔部Hが形成された素子形成領域Sと、層間絶縁層8が充填された素子分離領域Bとを、シリコン基板1内に形成した多孔質シリコン層1Aをエッチングすることで形成するようにしたことによって、第一実施形態においては、素子形成領域Sに空孔部Hを形成する工程とは別に必要とされた素子分離工程が不要となるため、半導体装置100Dをさらに簡便に形成することが可能となる。
<第三実施形態の変形例>
本変形例における半導体装置は、第三実施形態で示した半導体装置100Dの製造方法において、まず、シリコン基板1内に素子分離領域Bを形成した後、素子形成領域Sに空孔部Hを形成するようにしたものである。
【0056】
次に、本変形例における半導体装置の一製造工程について説明する。
図8は、本発明の第三実施形態の変形例の一製造工程を示す断面図である。
まず、図7(a)に示すように、第三実施形態と同様の工程で、シリコン基板1内において素子形成領域S及びその周囲を囲む領域Xと、素子分離領域Bとに多孔質シリコン層1Aを形成する(多結晶半導体層形成工程)。
【0057】
次いで、図8(a)に示すように、シリコン基板1の上面に、素子分離領域Bは露出するようにレジストのパターンRを形成した状態で、異方性ドライエッチングを行い、素子分離領域Bとなるシリコン基板1内に凹部hを形成する(素子分離領域形成工程)。
次いで、図8(b)に示すように、シリコン基板1の全上面に、公知のCVDを用いて絶縁層9を形成することで、素子分離領域Bに形成された凹部hに、例えば酸化シリコンなどからなる絶縁層9を充填する。
【0058】
次いで、図8(c)に示すように、シリコン基板1の全上面に形成された絶縁層9を、多孔質シリコン層1Aが露出するまでエッチバックを行う。
次いで、図2(b)〜(g)に示すように、第一実施形態と同様の工程を経て、第二のエピタキシャル成長層2Bにより、第一のエピタキシャル成長層2Aの開口部2a及びその開口部2a直下に形成された空孔部が充填され、シリコン基板1内に空孔部Hが形成された素子形成領域Sを形成する。ここで、空孔部Hが形成された素子形成領域Sと、絶縁層9が充填された素子分離領域Bとを備えた半導体装置を完成させる。
【0059】
このようにして構成された半導体装置によれば、シリコン基板1内に、素子形成領域Sに形成される空孔部Hと、素子分離領域Bに形成される凹部hとを同時に形成するようにしたことによって、第三実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
なお、第一実施形態の変形例、第二実施形態及び第三実施形態において、エピタキシャル成長層2を一層構造で構成した場合について説明したが、このエピタキシャル成長層2に形成する半導体デバイスのさらなる高性能化を実現するためには、第一実施形態や第三実施形態の変形例で示したように、エピタキシャル成長層2を二層構造とするのが望ましい。
【0060】
また、第一乃至第三実施形態において、エピタキシャル成長層2として、Si膜をエピタキシャル成長させたが、半導体素子が形成可能であればこれに限らず、例えば、Si−Ge膜をエピタキシャル成長させて形成するようにしても構わない。
さらに、第一乃至第三実施形態において、素子形成領域Sとその周囲を囲む領域Xにおけるシリコン基板1内に多孔質シリコン層1Aを形成し、この多孔質シリコン層1A上に形成されるエピタキシャル成長層2のうち素子形成領域Sの周囲を囲む領域Xに開口部2aを形成するようにしたが、少なくとも素子形成領域Sとなるシリコン基板1内に空孔部Hを形成可能であればこれに限らない。例えば、素子形成領域Sにおけるシリコン基板1内に多孔質シリコン層1Aを形成し、この多孔質シリコン層1A上に形成されるエピタキシャル成長層2のうち素子形成領域Sの一部に開口部2aを形成し、この開口部2aが形成されていないエピタキシャル成長層2にMOS型トランジスタを形成することも可能である。但し、素子形成領域Sに形成するデバイス性能や素子設計自由度を確保するためには、第一乃至第三実施形態で示したような製造方法で行うことが好ましい。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、少なくとも素子形成領域となる半導体基板内に形成した多孔質半導体層を除去することで素子形成領域となる半導体基板内に空孔部を形成するようにしたことによって、単結晶半導体層の膜厚を容易且つ確実に制御することができるようになる。このため、単結晶半導体層の薄膜化が容易となるため、半導体デバイスのさらなる高性能化及び低消費電力化を実現することが可能となる。
【0062】
また、素子形成領域となる半導体基板内に形成する空孔部をエッチングによって形成するようにしたことによって、半導体基板上に作り込まれる半導体素子のうち、必要な箇所のみに選択的にSON構造を形成することができるようになる。このため、半導体基板上の素子設計自由度を向上させることが可能となる。
さらに、素子形成領域及び素子分離領域を、半導体基板内に形成した多孔質半導体層をエッチングすることで形成するようにしたことよって、半導体装置の製造に係る工程数及びコストを大幅に削減することが可能となる。
【0063】
さらに、第一の単結晶半導体層上に形成された第二の単結晶半導体層に半導体素子を形成するようにしたことによって、より緻密な結晶構造を持つ単結晶半導体層上に半導体素子が形成でき、半導体デバイスのさらなる高性能化を実現することが可能となる。
また、本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、半導体デバイスのさらなる高性能化及び低消費電力化を実現できるとともに、半導体基板上における素子設計自由度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す断面図である。
【図2】 図1に示す半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図3】 図2(c)に示す半導体装置の一製造工程を示す平面図である。
