JP2003188170A - Method for producing semiconductor oxide film - Google Patents

Method for producing semiconductor oxide film

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JP2003188170A
JP2003188170A JP2001385885A JP2001385885A JP2003188170A JP 2003188170 A JP2003188170 A JP 2003188170A JP 2001385885 A JP2001385885 A JP 2001385885A JP 2001385885 A JP2001385885 A JP 2001385885A JP 2003188170 A JP2003188170 A JP 2003188170A
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Japan
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oxygen
silicon
film
oxide film
single crystal
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JP2001385885A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhisa Omura
泰久 大村
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Osaka Industrial Promotion Organization
Original Assignee
Osaka Industrial Promotion Organization
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an oxide film to bury into a semiconductor, e.g. an oxide film to bury into silicon, in which the oxide film can be made thin while maintaining uniformity of the film thickness and the performance as an insulation film. <P>SOLUTION: In a first layer forming process (1) for epitaxially growing silicon on a single crystal silicon substrate 1, silicon is grown epitaxially while adding oxygen to such an extent as the single crystallinity of silicon is not collapsed by growing silicon epitaxially on the single crystal silicon substrate 1 in oxygen atmosphere. Subsequently, a single crystal silicon film 3 is formed in a second layer forming process (2) by stopping introduction of oxygen and growing only silicon epitaxially on a silicon film 2 containing oxygen. Subsequently, a silicon oxide film 4 is formed in an oxidation process (3) by heat treating a semiconductor layer thus formed in an oxidizing atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子として用
いられる半導体への埋め込み酸化膜、例えば、シリコン
への埋め込み酸化膜の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a buried oxide film on a semiconductor used as a semiconductor device, for example, a buried oxide film on silicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスであるLSI(Large Sc
ale Integration)の技術においては、大容量化の要求
に答えるため、年を追う毎にLSIの微細化、高集積化
が進んでいる。特に、近い将来の超LSIにおいては、
ゲート長100nmのMOSFET(Metal-Oxide-Semi
conductor Field Effect Transistor)を採用するた
め、短チャネル効果の抑制に必要な絶縁膜であるゲート
酸化膜のさらなる薄膜化および素子構造の複雑化が要求
されている。このようなゲート酸化膜には、特に、単結
晶シリコンが用いられ、シリコン酸化膜が形成される。
以下、単結晶シリコンを用いた場合を例示する。
2. Description of the Related Art LSI (Large Sc
In the technology of ale integration), miniaturization and high integration of LSI are progressing year by year in order to meet the demand for large capacity. Especially in the near future VLSI,
100-nm gate length MOSFET (Metal-Oxide-Semi
Since the conductor field effect transistor) is adopted, it is required to further thin the gate oxide film, which is an insulating film necessary for suppressing the short channel effect, and to make the device structure complicated. For such a gate oxide film, in particular, single crystal silicon is used to form a silicon oxide film.
Hereinafter, the case where single crystal silicon is used will be exemplified.

【0003】ゲート酸化膜の薄膜化の要求に答えるため
の半導体素子としてSOI(Silicon-On-Insulator)構
造基板を用いることについての研究が進められている。
Research has been conducted on the use of an SOI (Silicon-On-Insulator) structure substrate as a semiconductor device to meet the demand for a thinner gate oxide film.

