專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置，特別地涉及能夠防 止在從上下方向分別生長的熱氧化膜彼此的交界面處殘留間隙的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在SOI基板上形成的場效應(yīng)型晶體管，基于元件容易分離、鎖定自由 (latchup free)、源/漏結(jié)電容小等的觀點(diǎn)，其有用性正在被關(guān)注。特別地， 由于完全耗盡型SOI晶體管低耗電且能夠高速工作，容易進(jìn)行低電壓驅(qū) 動(dòng)，所以正積極地進(jìn)行用于使SOI晶體管以完全耗盡模式工作的研究。作 為SOI基板，例如可以使用SIMOX(注氧層隔離，Separation by Implanted Oxygen)基板和粘貼基板等，但任何一種裝置的制造方法都是特殊的，用 常規(guī)的CMOS工藝不能制作。為此，從普通的大尺寸硅晶片中，用常規(guī)的CMOS工藝制作SOI結(jié) 構(gòu)的方法即SBSI (粘接硅島隔離，Separation by Bonding Silicon Island) 方法是公知的(例如參照非專利文獻(xiàn)l)。在下文中，參照


SBSI 方法。圖8 圖10是表示現(xiàn)有例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖，圖8 (A) 圖10 (A)是平面圖，圖8 (B) 圖10 (B)是以X8-X' 8 X10-X' 10 線分別切斷圖8 (A) 圖10 (A)時(shí)的剖面圖。如圖8 (A)及圖8 (B)所示，首先開始在硅(Si)基板101上順序 成膜鍺化硅(SiGe)層111和Si層113，在那里形成支撐體用的溝槽h' 1。 利用外延生長法形成Si層113和SiGe層111，通過干蝕刻形成支撐體用 的溝槽h' 1。接著，在Si基板101上方的整個(gè)面上形成支撐體膜后，干 蝕刻支撐體膜，形成圖9 (A)及(B)所示的支撐體122，并且還干蝕刻 從支撐體122下露出的Si層113/SiGe層111。在此狀態(tài)下，用氟硝酸(氫氟酸+硝酸)溶液從圖9 (A)的箭頭標(biāo)記的方向蝕刻SiGe層111時(shí)，以 在支撐體122下懸掛Si層113的形式，在Si層113之下形成空洞部125。
接著，如圖10 (A)及10 (B)所示，熱氧化Si基板lOl，在空洞部 125內(nèi)形成Si02膜131 (BOX氧化工序)。如此這樣，在大尺寸晶片(bulk wafer)上形成由SiOj莫131和Si層113形成的SOI結(jié)構(gòu)。形成SOI結(jié)構(gòu) 后，利用CVD在Si基板101上方的整個(gè)面上成膜SiOj莫(未圖示)。然 后，利用CMP平坦化Si02膜和支撐體122，并且利用HF類溶液進(jìn)行濕 蝕刻(HF腐蝕)，由此使Si層113的表面露出來。
非專利文獻(xiàn)1: T.Sakai et al. "Separation by Bonding Si Island(SBSI) for LSI Application", Second International SiGe Technology and Device Meeting, Meeting Abstract，pp.230-23 l,May(2004)。
作為上述的SBSI法中的重要要素，有BOX氧化工序?，F(xiàn)狀是，嘗試 一種利用1000°C-lh的氧化處理形成使從上下生長的Si02膜131a及131b 在其生長方向的中心附近密接的BOX層的方法。
但是，如圖11所示，用SEM (掃描型電子顯微鏡，Scanning Electron Microscopy)觀察氧化后的剖面時(shí)，存在從上下生長的SiOj莫沒有密接的 情形。成為此原因的是Si層的翹曲。生長的SiOj莫的膜厚本身，在上下 雖然附著充分，但由于Si層以凸?fàn)顟B(tài)向上翹曲，所以在翹曲大的中心周邊， 在從上下生長的Si02膜之間會(huì)留有間隙。在此狀況下，就會(huì)擔(dān)心在執(zhí)行作 為后面的處理的利用BHF (帶緩沖的氫氟酸)蝕刻的有源表面露出及氫氟 酸類的清洗的時(shí)候，BHF會(huì)滲入間隙，無意地蝕刻Si02膜，Si層就會(huì)從 Si基板上剝落(問題點(diǎn))。
