DE4233777C2 - Manufacturing process for a semiconductor device - Google Patents

Manufacturing process for a semiconductor device

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a method according to the Preamble of claim 1.  

Im Fachbereich der Halbleiterherstellung wird eine integrierte Schaltung, die auf eine Erhöhung der Integrationsdichte oder verbesserte Funktionen durch Stapeln von Aktivelementen in dreidimensionaler Weise zielt, als sogenannte dreidimensionale integrierte Schaltung bezeichnet. Bei der Implementierung einer solchen dreidimensionalen integrierten Schaltung spielt ein Verfahren zur Bildung einer sogenannten SOI-Struktur (Silicon On Insulator, Silizium auf Isolator) eine signifikante Rolle, bei dem eine monokristalline Halbleiterschicht auf einer Isolatorschicht gebildet wird.In the field of semiconductor manufacturing, an integrated Circuit based on an increase in integration density or improved functions by stacking active elements in three-dimensional way, so-called three-dimensional called integrated circuit. When implementing a such a three-dimensional integrated circuit plays a role Process for forming a so-called SOI structure (Silicon On Insulator, silicon on insulator) play a significant role in that a monocrystalline semiconductor layer on an insulator layer is formed.

Es sind mehrere Verfahren zur Bildung einer monokristallinen Siliziumschicht auf einer Isolatorschicht vorgeschlagen worden, wie z. B. ein Verfahren der Bildung eines Oxidfilms in einem Substrat durch Implantieren von Sauerstoffionen in ein monokristallines Siliziumsubstrat (SIMOX), ein Schmelzrekristallisationsverfahren bei dem ein nicht-monokristalliner Halbleiter auf einer Isolatorschicht von einer Heizung aufgeheizt wird, ein Schmelzrekristallisationsverfahren mittels energiereicher Bestrahlung etc. Insbesondere das Schmelzrekristallisationsverfahren mittels energiereicher Bestrahlung ist zur Bildung einer dreidimensionalen integrierten Schaltung unentbehrlich. Die dreidimensionale integrierte Schaltung ist eine bisher als Ein- Schicht-Struktur ausgeführte integrierte Schaltung, die in eine Mehrschichtstruktur durch Stapeln von Schichten der integrierten Schaltung mit einer dazwischen liegenden Isolatorschicht umgewandelt wird, und auf eine erhebliche Verbesserung der Funktionen und Integrationsdichte im Vergleich zu den bisherigen zweidimensionalen integrierten Schaltungen zielt.There are several methods of forming a monocrystalline Silicon layer on an insulator layer has been proposed as e.g. B. a method of forming an oxide film in a substrate by implanting oxygen ions in a monocrystalline Silicon substrate (SIMOX), a melt recrystallization process which is a non-monocrystalline semiconductor on an insulator layer is heated by a heater Melt recrystallization process using high energy Irradiation etc. Especially the melt recrystallization process by means of high-energy radiation to form a three-dimensional integrated circuit indispensable. The three-dimensional integrated circuit is a Integrated circuit built into a structure Multi-layer structure by stacking layers of the integrated Circuit with an intermediate insulating layer converted will, and on a significant improvement in features and Integration density compared to the previous two-dimensional integrated circuits.

Das Schmelzrekristallisationsverfahren ist ein Verfahren der Bildung einer monokristallinen Schicht durch Rekristallisation einer polykristallinen oder amorphen Halbleiterschicht auf einer Isolatorschicht mittels einer Wärmebehandlung. Ein Hochleistungslaser oder ein Elektronenstrahl kann als Energiestrahl benutzt werden. Meist wird der Laser verwendet, weil er einfacher zu betreiben ist. Die Temperaturverteilung innerhalb eines geschmolzenen Halbleiters sollte so gesteuert werden, daß die Rekristallisation von einer beliebigen Stelle ausgeht, um eine monokristalline Halbleiterschicht durch das Schmelzrekristallisationsverfahren mittels Laserbestrahlung zu bilden. Es sind mehrere Verfahren zur Steuerung der Temperaturverteilung vorgeschlagen worden. Bei jedem Verfahren beginnt die Rekristallisation an einer Stelle niedriger Temperatur und setzt sich zu Stellen höherer Temperatur fort. Das führt zu Subkorngrenzen oder Korngrenzen, nachdem die Stellen hoher Temperatur rekristallisiert worden sind. Ein Schmelzrekristallisationsverfahren mittels Laserbestrahlung, das einen Antireflexionsfilm zur Steuerung der Temperatur benutzt, ist im Detail z. B. in der US 4,822,752 beschrieben. Nun erfolgt eine Beschreibung, wie durch ein derartiges Schmelzrekristallisationsverfahren mittels Laserbestrahlung unter Verwendung eines Antireflexionsfilms eine monokristalline Halbleiterschicht gebildet wird.The melt recrystallization process is a process of formation a monocrystalline layer by recrystallizing one polycrystalline or amorphous semiconductor layer on one Insulator layer by means of a heat treatment. On High power laser or an electron beam can be used as an energy beam to be used. The laser is mostly used because it is easier to use operate. The temperature distribution within one  molten semiconductor should be controlled so that the Recrystallization starts from any point to a monocrystalline semiconductor layer through the Melt recrystallization process using laser radiation form. There are several methods of controlling the Temperature distribution has been suggested. With every procedure the recrystallization begins at a point of low temperature and continues to places of higher temperature. That leads to Sub-grain boundaries or grain boundaries after the digits are higher Temperature have been recrystallized. On Melting recrystallization process using laser radiation, the an anti-reflection film is used to control the temperature in detail e.g. B. described in US 4,822,752. Now there is one Description of how such a Melting recrystallization process using laser radiation under Using an anti-reflection film a monocrystalline Semiconductor layer is formed.

Fig. 42 zeigt einen perspektivischen Querschnitt der Struktur einer Halbleitereinrichtung in einem Herstellungsprozeß nach dem Schmelzrekristallisationsverfahren durch Laserbestrahlung. Die Fig. 43 bis 45 sind Querschnitte der Strukturen zur Darstellung der wesentlichen Schritte des Schmelzrekristallisationsverfahrens. Das im folgenden beschriebene Schmelzrekristallisationsverfahren ist ein Verfahren, das einen Antireflexionsfilm benutzt, um die Temperaturverteilung in einer geschmolzenen Halbleiterschicht steuern zu können. Fig. 42 shows a perspective cross section of the structure of a semiconductor device in a manufacturing process according to the Schmelzrekristallisationsverfahren by laser irradiation. Figs. 43 to 45 are cross-sections of the structures to illustrate the essential steps of the Schmelzrekristallisationsverfahrens. The melt recrystallization process described below is a process that uses an anti-reflection film to control the temperature distribution in a molten semiconductor layer.

Wie in den Fig. 42 und 43 dargestellt ist, wird eine Isolierschicht 2 aus einem Siliziumoxidfilm auf der Oberfläche eines monokristallinen Siliziumsubstrats 1 gebildet. In einem vorbestimmten Bereich der Isolierschicht 2 wird eine Öffnung 15 gebildet. Die Öffnung 15 bildet einen Keimbereich (Seed-Bereich). Eine nicht-monokristalline Halbleiterschicht, mit anderen Worten also eine polykristalline Siliziumschicht 13, wird auf der Oberfläche der Isolierschicht 2 und innerhalb der Öffnung 15 gebildet. Es werden auch Antireflexionsfilme 14 mit vorbestimmter Form auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 13 geschaffen. Z. B. wird ein Siliziumnitridfilm (Si3N4) als Antireflexionsfilm 14 verwendet. Die Antireflexionsfilme 14 werden jeweils an einer Stelle in einer ungefähr gleichen Entfernung von der Öffnung 15 gebildet, die in der Isolierschicht 2 geschaffen sind (siehe Fig. 42). Obwohl nicht dargestellt, kann ein dünner Deckfilm vollständig auf den Oberflächen der polykristallinen Siliziumschicht 13 und dem Antireflexionsfilm 14 gebildet sein, um die Oberflächen vor einer Deformierung beim Rekristallisationsprozeß zu schützen. Die Öffnung 15 wird mit Polysilizium aufgefüllt, das einen nicht- monokristallinen Halbleiter darstellt. Die Kristallorientierung der zu rekristallisierenden polykristallinen Siliziumschicht 13 wird daher auf der Basis des monokristallinen Siliziumsubstrats 1 gesteuert.As shown in FIGS. 42 and 43, an insulating layer 2 made of a silicon oxide film is formed on the surface of a monocrystalline silicon substrate 1 . An opening 15 is formed in a predetermined area of the insulating layer 2 . The opening 15 forms a seed area. A non-monocrystalline semiconductor layer, in other words a polycrystalline silicon layer 13 , is formed on the surface of the insulating layer 2 and inside the opening 15 . Antireflection films 14 having a predetermined shape are also formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 13 . For example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is used as the anti-reflection film 14 . The antireflection films 14 are each formed at a location approximately the same distance from the opening 15 created in the insulating layer 2 (see Fig. 42). Although not shown, a thin cover film may be entirely formed on the surfaces of the polycrystalline silicon layer 13 and the anti-reflective film 14 to protect the surfaces from being deformed in the recrystallization process. The opening 15 is filled with polysilicon, which is a non-monocrystalline semiconductor. The crystal orientation of the polycrystalline silicon layer 13 to be recrystallized is therefore controlled on the basis of the monocrystalline silicon substrate 1 .

Die Reflektivität des Siliziumnitridfilms, der den Antireflexionsfilm 14 bildet, gibt in Abhängigkeit von seiner Dicke periodisch einen Maximalwert und 0 an. Indem man diesen Effekt vorteilhaft nutzt, wird ein Siliziumnitridfilm für den Antireflexionsfilm mit einer Dicke verwendet, der eine Reflektivität von 0 ergibt. In Übereinstimmung mit diesem Beispiel wird ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von etwa 60 nm als Antireflexionsfilm 14 benutzt. Daher weisen die in den Fig. 42 und 43 dargestellten Antireflexionsfilme 14, die selektiv auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 13 gebildet sind, für das Laserlicht 70 eine Reflektivität Null auf, absorbieren also mit anderen Worten fast das gesamte einfallende Licht. Demgegenüber beträgt die Reflektivität für das Laserlicht 70 im Bereich, indem die Dicke des Antireflexionsfilms 14 gleich 0 ist, mit anderen Worten im Bereich, wo die Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 13 freiliegt, etwa 40%. Das bewirkt, daß das auf die gesamte Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 13 eingestrahlte Laserlicht im unteren Bereich des Antireflexionsfilms 14 mehr absorbiert und der Bereich auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird. Das benutzte Laserlicht weist eine Wellenlänge von etwa 488 nm auf und der Strahldurchmesser liegt im Bereich von 120- 180 µm. Für die Isolierschicht 2 wird ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke im Bereich von 1-3 µm benutzt. Die als nicht-monokristalline Halbleiterschicht benutzte polykristalline Siliziumschicht 13 weist eine Dicke von ungefähr 0,6 µm auf. Die Breite des Antireflexionsfilms 14 beträgt etwa 5 µm und der Abstand zwischen den Filmen ca. 10 µm.The reflectivity of the silicon nitride film which forms the antireflection film 14 periodically indicates a maximum value and 0 depending on its thickness. By taking advantage of this effect, a silicon nitride film is used for the antireflection film with a thickness giving a reflectivity of 0. In accordance with this example, a silicon nitride film about 60 nm thick is used as the anti-reflection film 14 . Therefore, the anti-reflection films 14 shown in Figs. 42 and 43, which are selectively formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 13 , have zero reflectivity for the laser light 70 , that is, in other words, absorb almost all of the incident light. In contrast, the reflectivity for the laser light 70 is about 40% in the area where the thickness of the anti-reflection film 14 is 0, in other words, in the area where the surface of the polycrystalline silicon layer 13 is exposed. This has the effect that the laser light radiated onto the entire surface of the polycrystalline silicon layer 13 absorbs more in the lower region of the antireflection film 14 and the region is heated to a higher temperature. The laser light used has a wavelength of approximately 488 nm and the beam diameter is in the range of 120-180 µm. A silicon oxide film with a thickness in the range of 1-3 μm is used for the insulating layer 2 . The polycrystalline silicon layer 13 used as the non-monocrystalline semiconductor layer has a thickness of approximately 0.6 μm. The width of the antireflection film 14 is approximately 5 μm and the distance between the films is approximately 10 μm.

Das Laserlicht 70 bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, während es auf die Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 13 trifft. Die Temperatur der mit dem Laserlicht 70 bestrahlten polykristallinen Siliziumschicht 13 steigt und die Schicht schmilzt. Die Temperaturverteilung der polykristallinen Siliziumschicht 13 zu diesem Zeitpunkt ist in Fig. 46 dargestellt. Fig. 46 zeigt eine Temperaturverteilung zur Darstellung der Beziehung zwischen Stellen auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 13 und der Temperatur im Inneren. Wie aus der gezeigten Temperaturverteilung ersichtlich ist, ist die Temperatur im Inneren der polykristallinen Siliziumschicht 13 am unteren Bereich des Antireflexionsfilms 14 höher. Mit anderen Worten ist die Temperatur im Inneren der polykristallinen Siliziumschicht 13 höher als in der Umgebung der Öffnung 15.The laser light 70 moves at a constant speed while striking the surface of the polycrystalline silicon layer 13 . The temperature of the polycrystalline silicon layer 13 irradiated with the laser light 70 increases and the layer melts. The temperature distribution of the polycrystalline silicon layer 13 at this time is shown in FIG. 46. Fig. 46 shows a temperature distribution showing the relationship between locations on the surface of the polycrystalline silicon layer 13 and the temperature inside. As can be seen from the temperature distribution shown, the temperature in the interior of the polycrystalline silicon layer 13 at the lower region of the anti-reflection film 14 is higher. In other words, the temperature inside the polycrystalline silicon layer 13 is higher than in the vicinity of the opening 15 .

Wie in Fig. 44 dargestellt ist, kühlt die geschmolzene polykristalline Siliziumschicht 13 ab, nachdem das Laserlicht abgeschaltet ist, die Temperatur sinkt allmählich und die Rekristallisation (Verfestigung) beginnt im Bereich der niedrigeren Temperaturen. Wie in der Temperaturverteilung von Fig. 46 gezeigt ist, ist die Temperatur im Inneren der polykristallinen Siliziumschicht 13 in der Umgebung der Öffnung 15 niedrig, und im Abkühlungsprozeß wird die Rekristallisation der polykristallinen Siliziumschicht 13 ausgelöst durch den Abschnitt der polykristallinen Siliziumschicht 13, der die Öffnung 15 auffüllt und als Keimbereich 16 verwendet wird. Der Keimbereich 16 ist mit dem monokristallinen Siliziumsubstrat 1 verbunden. Daher erweitert sich ein monokristalliner Siliziumbereich 3a mit derselben Kristallorientierung wie das monokristalline Siliziumsubstrat 1 ausgehend vom Keimbereich 16 in seine Umgebung. As shown in Fig. 44, after the laser light is turned off, the molten polycrystalline silicon layer 13 cools, the temperature gradually drops, and the recrystallization (solidification) begins in the range of the lower temperatures. As shown in the temperature distribution of Fig. 46, the temperature inside the polycrystalline silicon layer 13 in the vicinity of the opening 15 is low, and in the cooling process, the recrystallization of the polycrystalline silicon layer 13 is triggered by the portion of the polycrystalline silicon layer 13 that defines the opening 15 fills and is used as the germ region 16 . The seed region 16 is connected to the monocrystalline silicon substrate 1 . Therefore, a monocrystalline silicon region 3 a with the same crystal orientation as the monocrystalline silicon substrate 1 extends into its surroundings, starting from the seed region 16 .

Wie in Fig. 45 gezeigt ist, ändert sich die vollständig rekristallisierte Schicht in eine homogene monokristalline Siliziumschicht 3. Die Antireflexionsfilme 14 werden dann entfernt.As shown in FIG. 45, the completely recrystallized layer changes into a homogeneous monocrystalline silicon layer 3 . The anti-reflection films 14 are then removed.

