(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された素子分離絶縁膜と、
前記素子分離絶縁膜により前記基板上に区画された素子領域およびダミーパターン領域と、
前記素子領域内の前記基板上に形成された、前記基板を構成する結晶と異なる格子定数を有する結晶からなる第１のエピタキシャル結晶層と、
前記ダミーパターン領域内の前記基板上に形成された、前記第１のエピタキシャル結晶層と同じ結晶からなる第２のエピタキシャル結晶層と、
を有し、
前記第２のエピタキシャル結晶層と前記基板との界面上の任意の点を含む前記基板の（１１１）面は、前記第２のエピタキシャル結晶層よりも深い領域で前記素子分離絶縁膜に囲まれる半導体装置。
【請求項２】
前記界面から発生する転位ループが前記ダミーパターン領域の直下の領域にのみ存在する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２のエピタキシャル結晶層の側面および底面は前記基板に接する、
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基板の主面の面方位は（１００）であり、
前記基板の表面に平行な前記基板内の＜１１０＞方向の、前記第２のエピタキシャル結晶層と前記基板との界面上の一点と前記素子分離絶縁膜との距離の最大値をａ、前記第２のエピタキシャル結晶層の深さをｂ、前記素子分離絶縁膜の深さをｃとするとき、下記の数式１を満たす構造を有する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【数１】
0005592750.tif 000007
【請求項５】
前記基板の主面の面方位は（１１０）であり、
前記基板の表面に平行な前記基板内の＜１１０＞方向の、前記第２のエピタキシャル結晶層と前記基板との界面上の一点と前記素子分離絶縁膜との距離の最大値をａ、前記第２のエピタキシャル結晶層の深さをｂ、前記素子分離絶縁膜の深さをｃとするとき、下記の数式２を満たす構造を有する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【数２】
0005592750.tif 000008
【請求項６】
前記素子分離絶縁膜により前記基板上に区画された位置合わせマークをさらに有する、  請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体結晶上に格子定数の異なる他の半導体結晶をエピタキシャル成長させた場合、それらの界面においてミスフィット転移が生じ、転移は結晶中の（１１１）面に沿って伝播し易いことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平−２１６０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、転位ループが発生するおそれがあるダミーパターン領域を有しながらも、転位ループによる基板上の他の素子等への悪影響が抑えられた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施の形態による半導体装置は、基板上に形成された素子分離絶縁膜と、前記素子分離絶縁膜により前記基板上に区画された素子領域およびダミーパターン領域と、前記素子領域内の前記基板上に形成された第１のエピタキシャル結晶層と、前記ダミーパターン領域内の前記基板上に形成された第２のエピタキシャル結晶層と、を有する。第１のエピタキシャル結晶層は前記基板を構成する結晶と異なる格子定数を有する結晶からなる。第２のエピタキシャル結晶層は前記第１のエピタキシャル結晶層と同じ結晶からなる。前記第２のエピタキシャル結晶層と前記基板との界面上の任意の点を含む前記基板の（１１１）面は、前記第２のエピタキシャル結晶層よりも深い領域で前記素子分離絶縁膜に囲まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の上面図。
【図２】図１の線分Ａ−Ａに沿った半導体装置の垂直断面図。
【図３】（ａ）は図１の半導体装置のダミーパターン周辺の部分拡大図、（ｂ）は図２のダミーパターン周辺の部分拡大図。
【図４】第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置の上面図。
【図５】（ａ）は比較例に係る半導体装置のダミーパターン周辺の上面図、（ｂ）は比較例に係る半導体装置のダミーパターン周辺の垂直断面図。
【図６】第２の実施の形態に係る半導体装置の上面図。
【図７】（ａ）は図６の半導体装置のダミーパターン周辺の部分拡大図、（ｂ）は図６の線分Ｂ−Ｂに沿った半導体装置の垂直断面図。
【図８】第３の実施の形態に係る半導体装置の上面図。
【図９】（ａ）は図８の半導体装置のダミーパターン周辺の部分拡大図、（ｂ）は図８の線分Ｃ−Ｃに沿った半導体装置の垂直断面図。
【図１０】第４の実施の形態に係る半導体装置の上面図。