在此，本發(fā)明者基于到目前為止的研究結(jié)果，考慮經(jīng)過圖12 (A) (D)所示的現(xiàn)象而不產(chǎn)生BOX氧化工序中的Si層的翹曲。即，如圖12 (A)及(B)所示，在室溫下，作為平面的支撐體122/Si層113的層疊 結(jié)構(gòu)，首先在升溫的階段為向下凸的狀態(tài)。這是因?yàn)榭紤]到作為支撐體122 的結(jié)構(gòu)材料的SiCb和Si的熱膨脹系數(shù)的不同(Si: 4.15E-6/K、 Si02: 0.55E-6/K)而產(chǎn)生大的影響。但是，如圖12 (C)所示，升溫后的溫度變 高，特別地變?yōu)?60°C以上時(shí)，覆蓋Si層113的支撐體122產(chǎn)生粘性(粘 性流動(dòng))，由于翹曲被打開， 一度恢復(fù)為平面。此狀態(tài)下，進(jìn)行Si層113的熱氧化。氧化處理結(jié)束后，此次進(jìn)入降溫。在圖12 (D)所示的降溫階 段，由于在支撐體122中沒有引起粘性流動(dòng)，再一次熱膨脹系數(shù)的不同帶 來影響。其結(jié)果，Si層113就會(huì)變成向上凸的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于這樣的事情而進(jìn)行的，其目的在于提供一種能夠防止 在從上下方向分別生長的熱氧化膜在彼此的交界面殘留間隙的半導(dǎo)體裝 置的制造方法及半導(dǎo)體裝置。
發(fā)明2的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在發(fā)明1的半導(dǎo)體裝 置的制造方法中，包含在形成上述第一熱氧化膜及第二熱氧化膜后，在上 述半導(dǎo)體基板上的整個(gè)面上淀積絕緣層的工序，和至少對(duì)上述絕緣層實(shí)施 CMP處理，從上述第二半導(dǎo)體層上去除該絕緣層的工序；在從上述第二 半導(dǎo)體層上去除上述絕緣層的工序中，在上述CMP處理的停止中使用上述第二半導(dǎo)體層上的上述第二熱氧化膜。根據(jù)此種方法，就能夠防止由
CMP處理削薄第二半導(dǎo)體層的表面。
上述發(fā)明2的制造方法的一個(gè)方式，包括在形成上述第一熱氧化膜及 第二熱氧化膜后，在上述半導(dǎo)體基板上的整個(gè)面上淀積絕緣層的第九工 序，和至少對(duì)上述絕緣層實(shí)施CMP處理，從上述第二半導(dǎo)體層上方去除 上述絕緣層及上述支撐體膜的第十工序；在上述第十工序中，在上述CMP 處理的停止中使用上述第二熱氧化膜。
發(fā)明3的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特制在于，在發(fā)明1或發(fā)明2的 半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在層疊上述第三半導(dǎo)體層的工序中，厚厚地形 成該第三半導(dǎo)體層，以便在后面的工序中形成上述第一熱氧化膜和上述第 二熱氧化膜后在上述第二熱氧化膜的上面和上述支撐體之間殘留間隙。
上述發(fā)明3的制造方法的一個(gè)方式，在發(fā)明1的制造方法的一個(gè)方式 或發(fā)明2的制造方法的一個(gè)方式中，是使在上述第一工序形成的上述第三 半導(dǎo)體膜的厚度比在上述第八工序形成的上述第二熱氧化膜的厚度更厚
的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
根據(jù)這樣的方法，從BOX氧化工序的開始到最后，由于在第二熱氧 化膜的上表面和支撐體之間確保間隙，所以借助于上述間隙的存在能夠減 弱支撐體的膨脹及收縮的影響。因此，能夠進(jìn)一步抑制第二半導(dǎo)體層的翹 曲。
發(fā)明4的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是發(fā)明1至發(fā)明3的任意一個(gè)半導(dǎo) 體裝置的制造方法，其特征在于，上述第一半導(dǎo)體層和上述第三半導(dǎo)體層 是分別用外延生長法形成的單晶的鍺化硅(SiGe)層，上述第二半導(dǎo)體層 是用外延生長法形成的單晶硅(Si)層。
根據(jù)這樣的方法，可以使得在第一空洞內(nèi)從上下方向分別生長的Si02 膜彼此間的交界面處不殘留間隙，能夠防止Si層從半導(dǎo)體基板上剝落，所 以能夠以高成品率形成Si/Si02形成的SOI結(jié)構(gòu)。
發(fā)明5是利用上述發(fā)明1 4的任意一個(gè)制造方法制造的半導(dǎo)體裝置。作為其特征，例如具有由上述第二半導(dǎo)體膜生長的上述第二熱氧化膜，該 第二熱氧化膜具有防止上述第二半導(dǎo)體膜變形為上述凸?fàn)畹墓δ芑蛏鲜鯟MP處理的停止的功能，。