【図4】 本発明の第一実施形態の変形例に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図5】 本発明の第二実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図6】 本発明の第三実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す断面図である。
【図7】 図6に示す半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図8】 本発明の第三実施形態の変形例に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【図9】 従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1、10、シリコン基板(半導体基板)。1A、10A、多孔質シリコン層(多孔質半導体層)。2、エピタキシャル成長層(単結晶半導体層)。シリコン酸化膜(酸化膜)。4、ゲート酸化膜。5、ゲート電極。6、サイドウォール。7、ソース/ドレイン領域。8、層間絶縁層。9、絶縁層。B、素子分離領域。S、素子形成領域。X、素子形成領域の周囲を囲む領域。h、凹部。H、空孔部。100A〜100D 半導体装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor substrate, and in particular, a technique effective for easily and surely realizing a SON (Silicon On Notifying) structure called an ultimate SOI (Silicon On Insulator) structure. About.
[0002]
[Prior art]
In order to realize high performance and low power consumption of semiconductor devices, device development using an SOI structure in which a semiconductor layer is laminated on a semiconductor substrate via an insulating layer is being actively performed.
In recent years, holes (ESS: Empty Space Silicon) have been formed in a semiconductor substrate in order to make it possible to achieve higher performance and lower power consumption by the SOI structure, and the air present in the holes is used as an insulator. The SON structure to function has been attracting attention.
[0003]
One method for manufacturing a semiconductor substrate having this SON structure will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of a semiconductor substrate having a conventional SON structure.
First, as shown in FIG. 9A, a plurality of grooves (recesses) 10 h are two-dimensionally formed on the surface of the
[0004]
Next, the
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-144276 A.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method for manufacturing a semiconductor substrate described in
[0007]
In the method for manufacturing a semiconductor substrate described in
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can manufacture a single crystal semiconductor layer as an element formation region, and can manufacture a SON structure selectively on an element basis. It is an object of the present invention to provide a method and a method for manufacturing a semiconductor substrate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems, the present inventor has intensively studied, and as a result, has found that the above problems can be solved by devising a method for manufacturing a void portion formed in a semiconductor substrate. It came to an eggplant.