【図１１】（ａ）は図１０の半導体装置のダミーパターン周辺の部分拡大図、（ｂ）は図１０の線分Ｄ−Ｄに沿った半導体装置の垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置１００の上面図である。図２は、図１の線分Ａ−Ａに沿った半導体装置１００の垂直断面図である。
【０００８】
半導体装置１００は、基板１上に形成された素子分離絶縁膜２と、素子分離絶縁膜２により基板１上に区画された素子領域１０、ダミーパターン領域２０、および位置合わせマーク３０と、素子領域１０内の基板１上に形成されたエピタキシャル結晶層１１と、ダミーパターン領域２０内の基板１上に形成されたエピタキシャル結晶層２１と、を有する。
【０００９】
基板１は、Ｓｉ結晶等のＳｉ系結晶からなる。基板１の主面の面方位は（１００）である。
【００１０】
素子分離絶縁膜２は、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁材料からなり、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造内に形成される。
【００１１】
素子領域１０上には、基板１上にゲート絶縁膜１３を介して形成されるゲート電極１２、および基板１上のゲート電極１２の両側に形成されたエピタキシャル結晶層１１を含むプレーナ型トランジスタが形成される。
【００１２】
エピタキシャル結晶層１１は、基板１を構成する結晶と異なる格子定数を有する結晶からなり、例えば、トランジスタのチャネル領域に歪みを発生させてキャリア移動度を向上させる歪みシリコン技術に用いられる。例えば、基板１がＳｉ結晶からなる場合は、ＳｉＧｅ結晶、ＳｉＣ結晶等がエピタキシャル結晶層１１として用いられる。なお、素子領域１０の表面にエピタキシャル結晶層１１が含まれていれば、プレーナ型トランジスタ以外の素子が形成されてもよい。
【００１３】
ダミーパターン領域２０は、エピタキシャル結晶層１１と同じ結晶からなるエピタキシャル結晶層２１を含む。エピタキシャル結晶層２１は、エピタキシャル結晶層１１と同じ工程で形成されるため、ほぼ同じ厚さを有する。
【００１４】
エピタキシャル結晶層１１をエピタキシャル成長させる際、エピタキシャル結晶層１１を構成するＳｉＧｅ結晶等のエピタキシャル結晶の基板１上の分布に偏りが少ない方が、良質の結晶を成長させて良質のエピタキシャル結晶層１１を得ることができる。そこで、エピタキシャル結晶の基板１上の分布の偏りを減らすために、ダミーパターン領域２０内にエピタキシャル結晶を成長させ、エピタキシャル結晶層２１を形成する。
【００１５】
なお、エピタキシャル結晶層２１は、ダミーパターン領域２０内で基板１に囲まれていることが好ましい。すなわち、エピタキシャル結晶層２１の底面および側面は基板１に接していることが好ましい。これは、エピタキシャル結晶がＳｉ系結晶からなる基板１上に成長するためである。
【００１６】
底面が基板１であり、側面が素子分離絶縁膜２である溝内に結晶をエピタキシャル成長させた場合、素子分離絶縁膜２からは成長が起きないため、結晶にファセット面が生じる。エピタキシャル結晶層２１の面積が比較的小さい場合は、ファセット面の発生がエピタキシャル結晶層２１の体積に及ぼす影響が大きいため、好ましくない。
【００１７】
位置合わせマーク３０は、基板１表面の素子分離絶縁膜２により囲まれた領域により形成されるマークであり、リソグラフィの露光処理等を行う際の位置合わせに用いられる。なお、位置合わせマーク３０のデザインは、図１、２に示されるものに限られない。
【００１８】
図３（ａ）は、図１の半導体装置１００のダミーパターン２０周辺の部分拡大図である。図３（ｂ）は、図２の半導体装置１００のダミーパターン２０周辺の部分拡大図である。
【００１９】
エピタキシャル結晶層２１と基板１との界面からは、転位ループ２２が発生するおそれがある。転位ループ２２は結晶欠陥の一種であり、（１１１）面上に伸張する環状の転位である。
【００２０】
転位ループ２２は、例えば、基板１の表面が熱膨張することにより、エピタキシャル結晶層２１と基板１との界面における格子不整合が運動、増殖して生まれる。このため、転位ループ２２は、例えば、基板１上のトランジスタの不純物拡散領域を活性化するための熱処理の際に生じる。また、転位ループ２２は、熱処理にフラッシュランプアニールやレーザーアニール等のミリ秒アニールが用いられる場合に、特に発生しやすい。
【００２１】
エピタキシャル結晶層２１と基板１の界面上の任意の点を含む基板１の（１１１）面は、エピタキシャル結晶層２１よりも深い領域で素子分離絶縁膜２に囲まれる。転位ループ２２は（１１１）面上に伸張し、素子分離絶縁膜２内に伸張することはできないため、転位ループ２２がエピタキシャル結晶層２１と基板１の界面上のどのような点から発生した場合でも、転位ループ２２の基板１の深さ方向への伸張は素子分離絶縁膜２により止められる。すなわち、転位ループ２２はダミーパターン領域２０の直下の領域にのみ存在する。
【００２２】
また、エピタキシャル結晶層２１と基板１の界面上の任意の点を含む基板１の（１１１）面がエピタキシャル結晶層２１よりも深い領域で素子分離絶縁膜２に囲まれるため、これらの（１１１）面のうち最も深い位置にある（１１１）面（図３（ｂ）に示される転位ループ２２を含む面）のダミーパターン領域２０の直下の領域における最下点の深さは素子分離絶縁膜２の底面の深さよりも浅い。