Wenn auf diese Weise eine monokristalline Halbleiterschicht erzeugt wird, weist der untere Abschnitt des Antireflexionsfilms eine höhere Temperatur auf und daher beginnt die Rekristallisation der polykristallinen Siliziumschicht von den Keimbereichen zwischen den Antireflexionsfilmen aus und schreitet in Richtung der unteren Abschnitte der Antireflexionsfilme fort. Das führt zur Kollision von Kristallen, die sich von einander gegenüberliegenden Seiten des Antireflexionsfilms entwickeln. Subkorngrenzen 31 treten an den Stellen auf, wo die sich entwickelnden Kristalle kollidieren (siehe Fig. 45).When a monocrystalline semiconductor layer is formed in this way, the lower portion of the antireflection film has a higher temperature and therefore the recrystallization of the polycrystalline silicon layer starts from the seed regions between the antireflection films and proceeds in the direction of the lower sections of the antireflection films. This leads to the collision of crystals that develop from opposite sides of the anti-reflection film. Sub-grain boundaries 31 occur at the places where the developing crystals collide (see Fig. 45).

Obwohl jeder Halbleiterschichtabschnitt zwischen den Antireflexionsfilmen monokristallin ist, sind ihre Kristallorientierungen genau genommen etwas gegeneinander verschoben, weil benachbarte Halbleiterschichten mit Antireflexionsfilmen dazwischen getrennt voneinander als Kristalle wachsen. Als Grenzabschnitt werden Subkorngrenzen 31 gebildet. Solche Subkorngrenzen 31 treten unter den Antireflexionsfilmen auf und daher können ihre Positionen gesteuert werden. Selbst wenn die Rekristallisation ausgeführt wird, ohne die Keimbereiche (Öffnungen) zu bilden, werden die Halbleiterschichtabschnitte zwischen den Antireflexionsfilmen in Einkristalle umgewandelt. Weil in diesem Fall jedoch nichts die Orientierung des Einkristalls definiert, weisen die benachbarten Halbleiterschichten mit den Antireflexionsfilmen dazwischen jedoch unterschiedliche Kristallorientierungen auf. Genauer gesagt werden die Grenzen unter den Antireflexionsfilmen als Korngrenzen gebildet.Although each section of semiconductor layer between the anti-reflection films is monocrystalline, their crystal orientations are actually somewhat shifted from each other because neighboring semiconductor layers with anti-reflection films in between grow separately as crystals. Sub-grain boundaries 31 are formed as the boundary section. Such sub-grain boundaries 31 appear under the anti-reflection films and therefore their positions can be controlled. Even if the recrystallization is carried out without forming the seed regions (openings), the semiconductor layer portions between the antireflection films are converted into single crystals. However, since nothing defines the orientation of the single crystal in this case, the adjacent semiconductor layers with the antireflection films therebetween have different crystal orientations. More specifically, the boundaries under the anti-reflection films are formed as grain boundaries.

Effekte, die solche Korngrenzen oder Subkorngrenzen auf die Eigenschaften aktiver Bauelemente haben, die in jener monokristallinen Siliziumschicht gebildet sind, werden im "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 22, 1983, Supplement 22-1, S. 217-221 oder in "Extended Abstracts of the 17th Conference on Solid State Devices and Materials", Tokyo, 1985, S. 147-150 beschrieben. Nach den Druckschriften wird ein Anstieg des Leckstroms etc. bei Anwesenheit von Korngrenzen im Kanalbereich eines MOS- Feldeffekttransistors induziert. Der aktive Bereich eines Transistors ist daher so definiert, daß er die Existenz der Korngrenzen oder Subkorngrenzen im Kanalbereich eines MOS- Feldeffekttransistors nach "IEEE Electron Device Letter", Vol. EDL- 7, No. 3, März 1986, S. 193-195 ausschließt. Wie später beschrieben wird, wird genauer gesagt ein Siliziumnitridfilm 181 so gemustert, daß er einen Bereich von Subkorngrenzen 31 in einer monokristallinen Siliziumschicht 3 ausschließt, wie in Fig. 50 gezeigt ist. Ein aktiver Bereich wird in einem Abschnitt der monokristallinen Siliziumschicht 3 gebildet, der frei von Subkorngrenzen unter dem Siliziumnitridfilm 181 ist.Effects that such grain boundaries or subgrain boundaries have on the properties of active devices formed in that monocrystalline silicon layer are described in "Japanese Journal of Applied Physics", vol. 22, 1983, supplement 22-1, pp. 217-221 or in "Extended Abstracts of the 17th Conference on Solid State Devices and Materials", Tokyo, 1985, pp. 147-150. According to the documents, an increase in the leakage current etc. is induced in the presence of grain boundaries in the channel region of a MOS field-effect transistor. The active region of a transistor is therefore defined in such a way that it defines the existence of the grain boundaries or sub-grain boundaries in the channel region of a MOS field effect transistor according to "IEEE Electron Device Letter", vol. EDL-7, no. 3, March 1986, pp. 193-195. Specifically, as will be described later, a silicon nitride film 181 is patterned to exclude a range of sub-grain boundaries 31 in a monocrystalline silicon layer 3 , as shown in FIG. 50. An active region is formed in a portion of the monocrystalline silicon layer 3 that is free of sub-grain boundaries under the silicon nitride film 181 .

Es hat sich herausgestellt, daß das Vorhandensein von Subkorngrenzen oder Korngrenzen keine nachteilige Auswirkung auf die Eigenschaften aktiver Bauelemente hat, selbst wenn Subkorngrenzen oder Korngrenzen an anderen Stellen als in einem Kanalbereich existieren, z. B. in einem Source-/Drain-Bereich, weil der Widerstand der Source-/Drain- Bereich mit Störstellen hoher Konzentration reduziert ist, vorausgesetzt, daß Subkorngrenzen oder Korngrenzen nicht am pn- Übergang existieren.It has been found that the presence of sub-grain boundaries or grain boundaries have no adverse effect on properties active components, even if there are sub-grain boundaries or grain boundaries exist at locations other than in a channel area, e.g. B. in a source / drain area because the resistance of the source / drain Area with impurities of high concentration is reduced, provided that sub-grain boundaries or grain boundaries are not at the pn- Transition exist.

Die Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht 3, die durch ein Schmelzrekristallisationsverfahren unter Verwendung eines solchen Antireflexionsfilms wie oben beschrieben erzeugt wird, ist wellenförmig und rauh abgestuft, wie in Fig. 45 dargestellt ist. Fig. 47 zeigt eine graphische Darstellung des Meßergebnisses für die Oberflächenrauheit der in Fig. 45 gezeigten monokristallinen Siliziumschicht 3. Die Messung stellt einen Fall dar, bei dem die Dicke der rekristallisierten Halbleiterschicht 550 nm beträgt. In diesem Fall betragen die Stufen und Einbuchtungen der Oberfläche bis zu ±60 nm (±0,06 µm) oder mehr. Die Oberfläche der rekristallisierten monokristallinen Siliziumschicht 3 ist wellig und abgestuft, weil die Oberfläche der geschmolzenen polykristallinen Siliziumschicht 13 teilweise mit den Antireflexionsfilmen 14 bedeckt ist. Wenn die polykristalline Siliziumschicht 13 rekristallisiert wird, weist genauer gesagt die Schicht unter dem Antireflexionsfilm 14 eine höhere Temperatur als der Bereich zwischen den Antireflexionsfilmen 14 auf. Daher verfestigt sich der Bereich zwischen den Antireflexionsfilmen 14 zuerst und der untere Bereich der Antireflexionsfilme 14 erst später. Je höher die Temperatur der Schmelze ist, desto geringer wird ihre Oberflächenspannung, und daher nimmt bei der Verfestigung der monokristallinen Siliziumschicht 3 der sich zuerst verfestigende Abschnitt 3a eine abgestufte Form an, während der sich später verfestigende Abschnitt 3b eine eingebuchtete Form erhält, wie in Fig. 45 dargestellt ist. In der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht 3 werden Stufen und Einbuchtungen entsprechend den Positionen der Antireflexionsfilme 14 erzeugt, wie in Fig. 45 gezeigt ist. Die Breite des Antireflexionsfilms 14 beträgt etwa 5 µm mit einem Abstand der Filme von ca. 10 µm, so daß die Einbuchtung oder Stufe etwa alle 15 µm auftritt. Die Bildung solcher Einbuchtungen und Stufen in der Oberfläche führt zu verschiedenen Schwierigkeiten beim Prozeß zur Bildung aktiver Bauelemente auf der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht 3. Das resultiert in ungleichmäßigen Leistungen, die von den Bauelementen erzielt werden.The surface of the monocrystalline silicon layer 3 , which is produced by a melt recrystallization method using such an anti-reflection film as described above, is wavy and roughly graded, as shown in Fig. 45. FIG. 47 shows a graphical representation of the measurement result for the surface roughness of the monocrystalline silicon layer 3 shown in FIG. 45. The measurement represents a case in which the thickness of the recrystallized semiconductor layer is 550 nm. In this case, the steps and indentations of the surface are up to ± 60 nm (± 0.06 µm) or more. The surface of the recrystallized monocrystalline silicon layer 3 is wavy and graded because the surface of the melted polycrystalline silicon layer 13 is partially covered with the anti-reflection films 14 . More specifically, when the polycrystalline silicon layer 13 is recrystallized, the layer under the antireflection film 14 has a higher temperature than the area between the antireflection films 14 . Therefore, the area between the antireflection films 14 solidifies first and the lower area of the antireflection films 14 later. The higher the temperature of the melt, the lower its surface tension, and therefore when the monocrystalline silicon layer 3 solidifies, the first solidifying section 3 a assumes a stepped shape, while the later solidifying section 3 b acquires an indented shape, such as 45 is shown in FIG . In the surface of the monocrystalline silicon layer 3 , steps and indentations are generated corresponding to the positions of the anti-reflection films 14 , as shown in FIG. 45. The width of the antireflection film 14 is approximately 5 μm with a distance between the films of approximately 10 μm, so that the indentation or step occurs approximately every 15 μm. The formation of such indentations and steps in the surface leads to various difficulties in the process of forming active components on the surface of the monocrystalline silicon layer 3 . This results in uneven performances that are achieved by the components.

Es ist bekannt, daß bei der Bildung von Bauelementen auf einer solchen monokristallinen Siliziumschicht auf einer Isolatorschicht die Verminderung der Dicke der Halbleiterschicht auf 0,1 µm oder weniger die Leistung der Bauelemente ansteigt. Die Filmdicke kann jedoch nicht reduziert werden, wenn die Stufen und Einbuchtungen wie oben beschrieben auf der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht vorhanden sind.It is known that in the formation of components on a such a monocrystalline silicon layer on an insulator layer the reduction in the thickness of the semiconductor layer to 0.1 µm or less the performance of the components increases. The film thickness can however not be reduced if the steps and indentations like described above on the surface of the monocrystalline Silicon layer are present.

Polieren der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht kann als Möglichkeit zur Verminderung der oben beschriebenen Stufen und Einbuchtungen der Oberflächen ausgeführt werden. Insbesondere ist ein kräftiges Polierverfahren, das ein hartes Schleifmittel, wie z. B. SiO2, als Polierscheibe verwendet, unter den verschiedenen Verfahren zur Verminderung der Oberflächenstufen und -einbuchtungen vorherrschend. Wenn eine monokristalline Siliziumschicht durch dieses kräftige Polierverfahren poliert worden ist, wird durch Beobachtungen mit einem optischen Mikroskop und Rasterelektronenmikroskop bestätigt, daß die Stufen und Einbuchtungen der monokristallinen Siliziumschicht jeweils auf eine Größe reduziert worden sind, die nur noch mehrere nm und weniger beträgt, und daher die Form einer Spiegeloberfläche annehmen.Polishing the surface of the monocrystalline silicon layer can be carried out as a way of reducing the steps and indentations of the surfaces described above. In particular, a vigorous polishing process that uses a hard abrasive such. B. SiO 2 , used as a polishing pad, prevailing among the various methods for reducing the surface levels and indentations. When a monocrystalline silicon layer has been polished by this vigorous polishing process, observations with an optical microscope and scanning electron microscope confirm that the steps and indentations of the monocrystalline silicon layer have each been reduced to a size that is only several nm and less, and therefore take the form of a mirror surface.

Selbst wenn aktive Bauelemente in einer monokristallinen Siliziumschicht gebildet werden, so daß keine Korngrenzen oder Subkorngrenzen im aktiven Bereich existieren, wie oben beschrieben ist, sind die Eigenschaften der aktiven Bauelemente jedoch weiter signifikant ungleichmäßig. Es wurden daher Untersuchungen der Kristalleigenschaften einer monokristallinen Siliziumschicht nach einem üblichen Prozeß zur Bildung aktiver Bauelemente vorgenommen, und die Erfinder fanden neue Defekte im Kristall, die unmittelbar nach der Bildung der monokristallinen Siliziumschicht nicht entdeckt worden waren.Even if active components in a monocrystalline Silicon layer are formed so that no grain boundaries or Sub-grain boundaries exist in the active area as described above However, the properties of the active components are wider significantly uneven. Therefore, studies of the Crystal properties of a monocrystalline silicon layer a usual process for forming active components, and the inventors found new defects in the crystal that immediately not discovered after the formation of the monocrystalline silicon layer had been.

Die Fig. 48-58 zeigen Teilquerschnitte der Schritte in ihrer Reihenfolge bei einem Herstellungsverfahren für einen CMOS- Transistor, der eine SOI-Struktur verwendet. Unter Bezugnahme auf diese Figuren erfolgt nun die Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines MOS-Transistors, der eine SOI-Struktur verwendet, und der zugehörigen Probleme. Figs. 48-58 show partial cross sections of the steps in their order in a manufacturing process for a CMOS transistor using an SOI structure. With reference to these figures, a description will now be given of a method of forming a MOS transistor using an SOI structure and the related problems.

In Fig. 48 ist der Zustand einer monokristallinen Siliziumschicht mit SOI-Struktur unmittelbar nach ihrer Bildung gezeigt. Auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat 1 ist eine Isolierschicht 2 aus SiO2 gebildet. Auf der Isolierschicht 2 ist eine monokristalline Siliziumschicht 3 geschaffen. Subkorngrenzen 31 existieren auf der monokristallinen Siliziumschicht 3 in konstanten Abständen, wie oben beschrieben worden ist.In Fig. 48, the state is a monocrystalline silicon layer of SOI structure shown immediately after its formation. An insulating layer 2 made of SiO 2 is formed on a monocrystalline silicon substrate 1 . A monocrystalline silicon layer 3 is created on the insulating layer 2 . Sub-grain boundaries 31 exist on the monocrystalline silicon layer 3 at constant intervals, as has been described above.

Wie in Fig. 49 dargestellt ist, wird auf der monokristallinen Siliziumschicht 3 mittels thermischer Oxidation ein Oxidfilm 17 geschaffen. Der Oxidfilm 17 wird gebildet, um die Oberflächendefekte der monokristallinen Siliziumschicht 3 zu entfernen. Der Oxidfilm 17 wird auch als unterlagernder Oxidfilm bei der Schaffung von Elementisolierbereichen in einem nachfolgenden Schritt benutzt. Auf der gesamten Oberfläche des Oxidfilms 17 wird dann ein Siliziumnitridfilm 18 mittels eines CVD-Verfahrens (Abscheidung aus der Dampfphase) gebildet. Die Dicke des Oxidfilms 17 und des Siliziumnitridfilms 18 beträgt 50 nm bzw. 100 nm.As shown in FIG. 49, an oxide film 17 is created on the monocrystalline silicon layer 3 by means of thermal oxidation. The oxide film 17 is formed to remove the surface defects of the monocrystalline silicon layer 3 . The oxide film 17 is also used as an underlying oxide film in creating element isolation regions in a subsequent step. A silicon nitride film 18 is then formed on the entire surface of the oxide film 17 by means of a CVD process (deposition from the vapor phase). The thickness of the oxide film 17 and the silicon nitride film 18 is 50 nm and 100 nm, respectively.