【0004】この中には、シリコン基板に酸素イオンを
注入し、酸化させることにより埋め込み酸化膜を形成さ
せるSIMOX(Separation by IMplanted OXyglen)
技術や、酸化膜形成の後、基板同士の貼り合わせを行う
ことにより埋め込み酸化膜を形成させる貼り合わせ技術
等が開発されている。
Among these, SIMOX (Separation by IMplanted OXyglen) in which oxygen ions are implanted into a silicon substrate and oxidized to form a buried oxide film.
Techniques such as a bonding technique for forming a buried oxide film by bonding substrates to each other after forming an oxide film have been developed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、SIMOX技
術においては、反応に必要なすべての酸素をイオン注入
する必要があり、酸素イオン注入工程に時間がかかる。
また、この技術においては、通常、注入する酸素イオン
濃度を下げることによって酸化膜を薄くすることができ
るが、イオン濃度を下げて酸化膜を薄くするには限界が
あり、所定値以下の濃度では、膜厚の均一性が保持でき
ない。
However, in the SIMOX technique, it is necessary to ion-implant all the oxygen necessary for the reaction, and the oxygen ion-implanting process takes a long time.
In addition, in this technique, the oxide film can usually be made thinner by lowering the concentration of oxygen ions to be implanted, but there is a limit to reducing the ion concentration to make the oxide film thinner. However, the uniformity of the film thickness cannot be maintained.

【0006】他方、貼り合わせ技術においては、酸化膜
形成の後、その上に別のシリコン基板を貼り合わせる工
程が必要である。形成する酸化膜を薄くし過ぎると貼り
合わせ時の押圧力の加減によって酸化膜にたわみが発生
し易い。たわみが発生することにより、酸化膜の膜厚均
一性が悪化するとともに、貼り合わせがうまく行かない
ため、再現性が低くなる。また、酸化膜形成後に貼り合
わせを行うことにより、酸化膜の絶縁膜としての性能が
貼り合わせ前に比べて劣化することが知られている。さ
らに、この現象は、酸化膜厚を薄くするほど顕著とな
る。
On the other hand, the bonding technique requires a step of bonding another silicon substrate on the oxide film after forming the oxide film. If the oxide film to be formed is too thin, bending of the oxide film is likely to occur due to adjustment of the pressing force at the time of bonding. Due to the occurrence of the bending, the film thickness uniformity of the oxide film is deteriorated and the bonding is not performed well, so that the reproducibility is lowered. Further, it is known that the performance as an insulating film of the oxide film is deteriorated as compared with that before the bonding by performing the bonding after forming the oxide film. Further, this phenomenon becomes more remarkable as the oxide film thickness is made thinner.

【0007】このように、上記いずれの方法をとっても
酸化膜の薄膜化には限界があり、ゲート酸化膜の薄膜化
の要求に答え得る埋め込み酸化膜の形成は困難であっ
た。
As described above, there is a limit to thinning the oxide film by any of the above methods, and it is difficult to form a buried oxide film that can meet the demand for thinning the gate oxide film.

【0008】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するべくなされたもので、膜厚均一性と絶縁膜としての
性能を保持しつつ薄膜化することができる半導体への埋
め込み酸化膜、例えば、シリコンへの埋め込み酸化膜の
製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. A buried oxide film for a semiconductor, which can be thinned while maintaining film thickness uniformity and performance as an insulating film, for example, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a buried oxide film in silicon.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体酸化膜の
製造方法は、半導体素子として用いられる単結晶半導体
酸化膜の製造方法であって、酸素雰囲気中において、単
結晶半導体基板上に半導体物質をエピタキシャル成長さ
せることにより、前記半導体物質が単結晶性を保持しつ
つ酸素を含んだ酸素含有半導体膜を形成する第1層形成
工程と、前記酸素含有半導体膜上にさらに単結晶半導体
膜をエピタキシャル成長により形成する第2層形成工程
と、前記第1層形成工程および前記第2層形成工程の後
に、形成された前記酸素含有半導体膜を酸化性雰囲気中
において熱処理することにより酸化させる酸化工程とを
有するものである。
A method for producing a semiconductor oxide film according to the present invention is a method for producing a single crystal semiconductor oxide film used as a semiconductor element, wherein a semiconductor material is formed on a single crystal semiconductor substrate in an oxygen atmosphere. A first layer forming step of forming an oxygen-containing semiconductor film containing oxygen while retaining the single crystallinity of the semiconductor material by epitaxial growth, and a single crystal semiconductor film is further epitaxially grown on the oxygen-containing semiconductor film. A second layer forming step of forming and an oxidizing step of oxidizing the formed oxygen-containing semiconductor film by heat treatment in an oxidizing atmosphere after the first layer forming step and the second layer forming step. It is a thing.