圖l是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其一)。 圖2是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其二)。 圖3是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其三)。 圖4是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其四)。 圖5是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其五)。 圖6是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其六)。 圖7是說明厚厚地形成SiGe層15的情況的圖。 圖8是表示現(xiàn)有例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其一)。 圖9是表示現(xiàn)有例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其二)。 圖IO是表示現(xiàn)有例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖(其三)。 圖11是表示現(xiàn)有例的問題點(diǎn)的圖。 圖12是說明Si層中的翹曲的產(chǎn)生機(jī)理的圖。圖中l(wèi)一Si基板，11、 15 — SiGe層，13 —Si層，22—支撐體，25、 27 —空洞部，31、 31a、 31b、 33 —熱氧化膜，hl、 h2—溝槽。
具體實(shí)施方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1 圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖， 圖1 (A) 圖5 (A)是平面圖，圖1 (B) 圖5 (B〉是以Xl-X' l X5-X' 5線分別切斷圖1 (A) 圖5 (A)時(shí)的剖面圖。如圖1 (A)及(B)所示，首先，開始在硅(Si)基板1上形成未圖 示的硅緩沖(Si-buffer)層，在其上形成第一鍺化硅(SiGe)層11，在其 上形成Si層13。并且，在此Si層13上形成第二 SiGe層15。 Si基板是大 尺寸晶片。此外，例如利用外延生長法連續(xù)地形成Si-buffer層、SiGe層 11、 Si層13、 SiGe層15。例如以相同的厚度形成SiGe層13和SiGe層15。接著，如圖2 (A)及(B)所示，使用光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)，部分地 順序蝕刻SiGe層15、 Si層13、 SiGe層11及Si-buffer層(未圖示)。由 此，形成以Si基板1為底面的溝槽hl 。此溝槽hl是用于配置支撐體的腳 部的溝槽。再有，在形成溝槽hl的蝕刻工序中，既可以在Si基板l的表 面停止蝕刻，也可以過腐蝕Si基板1使溝槽hl變深。接著，在Si基板1上方的整個(gè)面上形成支撐體膜以便填埋溝槽hl。 支撐體膜例如是氧化硅(Si02)膜，其厚度例如是400[nm]。例如利用CVD 進(jìn)行支撐體膜的形成。然后，如圖3 (A)及(B)所示，利用光刻技術(shù)及 蝕刻技術(shù)，部分地蝕刻此支撐體膜，形成覆蓋SiGe層15上方的支撐體22。 接著，順序蝕刻從此支撐體22下露出的SiGe層15、 Si層13、 SiGe層ll 及Si-buffer層(未圖示)，形成使由支撐體22覆蓋的SiGe層15、 Si層 13及SiGe層11各自的側(cè)面露出的溝槽h2。在形成溝槽h2的蝕刻工序中， 既可以在Si基板1的表面停止蝕刻，也可以過腐蝕Si基板1使溝槽h2變 深。接著，如圖4 (A)及(B)的實(shí)線箭頭標(biāo)記所示，通過溝槽h2使氟硝 酸溶液與SiGe層15、 Si層13及SiGe層11各自的側(cè)面接觸，有選擇地蝕 刻并去除SiGe層15和SiGe層11。由此，如圖6 (A)及(B)所示，在 Si基板1和Si層13之間形成第一空洞部25的同時(shí)，在Si層13和支撐體 22之間形成第二空洞部27。在此，在使用氟硝酸溶液的濕蝕刻中，由于 與Si相比，SiGe的蝕刻速度大(即相對(duì)于Si的蝕刻選擇比大)，所以可 以殘留Si層13同時(shí)僅蝕刻、去除SiGe層11、 15。形成空洞部25、 27后， 變成Si層13用支撐體22來支撐其側(cè)面。如圖4 (B)所示，形成空洞部 25、 27后，相對(duì)于Si層13的上下的結(jié)構(gòu)(接近Si層13的范圍內(nèi))變得 幾乎相同。接著，如圖5 (A)及(B)所示，熱氧化Si基板l，在第一、第二空 洞部內(nèi)分別形成熱氧化膜31、 33 (BOX工序)。