Wie in Fig. 50 gezeigt ist, wird durch ein Photolithographieverfahren Photolack 45 nur auf dem Elementbereich gebildet. Der Siliziumnitridfilm 18 wird dann unter Verwendung des gemusterten Photolackfilms 45 als Maske entfernt, wodurch ein Siliziumnitridfilm 181 zurückbleibt.As shown in Fig. 50, photoresist 45 is formed only on the element region by a photolithography method. The silicon nitride film 18 is then removed using the patterned photoresist film 45 as a mask, leaving a silicon nitride film 181 .

Wie in Fig. 51 dargestellt ist, wird Photolack in einem PMOS- Transistorbereich geschaffen. Unter Verwendung der Photolackfilme 42 und 45 als Masken werden Borionen (B) in die monokristalline Siliziumschicht 3 durch den Oxidfilm 17 implantiert. Die Menge der zu diesem Zeitpunkt implantierten Borionen beträgt etwa 3 * 1013 cm-2.As shown in Fig. 51, photoresist is created in a PMOS transistor area. Using the photoresist films 42 and 45 as masks, boron ions (B) are implanted in the monocrystalline silicon layer 3 through the oxide film 17 . The amount of boron ions implanted at this time is about 3 * 10 13 cm -2 .

Wie in Fig. 52 gezeigt ist, wird nach der Entfernung der Photolackfilme 42 und 45 durch thermische Oxidation unter Verwendung des Siliziumnitridfilms 181 als Maske ein dicker Oxidfilm 171 geschaffen. Gleichzeitig wird im Bereich, wo die Borionen implantiert worden sind, ein p⁺-Störstellenbereich 33 als Kanalabschneideschicht gebildet.As shown in Fig. 52, after removing the resist films 42 and 45 by thermal oxidation using the silicon nitride film 181 as a mask, a thick oxide film 171 is created. At the same time, a p⁺ impurity region 33 is formed as a channel cutting layer in the area where the boron ions have been implanted.

Wie in Fig. 53 dargestellt ist, wird nach der Entfernung des Siliziumnitridfilms 181 Photolack 4 nur im Bereich zur Schaffung eines PMOS-Transistors gebildet. Unter Verwendung des Photolackfilms 4 als Maske werden Borionen in die monokristalline Siliziumschicht 39 im Bereich zur Schaffung eines NMOS-Transistors implantiert.As shown in FIG. 53, after the silicon nitride film 181 is removed, photoresist 4 is formed only in the area for creating a PMOS transistor. Using the photoresist film 4 as a mask, boron ions are implanted in the monocrystalline silicon layer 39 in the area to create an NMOS transistor.

Damit wird ein p--Bereich 34 gebildet, wie in Fig. 54 gezeigt ist. Unter Verwendung des Photolackfilms als Maske 4, der nur im NMOS- Transistorbereich gebildet ist, werden Phosphorionen (P) in die monokristalline Siliziumschicht 39 im PMOS-Transistorbereich implantiert. Die Menge der zu diesem Zeitpunkt zu implantierenden Bor- und Phosphorionen wird in Abhängigkeit von den Schwellenspannungen bestimmt, die für die NMOS- bzw. PMOS- Transistoren eingestellt werden sollen.A p - region 34 is thus formed, as shown in FIG. 54. Using the photoresist film as mask 4 , which is formed only in the NMOS transistor region, phosphorus ions (P) are implanted in the monocrystalline silicon layer 39 in the PMOS transistor region. The amount of boron and phosphorus ions to be implanted at this time is determined as a function of the threshold voltages that are to be set for the NMOS and PMOS transistors.

Wie in Fig. 55 gezeigt ist, wird ein n--Bereich 35 geschaffen. Nach der Entfernung des Photolackfilms 4 wird der Oxidfilm 17 entfernt. Dann wird ein Gate-Oxidfilm 51 geschaffen. Die Dicke des Gate- Oxidfilms beträgt mehrere 10 nm. Durch ein CVD-Verfahren wird eine polykristalline Siliziumschicht für eine Gate-Elektrode mit einer Dicke von etwa 300 nm gebildet. Die polykristalline Siliziumschicht wird mit Störstellen dotiert, um ihren Widerstand zu senken. Dann wird die polykristalline Siliziumschicht unter Verwendung eines gemusterten Photolackfilms 44 als Maske selektiv entfernt. Dadurch wird eine Gate-Elektrode 61 geschaffen.As shown in FIG. 55, an n - region 35 is created. After the removal of the photoresist film 4 , the oxide film 17 is removed. Then, a gate oxide film 51 is created. The thickness of the gate oxide film is several 10 nm. A polycrystalline silicon layer for a gate electrode with a thickness of approximately 300 nm is formed by a CVD method. The polycrystalline silicon layer is doped with impurities in order to lower its resistance. Then the polycrystalline silicon layer is selectively removed using a patterned photoresist film 44 as a mask. This creates a gate electrode 61 .

Wie in Fig. 56 gezeigt ist, wird Photolack 42 nur im PMOS- Transistorbereich gebildet. Unter Verwendung der Photolackfilme 42 und 44 als Masken werden Arsenionen (As) in die Source- und Drain- Bildungsbereiche eines NMOS-Transistors implantiert.As shown in Fig. 56, photoresist 42 is formed only in the PMOS transistor region. Using photoresist films 42 and 44 as masks, arsenic ions (As) are implanted in the source and drain formation regions of an NMOS transistor.

Wie in Fig. 57 dargestellt ist, wird ein Photolackfilm 4 nur im Bereich des NMOS-Transistors gebildet, in dem ein n⁺- Störstellenbereich 36 als Source- und Drain-Bereich geschaffen ist. Unter Verwendung des Photolackfilms 4 als Maske werden Borionen (B) in den Source-/Drain-Bildungsbereich eines PMOS-Transistors implantiert.As shown in Fig. 57, a photoresist film 4 is formed only in the area of the NMOS transistor, in which an n + impurity region 36 is created as the source and drain region. Using the photoresist film 4 as a mask, boron ions (B) are implanted in the source / drain formation region of a PMOS transistor.

Schließlich wird ein p⁺-Störstellenbereich 37 als Source-/Drain- Bereich geschaffen, wie in Fig. 58 gezeigt ist. Nach der Entfernung des Photolackfilms 4 wird auf der gesamten Oberfläche ein Zwischenschichtisolierfilm 7 gebildet. Nachdem der Zwischenschichtisolierfilm 7 mit Kontaktlöchern versehen worden ist, wird eine Metallverdrahtungsschicht 8 geschaffen, die elektrisch in Kontakt mit dem jeweiligen Source- und Drain-Bereich ist. In einer Einrichtung mit SOI-Struktur wird eine sogenannte Mehrschicht- Verdrahtungsstruktur üblicherweise durch Bildung zusätzlicher Isolier- und Verdrahtungsschichten geschaffen. Finally, a p⁺ impurity region 37 is created as the source / drain region, as shown in FIG. 58. After the removal of the photoresist film 4 , an interlayer insulating film 7 is formed on the entire surface. After the interlayer insulating film 7 has been provided with contact holes, a metal wiring layer 8 is created which is electrically in contact with the respective source and drain regions. In a device with an SOI structure, a so-called multi-layer wiring structure is usually created by forming additional insulation and wiring layers.

Es ist ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung mit einer SOI-Struktur beschrieben worden. In den Fig. 59 und 60 ist das Ergebnis der Untersuchung der SOI-Kristalleigenschaften bei diesem Herstellungsprozeß dargestellt. Fig. 59 zeigt das Untersuchungsergebnis des Erfinders auf der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht 3 beim in Fig. 48 gezeigten Prozeß. Wie oben beschrieben worden ist, werden Kristalldefekte mit Ausnahme von Subkorngrenzen 31, deren Position so gesteuert wird, daß sie unter den Antireflexionsfilmen liegen, kaum beobachtet. Die Dichte der Kristalldefekte ist gleich oder kleiner als 104 cm-2 und ist damit ungefähr gleich wie bei einem monokristallinen Siliziumsubstrat üblicher Größe. Demgegenüber zeigt Fig. 60 das Beobachtungsergebnis auf der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht 3 unmittelbar nachdem der Oxidfilm 17 durch den in Fig. 49 gezeigten Prozeß auf der monokristallinen Siliziumschicht 3 gebildet worden ist. Wie aus Fig. 60 ersichtlich ist, werden mehrere Kristalldefekte 19, die sich in bestimmter Richtung ausgehend von den Subkorngrenzen 31 erstrecken, neu erzeugt.A manufacturing method for a semiconductor device having an SOI structure has been described. In Figs. 59 and 60, the result of the investigation of the SOI crystal properties is shown in this fabrication process. FIG. 59 shows the investigation result of the inventor on the surface of the monocrystalline silicon layer 3 in the process shown in FIG. 48. As described above, crystal defects are hardly observed except for sub-grain boundaries 31 , the position of which is controlled to be under the anti-reflection films. The density of the crystal defects is equal to or less than 10 4 cm -2 and is therefore approximately the same as that of a conventional size monocrystalline silicon substrate. In contrast, FIG. 60 shows the observation result on the surface of the monocrystalline silicon layer 3 immediately after the oxide film 17 has been formed on the monocrystalline silicon layer 3 by the process shown in FIG. 49. As can be seen from FIG. 60, a plurality of crystal defects 19 , which extend in a certain direction starting from the sub-grain boundaries 31 , are newly generated.

Die Erfinder haben ermittelt, daß derartige neue Kristalldefekte sowohl bei der Wärmebehandlung (Glühen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre) unmittelbar nach der Bildung einer monokristallinen Siliziumschicht als auch bei der Oxidation der monokristallinen Siliziumschicht ausgehend von den Subkorngrenzen oder den Korngrenzen erzeugt werden. Die Defekte, wie sie in Fig. 60 gezeigt sind, werden entlang der Orientierung <110< (oder <111<) erzeugt. Es ist gezeigt worden, daß bei der Oxidation der monokristallinen Siliziumschicht mehr Defekte als bei der Wärmebehandlung erzeugt werden. Die Defekte werden in Linienform gebildet, wie in Fig. 60 gezeigt ist. Die Defektdichte beträgt etwa 3 * 105 cm-2, wenn die Schicht einer Oxidation unterworfen wird, und ungefähr 10-4 cm-2, wenn die Schicht wärmebehandelt wird. Das zeigt, daß die neuen Kristalldefekte aus der Bewegung von Punktdefekten resultieren, wie z. B. überschüssigem Silizium oder Gitterfehlstellen, die in den Korngrenzen oder Subkorngrenzen existieren, unmittelbar nach der Bildung der monokristallinen Siliziumschicht im Zusammenwirken mit Spannungen, die beim Oxidations- oder Glühvorgang ausgeübt werden (Defekte, die als Punktdefekte existieren oder Ebenen geschichteter Versetzungsdefekte bilden). Das Auftreten solcher Kristalldefekte führt zu signifikant uneinheitlichen Eigenschaften der aktiven Bauelemente. Beispielsweise wird die Schwellenspannung (Vth) oder das Stromtreibungsvermögen etc. eines MOS-Transistors durch die Existenz von Kristalldefekten erhöht. Durch die Bildung solcher Defekte quer zum Kanalbereich diffundieren die Störstellen entlang des Defekts, was zu einem kritischen Defekt der Source-/Drain- Leitung führt. Das verursacht eine Fehlfunktion des MOS-Transistors. Es ist daher notwendig, die Bildung solcher Defekte zu verhindern, um eine größere Leistungsfähigkeit der aktiven Bauelemente mit SOI- Struktur zu erzielen.The inventors have determined that such new crystal defects are generated both in the heat treatment (annealing in a non-oxidizing atmosphere) immediately after the formation of a monocrystalline silicon layer and in the oxidation of the monocrystalline silicon layer starting from the sub-grain boundaries or the grain boundaries. The defects as shown in Fig. 60 are generated along the orientation <110 <(or <111 <). It has been shown that more defects are generated in the oxidation of the monocrystalline silicon layer than in the heat treatment. The defects are formed in a line shape as shown in FIG. 60. The defect density is about 3 * 10 5 cm -2 when the layer is subjected to oxidation and about 10 -4 cm -2 when the layer is heat treated. This shows that the new crystal defects result from the movement of point defects, e.g. B. excess silicon or lattice defects that exist in the grain boundaries or sub-grain boundaries, immediately after the formation of the monocrystalline silicon layer in conjunction with stresses that are exerted during the oxidation or annealing process (defects that exist as point defects or form layers of layered dislocation defects). The occurrence of such crystal defects leads to significantly non-uniform properties of the active components. For example, the threshold voltage (Vth) or current driving ability, etc. of a MOS transistor is increased by the existence of crystal defects. Due to the formation of such defects across the channel area, the impurities diffuse along the defect, which leads to a critical defect in the source / drain line. This causes the MOS transistor to malfunction. It is therefore necessary to prevent the formation of such defects in order to achieve a higher performance of the active components with an SOI structure.

(A), (B) und (C) in Fig. 61 sind Draufsichten entsprechend den Fig. 49, 52 bzw. 58. Die Fig. 49, 52 und 58 zeigen Querschnitte entlang der Linien X-X in (A), (B) bzw. (C) von Fig. 61. Wie in (A) von Fig. 61 gezeigt ist, wird beobachtet, daß eine große Zahl von Kristalldefekten 19 neu gebildet wird, die sich in einer festen Richtung ausgehend von den Subkorngrenzen 31 erstrecken. Wenn anschließend ein dicker Isolierfilm 171 in einem Bereich gebildet wird, der eine monokristalline Siliziumschicht 39 in einem MOS- Transistorbereich umgibt, wie in (B) von Fig. 61 dargestellt ist, werden die Subkorngrenzen in den Isolieroxidfilm eingebracht. Die Kristalldefekte 19 wachsen jedoch durch eine Wärmebehandlung und bleiben in der monokristallinen Siliziumschicht 39 im MOS- Transistorbereich. Nachdem schließlich eine Gate-Elektrode 61 sowie ein n⁺-Störstellenbereich 36 und ein p⁺-Störstellenbereich 37 als Source-/Drain-Bereiche gebildet worden sind, bleiben die Kristalldefekte 19 und erstrecken sich in den Source-/Drain- Bereichen und dem Kanalbereich.(A), (B) and (C) in Fig. 61 are plan views corresponding to Figs. 49, 52 and 58, respectively. Figs. 49, 52 and 58 show cross sections along lines XX in (A), (B) and (C) of Fig. 61. As shown in (A) of Fig. 61, it is observed that a large number of crystal defects 19 are newly formed which extend in a fixed direction from the sub-grain boundaries 31 . Subsequently, when a thick insulating film 171 is formed in an area surrounding a monocrystalline silicon layer 39 in a MOS transistor area, as shown in (B) of Fig. 61, the sub-grain boundaries are introduced into the insulating oxide film. However, the crystal defects 19 grow through a heat treatment and remain in the monocrystalline silicon layer 39 in the MOS transistor region. After a gate electrode 61 and an n + impurity region 36 and a p + impurity region 37 have finally been formed as source / drain regions, the crystal defects 19 remain and extend in the source / drain regions and the channel region .

Darüber hinaus haben die Erfinder ermittelt, daß neue Kristalldefekte 19 ähnlich den in Fig. 60 gezeigten mit den Subkorngrenzen 31 als Startpunkt erzeugt werden, wenn die monokristalline Siliziumschicht 3 zur Verminderung der Stufen und Einbuchtungen in der Oberfläche unmittelbar nach der Bildung der monokristallinen Siliziumschicht 3 poliert wird, wie in Fig. 48 gezeigt ist. Diese Defekte werden vor dem Polieren der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht nicht beobachtet. Daher werden sie beim Polieren erzeugt. Die Defekte erhöhen nicht nur die Uneinheitlichkeit der Bauelementeigenschaften, wie z. B. Stromtreibungsvermögen, Schwellenspannung etc., sondern verursachen auch kritische Defekte wie den Anstieg des Leckstroms.Moreover, the inventors have found that new crystal defects 19 similar to those shown in Fig. 60 are generated with the sub-grain boundaries 31 as the starting point, when the monocrystalline silicon layer 3 immediately polished to reduce the steps and indentations in the surface after the formation of the monocrystalline silicon layer 3 as shown in Fig. 48. These defects are not observed before the surface of the monocrystalline silicon layer is polished. Therefore, they are created during polishing. The defects not only increase the non-uniformity of the component properties, such as. B. current driving ability, threshold voltage, etc., but also cause critical defects such as the increase in leakage current.