【００２３】
そこで、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、基板１の表面に平行な基板１内の＜１１０＞方向の、エピタキシャル結晶層２１と基板１との界面上の一点と素子分離絶縁膜２との距離の最大値をａ、エピタキシャル結晶層２１の深さをｂ、素子分離絶縁膜２の深さをｃ、（１１１）面が水平面（基板１の表面に平行な面）となす角をθとすれば、次の数式（１）が成り立つ。
【数１】
0005592750.tif 000002
【００２４】
本実施の形態においては、基板１の主面の面方位が（１００）であるため、次の数式（２）が成り立つ。
【数２】
0005592750.tif 000003
【００２５】
そのため、本実施の形態においては、次の数式（３）が成り立つ。
【数３】
0005592750.tif 000004
【００２６】
図４は、ダミーパターン領域２０内のエピタキシャル結晶層２１が水平方向に分割されて形成される場合の半導体装置１００の上面図である。この場合も、上記のパラメータａ、ｂ、ｃ、およびθの定義は同じであり、数式（１）〜（３）が成り立つ。
【００２７】
図５（ａ）、（ｂ）は、数式（１）を満たさない構造を有する比較例に係る半導体装置を表す。図５（ａ）は比較例に係る半導体装置のダミーパターン領域周辺の上面図を表し、図５（ｂ）は比較例に係る半導体装置のダミーパターン領域周辺の垂直断面図を表す。
【００２８】
比較例に係る半導体装置の構造は数式（１）を満たさないため、エピタキシャル結晶層１２１と基板１との界面から発生した一部の転位ループ（例えば転位ループ１２２）の深さ方向への伸張は素子分離絶縁膜２に止められず、素子分離絶縁膜２より深い位置まで延びる。
【００２９】
その結果、例えば、転位ループが素子領域の方へ延びた場合は、転位ループの転位芯がＳｉ基板中の金属不純物を捕獲して（ゲッタリング）、素子領域上のトランジスタの接合リークを引き起こすおそれがある。また、転位ループが位置合わせマークの方へ延びた場合は、位置合わせマークにずれが生じるおそれがある。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、ダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の基板１の結晶方向に対する水平面内の向きにおいて、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略または簡略化する。
【００３１】
図６は、第２の実施の形態に係る半導体装置２００の上面図である。図７（ａ）は、図６の半導体装置２００のダミーパターン２０周辺の部分拡大図である。図７（ｂ）は、図６の線分Ｂ−Ｂに沿った半導体装置２００の垂直断面図である。
【００３２】
半導体装置２００は、基板１上に形成された素子分離絶縁膜２と、素子分離絶縁膜２により基板１上に区画された素子領域１０、ダミーパターン領域２０、および位置合わせマーク３０と、素子領域１０内の基板１上に形成されたエピタキシャル結晶層１１と、ダミーパターン領域２０内の基板１上に形成されたエピタキシャル結晶層２１と、を有する。
【００３３】
ダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の基板１の結晶方向に対する水平面内の向きが第１の実施の形態と異なるため、転位ループ２２のダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１に対する水平面内の向きが、第１の実施の形態と異なる。
【００３４】
パラメータａ、ｂ、ｃ、およびθの定義は第１の実施の形態と同じであり、数式（１）〜（３）が満たされる。ただし、ダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の基板１の結晶方向に対する水平面内の向きが第１の実施の形態と異なるため、たとえダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の寸法が第１の実施の形態と同じであったとしても、パラメータａの値が第１の実施の形態と異なる。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、基板の主面の面方位において第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略または簡略化する。
【００３６】
図８は、第３の実施の形態に係る半導体装置３００の上面図である。図９（ａ）は、図８の半導体装置３００のダミーパターン２０周辺の部分拡大図である。図９（ｂ）は、図８の線分Ｃ−Ｃに沿った半導体装置３００の垂直断面図である。
【００３７】
半導体装置３００は、基板３上に形成された素子分離絶縁膜２と、素子分離絶縁膜２により基板３上に区画された素子領域１０、ダミーパターン領域２０、および位置合わせマーク３０と、素子領域１０内の基板３上に形成されたエピタキシャル結晶層１１と、ダミーパターン領域２０内の基板３上に形成されたエピタキシャル結晶層２１と、を有する。