That is, a first manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a porous semiconductor layer in a semiconductor substrate at least in an element formation region, and a heat treatment on the semiconductor substrate, and at least the porous semiconductor layer A step of crystallizing the vicinity of the surface of the substrate, a step of forming a first single crystal semiconductor layer over the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer, and an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer And exposing a part of the porous semiconductor layer; etching the porous semiconductor layer from the opening; and forming a hole in the semiconductor substrate that is at least an element formation region; And a step of closing the opening, and a step of forming a semiconductor element in the first single crystal semiconductor layer immediately above the hole.
[0009]
A second manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a porous semiconductor layer in a semiconductor substrate at least in an element formation region, and a heat treatment on the semiconductor substrate, and at least a surface of the porous semiconductor layer A step of crystallizing the vicinity, a step of forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer, and forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer A step of exposing a part of the porous semiconductor layer, a step of etching the porous semiconductor layer from the opening, and forming a void in at least the semiconductor substrate serving as an element formation region, A second single crystal semiconductor layer is formed on an upper surface of the first single crystal semiconductor layer and an upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening, and the opening formed in the first single crystal semiconductor layer is formed. in front A step of closing the second single crystal semiconductor layer, wherein the second single crystal semiconductor layer directly cavity, is characterized in that it comprises a step of forming a semiconductor device formation, the.
[0010]
A third manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a porous semiconductor layer in a semiconductor substrate at least in an element formation region and an element isolation region, and heat-treating the semiconductor substrate, and at least the porous A step of crystallizing the vicinity of the surface of the semiconductor layer, a step of forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer, and a part of the first single crystal semiconductor layer Forming an opening to expose a part of the porous semiconductor layer; and etching the porous semiconductor layer from the opening to form a void in the semiconductor substrate at least as an element formation region Forming a second single crystal semiconductor layer on the upper surface of the first single crystal semiconductor layer and the upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening, and forming the first single crystal semiconductor layer on the first single crystal semiconductor layer; A step of closing the opening with the second single crystal semiconductor layer, a step of forming a semiconductor element in the second single crystal semiconductor layer immediately above the hole, and the porous semiconductor in the element isolation region The method includes a step of removing a layer and forming a recess in the semiconductor substrate to be an element isolation region, and a step of filling an insulator in the recess.
[0011]
Here, in the first to third manufacturing methods of the semiconductor device according to the present invention, the porous semiconductor layer is preferably formed using an anodizing method.
In the first to third manufacturing methods of the semiconductor device according to the present invention, the porous semiconductor layer includes a highly porous semiconductor layer formed in a deep part in the semiconductor substrate, and the highly porous semiconductor layer. It is preferable to comprise a low porous semiconductor layer formed on the upper surface.
[0012]
Furthermore, in the first to third manufacturing methods of the semiconductor device according to the present invention, an oxide film is formed at least on the surface of the first single crystal semiconductor layer and the semiconductor substrate constituting the inner surface of the hole portion. It is preferable to provide a process.
A first manufacturing method of a semiconductor substrate according to the present invention is a manufacturing method of a semiconductor substrate in which a hole portion is formed in an element forming region, and a porous semiconductor layer is formed at least in the semiconductor substrate in the element forming region. Performing a heat treatment on the semiconductor substrate to crystallize at least the vicinity of the surface of the porous semiconductor layer, and forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer. Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer, exposing a part of the porous semiconductor layer, etching the porous semiconductor layer from the opening, and at least The method includes a step of forming a hole in the semiconductor substrate to be an element formation region, and a step of closing the opening.
[0013]
A second manufacturing method of a semiconductor substrate according to the present invention is a manufacturing method of a semiconductor substrate in which a hole portion is formed in an element forming region, and a porous semiconductor layer is formed at least in the semiconductor substrate in the element forming region. Performing a heat treatment on the semiconductor substrate to crystallize at least the vicinity of the surface of the porous semiconductor layer, and forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer. Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer, exposing a part of the porous semiconductor layer, etching the porous semiconductor layer from the opening, and at least Forming a hole in the semiconductor substrate to be an element forming region; and a second single crystal semiconductor layer on the upper surface of the first single crystal semiconductor layer and the upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening. Form Together, it is characterized in that and a step of closing the said opening formed in the first single crystal semiconductor layer with the second single crystal semiconductor layer.