Wie oben beschrieben worden ist, führen die erzeugten Kristalldefekte, die sich von den Subkorngrenzen aus erstrecken und in der Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur zurückbleiben, zu folgenden Effekten. Wenn z. B. integrierte Speicherzellen in der Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur gebildet werden, können nicht alle Speicherzellen dieselbe Kennlinie erfüllen. Die Betriebsgeschwindigkeit der Speicherzellen ist nicht einheitlich, und es existieren Speicherzellen mit niedrigerer Betriebsgeschwindigkeit als die Spezifikation angibt. Das verschlechtert die Produktionsausbeute für die Halbleitereinrichtungen.As has been described above, the generated ones Crystal defects extending from the sub-grain boundaries and remain in the semiconductor device with SOI structure, too following effects. If e.g. B. integrated memory cells in the Semiconductor devices with an SOI structure cannot be formed all memory cells meet the same characteristic. The Operating speed of the memory cells is not uniform, and there are lower memory cells Operating speed as the specification indicates. The worsens the production yield for the Semiconductor devices.

Wenn z. B. die Einrichtung ein Speicher ist, der in einem Computer benutzt werden soll, wird es wegen der Unterschiede in den Kennlinien der verschiedenen Transistoren unmöglich, die gespeicherten Daten aus dem Speicher exakt auszulesen. Obwohl die Speicherzellen in einem gewissen Umfang funktionsfähig sind, ist die Leistungsfähigkeit gering und die Betriebsgeschwindigkeit von Produkten mit solchen Einrichtungen niedrig. If e.g. B. the device is a memory in a computer should be used, it will be because of the differences in the Characteristic curves of the various transistors impossible read the stored data from the memory exactly. Although the Memory cells are functional to a certain extent Efficiency low and the operating speed of Products with such facilities are low.  

Aus der EP 0 179 719 A1 ist ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung bekannt, bei dem eine Siliziumdioxyd­ schicht auf einem SOS-Substrat gebildet wird. Auf der Oxidations­ schicht wird eine rekristallisierte, monokristalline Halbleiter­ schicht gebildet, wobei Bereiche der monokristallinen Halblei­ terschicht selektiv entfernt werden, in denen mechanische Span­ nungen aufgrund einer Fehlanpassung der Atomstruktur aufgetreten sind. Dadurch werden inselförmige Bereiche erzeugt. Auf den in­ selförmigen monokristallinen Halbleiterschichten können aktive Bauelemente gebildet werden.EP 0 179 719 A1 describes a production method for a Semiconductor device known in which a silicon dioxide layer is formed on an SOS substrate. On the oxidation layer becomes a recrystallized, monocrystalline semiconductor layer formed, areas of the monocrystalline semi-lead The layer can be removed selectively, in which mechanical chip due to a mismatch in the atomic structure are. This creates island-shaped areas. On the in Self-shaped monocrystalline semiconductor layers can be active Components are formed.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung vorzusehen, mit dem eine Halbleitereinrichtung hergestellt werden kann, bei dem in einem aktiven Bereich keine Subkorngrenzen vorhanden sind, ins­ besondere sollen Kristalldefekte in einer SOI-Struktur verhin­ dert werden.It is therefore an object of the present invention to provide a method to provide for the production of a semiconductor device with which a semiconductor device can be manufactured in which in there are no sub-grain boundaries in an active area, ins crystal defects in an SOI structure are said to be special be changed.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.This problem is solved by a method with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Preferred embodiments of the invention result from the Subclaims.  

Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für die Halbleitereinrichtung wird das aktive Bauelement in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht gebildet, und daher wird der Teil der monokristallinen Siliziumschicht entsprechend dem Bereich höherer Temperatur in der Temperaturverteilung beim Schmelzen selektiv entfernt, bevor die inselförmige monokristalline Siliziumschicht einer vorbestimmten Behandlung unterworfen wird. Bevor z. B. die monokristalline Siliziumschicht einer Wärmebehandlung unterworfen oder die Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht poliert wird, wird der Bereich der monokristallinen Siliziumschicht entsprechend dem Bereich höherer Temperatur in der Temperaturverteilung beim Schmelzen entfernt. Dieser Bereich der monokristallinen Siliziumschicht entsprechend dem Bereich höherer Temperatur in der Temperaturverteilung beim Schmelzen entspricht dem Bereich, wo Subkorngrenzen oder Korngrenzen existieren. Nachdem der Bereich, in dem Subkorngrenzen oder Korngrenzen existieren, entfernt worden ist, wird ein aktives Bauelement in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht gebildet. Daher werden im Verlauf der Wärmebehandlung oder beim Polieren keine neuen Kristalldefekte erzeugt, die durch die Existenz von Subkorngrenzen oder Korngrenzen verursacht werden. Somit variieren die Eigenschaften der aktiven Bauelemente, die in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht gebildet sind, nicht.In the manufacturing method according to the invention for the Semiconductor device becomes the active component in the island-shaped monocrystalline silicon layer is formed, and therefore the part the monocrystalline silicon layer corresponding to the area higher temperature in the temperature distribution during melting selectively removed before the island-shaped monocrystalline Silicon layer is subjected to a predetermined treatment. Before e.g. B. the monocrystalline silicon layer Subjected to heat treatment or the surface of the monocrystalline Silicon layer is polished, the area of monocrystalline silicon layer corresponding to the area higher Removed temperature in the temperature distribution during melting. This area corresponds to the monocrystalline silicon layer the area of higher temperature in the temperature distribution at Melting corresponds to the area where sub-grain boundaries or grain boundaries exist. After the area in which sub-grain boundaries or Grain boundaries exist, has been removed, becomes an active one Component in the island-shaped monocrystalline silicon layer educated. Therefore, in the course of heat treatment or during Polishing does not produce new crystal defects caused by existence caused by sub-grain boundaries or grain boundaries. Consequently vary the properties of the active components used in the island-shaped monocrystalline silicon layer are formed, Not.

Wie oben beschrieben worden ist, wird der Bereich der monokristallinen Siliziumschicht mit Subkorngrenzen oder Korngrenzen entfernt, und es gibt daher keine Möglichkeit, daß neue Kristalldefekte erzeugt werden, wenn bei der Bildung aktiver Bauelemente eine Oxidations- oder Wärmebehandlung ausgeführt wird. Daher kann eine Ungleichmäßigkeit der Eigenschaften verschiedener Bauelemente oder ihre Fehlfunktion bei einer Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur signifikant unterdrückt werden. Durch die vorherige Entfernung des Bereichs einer monokristallinen Siliziumschicht mit Subkorngrenzen oder Korngrenzen werden keine neuen Defekte erzeugt, wenn die monokristalline Halbleiterschicht poliert wird, um die Stufen und Einbuchtungen in ihrer Oberfläche zu vermindern. Daher kann eine monokristalline Siliziumschicht mit einer ebenen und flachen Oberfläche auf einer Isolatorschicht gebildet werden, und es ist daher möglich, eine höhere Leistung einer Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur zu erzielen.As described above, the area of monocrystalline Silicon layer with sub-grain boundaries or grain boundaries removed, and therefore, there is no way that new crystal defects can be created if there is an oxidation  or heat treatment is carried out. Therefore a Non-uniformity of the properties of different components or their malfunction in a semiconductor device with SOI structure be significantly suppressed. By removing the Area of a monocrystalline silicon layer with sub-grain boundaries or grain boundaries, no new defects are created if the monocrystalline semiconductor layer is polished to the steps and To reduce indentations in their surface. Therefore a monocrystalline silicon layer with a flat and flat Surface to be formed on an insulator layer and it is therefore possible to use a higher power semiconductor device Achieve SOI structure.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigenThe following is a description of exemplary embodiments with reference to the figures. From show the figures

Fig. 1-9 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung nach einer ersten Ausführungsform; Fig. 1-9 cross sections of successive steps of a manufacturing method for a semiconductor device according to a first embodiment;

Fig. 10 Draufsichten (A), (B) und (C) entsprechend den Fig. 1, 2 und 9; Fig. 10 plan views (A), (B) and (C) corresponding to Figures 1, 2 and 9.

Fig. 11 einen Teilquerschnitt der Querschnittstruktur der in Fig. 9 dargestellten Halbleitereinrichtung; FIG. 11 shows a partial cross section of the cross-sectional structure of the semiconductor device shown in FIG. 9;

Fig. 12-17 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform; Fig. 12-17 cross sections of successive steps of a manufacturing method for a semiconductor device according to a second embodiment;

Fig. 18-22 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung nach einer dritten Ausführungsform; Fig. 18-22 cross sections of successive steps of a manufacturing method for a semiconductor device according to a third embodiment;

Fig. 23-25 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Polierverfahrens nach einer ersten Ausführungsform in einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung; Fig. 23-25 cross sections of successive steps of a polishing method according to a first embodiment in a manufacturing method of a semiconductor device;

Fig. 26-27 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Polierverfahrens nach einer zweiten Ausführungsform in einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung; Fig. 26-27 cross sections of successive steps of a polishing method according to a second embodiment in a manufacturing method of a semiconductor device;

Fig. 28-33 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Polierverfahrens nach einer dritten Ausführungsform in einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung; Fig. 28-33 cross sections of successive steps of a polishing method according to a third embodiment in a manufacturing method of a semiconductor device;

Fig. 34-39 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Polierverfahrens nach einer vierten Ausführungsform in einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung; Fig. 34-39 cross sections of successive steps of a polishing method according to a fourth embodiment in a manufacturing method of a semiconductor device;

Fig. 40 einen Querschnitt des Konzepts für ein kräftiges Polierverfahren, das in einem Polierprozeß beim Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung benutzt wird; FIG. 40 is a cross-section of the concept for a vigorous polishing method which is used in a polishing process in the manufacturing method for a semiconductor device;

Fig. 41 ein schematisches Diagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung; FIG. 41 is a schematic diagram of a manufacturing method for a semiconductor device;

Fig. 42 einen perspektivischen Querschnitt eines typischen Herstellungsprozesses in einem Schmelzrekristallisations­ verfahren mit einem Antireflexionsfilm; Figure 42 is a perspective cross-section of a typical manufacturing process in a method Schmelzrekristallisations with an antireflection film.

Fig. 43-45 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte in einem Schmelzrekristallisationsverfahren; Fig. 43-45 cross sections of successive steps in a Schmelzrekristallisationsverfahren;

Fig. 46 eine graphische Darstellung der Temperaturverteilung in einer geschmolzenen polykristallinen Siliziumschicht bei einem Schmelzrekristallisationsverfahren; Figure 46 is a graph showing the temperature distribution in an unmelted polycrystalline silicon layer at a Schmelzrekristallisationsverfahren.

Fig. 47 eine graphische Darstellung des Meßergebnisses für die Oberflächenrauheit einer monokristallinen Siliziumschicht, die durch ein Schmelzrekristallisationsverfahren gebildet wird; FIG. 47 is a graph showing the measurement result for the surface roughness of a monocrystalline silicon layer, which is formed by a Schmelzrekristallisationsverfahren;

Fig. 48-58 Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung; Fig. 48-58 cross sections of successive steps of a manufacturing method for a semiconductor device;

Fig. 59 eine Draufsicht, die schematisch den Zustand der Oberfläche einer monokristallinen Siliziumschicht zeigt, unmittelbar nachdem sie durch ein Schmelzrekristallisationsverfahren mit einem Antireflexionsfilm erzeugt worden ist; FIG. 59, immediately after it has been produced by a Schmelzrekristallisationsverfahren with an anti-reflection film is a plan view schematically showing the state of the surface of a monocrystalline silicon layer;

Fig. 60 eine Draufsicht, die schematisch den Zustand der Oberfläche einer monokristallinen Siliziumschicht zeigt, nachdem ein thermischer Oxidfilm auf der Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht, die durch ein Schmelzrekristallisationsverfahren mit einem Antireflexionsfilm gebildet worden ist, erzeugt worden ist; und Figure 60 is a plan view schematically showing the state of the surface of a monocrystalline silicon layer after a thermal oxide film was on the surface of the monocrystalline silicon layer which has been formed by a Schmelzrekristallisationsverfahren with an antireflection film formed. and

Fig. 61 Draufsichten (A), (B) und (C) entsprechend den Fig. 49, 52 bzw. 58. Fig. 61 are plan views (A), (B) and (C) corresponding to FIGS. 49, 52 and 58, respectively.

Ausführungsform 1Embodiment 1

In Fig. 1 ist der Zustand einer monokristallinen Siliziumschicht mit SOI-Struktur dargestellt, unmittelbar nachdem sie durch ein Schmelzrekristallisationsverfahren unter Verwendung eines Antireflexionsfilms gebildet worden ist. Eine Isolatorschicht 2 aus SiO2 ist auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat 1 gebildet. Auf der Isolatorschicht 2 ist eine monokristalline Siliziumschicht 3 geschaffen. Die monokristalline Siliziumschicht 3 weist Subkorngrenzen 31 auf.In Fig. 1 the state of a monocrystalline silicon layer of SOI structure is shown immediately after it has been formed by a Schmelzrekristallisationsverfahren using an anti-reflection film. An insulator layer 2 made of SiO 2 is formed on a monocrystalline silicon substrate 1 . A monocrystalline silicon layer 3 is created on the insulator layer 2 . The monocrystalline silicon layer 3 has sub-grain boundaries 31 .

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird auf der monokristallinen Siliziumschicht ein Photolackfilm 41 aufgebracht, dem durch ein Photolithographieverfahren ein Muster aufgeprägt wird. Die monokristalline Siliziumschicht wird unter Verwendung des Photolackfilms 41 als Maske selektiv entfernt, und es werden inselförmige monokristalline Siliziumschichten 32 gebildet. Die selektive Entfernung der monokristallinen Siliziumschicht wird durch Entfernen nur der Bereiche ausgeführt, die Subkorngrenzen 31 enthalten. Mit anderen Worten wird der Abschnitt hoher Temperatur im Rekristallisationsprozeß, d. h. nur der Bereich unter den Antireflexionsfilmen 14 entfernt, wie in Fig. 38 gezeigt ist. Die derartige Entfernung der monokristallinen Siliziumschicht mit den Subkorngrenzen 31 verhindert, daß weitere Kristalldefekte mit den Subkorngrenzen als Startpunkte erzeugt werden, wenn in nachfolgenden Schritten zur Herstellung aktiver Bauelemente eine Wärmebehandlung oder Oxidation ausgeführt wird.As shown in Fig. 2, a photoresist film 41 is applied on the monocrystalline silicon layer, which is patterned by a photolithography process. The monocrystalline silicon layer is selectively removed using the photoresist film 41 as a mask, and island-shaped monocrystalline silicon layers 32 are formed. The selective removal of the monocrystalline silicon layer is carried out by removing only the regions which contain sub-grain boundaries 31 . In other words, the high temperature portion is removed in the recrystallization process, that is, only the area under the anti-reflection films 14 , as shown in FIG. 38. The removal of the monocrystalline silicon layer with the sub-grain boundaries 31 in this way prevents further crystal defects with the sub-grain boundaries from being generated as starting points if a heat treatment or oxidation is carried out in subsequent steps for producing active components.