利用此BOX氧化工序， 能夠抑制Si層13的翹曲，能夠使在空洞部25內(nèi)從上下方向分別生長的熱 氧化膜31a、 31b彼此間的交界面處不殘留間隙。再有，在此例中，由于 第一、第二空洞部的上下的表面分別由Si構(gòu)成，所以熱氧化膜31、 33都為Si02膜。形成熱氧化膜31、 32后，利用CVD等方法，在Si基板l上方的整 個(gè)面上成膜絕緣膜，填埋溝槽hl、 h2。在此成膜的絕緣膜，例如是Si02 膜或氮化硅(Si3N4)膜。接著，例如通過CMP使覆蓋Si基板1的整個(gè)面 的絕緣膜和其下的支撐體22平坦化。再有，在此CMP工序中，也可以在 CMP處理的停止中使用熱氧化膜33。如此這樣，能夠防止Si層13的表 面被削薄。接著，例如利用BHF濕蝕刻CMP處理后的絕緣膜及熱氧化膜 33，從Si層13上完全去除熱氧化膜33。此時(shí)，由于熱氧化膜31的交界 面密接，所以能夠防止BHF向該交界面的侵入。如此這樣，在Si基板l 上完成從周圍通過支撐體22及絕緣膜進(jìn)行元件分離的SOI結(jié)構(gòu)。如上述所說明的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能夠在形成熱氧化膜31 時(shí)防止Si層13的翹曲，能夠使得在熱氧化膜31a和熱氧化膜31b的交界 面處不殘留間隙。由此，在利用BHF蝕刻支撐體22和絕緣膜時(shí)，能夠防 止BHF向上述交界面侵入，能夠防止Si層13從Si基板1上剝落。此外，對(duì)于能夠獲得這種效果的理由而言，根據(jù)本發(fā)明者的考察是因 為，在BOX氧化工序中，相對(duì)于Si層13的上下的結(jié)構(gòu)(在接近該Si層 13的范圍內(nèi))變得幾乎相同。由于熱氧化膜31、 33的熱膨脹系數(shù)幾乎相 同，所以認(rèn)為在BOX氧化的升溫或降溫階段，Si層13的下表面從熱氧化 膜31接受的外力和Si層13的上表面從熱氧化膜33接受的外力幾乎平衡。 此外，由于熱氧化膜33從Si層13向支撐體22生長，所以認(rèn)為熱氧化膜 33和支撐體22的密接性不那么高，隨著支撐體的膨脹或收縮，力很難傳 遞到Si層13。在此實(shí)施方式中，Si基板1對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"半導(dǎo)體基板"，SiGe層 11對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第一半導(dǎo)體層"，Si層對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第二半導(dǎo)體 層"，SiGe層15對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第三半導(dǎo)體層"。此外，溝槽hl對(duì)應(yīng)于 本發(fā)明的"第一溝槽"，溝槽h2對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第二溝槽"。而且，空洞部 25對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第一空洞部"，空洞部27對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第二空洞 部"。此外，熱氧化膜31對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第一熱氧化膜"，熱氧化膜33 對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第二熱氧化膜"。再有，在此實(shí)施方式中，如圖6 (A)所示，也可以以所需以上的厚度形成SiGe層15，以便在形成熱氧化膜31、 33后使熱氧化膜33的上表 面和支撐體22之間殘留間隙。艮卩，如圖7 (A)所示，設(shè)形成空洞部25、 27之前的Si層13的(距厚度方向的中心)上半部分的厚度為Tsi， SiGe 層15的厚度為TsiGe。此外，如圖7 (B)所示，設(shè)形成熱氧化膜31、 33 之后的Si層13的(距厚度方向的中心)上半部分的厚度為Tsi',熱氧化 膜33的厚度為ToX。然后，在SiGe層15的形成工序中，厚厚的形成SiGe 層15以便滿足式(1)。TSi+TSiGe>TSi' +T0X ... (1)根據(jù)這種方法，從BOX氧化工序的開始到最后，由于在熱氧化膜33 的上表面和支撐體22之間確保間隙，所以借助于上述間隙的存在就能夠 減弱支撐體22的膨脹及收縮的影響。因此，能夠進(jìn)一步抑制Si層的翹曲。