[0014]
A third method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate in which a hole portion is formed in an element formation region, and a porous semiconductor layer is formed at least in the semiconductor substrate in the element isolation region. Performing a heat treatment on the semiconductor substrate to crystallize at least the vicinity of the surface of the porous semiconductor layer, and forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer. Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer, exposing a part of the porous semiconductor layer, etching the porous semiconductor layer from the opening, and at least Forming a hole in the semiconductor substrate to be an element forming region, and forming a second single crystal semiconductor layer on the upper surface of the first single crystal semiconductor layer and the upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening; Do Both the step of closing the opening formed in the first single crystal semiconductor layer with the second single crystal semiconductor layer, and removing the porous semiconductor layer in the element isolation region to form an element isolation region A step of forming a recess in the semiconductor substrate and a step of filling the recess with an insulator are provided.
[0015]
Here, in the first to third manufacturing methods of the semiconductor substrate according to the present invention, the porous semiconductor layer is preferably formed using an anodizing method.
In the first to third methods of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the porous semiconductor layer includes a highly porous semiconductor layer formed in a deep portion in the semiconductor substrate, and the highly porous semiconductor layer. It is preferable to comprise a low porous semiconductor layer formed on the upper surface.
[0016]
Further, in the first to third manufacturing methods of the semiconductor substrate according to the present invention, an oxide film is formed on at least the first single crystal semiconductor layer constituting the inner surface of the hole and the surface of the semiconductor substrate. It is preferable to provide a process.
In the first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the “step of forming a semiconductor element in the first single crystal semiconductor layer immediately above the hole portion” is a step before the “step of closing the opening”. You may go to or later.
[0017]
Further, in the third method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the “step of forming a recess in a semiconductor substrate serving as an element isolation region” and the “step of filling an insulator in the recess” It may be performed before or after the “step of forming a semiconductor element in the second single crystal semiconductor layer immediately above the hole”.
Thus, according to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a single crystal semiconductor layer is stacked on a semiconductor substrate having a porous semiconductor layer formed at least in an element formation region, and the single crystal semiconductor layer By removing the porous semiconductor layer by etching from the opening where a part of the porous semiconductor layer formed on the substrate is exposed, a void portion is formed in the semiconductor substrate which is an element formation region. The film thickness of the crystalline semiconductor layer can be easily and reliably controlled. For this reason, since it is easy to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer, it is possible to realize further higher performance and lower power consumption of the semiconductor device.
[0018]
In addition, by forming holes in the semiconductor substrate that will be the element formation region by etching, only those parts that require the formation of the SON structure are selected from the semiconductor elements formed on the semiconductor substrate. Thus, it becomes possible to form a hole portion. For this reason, it becomes possible to improve the freedom degree of element design on a semiconductor substrate.
[0019]
According to the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor element is formed on the second single crystal semiconductor layer formed on the first single crystal semiconductor layer, thereby providing a more precise structure. Since the semiconductor element is formed over the single crystal semiconductor layer having a crystal structure, it is possible to realize further higher performance of the semiconductor device.
According to the third manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, the element forming region and the element isolation region are formed by etching the porous semiconductor layer formed in the semiconductor substrate. It is possible to greatly reduce the number of processes and costs involved in the manufacture of the above.
[0020]
According to the first to third methods for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the semiconductor device according to the present invention can be easily realized.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment.
<First embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 </ b> A according to the present embodiment is formed of a Si film having a two-layer structure on the upper surface of a hole portion H formed in a silicon substrate (semiconductor substrate) 1 to be an element formation region S. It has a SON structure in which an epitaxial growth layer (single crystal semiconductor layer) 2 is formed. Further, the side surface and the upper surface of the void portion H are formed of the
[0023]
The
[0024]
Next, one manufacturing process of the
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. FIG. 3 is a plan view showing one manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.