Anschließend wird ein Photolackfilm 42 nur im Bereich zur Schaffung eines PMOS-Transistors gebildet, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Borionen (B) werden in die Seitenwände der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 32 im Bildungsbereich für einen NMOS-Transistor implantiert, wobei die Photolackfilme 41 und 42 als Masken verwendet werden. Die Ionenimplantation wird durch geneigten Einschuß von Borionen erzeugt, wobei das Substrat gedreht wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Abstand zwischen dem NMOS-Transistorbildungsbereich und dem PMOS-Transistorbildungsbereich ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Es ist jedoch erforderlich, bei der Festlegung der Plazierung von Bereichen zur Bildung aktiver Bauelemente die Abschattung in Betracht zu ziehen, wenn eine wie oben beschriebene Schrägimplantation von Ionen bei sich drehendem Substrat benutzt wird. Wenn z. B. mit einer monokristallinen Siliziumschicht mit einer Dicke von 0,5 µm unter Verwendung eines Photolackfilms mit einer Dicke von 1 µm als Maske eine Schrägimplantation von Ionen unter einem Winkel von 45° ausgeführt wird, sollte der Abstand zwischen dem NMOS-Transistorbildungsbereich und dem PMOS- Transistorbildungsbereich 2,5 µm oder mehr betragen.Then, a photoresist film 42 is formed only in the area for creating a PMOS transistor, as shown in FIG. 3. Boron ions (B) are implanted in the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layers 32 in the formation area for an NMOS transistor, using the photoresist films 41 and 42 as masks. The ion implantation is accomplished by inclined injecting boron ions with the substrate rotated as shown in FIG. 3. The distance between the NMOS transistor formation region and the PMOS transistor formation region is shown schematically in FIG. 3. However, it is necessary to consider shading when determining the placement of areas for forming active devices when oblique implantation of ions as described above is used with the substrate rotating. If e.g. B. with a monocrystalline silicon layer with a thickness of 0.5 µm using a photoresist film with a thickness of 1 µm as a mask oblique implantation of ions at an angle of 45 °, the distance between the NMOS transistor formation region and the PMOS should - The transistor formation area is 2.5 µm or more.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird der Photolackfilm 41 auf der monokristallinen Siliziumschicht 32 im NMOS- Transistorbildungsbereich entfernt. Ein p⁺-Störstellenbereich 33 wird als Kanalabschneideschicht im Bereich gebildet, in den Borionen implantiert werden. Borionen (B) werden nur in die inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 32 des NMOS- Transistorbildungsbereichs implantiert.As shown in FIG. 4, the photoresist film 41 on the monocrystalline silicon layer 32 in the NMOS transistor formation region is removed. A p⁺ impurity region 33 is formed as a channel cut-off layer in the region in which boron ions are implanted. Boron ions (B) are implanted only in the island-shaped monocrystalline silicon layers 32 of the NMOS transistor formation region.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, werden nur die Oberflächen der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 32 des PMOS- Transistorbildungsbereich freigelegt, und es werden Phosphorionen (P) implantiert. Die Menge der zu diesem Zeitpunkt zu implantierenden Bor- und Phosphorionen wird in Abhängigkeit von den Schwellenspannungen bestimmt, die für den NMOS- bzw. PMOS-Transistor eingestellt werden sollen. Damit werden ein p--Bereich 34 und ein n--Bereich 35 gebildet.As shown in FIG. 5, only the surfaces of the island-shaped monocrystalline silicon layers 32 of the PMOS transistor formation region are exposed and phosphorus ions (P) are implanted. The amount of boron and phosphorus ions to be implanted at this time is determined as a function of the threshold voltages that are to be set for the NMOS or PMOS transistor. A p - region 34 and an n - region 35 are thus formed.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, wird durch thermische Oxidation ein Oxidfilm 5 auf der monokristallinen Siliziumschicht gebildet. Die Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht wird zu diesem Zeitpunkt einer thermischen Oxidationsbehandlung unterworfen, aber es werden keine neuen Kristalldefekte gebildet, weil der Bereich mit den Subkorngrenzen entfernt worden ist. Dann wird auf der gesamten Oberfläche eine polykristalline Siliziumschicht 6 für eine Gate- Elektrode gebildet. Der Widerstand der polykristallinen Siliziumschicht 6 wird durch Dotierung mit Störstellen reduziert.As shown in FIG. 6, an oxide film 5 is formed on the monocrystalline silicon layer by thermal oxidation. The surface of the monocrystalline silicon layer is subjected to a thermal oxidation treatment at this time, but no new crystal defects are formed because the area with the sub-grain boundaries has been removed. Then, a polycrystalline silicon layer 6 for a gate electrode is formed on the entire surface. The resistance of the polycrystalline silicon layer 6 is reduced by doping with impurities.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, werden die polykristalline Siliziumschicht 6 und der Oxidfilm 5 unter Verwendung des Photolackfilms 44 als Maske gemustert, um eine Gate-Elektrode 61 und einen Gate-Oxidfilm 51 zu schaffen. Unter Verwendung des Photolackfilms 42, der den PMOS-Transistorbildungsbereich bedeckt, als Maske werden Phosphorionen (P) in den Source- und Drain- Bildungsbereich eines NMOS-Transistors implantiert.As shown in FIG. 7, the polycrystalline silicon layer 6 and the oxide film 5 are patterned using the photoresist film 44 as a mask to provide a gate electrode 61 and a gate oxide film 51 . Using the photoresist film 42 covering the PMOS transistor formation region as a mask, phosphorus ions (P) are implanted in the source and drain region of an NMOS transistor.

Wie in Fig. 8 dargestellt ist, werden unter Verwendung eines Photolackfilms 4, der den NMOS-Transistorbildungsbereich bedeckt, als Maske Borionen (B) in den Source- und Drain-Bildungsbereich eines PMOS-Transistors implantiert. Dann wird ungefähr eine Stunde lang eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 900°C ausgeführt, um Kristalldefekte zu beheben, die durch die Ionenimplantation erzeugt worden sind, und um die Störstellen zu aktivieren. Damit wird ein p⁺-Störstellenbereich 37 als Source- und Drain-Bereich des PMOS-Transistors und ein n⁺-Störstellenbereich 36 als Source- und Drain-Bereich des NMOS-Transistors gebildet. Wie oben angegeben worden ist, wird eine Oxidationsbehandlung oder Wärmebehandlung im Prozeß zur Bildung aktiver Bauelemente ausgeführt, wobei die Bildung weiterer Kristalldefekte vermieden wird, so daß die Eigenschaften der aktiven Bauelemente verbessert werden. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dichte der Kristalldefekte, die in der monokristallinen Siliziumschicht existieren, 104 cm-2 oder weniger, und die Erzeugung neuer Kristalldefekte aufgrund der Wärme- oder Oxidationsbehandlung wird signifikant unterdrückt.As shown in FIG. 8, using a photoresist film 4 covering the NMOS transistor formation area as a mask, boron ions (B) are implanted in the source and drain formation area of a PMOS transistor. Then, heat treatment is carried out at a temperature of about 900 ° C for about an hour to fix crystal defects generated by the ion implantation and to activate the impurities. A p⁺ impurity region 37 is thus formed as the source and drain region of the PMOS transistor and an n⁺ impurity region 36 as the source and drain region of the NMOS transistor. As indicated above, oxidation treatment or heat treatment is carried out in the active device formation process while avoiding the formation of further crystal defects, so that the properties of the active devices are improved. At this time, the density of the crystal defects existing in the monocrystalline silicon layer is 10 4 cm -2 or less, and the generation of new crystal defects due to the heat or oxidation treatment is significantly suppressed.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, werden ein Zwischenschichtisolierfilm 7 und eine Metallverdrahtungsschicht 8 gebildet.As shown in FIG. 9, an interlayer insulating film 7 and a metal wiring layer 8 are formed.

Der Photolackfilm 4 wird beim Prozeß, der in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, direkt auf der monokristallinen Siliziumschicht gebildet, aber der Photolackfilm 4 kann auch gebildet werden, nachdem die Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht mit einem Film bedeckt worden ist, der aus SiO2 besteht, um die Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht zu schützen. Der SiO2-Film kann ein thermischer Oxidationsfilm oder ein CVD-Film sein.The photoresist film 4 is formed directly on the monocrystalline silicon layer in the process shown in Figs. 4 and 5, but the photoresist film 4 can also be formed after the surface of the monocrystalline silicon layer has been covered with a film made of SiO 2 exists to protect the surface of the monocrystalline silicon layer. The SiO 2 film can be a thermal oxidation film or a CVD film.

(A), (B) und (C) in Fig. 10 sind Draufsichten entsprechend den Fig. 1, 2 bzw. 9. Fig. 1, 2 und 9 zeigen Querschnitte entlang der Linien X-X in (A), (B) bzw. (C) von Fig. 10. Wie in Fig. 10 bei (A) dargestellt ist, sind in einer monokristallinen Siliziumschicht 3 Subkorngrenzen 31 enthalten. Wie in Fig. 10 bei (B) gezeigt ist, wird eine inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 gebildet. Die Musterung der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32 weist einen Photolithographieprozeß auf. Eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200°C oder weniger, wie z. B. der Photolithographieprozeß, erzeugt keine Kristalldefekte aufgrund von Subkorngrenzen. Die Erfinder haben ermittelt, daß Kristalldefekte aufgrund von Subkorngrenzen erzeugt werden, wenn z. B. eine Wärmebehandlung bei 600-700°C oder mehr ausgeführt wird, d. h. wenn die Bildung einer Schicht durch ein CVD-Verfahren oder eine thermische Oxidation ausgeführt wird. Anschließend wird eine Gate- Elektrode 61 gebildet, wie in Fig. 10 bei (C) gezeigt ist, es werden ein n⁺-Störstellenbereich 36 und ein p⁺-Störstellenbereich 37 als Source-/Drain-Bereiche geschaffen und die Erzeugung weiterer Kristalldefekte wird unterdrückt.(A), (B) and (C) in Fig. 10 are plan views corresponding to Figs. 1, 2 and 9, respectively. Figs. 1, 2 and 9 show cross sections along lines XX in (A), (B) and . (C) of FIG. 10. As shown in Fig. is shown at (a) 10, 3 sub-grain boundaries 31 are contained in a monocrystalline silicon layer. As shown in Fig. 10 at (B), an island-shaped monocrystalline silicon layer 32 is formed. The patterning of the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 has a photolithography process. A heat treatment at a temperature of 200 ° C or less, such as. B. the photolithography process, does not produce crystal defects due to sub-grain boundaries. The inventors have determined that crystal defects are generated due to sub-grain boundaries when e.g. B. a heat treatment is carried out at 600-700 ° C or more, that is, when the formation of a layer is carried out by a CVD method or a thermal oxidation. Then, a gate electrode 61 is formed, as shown in Fig. 10 at (C), an n⁺ impurity region 36 and a p⁺ impurity region 37 are created as source / drain regions, and the generation of further crystal defects becomes suppressed.

Fig. 11 zeigt einen Querschnitt, der die Struktur unter einem n- Kanal MOS-Transistor auf der rechten Seite von Fig. 9 im Detail darstellt. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, werden in einem monokristallinen Siliziumsubstrat 1 n⁺-Störstellenbereiche 136 als Source-/Drain-Bereiche gebildet. Zwischen diesen zwei n⁺- Störstellenbereichen 136 wird eine Gate-Elektrode 161 auf dem monokristallinen Siliziumsubstrat 1 mit einem Gate-Oxidfilm 151 dazwischen gebildet. Eine Metallverdrahtungsschicht 108 wird in einer Isolatorschicht 2 so gebildet, daß sie mit dem n⁺- Störstellenbereich 136 verbunden ist. Ein n-Kanal MOS-Transistor mit einem p--Bereich 34, einem n⁺-Störstellenbereich 36, einem Gate- Oxidfilm 51 und einer Gate-Elektrode 61 wird auf der Isolatorschicht 2 gebildet. Fig. 11 shows a cross-sectional view showing the structure under an n-channel MOS transistor on the right side of Fig. 9 in detail. As shown in FIG. 11, 1 n⁺ impurity regions 136 are formed in a monocrystalline silicon substrate as source / drain regions. Between these two n⁺ impurity regions 136 , a gate electrode 161 is formed on the monocrystalline silicon substrate 1 with a gate oxide film 151 in between. A metal wiring layer 108 is formed in an insulator layer 2 so that it is connected to the n⁺ impurity region 136 . An n-channel MOS transistor with a p - region 34 , an n + impurity region 36 , a gate oxide film 51 and a gate electrode 61 is formed on the insulator layer 2 .

Ausführungsform 2Embodiment 2

In Fig. 12 ist der Zustand dargestellt, unmittelbar nachdem eine monokristalline Siliziumschicht 3 gebildet worden ist. In Fig. 12 illustrates the state immediately after a monocrystalline silicon layer 3 has been formed.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, wird unter Verwendung eines Photolackfilms 43, der durch ein Photolithographieverfahren gemustert worden ist, als Maske mindestens der Teil der monokristallinen Siliziumschicht entfernt, in dem Subkorngrenzen existieren. Damit werden inselförmige monokristalline Siliziumschichten 32 gebildet. Die selektive Entfernung der monokristallinen Siliziumschicht ist ähnlich dem Prozeß, der in Fig. 2 dargestellt ist.As shown in Fig. 13, using a photoresist film 43 patterned by a photolithography method as a mask, at least the part of the monocrystalline silicon layer in which sub-grain boundaries exist is removed. Island-shaped monocrystalline silicon layers 32 are thus formed. The selective removal of the monocrystalline silicon layer is similar to the process shown in FIG. 2.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, werden nach der Entfernung des Photolackfilms 43 nacheinander ein Oxidfilm (Siliziumoxidfilm) 9 und ein Siliziumnitridfilm 10 gebildet. Die Dicke des Oxidfilms 9 beträgt etwa 50 nm, die Dicke des Siliziumnitridfilms 10 ungefähr 100 nm. Der gemusterte Photolackfilm 41 wird nur im Bildungsbereich aktiver Bauelemente geschaffen.As shown in FIG. 14, after the removal of the resist film 43 , an oxide film (silicon oxide film) 9 and a silicon nitride film 10 are sequentially formed. The thickness of the oxide film 9 is approximately 50 nm, the thickness of the silicon nitride film 10 approximately 100 nm. The patterned photoresist film 41 is only created in the area of formation of active components.

Wie in Fig. 15 dargestellt ist, werden der Siliziumnitridfilm, der Siliziumoxidfilm und die monokristalline Siliziumschicht unter Verwendung des Photolackfilms 41 als Maske selektiv entfernt, und es werden ein Siliziumnitridfilm 101, ein Siliziumoxidfilm 91 und eine inselförmige monokristalline Siliziumschicht 38 geschaffen. Ein Photolackfilm 42 wird gebildet, um die inselförmige monokristalline Siliziumschicht 38 im PMOS-Transistorbildungsbereich zu bedecken. Unter Verwendung der Photolackfilme 41 und 42 als Masken werden Borionen (B) in die Seitenwände der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 38 im PMOS-Transistorbildungsbereich schräg implantiert. Dieser Prozeß entspricht dem Prozeß der ersten Ausführungsform, der in Fig. 3 dargestellt ist.As shown in Fig. 15, the silicon nitride film, silicon oxide film and the monocrystalline silicon layer using the photoresist film 41 used as mask is selectively removed, and there are provided a silicon nitride film 101, a silicon oxide film 91 and an island-shaped monocrystalline silicon layer 38. A photoresist film 42 is formed to cover the island-shaped monocrystalline silicon layer 38 in the PMOS transistor formation region. Using the photoresist films 41 and 42 as masks, boron ions (B) are implanted obliquely in the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer 38 in the PMOS transistor formation region. This process corresponds to the process of the first embodiment shown in FIG. 3.