【0010】本発明の単結晶半導体酸化膜の製造方法に
おいては、単結晶半導体基板上に半導体物質をエピタキ
シャル成長させる第1層形成工程において、単結晶半導
体基板上に酸素雰囲気中で半導体物質をエピタキシャル
成長させることにより、半導体物質の単結晶性を崩さな
い程度の酸素を含有させつつ半導体物質をエピタキシャ
ル成長させる。単結晶性とは、結晶が同一配向(結晶方
位)であり、かつ格子間隔が当該半導体のみの単結晶の
値と同じ値であることをいう。結晶方位は、電気的特性
と密接に関連しており、半導体素子としての性能に直接
関与するものである。ここで、エピタキシャル成長と
は、物質を真空中で気化または蒸発させ下地単結晶表面
上に吸着、成長させるとその下地結晶の影響を受けて成
長面および軸方向がその下地結晶のものと一致して単結
晶状の薄膜ができる現象を利用したものである。このよ
うなエピタキシャル成長過程において、酸化させる半導
体膜に酸素を含有させることにより、予め格子欠陥を形
成させる。
In the method for producing a single crystal semiconductor oxide film of the present invention, in the first layer forming step of epitaxially growing a semiconductor material on a single crystal semiconductor substrate, the semiconductor material is epitaxially grown on the single crystal semiconductor substrate in an oxygen atmosphere. Thus, the semiconductor material is epitaxially grown while containing oxygen to the extent that the single crystallinity of the semiconductor material is not destroyed. Single crystallinity means that the crystals have the same orientation (crystal orientation) and the lattice spacing is the same value as that of the single crystal of the semiconductor only. The crystal orientation is closely related to electrical characteristics and directly relates to the performance as a semiconductor device. Here, epitaxial growth means that when a substance is vaporized or evaporated in a vacuum and is adsorbed and grown on the surface of the underlying single crystal, the growth surface and the axial direction are the same as those of the underlying crystal due to the influence of the underlying crystal. It utilizes the phenomenon that a single crystal thin film is formed. In such an epitaxial growth process, lattice defects are formed in advance by including oxygen in the semiconductor film to be oxidized.

【0011】引き続いて、第2層形成工程において、酸
素の導入を止め、半導体物質のみを酸素含有半導体膜上
にエピタキシャル成長させることにより、単結晶半導体
膜が形成される。第1層形成工程において、成長させた
半導体物質は、単結晶性を保持しているため、引き続き
単結晶半導体を容易に成長させることができる。
Subsequently, in the step of forming the second layer, the introduction of oxygen is stopped and only the semiconductor substance is epitaxially grown on the oxygen-containing semiconductor film to form a single crystal semiconductor film. Since the semiconductor material grown in the first layer forming step retains single crystallinity, the single crystal semiconductor can be easily grown subsequently.

【0012】この後、酸化工程において、形成された半
導体層を酸化性雰囲気中に熱処理することにより格子欠
陥の多い酸素含有半導体膜が優先的に酸化され、半導体
酸化膜が形成される。なお、酸化性雰囲気とは、酸素を
含んだ雰囲気をいい、酸素を他の物質で分圧した雰囲気
や、酸素のみの雰囲気も含まれるものである。
After that, in the oxidation step, the formed semiconductor layer is heat-treated in an oxidizing atmosphere to preferentially oxidize the oxygen-containing semiconductor film having many lattice defects to form a semiconductor oxide film. Note that the oxidizing atmosphere is an atmosphere containing oxygen, and includes an atmosphere in which oxygen is partially divided by another substance and an atmosphere containing only oxygen.