First, as shown in FIG. 2A, the anode is formed in a state where a pattern R made of SiC or SiN is formed on the upper surface of the
[0025]
Here, in the next step, in order to grow a dense
[0026]
Next, the
Next, as shown in FIG. 2B, the upper surface of the
[0027]
Next, in the first
[0028]
Here, if the
[0029]
Next, isotropic wet etching is performed on the
[0030]
Next, as shown in FIG. 2 (e), the
Next, anisotropic dry etching is performed on the
[0031]
Next, as shown in FIG. 2G, a second
[0032]
Next, after forming the
[0033]
Next, after the
[0034]
Next, a resist pattern (not shown) is formed on the second
In this manner, as shown in FIG. 1, a MOS transistor is completed on the
[0035]
According to the
[0036]
Further, by forming the hole H formed in the
[0037]
Furthermore, by forming the hole H formed in the element formation region S in the
[0038]
Further, in the
<Modification of First Embodiment>
In this modification, in the
[0039]
Next, a method for manufacturing the
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment of the present invention.
First, as shown in FIGS. 2A to 2D, a hole portion H is formed in the element formation region S of the
[0040]
Next, as shown in FIG. 4A, in the oxide film forming step shown in the first embodiment, the
[0041]
Next, anisotropic etching is performed on the
Then, a MOS transistor is formed in the first
[0042]
According to the
<Second embodiment>
FIG. 5 is a sectional view showing one manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 5 that are the same as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0043]
The semiconductor device 100C in the present embodiment is the same as the
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100C in the present embodiment will be described.
First, as shown in FIGS. 2A to 2E, a silicon substrate in which a hole portion H is formed in an element forming region S and a region X surrounding the element forming region S in the same process as in the first embodiment described above. The
[0044]
Next, the
Next, as shown in FIG. 5A, a MOS type transistor is formed on the first
[0045]
Next, as shown in FIG. 5B, an interlayer made of, for example, silicon oxide is formed on the entire upper surface of the first
[0046]
According to the semiconductor device 100C configured as described above, after the semiconductor element is formed on the upper surface of the first
[0047]
In addition, according to the method for manufacturing the semiconductor device 100C, the
<Third embodiment>
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
[0048]
As shown in FIG. 6, the semiconductor device 100 </ b> D in the present embodiment is similar to the semiconductor device 100 </ b> C shown in the second embodiment in the element formation region S in which the hole H is formed in the
Next, a method for manufacturing the
[0049]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 7A, a pattern R made of SiC or SiN is exposed on the upper surface of the
[0050]
Next, the
Next, as shown in FIG. 7B, a first epitaxial growth having the same crystal orientation as that of the
[0051]
Next, in the first
[0052]
Next, isotropic wet etching is performed on the
[0053]
Next, as shown in FIG. 7E, the upper surface of the first
Next, anisotropic dry etching is performed on the
[0054]
Next, as shown in FIG. 7F, a MOS transistor is formed on the first
Next, anisotropic dry etching is performed in a state where a resist pattern R that exposes the element isolation region B is formed on the upper surface of the
[0055]
Next, the
According to the
<Modification of Third Embodiment>
In the semiconductor device according to this modification, in the method for manufacturing the
[0056]
Next, one manufacturing process of the semiconductor device in this modification will be described.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a modification of the third embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 7A, a porous silicon layer is formed in the element formation region S and the region X surrounding the element formation region S and the element isolation region B in the
[0057]
Next, as shown in FIG. 8A, anisotropic dry etching is performed in a state where a resist pattern R is formed on the upper surface of the
Next, as shown in FIG. 8B, an insulating
[0058]
Next, as shown in FIG. 8C, the insulating
Next, as shown in FIGS. 2B to 2G, through the same process as in the first embodiment, the second
[0059]
According to the semiconductor device configured as described above, the hole H formed in the element formation region S and the recess h formed in the element isolation region B are simultaneously formed in the
In the modification of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the case where the
[0060]
In the first to third embodiments, the Si film is epitaxially grown as the
Further, in the first to third embodiments, the
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, at least the porous semiconductor layer formed in the semiconductor substrate serving as the element forming region is removed, so that the semiconductor substrate serving as the element forming region is emptied. By forming the hole portion, the thickness of the single crystal semiconductor layer can be easily and reliably controlled. For this reason, since it is easy to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer, it is possible to realize further higher performance and lower power consumption of the semiconductor device.