Wie in Fig. 16 gezeigt ist, wird eine Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre ausgeführt, nachdem die Photolackfilme 41 und 42 entfernt worden sind. Ein dicker Oxidfilm 92 wird auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 38 gebildet. Im NMOS-Transistorbildungsbereich wird ein p⁺- Störstellenbereich 33 als Kanalabschneideschicht innerhalb des Siliziumoxidfilms 92 gebildet. Wenn die inselförmige monokristalline Siliziumschicht einer Wärmebehandlung oder Oxidationsbehandlung unterzogen wird, wobei mindestens ein Teil der monokristallinen Siliziumschicht mit den Subkorngrenzen wie in Fig. 11 gezeigt entfernt worden ist, werden keine neuen Kristalldefekte mit den Subkorngrenzen als Startpunkte gebildet. Die Dicke des Siliziumoxidfilms 92, der auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 38 gebildet ist, sollte ausreichend dick sein, so daß parasitäre Transistoren, die auf den Seitenwänden gebildet werden, im Bereich der Betriebsspannung der MOS- Transistoren nicht arbeiten. Die Dicke des Siliziumoxidfilms 92 sollte z. B. im Bereich zwischen 200 und 300 nm liegen.As shown in Fig. 16, heat treatment is carried out in an oxidizing atmosphere after the photoresist films 41 and 42 are removed. A thick oxide film 92 is formed on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layers 38 . In the NMOS transistor formation region, a p⁺ impurity region 33 is formed as a channel clipping layer within the silicon oxide film 92 . When the island-shaped monocrystalline silicon layer is subjected to a heat treatment or oxidation treatment with at least a part of the monocrystalline silicon layer having the sub-grain boundaries removed as shown in Fig. 11, no new crystal defects are formed with the sub-grain boundaries as starting points. The thickness of the silicon oxide film 92 formed on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer 38 should be sufficiently thick that parasitic transistors formed on the side walls do not work in the operating voltage range of the MOS transistors. The thickness of the silicon oxide film 92 should e.g. B. are in the range between 200 and 300 nm.

Der in Fig. 16 gezeigte Herstellungsprozeß entspricht dem in Fig. 52 in Verbindung mit dem zugehörigen Beispiel dargestellten Prozeß, und es wird eine LOCOS-Isolierung (lokale Oxidation von Silizium) zur Isolierung von Bereichen aktiver Bauelemente verwendet. Im Fall der in Fig. 52 gezeigten LOCOS-Isolatorstruktur sind die Teile der monokristallinen Siliziumschicht mit Subkorngrenzen nicht entfernt worden, und ein dicker Isolieroxidfilm ist durch eine Wärmebehandlung geschaffen worden. Demgegenüber wird im Fall der in Fig. 16 gezeigten LOCOS-Isolierstruktur als einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein dicker Oxidfilm durch thermische Oxidation gebildet, nachdem der Teil der monokristallinen Siliziumschicht mit Subkorngrenzen entfernt worden ist. Mit anderen Worten werden die Seitenwände der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht thermisch oxidiert.The manufacturing process shown in FIG. 16 corresponds to the process shown in FIG. 52 in connection with the associated example, and LOCOS insulation (local oxidation of silicon) is used to isolate regions of active components. In the case of the LOCOS insulator structure shown in Fig. 52, the parts of the monocrystalline silicon layer with sub-grain boundaries have not been removed, and a thick insulating oxide film has been created by a heat treatment. In contrast, in the case of the LOCOS insulating structure shown in Fig. 16 as an embodiment of the present invention, a thick oxide film is formed by thermal oxidation after the part of the monocrystalline silicon layer with sub-grain boundaries has been removed. In other words, the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer are thermally oxidized.

Schließlich werden wie in Fig. 17 dargestellt die aktiven Bauelemente und Metallverdrahtungen durch dieselben Schritte wie bei einem gewöhnlichen CMOS-Transistor gebildet.Finally, as shown in Fig. 17, the active devices and metal wirings are formed by the same steps as in an ordinary CMOS transistor.

Wie oben beschrieben worden ist, ist ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung auf ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung, die eine Mesa- Isolierung als Struktur zur Isolierung von Bauelementbildungsbereichen (Fig. 1-9) und auf ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung mit einer SOI- Struktur, die LOCOS-Isolierung verwendet (Fig. 12-17), angewandt werden.As described above, a manufacturing method for a semiconductor device according to the present invention is a manufacturing method for a semiconductor device having a mesa insulation as a structure for isolating device formation regions ( Figs. 1-9) and a manufacturing method for a semiconductor device with a SOI structure using LOCOS insulation ( Fig. 12-17) can be used.

Ausführungsform 3Embodiment 3

Die Fig. 18-22 zeigen Querschnitte aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das auf die Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur angewandt ist, die LOCOS-Isolierung verwendet. Figs. 18-22 show cross sections of successive steps of a manufacturing method for a semiconductor device according to another embodiment of the invention, which is applied to the production of a semiconductor device of SOI structure, using the LOCOS isolation.

In Fig. 18 ist der Zustand dargestellt, unmittelbar nachdem eine monokristalline Siliziumschicht 3 durch ein Schmelzrekristallisationsverfahren unter Verwendung eines Antireflexionsfilms gebildet worden ist. Fig. 18 shows the state immediately after a monocrystalline silicon layer 3 is formed by a melt recrystallization method using an anti-reflection film.

Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird unter Verwendung eines Photolackfilms 43, der durch ein Photolithographieverfahren gemustert worden ist, als Maske die monokristalline Siliziumschicht mit Subkorngrenzen 31 selektiv entfernt. Damit werden inselförmige monokristalline Siliziumschichten 32 gebildet.As shown in FIG. 19, using a photoresist film 43 patterned by a photolithography method as a mask, the monocrystalline silicon layer having sub-grain boundaries 31 is selectively removed. Island-shaped monocrystalline silicon layers 32 are thus formed.

Wie in Fig. 20 gezeigt ist, werden nach der Entfernung des Photolackfilms 43 nacheinander ein Oxidfilm 9 mit einer Dicke von etwa 50 nm und ein Siliziumnitridfilm 10 mit einer Dicke von etwa 100 nm auf der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32 gebildet. Die Dicke des Oxidfilms 9 beträgt etwa 50 nm, die Dicke des Siliziumnitridfilms 10 ungefähr 100 nm. Ein Photolackfilm 41 wird nur im Bereich zur Bildung aktiver Bauelemente geschaffen.As shown in FIG. 20, after the removal of the photoresist film 43 , an oxide film 9 with a thickness of about 50 nm and a silicon nitride film 10 with a thickness of about 100 nm are successively formed on the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 . The thickness of the oxide film 9 is approximately 50 nm, the thickness of the silicon nitride film 10 is approximately 100 nm. A photoresist film 41 is only created in the region for forming active components.

Wie in Fig. 21 dargestellt ist, wird der Siliziumnitridfilm 10 unter Verwendung des Photolackfilms 41 als Maske selektiv entfernt, und es wird ein Siliziumnitridfilm 102 geschaffen. Anschließend wird ein Photolackfilm 42 gebildet, um die inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 nur in einem PMOS-Transistorbildungsbereich zu bedecken. Unter Verwendung der Photolackfilme 41 und 42 als Masken werden Borionen (B) implantiert. Damit werden Borionen in die Seitenwände der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32 in einem NMOS-Transistorbildungsbereich implantiert.As shown in FIG. 21, the silicon nitride film 10 is selectively removed using the photoresist film 41 as a mask, and a silicon nitride film 102 is created. A photoresist film 42 is then formed in order to cover the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 only in a PMOS transistor formation region. Boron ions (B) are implanted using the photoresist films 41 and 42 as masks. Boron ions are thus implanted in the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 in an NMOS transistor formation region.

Wie in Fig. 22 gezeigt ist, wird eine Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre ausgeführt, nachdem die Photolackfilme 41 und 42 entfernt worden sind. Im NMOS-Transistorbildungsbereich wird ein p⁺-Störstellenbereich 33 als Kanalabschneideschicht auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32 gebildet, während dicke Oxidfilme 93 auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 32 in den PMOS- und NMOS-Transistorbildungsbereichen geschaffen werden. Die inselförmige monokristalline Siliziumschicht mit LOCOS-Isolierstruktur mit im wesentlichen derselben Struktur, wie sie in Fig. 16 gezeigt ist, wird mit einem wesentlichen Formunterschied der Isolieroxidfilme gebildet. Aktive Bauelemente werden durch dieselben Schritte wie beim gewöhnlichen Herstellungsprozeß für einen CMOS-Transistor gebildet.As shown in Fig. 22, heat treatment is carried out in an oxidizing atmosphere after the photoresist films 41 and 42 are removed. In the NMOS transistor formation region, a p⁺ impurity region 33 is formed as a channel cut-off layer on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 , while thick oxide films 93 are created on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layers 32 in the PMOS and NMOS transistor formation regions. The island-shaped monocrystalline silicon layer with LOCOS insulating structure with substantially the same structure as shown in Fig. 16 is formed with a substantial shape difference of the insulating oxide films. Active devices are formed by the same steps as in the usual manufacturing process for a CMOS transistor.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird, nachdem eine monokristalline Siliziumschicht gebildet worden ist, der Bereich mit Subkorngrenzen nahezu vollständig entfernt, bevor eine Wärmebehandlung oder Oxidationsbehandlung ausgeführt wird, und die Bildung weiterer Kristalldefekte wird verhindert. Die Entfernung von mindestens einem Teil der monokristallinen Siliziumschicht im Bereich mit den Subkorngrenzen ermöglicht es jedoch, die Bildung weiterer Kristalldefekte zu unterdrücken, selbst wenn anschließend eine Wärmebehandlung oder Oxidationsbehandlung ausgeführt wird.In the above-described embodiments, after a monocrystalline silicon layer has been formed, the area with Subgrain borders almost completely removed before one Heat treatment or oxidation treatment is carried out, and the The formation of further crystal defects is prevented. The removal of at least part of the monocrystalline silicon layer in the The area with the sub-grain boundaries, however, allows education to suppress further crystal defects even if subsequently heat treatment or oxidation treatment is carried out.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind Fälle beschrieben worden, in denen ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren auf ein Verfahren zur Schaffung einer monokristallinen Siliziumschicht unter Verwendung eines Antireflexionsfilms angewandt wird. Solange ein Verfahren zur Bildung einer Temperaturverteilung in geschmolzenem Silizium verwendet und eine monokristalline Siliziumschicht durch Rekristallisation ausgeführt wird, existieren Subkorngrenzen oder Korngrenzen im Bereich entsprechend dem Abschnitt hoher Temperatur in der Temperaturverteilung beim Schmelzvorgang. Daher kann die Anwendung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens auf andere Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung mit einer SOI-Struktur unter Verwendung eines Schmelzrekristallisationsverfahrens zu ähnlichen Effekten führen.Cases are described in the above-described embodiments in which a manufacturing method according to the invention a method for creating a monocrystalline silicon layer is applied using an anti-reflection film. As long as a method of forming a temperature distribution in molten silicon used and a monocrystalline Silicon layer executed by recrystallization exist Subgrain boundaries or grain boundaries in the range corresponding to High temperature section in the temperature distribution at  Melting process. Therefore, the application of an inventive Manufacturing process to other manufacturing processes for a Semiconductor device with an SOI structure using a Melt recrystallization process lead to similar effects.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Herstellungsverfahren beschrieben worden ist, bei dem aktive Bauelemente auf einer einzelnen monokristallinen Siliziumschicht gebildet werden, kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Schaltungsstruktur angewandt werden, bei der aktive Bauelemente in einer mehrlagigen monokristallinen Siliziumschicht gebildet werden.Although in the above-described embodiments Manufacturing process has been described in the active Devices on a single monocrystalline silicon layer formed, the present invention can also be applied to a Method for producing a three-dimensional circuit structure are used in the active components in a multilayer monocrystalline silicon layer are formed.

In Übereinstimmung mit einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Oberflächen der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten durch Polieren eingeebnet, nachdem derjenige Teil der monokristallinen Siliziumschicht mit den Subkorngrenzen selektiv entfernt worden ist. Der Polierprozeß wird z. B. zwischen den in Fig. 5 und 6, in Fig. 13 und 14 sowie in Fig. 19 und 20 gezeigten Prozessen ausgeführt. Die Oberflächen der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten werden poliert, nachdem in jedem der Fälle derjenige Teil der monokristallinen Siliziumschicht mit den Subkorngrenzen selektiv entfernt worden ist. Daher werden keine weiteren Kristalldefekte durch das Polieren erzeugt, die von den Subkorngrenzen aus beginnen. Nun erfolgt die Beschreibung eines Polierverfahrens, das auf ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.In accordance with a manufacturing method for a semiconductor device according to a further aspect of the present invention, the surfaces of the island-shaped monocrystalline silicon layers are leveled by polishing after that part of the monocrystalline silicon layer with the sub-grain boundaries has been selectively removed. The polishing process is e.g. B. between the processes shown in FIGS. 5 and 6, in FIGS. 13 and 14 and in FIGS. 19 and 20. The surfaces of the island-shaped monocrystalline silicon layers are polished after that part of the monocrystalline silicon layer with the sub-grain boundaries has been selectively removed in each of the cases. Therefore, no further crystal defects are generated by the polishing, which start from the sub-grain boundaries. A polishing method applicable to a semiconductor device manufacturing method according to the present invention will now be described.

Ausführungsform AEmbodiment A

Wie in Fig. 23 gezeigt ist, wird ein Siliziumoxidfilm 11 gebildet, der die inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 bedeckt, deren Bereiche mit Subkorngrenzen entfernt worden sind. Die Dicke des Siliziumoxidfilms 11 beträgt etwa 300 nm. As shown in Fig. 23, a silicon oxide film 11 is formed which covers the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 , the regions of which have been removed with sub-grain boundaries. The thickness of the silicon oxide film 11 is approximately 300 nm.

Wie in Fig. 24 dargestellt ist, wird der Siliziumoxidfilm 11 dann einem isotropen Ätzen unterworfen, und Seitenwandsiliziumoxidfilme 111 werden auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht gebildet. Die Höhe des Seitenwandsiliziumoxidfilms 111 kann durch eine Änderung der Ätzzeit gesteuert werden. Im Zustand, der in Fig. 24 gezeigt ist, wird ein kräftiges Polieren ausgeführt, wobei die auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 32 gebildeten Seitenwandsiliziumoxidfilme 111 als Stopper für den Poliervorgang dienen. Dadurch kann eine inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 mit gleichmäßiger Dicke geschaffen werden. Der Zustand nach diesem Polieren ist in Fig. 25 dargestellt.Then, as shown in Fig. 24, the silicon oxide film 11 is subjected to isotropic etching, and sidewall silicon oxide films 111 are formed on the sidewalls of the island-shaped monocrystalline silicon layer. The height of the sidewall silicon oxide film 111 can be controlled by changing the etching time. In the state shown in Fig. 24, vigorous polishing is carried out with the sidewall silicon oxide films 111 formed on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layers 32 serving as stoppers for the polishing process. As a result, an island-shaped monocrystalline silicon layer 32 with a uniform thickness can be created. The state after this polishing is shown in Fig. 25.

Auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32 wird ein Film geschaffen, der als Stopper wirkt, um die Genauigkeit des Poliervorgangs zu erhöhen, wie oben beschrieben worden ist. Die Substanz, die den Film bildet, besteht bevorzugterweise aus einer Substanz mit niedrigerer Polierrate als die der Substanz, die die inselförmige monokristalline Siliziumschicht bildet. Das geeignetste Material für den Film ist Siliziumoxid. Der Grund dafür ist, daß der Siliziumoxidfilm aus demselben Material besteht wie die Platte, mit der das kräftige Polieren ausgeführt wird, seine Polierrate sehr gering und das Material konsistent mit dem Prozeß zur Bildung aktiver Bauelemente in nachfolgenden Schritten ist.A film is formed on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 , which acts as a stopper to increase the accuracy of the polishing process, as described above. The substance that forms the film is preferably composed of a substance having a lower polishing rate than that of the substance that forms the island-shaped monocrystalline silicon layer. The most suitable material for the film is silicon oxide. The reason for this is that the silicon oxide film is made of the same material as the plate with which the vigorous polishing is carried out, its polishing rate is very low and the material is consistent with the process of forming active devices in subsequent steps.