【0013】このように、単結晶半導体膜中に予め酸素
を含ませることによって格子欠陥を形成させ、格子欠陥
の多い領域に優先的に酸化される性質を利用して酸化工
程において酸素が含まれた領域のみ酸化させることがで
きる。これにより、半導体酸化膜の膜厚均一性を保持す
ることができる。また、予め酸素を含ませることによ
り、効率的に酸化を促し、格子間半導体原子を残留し難
くすることができる。これにより、絶縁膜としての信頼
性を保持することができる。
As described above, oxygen is contained in the oxidation step by utilizing the property that the lattice defects are formed by including oxygen in the single crystal semiconductor film in advance and the region having many lattice defects is preferentially oxidized. It is possible to oxidize only the regions that are open. Thereby, the film thickness uniformity of the semiconductor oxide film can be maintained. Further, by including oxygen in advance, it is possible to efficiently promote the oxidation and make it difficult for the interstitial semiconductor atoms to remain. As a result, the reliability of the insulating film can be maintained.

【0014】また、酸化させる領域に予め格子欠陥が生
じていることにより、酸化速度を速めることができる。
また、同様に酸化温度を低く抑えることもできる。この
ため、不純物の再分布を抑え、不純物濃度の変化を抑制
することができ、ゲート酸化膜の絶縁膜としての信頼性
を保持することができる。さらに、当該酸素含有半導体
膜のみが半導体酸化膜に変質するため、酸素含有半導体
膜の膜厚を制御することにより、半導体酸化膜の膜厚を
制御することができ、容易にゲート酸化膜を薄膜化する
ことができる。
Further, since the lattice defects are generated in advance in the region to be oxidized, the oxidation rate can be increased.
Similarly, the oxidation temperature can be kept low. Therefore, the redistribution of impurities can be suppressed, the change in impurity concentration can be suppressed, and the reliability of the gate oxide film as an insulating film can be maintained. Further, since only the oxygen-containing semiconductor film is transformed into a semiconductor oxide film, the film thickness of the semiconductor oxide film can be controlled by controlling the film thickness of the oxygen-containing semiconductor film, and the gate oxide film can be easily formed into a thin film. Can be converted.

【0015】好ましくは、前記第1層形成工程における
酸素雰囲気中の酸素濃度は、前記酸化工程における酸化
性雰囲気中の酸素濃度よりも低く調整される。
Preferably, the oxygen concentration in the oxygen atmosphere in the first layer forming step is adjusted to be lower than the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere in the oxidizing step.

【0016】酸素含有半導体膜中に含有される酸素は、
酸化膜形成時に必要な酸素の量を含ませるものではな
く、それよりずっと少量の酸素を含有させる。単結晶性
を保持しつつ導入できる酸素量には限界があるためであ
る。第1層形成工程において酸素雰囲気中の酸素濃度を
酸化工程における酸化性雰囲気中の酸素濃度より低くす
ることによって、エピタキシャル成長過程において半導
体物質の単結晶性を保持しつつ、酸化工程において酸素
が含有されている領域を優先的に酸化させることのでき
る酸素含有半導体膜を容易に形成することができる。
Oxygen contained in the oxygen-containing semiconductor film is
It does not contain the amount of oxygen necessary for forming the oxide film, but contains a much smaller amount of oxygen. This is because there is a limit to the amount of oxygen that can be introduced while maintaining single crystallinity. By making the oxygen concentration in the oxygen atmosphere in the first layer forming step lower than the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere in the oxidizing step, oxygen is contained in the oxidizing step while maintaining the single crystallinity of the semiconductor material in the epitaxial growth process. The oxygen-containing semiconductor film capable of preferentially oxidizing the existing region can be easily formed.