[0062]
In addition, by forming a hole portion to be formed in the semiconductor substrate to be an element formation region by etching, the SON structure is selectively formed only in a necessary portion of the semiconductor elements formed on the semiconductor substrate. Can be formed. For this reason, it becomes possible to improve the freedom degree of element design on a semiconductor substrate.
Furthermore, the element formation region and the element isolation region are formed by etching the porous semiconductor layer formed in the semiconductor substrate, thereby greatly reducing the number of steps and costs involved in manufacturing the semiconductor device. Is possible.
[0063]
Furthermore, the semiconductor element is formed on the single crystal semiconductor layer having a denser crystal structure by forming the semiconductor element on the second single crystal semiconductor layer formed on the first single crystal semiconductor layer. Therefore, it is possible to realize further higher performance of the semiconductor device.
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, it is possible to realize higher performance and lower power consumption of the semiconductor device and to improve the element design flexibility on the semiconductor substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a plan view showing one manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 2 (c);
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment of the invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of a semiconductor device according to a modification of the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1, 10, silicon substrate (semiconductor substrate). 1A, 10A, porous silicon layer (porous semiconductor layer). 2. Epitaxial growth layer (single crystal semiconductor layer). Silicon oxide film (oxide film). 4. Gate oxide film. 5, gate electrode. 6. Side wall. 7. Source / drain regions. 8. Interlayer insulation layer. 9. Insulating layer. B, element isolation region. S, element formation region. X, a region surrounding the periphery of the element formation region. h, recess. H, hole part. 100A to 100D Semiconductor device.
Claims (11)
前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、
前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、
前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に、第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、
前記空孔部直上の前記第二の単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a porous semiconductor layer in the semiconductor substrate in the element formation region;
Applying a heat treatment to the semiconductor substrate to crystallize at least the surface of the porous semiconductor layer; and
Forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer;
Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer and exposing a part of the porous semiconductor layer;
Etching the porous semiconductor layer from the opening to form a void in the semiconductor substrate that is at least an element formation region;
A second single crystal semiconductor layer is formed on an upper surface of the first single crystal semiconductor layer and an upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening, and the opening formed in the first single crystal semiconductor layer Clogging with the second single crystal semiconductor layer,
Forming a semiconductor element on the second single crystal semiconductor layer immediately above the hole portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、
前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、
前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、
前記空孔部直上の前記第二の単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程と、
素子分離領域における前記多孔質半導体層を除去し、素子分離領域となる前記半導体基板内に凹部を形成する工程と、
前記凹部内に絶縁物を充填する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a porous semiconductor layer in the semiconductor substrate at least in the element formation region and the element isolation region;
Applying a heat treatment to the semiconductor substrate to crystallize at least the surface of the porous semiconductor layer; and
Forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer;
Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer and exposing a part of the porous semiconductor layer;
Etching the porous semiconductor layer from the opening to form a void in the semiconductor substrate that is at least an element formation region;
Forming a second single crystal semiconductor layer on an upper surface of the first single crystal semiconductor layer and an upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening; and forming the opening formed in the first single crystal semiconductor layer. Clogging with the second single crystal semiconductor layer;
Forming a semiconductor element on the second single crystal semiconductor layer immediately above the hole portion;
Removing the porous semiconductor layer in the element isolation region and forming a recess in the semiconductor substrate to be the element isolation region;
Filling the recess with an insulator;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
少なくとも素子形成領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、
前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、
前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に、第一の単結晶半導体層を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出 させる工程と、
前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体基板の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor substrate in which a hole is formed in an element formation region,
Forming a porous semiconductor layer in a semiconductor substrate at least in the element formation region;
Applying a heat treatment to the semiconductor substrate to crystallize at least the surface of the porous semiconductor layer; and
Forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer;
Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer and exposing a part of the porous semiconductor layer ;
Etching the porous semiconductor layer from the opening to form a void in the semiconductor substrate that is at least an element formation region;
Forming a second single crystal semiconductor layer on an upper surface of the first single crystal semiconductor layer and an upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening; and forming the opening formed in the first single crystal semiconductor layer. Clogging with the second single crystal semiconductor layer;
Method of manufacturing a semi-conductor substrate you comprising the.