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括第一工序，在半導(dǎo)體基板上依次層疊第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層以及第三半導(dǎo)體層；第二工序，通過依次對(duì)所述第三半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層以及所述第一半導(dǎo)體層進(jìn)行部分蝕刻，從而在所述半導(dǎo)體基板上形成貫通所述第三半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層以及所述第一半導(dǎo)體層的第一溝槽；第三工序，按照填埋所述第一溝槽且覆蓋所述第三半導(dǎo)體層的方式，在所述半導(dǎo)體基板上方的整個(gè)面上形成支撐體膜；第四工序，通過對(duì)包括覆蓋所述第三半導(dǎo)體層的部分的所述支撐體膜進(jìn)行部分蝕刻，而使所述第三半導(dǎo)體層露出；第五工序，從通過所述第四工序使所述第三半導(dǎo)體層露出的部分開始，對(duì)所述第三半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層以及所述第一半導(dǎo)體層依次進(jìn)行蝕刻，形成第二溝槽；第六工序，對(duì)在所述第二溝槽的側(cè)面上露出的所述第一半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻，形成第一空洞部；第七工序，對(duì)在所述第二溝槽的側(cè)面上露出的所述第三半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻，形成第二空洞部；和第八工序，對(duì)所述半導(dǎo)體基板進(jìn)行加熱，在所述第一空洞部內(nèi)形成第一熱氧化膜，并且在所述第二空洞部內(nèi)形成第二熱氧化膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 同時(shí)進(jìn)行所述第六工序和所述第七工序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 還包括第九工序，在形成所述第一熱氧化膜以及所述第二熱氧化膜之后，在 所述半導(dǎo)體基板上方的整個(gè)面上堆疊絕緣層；和第十工序，對(duì)所述絕緣層至少實(shí)施CMP處理，從所述第二半導(dǎo)體層 的上方除去所述絕緣層以及所述支撐體膜；在所述第十工序中，將所述第二熱氧化膜用作所述CMP處理的停止層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特 征在于，使所述第一工序中形成的所述第三半導(dǎo)體層的厚度比所述第八工序 中形成的所述第二熱氧化膜的厚度更厚。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特 征在于，所述第一半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層分別是通過外延生長法形成 的單晶的鍺化硅層，所述第二半導(dǎo)體層是通過外延生長法形成的單晶的硅層。
6. 一種半導(dǎo)體裝置，其由權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造。
全文摘要
提供一種能夠防止在從上下方向分別生長的熱氧化膜的彼此間的交界面殘留間隙的半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置。在Si基板(1)上成膜SiGe層/Si層(13)/SiGe層，形成支撐體用的溝槽。接著，在Si基板(1)上方的整個(gè)面上形成支撐體膜，對(duì)其進(jìn)行干蝕刻，形成支撐體(22)。然后，干蝕刻從支撐體(22)下露出的SiGe層/Si層(13)/SiGe層，形成使SiGe層的側(cè)面露出的溝槽(h2)。在此狀態(tài)下，利用氟硝酸溶液蝕刻SiGe層時(shí)，以由支撐體(22)支撐Si層(13)的形式，在Si層(13)的上下分別形成空洞部(25)、(27)。此后，熱氧化Si基板(1)，在空洞部(25)、(27)內(nèi)分別形成熱氧化膜。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101252077SQ20071019443
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者松澤勇介 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社