Ausführungsform BEmbodiment B

Ein weiterer Zugang ist ein Polierverfahren, das in den Fig. 26 und 27 als einer weiteren Ausführungsform zur Verbesserung der Poliergenauigkeit gezeigt ist. Bei der vorherigen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Polieren der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht selbst benutzt. Bei einem solchen Verfahren muß das Polieren sehr vorsichtig ausgeführt werden, damit die inselförmige monokristalline Siliziumschicht nicht ganz oder teilweise abgeht und Kratzer aus der Oberfläche zurückläßt. Bei einer Dicke der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht von ursprünglich etwa 0,55 µm ist es schwierig, die gesamte Oberfläche des Wafers mit hoher Genauigkeit zu polieren. Daher wird vor dem Poliervorgang eine polykristalline Siliziumschicht 12 auf der gesamten Oberfläche gebildet, wie in Fig. 26 gezeigt ist. Die Dicke der polykristallinen Siliziumschicht 12 ist größer als die Dicke der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32. Wie in Fig. 27 dargestellt ist, wird die polykristalline Siliziumschicht 12 dann durch ein kräftiges Polierverfahren poliert. Die inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 wird unter Verwendung des Seitenwandsiliziumoxidfilms 111 als Stopper poliert, wodurch eine gleichmäßige inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 mit glatter Oberfläche geschaffen wird. Dieses Verfahren kann verhindern, daß die inselförmige monokristalline Siliziumschicht während des Poliervorgangs abgeht. Die auf der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht gebildete polykristalline Siliziumschicht wirkt ferner als notwendige Hilfe zur Erhöhung der Poliergenauigkeit. Daher kann eine inselförmige monokristalline Siliziumschicht, die über die gesamte Oberfläche des Wafers gleichmäßig ist und eine glatte Oberfläche aufweist, in vorteilhafter Weise gebildet werden. Nach dem Poliervorgang füllt die polykristalline Siliziumschicht den Raum zwischen den inselförmigen Bauelementbildungsbereichen auf, und daher ist der Einebnungseffekt für die gesamte Oberfläche auf dem Wafer wirksam. Die polykristalline Siliziumschicht ist nur zum Zweck der Darstellung beschrieben worden. Ähnliche Effekte können aber durch jede Schicht erzielt werden, die eine ähnliche Polierrate wie die inselförmige monokristalline Siliziumschicht aufweist.Another approach is a polishing process that is shown in FIGS. 26 and 27 as another embodiment to improve polishing accuracy. In the previous embodiment, a method for polishing the island-shaped monocrystalline silicon layer itself is used. In such a process, the polishing must be carried out very carefully so that the island-shaped monocrystalline silicon layer does not go off completely or partially and leaves scratches on the surface. With the island-shaped monocrystalline silicon layer originally having a thickness of approximately 0.55 μm, it is difficult to polish the entire surface of the wafer with high accuracy. Therefore, a polycrystalline silicon layer 12 is formed on the entire surface before the polishing process, as shown in FIG. 26. The thickness of the polycrystalline silicon layer 12 is greater than the thickness of the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 . As shown in Fig. 27, the polycrystalline silicon layer 12 is then polished by a vigorous polishing process. The island-shaped monocrystalline silicon layer 32 is polished using the sidewall silicon oxide film 111 as a stopper, thereby creating a uniform island-shaped monocrystalline silicon layer 32 with a smooth surface. This method can prevent the island-shaped monocrystalline silicon layer from coming off during the polishing process. The polycrystalline silicon layer formed on the island-shaped monocrystalline silicon layer also acts as a necessary aid for increasing the polishing accuracy. Therefore, an island-shaped monocrystalline silicon layer, which is uniform over the entire surface of the wafer and has a smooth surface, can advantageously be formed. After the polishing process, the polycrystalline silicon layer fills the space between the island-shaped device formation regions, and therefore the leveling effect is effective for the entire surface on the wafer. The polycrystalline silicon layer has only been described for the purpose of illustration. However, similar effects can be achieved by any layer that has a similar polishing rate as the island-shaped monocrystalline silicon layer.

Ausführungsform CEmbodiment C

Die Fig. 28-33 zeigen Teilquerschnitte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur, wenn beim Poliervorgang ein Stoppmaterial benutzt wird, das den Raum zwischen den inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten auffüllt. Figs. 28-33 show partial cross sections of a manufacturing method of a semiconductor device of SOI structure, when a stop material is used during the polishing process, which fills up the space between the island-shaped monocrystalline silicon layers.

Wie in Fig. 28 gezeigt ist, weisen die inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten jeweils einen n--Bereich 35 und einen p--Bereich 34 auf. p⁺-Störstellenbereiche 33 sind als Kanalabschneideschichten auf einander gegenüberliegenden Seiten des p--Bereichs 34 gebildet.As shown in FIG. 28, the island-shaped monocrystalline silicon layers each have an n - region 35 and a p - region 34 . p⁺ impurity regions 33 are formed as channel cut-off layers on opposite sides of the p - region 34 .

Wie in Fig. 29 dargestellt ist, wird ein Siliziumoxidfilm 11 gebildet, der die inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten bedeckt. Auf dem Siliziumoxidfilm 11 wird ein Photolackfilm 4 geschaffen.As shown in Fig. 29, a silicon oxide film 11 is formed which covers the island-shaped monocrystalline silicon layers. A photoresist film 4 is created on the silicon oxide film 11 .

Wie in Fig. 30 gezeigt ist, werden durch ein Rückätzverfahren der Photolackfilm 4 und der Siliziumoxidfilm 11 entfernt. Damit füllt ein Siliziumoxidfilm 112, der beim Polieren als Stoppmaterial wirkt, den Raum zwischen den inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten auf.As shown in FIG. 30, the resist film 4 and the silicon oxide film 11 are removed by an etching back process. A silicon oxide film 112 , which acts as a stop material during polishing, thus fills the space between the island-shaped monocrystalline silicon layers.

Wie in Fig. 31 dargestellt ist, wird die Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht unter Verwendung des Siliziumoxidfilms 112 als Stoppmaterial beim Polieren gleichmäßig poliert und eingeebnet.As shown in FIG. 31, the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer is uniformly polished and flattened using the silicon oxide film 112 as a stopping material in the polishing.

Wie in Fig. 32 gezeigt ist, werden ein Oxidfilm 5 und eine Polysiliziumschicht 6 für eine Gate-Elektrode auf der gesamten Oberfläche gebildet. Die polykristalline Siliziumschicht 6 wird mit Störstellen dotiert, um ihren Widerstand zu senken.As shown in Fig. 32, an oxide film 5 and a polysilicon layer 6 for a gate electrode are formed on the entire surface. The polycrystalline silicon layer 6 is doped with impurities in order to lower its resistance.

Wie in Fig. 33 dargestellt ist, ermöglicht ein selektives Ätzen durch ein Photolithographieverfahren, daß eine Gate-Elektrode 61 und ein Gate-Oxidfilm 51 auf den inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Bereich zwischen den inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten bereits mit dem Siliziumoxidfilm 112 aufgefüllt worden, der beim Polieren als Stoppmaterial benutzt wird. Der Rest der Polysiliziumschicht wird in einem isotropen Ätzvorgang zur Bildung der Gate-Elektrode 61 auf den Seitenwänden der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht nicht zurückgelassen. As shown in Fig. 33, selective etching by a photolithography method enables a gate electrode 61 and a gate oxide film 51 to be formed on the island-shaped monocrystalline silicon layers. At this point, the area between the island-shaped monocrystalline silicon layers has already been filled with the silicon oxide film 112 , which is used as a stop material in the polishing. The rest of the polysilicon layer is not left behind in an isotropic etching process to form the gate electrode 61 on the side walls of the island-shaped monocrystalline silicon layer.

Ausführungsform DEmbodiment D

Die Fig. 34-37 zeigen Teilquerschnitte aufeinanderfolgender Schritte einer weiteren Ausführungsform für ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung mit einer SOI-Struktur, wenn der Raum zwischen inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten mit einem Stoppmaterial aufgefüllt wird, das in einem Polierverfahren benutzt wird. Figs. 34-37 show partial cross sections of successive steps of another embodiment of a manufacturing method for a semiconductor device with a SOI structure, if the space is filled up between the island-shaped monocrystalline silicon layers with a stopping material, which is used in a polishing process.

Wie in Fig. 34 gezeigt ist, wird eine monokristalline Siliziumschicht 3 mit Subkorngrenzen 31 auf einer Isolierschicht 2 gebildet.As shown in FIG. 34, a monocrystalline silicon layer 3 with sub-grain boundaries 31 is formed on an insulating layer 2 .

Wie in Fig. 35 dargestellt ist, wird der Teil der monokristallinen Siliziumschicht mit den Subkorngrenzen entfernt, und als Ergebnis wird eine inselförmige monokristalline Siliziumschicht 32 geschaffen. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Teil, der ein aktives Bauteil bilden soll, so als Insel geschaffen werden, daß keine Subkorngrenzen darin enthalten sind.As shown in Fig. 35, the part of the monocrystalline silicon layer having the sub-grain boundaries is removed, and as a result, an island-shaped monocrystalline silicon layer 32 is created. At this time, a part that is to form an active component can be created as an island so that no sub-grain boundaries are contained therein.

Wie in Fig. 36 gezeigt ist, wird eine polykristalline Siliziumschicht 12 gebildet, um die inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 32 zu bedecken und den Raum zwischen ihnen aufzufüllen. Für die polykristalline Siliziumschicht 12 ist eine Dicke von 500 nm oder mehr ausreichend. Wie in Fig. 36 durch die unterbrochene Linie definiert ist, wird die Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht 32 von der Seite der polykristallinen Siliziumschicht 12 aus bis zu einer gewünschten Tiefe poliert.As shown in FIG. 36, a polycrystalline silicon layer 12 is formed to cover the island-shaped monocrystalline silicon layers 32 and to fill the space between them. A thickness of 500 nm or more is sufficient for the polycrystalline silicon layer 12 . As defined by the broken line in FIG. 36, the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer 32 is polished to a desired depth from the side of the polycrystalline silicon layer 12 .

Damit wird eine inselförmige monokristalline Siliziumschicht 321 mit einer glatten und gleichmäßigen Oberfläche gebildet, wie in Fig. 37 dargestellt ist. Eine polykristalline Siliziumschicht 121 füllt den Raum zwischen den inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten 321 auf. Damit wird die polykristalline Siliziumschicht 121 als Stoppmaterial beim Polieren benutzt. Kristalldefekte aufgrund von Subkorngrenzen werden bei diesem Vorgang nicht erzeugt, und die monokristalline Siliziumschicht wird vom Poliervorgang nicht abgehoben.An island-shaped monocrystalline silicon layer 321 with a smooth and uniform surface is thus formed, as shown in FIG. 37. A polycrystalline silicon layer 121 fills the space between the island-shaped monocrystalline silicon layers 321 . The polycrystalline silicon layer 121 is thus used as a stopping material during polishing. Crystal defects due to sub-grain boundaries are not generated in this process, and the monocrystalline silicon layer is not lifted off by the polishing process.

Anschließend werden durch einen üblichen Prozeß aktive Bauelemente gebildet, wie in Fig. 38 dargestellt ist. Obwohl Fig. 38 das Beispiel einer Transistorbildung mittels LOCOS-Isolierung zeigt, kann anstelle der LOCOS-Isolierung auch eine Mesa-Isolierung benutzt werden. Fig. 39 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 38 dargestellte Struktur. Wie in den Fig. 38 und 39 gezeigt ist, existiert die polykristalline Siliziumschicht 121 im Source- oder Drain-Bereich eines Transistors. Wenn die polykristalline Siliziumschicht 121 jedoch so angeordnet ist, daß sie nicht im Kanalbereich des Transistors gebildet ist, wird auf die Eigenschaften des Bauelements kein Einfluß ausgeübt. Wenn alle Bauelementbildungsbereiche aus Einkristallabschnitten gebildet werden, gibt es überhaupt kein Problem. Aber selbst wenn eine polykristalline Siliziumschicht 121 im Abschnitt des Source-/Drain- Bereichs existiert, wie in den Fig. 38 und 39 dargestellt ist, ist es möglich, Transistoren mit ausgezeichneten Eigenschaften zu bilden, indem die Diffusion der Störstellen beachtet wird.Active components are then formed by a conventional process, as shown in FIG. 38. Although Figure 38 shows LOCOS isolation. The example of a transistor formation means, instead of LOCOS isolation can also be a mesa isolation can be used. FIG. 39 shows a top view of the structure shown in FIG. 38. As shown in FIGS. 38 and 39, the polycrystalline silicon layer 121 exists in the source or drain region of a transistor. However, if the polycrystalline silicon layer 121 is arranged such that it is not formed in the channel region of the transistor, no influence is exerted on the properties of the component. If all of the device formation regions are formed from single crystal sections, there is no problem at all. But even if a polycrystalline silicon layer 121 exists in the portion of the source / drain region, as shown in Figs. 38 and 39, it is possible to form transistors with excellent properties by taking the diffusion of the impurities into account.

Fig. 40 zeigt einen Querschnitt, der schematisch ein kräftiges Polierverfahren zeigt, das bei der oben angeführten Ausführungsform benutzt wird. Bei diesem kräftigen Polierverfahren wird eine Platte 300 aus einem Material, das härter als das zu polierende Silizium ist, verwendet. Ein Wafer 100 als monokristallines Siliziumsubstrat mit SOI-Struktur wird von einer drehbar gelagerten Platte 400 getragen. Die Oberfläche der monokristallinen Siliziumschicht, die auf dem Wafer gebildet ist, wird durch Drücken der zu polierenden Wafer-Ebene gegen die Platte 300, während der Wafer 100 gedreht wird, poliert. In diesem Fall wird z. B. kolloidales Silikatmaterial als Schleifmittel verwendet. Für die Platte 300 wird beispielsweise Siliziumoxid benutzt. Für die Platte kann auch ein Metall verwendet werden, vorausgesetzt, eine Kontaminierung der monokristallinen Halbleiterschicht kann beim Polieren vermieden werden. In Übereinstimmung mit dem in Fig. 40 dargestellten kräftigen Polierverfahren kann eine monokristalline Siliziumschicht mit ausgezeichnet eingeebneter Oberfläche gebildet werden, indem ein Film als Polierhilfsmittel benutzt wird, der sich hinsichtlich der Polierrate von der monokristallinen Siliziumschicht unterscheidet. Es ist aber wünschenswert, ein Material zu benutzen, dessen Poliergeschwindigkeit gleich oder nahezu gleich der Polierrate der monokristallinen Siliziumschicht ist, um die Oberfläche noch besser einzuebnen. Fig. 40 is a cross section schematically showing a vigorous polishing process used in the above embodiment. This vigorous polishing process uses a plate 300 made of a material that is harder than the silicon to be polished. A wafer 100 as a monocrystalline silicon substrate with an SOI structure is supported by a rotatably mounted plate 400 . The surface of the monocrystalline silicon layer formed on the wafer is polished by pressing the wafer plane to be polished against the plate 300 while the wafer 100 is being rotated. In this case, e.g. B. colloidal silicate material used as an abrasive. Silicon oxide, for example, is used for the plate 300 . A metal can also be used for the plate, provided that contamination of the monocrystalline semiconductor layer can be avoided during polishing. In accordance with the vigorous polishing process shown in Fig. 40, a monocrystalline silicon layer having an excellent leveled surface can be formed by using a film as a polishing aid which is different in polishing rate from the monocrystalline silicon layer. However, it is desirable to use a material whose polishing speed is equal to or almost the same as the polishing rate of the monocrystalline silicon layer in order to level the surface even better.