【００３８】
基板３の主面の面方位は（１１０）である。
【００３９】
パラメータａ、ｂ、ｃ、およびθの定義は第１の実施の形態と同じであり、数式（１）が満たされる。
【００４０】
ただし、本実施の形態においては、基板３の主面の面方位が（１１０）であるため、θに関して次の数式（４）が成り立つ。
【数４】
0005592750.tif 000005
【００４１】
そのため、本実施の形態においては、次の数式（５）が成り立つ。
【数５】
0005592750.tif 000006
【００４２】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、ダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の基板３の結晶方向に対する水平面内の向きにおいて、第３の実施の形態と異なる。なお、第３の実施の形態と同様の点については、説明を省略または簡略化する。
【００４３】
図１０は、第４の実施の形態に係る半導体装置４００の上面図である。図１１（ａ）は、図１０の半導体装置４００のダミーパターン２０周辺の部分拡大図である。図１１（ｂ）は、図１０の線分Ｄ−Ｄに沿った半導体装置４００の垂直断面図である。
【００４４】
半導体装置４００は、基板３上に形成された素子分離絶縁膜２と、素子分離絶縁膜２により基板３上に区画された素子領域１０、ダミーパターン領域２０、および位置合わせマーク３０と、素子領域１０内の基板３上に形成されたエピタキシャル結晶層１１と、ダミーパターン領域２０内の基板３上に形成されたエピタキシャル結晶層２１と、を有する。
【００４５】
ダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の基板３の結晶方向に対する水平面内の向きが第３の実施の形態と異なるため、転位ループ２２のダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１に対する水平面内の向きが、第３の実施の形態と異なる。
【００４６】
パラメータａ、ｂ、ｃ、およびθの定義は第３の実施の形態と同じであり、数式（１）、（４）、（５）が満たされる。ただし、ダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の基板３の結晶方向に対する水平面内の向きが第３の実施の形態と異なるため、たとえダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の寸法が第３の実施の形態と同じであったとしても、パラメータａの値が第３の実施の形態と異なる。
【００４７】
（実施の形態の効果）
第１〜４の実施の形態によれば、ダミーパターン領域２０内のエピタキシャル結晶層２１と基板１の界面から転位ループ２２が発生した場合であっても、転位ループ２２がダミーパターン領域２０の直下の領域の外側に伸張することがなく、素子領域１０内のトランジスタの接合リークや、位置合わせマーク３０のずれ等を抑えることができる。
【００４８】
なお、第１〜４の実施の形態においては、一例として、四角形であるダミーパターン領域２０およびエピタキシャル結晶層２１の表面形状の一辺が、素子領域１０に形成されるトランジスタのチャネル方向に一致するようなレイアウトで半導体装置が形成される。すなわち、第１の実施の形態は主面の面方位が（１００）である基板上にチャネル方向が＜１１０＞であるトランジスタを形成する場合の形態、第２の実施の形態は主面の面方位が（１００）である基板上にチャネル方向が＜１００＞であるトランジスタを形成する場合の形態、第３の実施の形態は主面の面方位が（１１０）である基板上にチャネル方向が＜１１０＞であるトランジスタを形成する場合の形態、第４の実施の形態は主面の面方位が（１１０）である基板上にチャネル方向が＜１００＞であるトランジスタを形成する場合の形態である。
【００４９】
〔他の実施の形態〕
本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  半導体装置、  １  基板、  ２  素子分離絶縁膜、  １０  素子領域、  １１  エピタキシャル結晶層、  ２０  ダミーパターン領域、  ２１  エピタキシャル結晶層、  ２２  転位ループ、  ３０  位置合わせマーク
【図１】
0005592750.tif 000009
【図２】
0005592750.tif 000010
【図３】
0005592750.tif 000011
【図４】
0005592750.tif 000012
【図５】
0005592750.tif 000013
【図６】
0005592750.tif 000014
【図７】
0005592750.tif 000015
【図８】
0005592750.tif 000016
【図９】
0005592750.tif 000017
【図１０】
0005592750.tif 000018
【図１１】
0005592750.tif 000019