少なくとも素子分離領域における半導体基板内に、多孔質半導体層を形成する工程と、
前記半導体基板に熱処理を施し、少なくとも前記多孔質半導体層の表面近傍を結晶化する工程と、
前記多孔質半導体層を含む前記半導体基板の全面に第一の単結晶半導体層を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の一部に開口部を形成し、前記多孔質半導体層の一部を露出させる工程と、
前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングし、少なくとも素子形成領域となる前記半導体基板内に空孔部を形成する工程と、
前記第一の単結晶半導体層の上面及び前記開口部直下の前記半導体基板の上面に第二の単結晶半導体層を形成するとともに、前記第一の単結晶半導体層に形成された前記開口部を前記第二の単結晶半導体層で閉塞する工程と、
素子分離領域における前記多孔質半導体層を除去し、素子分離領域となる前記半導体基板内に凹部を形成する工程と、
前記凹部内に絶縁物を充填する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体基板の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor substrate in which a hole is formed in an element formation region,
Forming a porous semiconductor layer in the semiconductor substrate at least in the element isolation region;
Applying a heat treatment to the semiconductor substrate to crystallize at least the surface of the porous semiconductor layer; and
Forming a first single crystal semiconductor layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the porous semiconductor layer;
Forming an opening in a part of the first single crystal semiconductor layer and exposing a part of the porous semiconductor layer;
Etching the porous semiconductor layer from the opening to form a void in the semiconductor substrate that is at least an element formation region;
Forming a second single crystal semiconductor layer on an upper surface of the first single crystal semiconductor layer and an upper surface of the semiconductor substrate immediately below the opening; and forming the opening formed in the first single crystal semiconductor layer. Clogging with the second single crystal semiconductor layer ;
Removing the porous semiconductor layer in the element isolation region and forming a recess in the semiconductor substrate to be the element isolation region;
Filling the recess with an insulator;
A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising:
前記多孔質半導体層の表面を結晶化する工程と、
前記半導体基板上及び前記多孔質半導体層上に第一単結晶半導体層を形成する工程と、
前記多孔質半導体層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、
前記開口部から前記多孔質半導体層をエッチングすることにより、前記凹部に空孔部を形成する工程と、
前記第一単結晶半導体層上及び前記凹部の前記空孔部の周囲を囲む領域に、第二単結晶半導体層を形成する工程と、
前記空孔部上の前記第二単結晶半導体層に、半導体素子を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a porous semiconductor layer in the recess of the semiconductor substrate having the recess;
Crystallization of the surface of the porous semiconductor layer;
Forming a first single crystal semiconductor layer on the semiconductor substrate and the porous semiconductor layer;
Forming an opening exposing a portion of the porous semiconductor layer;
Etching the porous semiconductor layer from the opening to form a void in the recess; and
Forming a second single crystal semiconductor layer on the first single crystal semiconductor layer and in a region surrounding the periphery of the void portion of the recess;
Wherein said second single crystal semiconductor layer on the cavity, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a step of forming a semiconductor element.
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