Das Wesentliche des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die durch die oben angeführte Ausführungsform im Detail beschrieben worden ist, ist in den Herstellungsschritten zusammengefaßt, die in Fig. 41 schematisch dargestellt sind. Wie in Fig. 41 gezeigt ist, wird eine nicht-monokristalline Siliziumschicht, die auf einer Isolatorschicht gebildet ist, aufgeheizt, geschmolzen, um eine vorbestimmte Temperaturverteilung zu erzielen, und in einen Einkristall rekristallisiert (Schritt 501). Die monokristalline Halbleiterschicht entsprechend dem Bereich hoher Temperatur in der Temperaturverteilung beim Schmelzen wird selektiv entfernt, bevor die erhaltene monokristalline Halbleiterschicht einer Wärmebehandlung unterworfen wird (Schritt 502). Dann werden in den resultierenden inselförmigen monokristallinen Halbleiterschichten aktive Bauelemente gebildet (Schritt 504). Zu diesem Zeitpunkt können die Oberflächenschichten der inselförmigen monokristallinen Halbleiterschichten poliert werden, bevor diese aktiven Bauelemente gebildet werden, um sie zu entfernen, und die Oberflächen können eingeebnet werden, um die Stufen und Einbuchtungen der Oberflächen der inselförmigen monokristallinen Halbleiterschichten zu vermindern, die für uneinheitliche Bauelementeigenschaften verantwortlich sein können, oder um die Bauelementeigenschaften durch Vermindern der Dicke der inselförmigen monokristallinen Halbleiterschichten zu verbessern (Schritt 503).The essence of the manufacturing method for a semiconductor device according to the present invention, which has been described in detail by the above-mentioned embodiment, is summarized in the manufacturing steps which are shown schematically in FIG. 41. As shown in Fig. 41, a non-monocrystalline silicon layer formed on an insulator layer is heated, melted to achieve a predetermined temperature distribution, and recrystallized into a single crystal (step 501). The monocrystalline semiconductor layer corresponding to the high temperature region in the temperature distribution during melting is selectively removed before the obtained monocrystalline semiconductor layer is subjected to a heat treatment (step 502). Then active components are formed in the resulting island-shaped monocrystalline semiconductor layers (step 504). At this point, the surface layers of the island-shaped monocrystalline semiconductor layers can be polished before these active devices are formed to remove them, and the surfaces can be flattened to reduce the steps and indentations of the surfaces of the island-shaped monocrystalline semiconductor layers, which are responsible for non-uniform device properties may be responsible, or to improve device properties by reducing the thickness of the island-shaped monocrystalline semiconductor layers (step 503).

Wie oben beschrieben worden ist, wird nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren derjenige Bereich der monokristallinen Siliziumschicht entfernt, der Subkorngrenzen oder Korngrenzen aufweist. Daher sind keine neuen Kristalldefekte möglich, wenn beim Prozeß zur Bildung aktiver Bauelemente eine Oxidations- oder Wärmebehandlung ausgeführt wird. Damit kann in einer Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur die Ungleichmäßigkeit der aktiven Bauelemente oder ihre Fehlfunktion signifikant unterdrückt werden. Durch die vorherige Entfernung des Bereichs der monokristallinen Siliziumschicht, die Korngrenzen oder Subkorngrenzen enthält, werden niemals neue Defekte gebildet, wenn die monokristalline Siliziumschicht poliert wird, um die Stufen und Einbuchtungen ihrer Oberfläche zu vermindern. Daher kann eine monokristalline Siliziumschicht mit einer gleichmäßigen und ebenen Oberfläche auf einer Isolatorschicht gebildet werden, und es ist daher möglich, bei einer Halbleitereinrichtung mit SOI-Struktur höhere Leistungen zu erzielen.As has been described above, according to the invention Manufacturing process that area of monocrystalline Silicon layer removed, the sub-grain boundaries or grain boundaries  having. Therefore, no new crystal defects are possible if the Process for the formation of active components an oxidation or Heat treatment is carried out. It can be used in one Semiconductor device with SOI structure the unevenness of the active components or their malfunction significantly suppressed will. By previously removing the area of the monocrystalline silicon layer, the grain boundaries or Sub-grain boundaries will never form new defects, though the monocrystalline silicon layer is polished around the steps and reduce indentations in their surface. Therefore a monocrystalline silicon layer with a uniform and flat Surface to be formed on an insulator layer and it is therefore possible with a semiconductor device with an SOI structure to achieve higher performances.

Claims (24)

1. Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung mit einem aktiven Bereich in einer Siliziumschicht, die auf einer SiO₂-Schicht gebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden einer monokristallinen Halbleiterschicht (3) durch Erhitzen und Schmelzen einer nicht-monokristallinen Siliziumschicht (13), die auf der SiO₂-Schicht (2) gebildet ist,
Schmelzen der nicht- monokristallinen Siliziumschicht mit einer Temperaturverteilung, die Bereiche höherer und niedrigerer Temperatur aufweist,
Bilden einer inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) durch selektives Entfernen des Teils der monokristallinen Siliziumschicht, der dem Bereich höherer Temperatur beim Schmelzen ausgesetzt war, und
Bilden eines aktiven Bauelements (61) auf der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht.
1. Manufacturing method for a semiconductor device with an active region in a silicon layer, which is formed on an SiO₂ layer, characterized by the steps:
Forming a monocrystalline semiconductor layer ( 3 ) by heating and melting a non-monocrystalline silicon layer ( 13 ) which is formed on the SiO₂ layer ( 2 ),
Melting the non-monocrystalline silicon layer with a temperature distribution having regions of higher and lower temperature,
Forming an island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ) by selectively removing the portion of the monocrystalline silicon layer that was exposed to the higher temperature region during melting, and
Forming an active component ( 61 ) on the island-shaped monocrystalline silicon layer.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der monokristallinen Siliziumschicht (3) das Schmelzen einer nicht-monokristallinen Siliziumschicht (13) durch Bestrahlen mit einem Laser (70) aufweist.2. Manufacturing method according to claim 1, characterized in that the step of forming the monocrystalline silicon layer ( 3 ) comprises melting a non-monocrystalline silicon layer ( 13 ) by irradiation with a laser ( 70 ). 3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung erzielt wird, indem die nicht-monokristalline Siliziumschicht (13), auf der ein Antireflexionsfilm (14) selektiv gebildet ist, mit einem Laser (70) bestrahlt wird. 3. Manufacturing method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature distribution is achieved by the non-monocrystalline silicon layer ( 13 ), on which an anti-reflection film ( 14 ) is selectively formed, is irradiated with a laser ( 70 ). 4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) die Bildung der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) durch selektives Entfernen der monokristallinen Siliziumschicht (3) entsprechend der Position unter dem Antireflexionsfilm (14) aufweist.4. The manufacturing method according to claim 3, characterized in that the step of forming the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ) comprises forming the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ) by selectively removing the monocrystalline silicon layer ( 3 ) according to the position under the anti-reflection film ( 14 ) . 5. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) das selektive Ätzen einer monokristallinen Siliziumschicht mit einer Subkorngrenze (31) aufweist.5. Manufacturing method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the step of forming the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ) comprises the selective etching of a monocrystalline silicon layer with a sub-grain boundary ( 31 ). 6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung eines aktiven Bauelements in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht die Bildung eines Feldeffekttransistors (61) in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) aufweist.6. Manufacturing method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step of forming an active component in the island-shaped monocrystalline silicon layer comprises the formation of a field effect transistor ( 61 ) in the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ). 7. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung eines aktiven Bauelements in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht
die Bildung einer Bauelementisolierschicht (33, 92; 93) auf einer Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32), und
die Bildung eines aktiven Bauelements (61) im Bereich der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht, der von der Bauelementisolierschicht umgeben ist, aufweist.
7. Manufacturing method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step of forming an active component in the island-shaped monocrystalline silicon layer
the formation of a component insulation layer ( 33 , 92 ; 93 ) on a side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ), and
the formation of an active component ( 61 ) in the region of the island-shaped monocrystalline silicon layer, which is surrounded by the component insulation layer.
8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung einer Bauelementisolierschicht die Bildung einer Kanalabschneideschicht (33) auf einer Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) aufweist. 8. The manufacturing method according to claim 7, characterized in that the step of forming a device insulating layer comprises forming a channel cut-off layer ( 33 ) on a side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ). 9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung einer Bauelementisolierschicht die Bildung eines Isolieroxidfilms (92; 93) auf einer Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) aufweist.9. The manufacturing method according to claim 7 or 8, characterized in that the step of forming a component insulating layer comprises forming an insulating oxide film ( 92 ; 93 ) on a side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ). 10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung des Isolieroxidfilms (92)
die aufeinanderfolgende Bildung eines Oxidfilms (91) und eines Nitridfilms (101) auf der Deckfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (38), und
das selektive Oxidieren einer Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht unter Verwendung des Nitridfilms als Maske aufweist.
10. Manufacturing method according to claim 9, characterized in that the step of forming the insulating oxide film ( 92 )
the sequential formation of an oxide film ( 91 ) and a nitride film ( 101 ) on the top surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 38 ), and
selectively oxidizing a sidewall of the island-shaped monocrystalline silicon layer using the nitride film as a mask.
11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung des Isolieroxidfilms (93)
die Bildung eines Oxidfilms (9) auf der Deckfläche und Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (38),
die Bildung eines Nitridfilms (102) auf dem Oxidfilm und der Deckfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht, und
das Vergrößern der Dicke des Oxidfilms auf der Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht unter Verwendung des Nitridfilms als Maske durch Oxidation aufweist.
11. A manufacturing method according to claim 9, characterized in that the step of forming the insulating oxide film ( 93 )
the formation of an oxide film ( 9 ) on the top surface and side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 38 ),
the formation of a nitride film ( 102 ) on the oxide film and the top surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer, and
comprises increasing the thickness of the oxide film on the side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer by using the nitride film as a mask by oxidation.
12. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Bildung eines aktiven Bauelements im Bereich der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht die Bildung eines Gate-Oxidfilms (51) selektiv auf der Deckfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) und einer Gate-Elektrode (61) auf dem Gate-Oxidfilm, und
die Bildung eines Source-/Drain-Bereichs (36; 37) durch Einlagern von Störstellen in die inselförmige monokristalline Siliziumschicht unter Verwendung der Gate-Elektrode als Maske aufweist.
12. Manufacturing method according to one of claims 1 to 11, characterized in that
the step of forming an active device in the region of the island-shaped monocrystalline silicon layer, forming a gate oxide film ( 51 ) selectively on the top surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ) and a gate electrode ( 61 ) on the gate oxide film, and
the formation of a source / drain region ( 36 ; 37 ) by embedding impurities in the island-shaped monocrystalline silicon layer using the gate electrode as a mask.
13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht die Bildung erster und zweiter inselförmiger monokristalliner Siliziumschichten (32) durch selektives Entfernen der monokristallinen Siliziumschicht (3) aufweist.13. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the step of forming the island-shaped monocrystalline silicon layer comprises the formation of first and second island-shaped monocrystalline silicon layers ( 32 ) by selective removal of the monocrystalline silicon layer ( 3 ). 14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht
die Bildung einer Siliziumschicht (34) eines ersten Leitungstyps durch Einlagern von Störstellen eines ersten Leitungstyps in die erste inselförmige monokristalline Siliziumschicht, und
die Bildung einer Siliziumschicht (35) eines zweiten Leitungstyps durch Einlagern von Störstellen eines zweiten Leitungstyps in die zweite inselförmige monokristalline Siliziumschicht aufweist.
14. Manufacturing method according to claim 13, characterized in that the step of forming the island-shaped monocrystalline silicon layer
the formation of a silicon layer ( 34 ) of a first conductivity type by embedding impurities of a first conductivity type in the first island-shaped monocrystalline silicon layer, and
comprises the formation of a silicon layer ( 35 ) of a second conductivity type by embedding impurities of a second conductivity type in the second island-shaped monocrystalline silicon layer.
15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung eines aktiven Bauelements in der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht die Bildung eines Feldeffekttransistors des zweiten Leitungstyps in der Siliziumschicht (34) des ersten Leitungstyps, und
die Bildung eines Feldeffekttransistors des ersten Leitungstyps in der Siliziumschicht (35) des zweiten Leitungstyps aufweist.
15. The production method according to claim 14, characterized in that the step of forming an active component in the island-shaped monocrystalline silicon layer, the formation of a field effect transistor of the second conductivity type in the silicon layer ( 34 ) of the first conductivity type, and
comprises the formation of a field effect transistor of the first conductivity type in the silicon layer ( 35 ) of the second conductivity type.
16. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch den Schritt:
Einebnen der Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht durch Entfernen der Oberflächenschicht der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht durch Polieren.
16. Manufacturing method according to one of claims 1 to 15, characterized by the step:
Flattening the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer by removing the surface layer of the island-shaped monocrystalline silicon layer by polishing.
17. Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Einebnung der Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht
die Bildung eines Polierstoppfilms (111) auf einer Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32), und
das Entfernen der Oberflächenschicht der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht auf eine vorbestimmte Dicke unter Verwendung der Dicke des Polierstoppfilms als Referenz aufweist.
17. The production method according to claim 16, characterized in that the step of leveling the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer
the formation of a polishing stop film ( 111 ) on a side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ), and
removing the surface layer of the island-shaped monocrystalline silicon layer to a predetermined thickness using the thickness of the polishing stopper film as a reference.
18. Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierrate des Polierstoppfilms (111) geringer als die Polierrate der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) ist.18. Manufacturing method according to claim 17, characterized in that the polishing rate of the polishing stop film ( 111 ) is lower than the polishing rate of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ). 19. Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Einebnung der Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht
die Bildung eines Polierstoppfilms (111) auf einer Seitenwand der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32),
die Bildung einer Polierstützschicht (12) auf der Isolatorschicht, um die inselförmige monokristalline Siliziumschicht und den Polierstoppfilm zu bedecken, und
das Entfernen der Oberflächenschichten der Polierstützschicht und der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht auf eine vorbestimmte Dicke unter Verwendung der Dicke des Polierstoppfilms als Referenz aufweist.
19. Manufacturing method according to claim 16, characterized in that the step of leveling the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layer
the formation of a polishing stop film ( 111 ) on a side wall of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ),
forming a polishing support layer ( 12 ) on the insulator layer to cover the island-shaped monocrystalline silicon layer and the polishing stopper film, and
comprises removing the surface layers of the polishing support layer and the island-shaped monocrystalline silicon layer to a predetermined thickness using the thickness of the polishing stopper film as a reference.
20. Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die Polierrate des Polierstoppfilms (111) geringer als die Polierrate der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) ist, und
die Polierrate der Polierstützschicht (12) im wesentlichen gleich der Polierrate der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) ist.
20. Manufacturing method according to claim 19, characterized in that
the polishing rate of the polishing stop film ( 111 ) is lower than the polishing rate of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ), and
the polishing rate of the polishing support layer ( 12 ) is substantially equal to the polishing rate of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ).
21. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des Polierstoppfilms die Bildung von Stoppfilmen (112) in einer Weise aufweist, daß sie den Raum zwischen einer Mehrzahl von inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten auffüllen.21. Manufacturing method according to one of claims 17 to 20, characterized in that the formation of the polishing stop film comprises the formation of stop films ( 112 ) in such a way that they fill the space between a plurality of island-shaped monocrystalline silicon layers. 22. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Einebnung der Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten das Drehen der Oberfläche der inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten, während die Oberfläche auf einen starren Körper (300) gepreßt wird, aufweist. 22. The manufacturing method according to any one of claims 16 to 21, characterized in that the step of flattening the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layers comprises rotating the surface of the island-shaped monocrystalline silicon layers while the surface is pressed onto a rigid body ( 300 ). 23. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des nachfolgenden Behandelns der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht (32) ein Aufheizen der inselförmigen monokristallinen Siliziumschicht auf eine Temperatur über 600°C aufweist.23. The production method according to claim 1 to 22, characterized in that the step of subsequent treatment of the island-shaped monocrystalline silicon layer ( 32 ) comprises heating the island-shaped monocrystalline silicon layer to a temperature above 600 ° C. 24. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Halbleitereinrichtungen, die jeweils einen aktiven Bereich in einer Siliziumschicht aufweisen, die auf einer SiO₂-Schicht gebildet ist, gebildet werden, mit:
Abscheiden der nicht-monokristallinen Siliziumschicht (13) auf der SiO₂-Schicht (2),
Behandeln der jeweiligen monokristallinen Siliziumschicht, um ein aktives Bauelement (61) auf jeweils mindestens zwei inselförmigen monokristallinen Siliziumschichten zu bilden.
24. Manufacturing method according to one of claims 1 to 23, characterized in that a plurality of semiconductor devices, each having an active region in a silicon layer which is formed on a SiO₂ layer, are formed with:
Depositing the non-monocrystalline silicon layer ( 13 ) on the SiO₂ layer ( 2 ),
Treating the respective monocrystalline silicon layer in order to form an active component ( 61 ) on at least two island-shaped monocrystalline silicon layers.
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