【0017】好ましくは、前記第1層形成工程における
前記エピタキシャル成長は、分子線エピタキシー法によ
って行われる。分子線エピタキシー法(MBE;Molecu
larBeam Epitaxy法)は、10-10Torr程度の超高真空中
で基板に分子線または原子線を入射させ、基板上にエピ
タキシャル成長層を形成する方法であって、高度に制御
された真空蒸着法である。この成長法は、成長温度が他
のエピタキシャル成長法に比べて低温であることから、
成長速度が遅いため、エピタキシャル成長における分子
線照射等の制御を高精度に行うことができ、極めて薄い
単原子層レベルの膜厚の制御に適することを特徴として
いる。
Preferably, the epitaxial growth in the first layer forming step is performed by a molecular beam epitaxy method. Molecular beam epitaxy (MBE; Molecu
larBeam Epitaxy method) is a method of forming an epitaxial growth layer on a substrate by injecting a molecular beam or an atomic beam into the substrate in an ultrahigh vacuum of about 10 -10 Torr, which is a highly controlled vacuum deposition method. is there. Since this growth method has a lower growth temperature than other epitaxial growth methods,
Since the growth rate is slow, it is possible to control the molecular beam irradiation and the like in the epitaxial growth with high accuracy, and it is suitable for controlling the film thickness at an extremely thin monoatomic layer level.

【0018】このように、極めて薄い単原子層レベルの
膜厚制御を行うことが可能なMBE法を用いて酸素含有
半導体膜を形成し、酸化させることにより、半導体酸化
膜の膜厚均一性および酸化膜の絶縁膜としての性能を保
持しつつ、極めて薄いゲート酸化膜のための埋め込み酸
化膜を形成することができる。なお、第2層形成工程に
おいてもMBE法を用いることが可能である。
As described above, the oxygen-containing semiconductor film is formed and oxidized by using the MBE method capable of controlling the film thickness at an extremely thin monoatomic layer level. A buried oxide film for an extremely thin gate oxide film can be formed while maintaining the performance of the oxide film as an insulating film. The MBE method can also be used in the second layer forming step.

【0019】好ましくは、前記単結晶半導体基板は、単
結晶シリコン基板であり、前記第1層形成工程および前
記第2層形成工程においてシリコンをエピタキシャル成
長させるものである。
Preferably, the single crystal semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, and silicon is epitaxially grown in the first layer forming step and the second layer forming step.

【0020】シリコンは、半導体素子として最もよく用
いられる物質の1つである。また、単結晶シリコンは、
シリコン原子が規則正しく並ぶため半導体素子としての
品質が安定しているため、ゲート酸化膜を形成する物質
として有効である。
Silicon is one of the most commonly used materials for semiconductor devices. In addition, single crystal silicon is
Since silicon atoms are regularly arranged, the quality as a semiconductor device is stable, and it is effective as a material for forming a gate oxide film.

【0021】好ましくは、前記第1層形成工程、前記第
2層形成工程および前記酸化工程を繰り返すことによ
り、前記単結晶半導体基板上に縞状の積層構造を形成す
る。
Preferably, a striped laminated structure is formed on the single crystal semiconductor substrate by repeating the first layer forming step, the second layer forming step and the oxidizing step.

【0022】現在、CDやDVDといった光ピックアッ
プの高機能化や、携帯電話などの小型液晶のバックライ
トパネルなどの導光板等の小型かつ高効率化を達成する
素子として回折格子が利用されている。回折格子は、ガ
ラス板または金属板に等間隔に精密な溝を刻んだもの
で、光の回折現象を利用して光のスペクトルを得るもの
である。溝は1mm当たり数百本から数千本ほど刻まれて
いる。
At present, a diffraction grating is used as an element for achieving high functionality of optical pickups such as CDs and DVDs and light guide plates such as small liquid crystal backlight panels for mobile phones and the like, which are small and highly efficient. . The diffraction grating is a glass plate or a metal plate in which precise grooves are formed at equal intervals, and obtains a spectrum of light by utilizing the diffraction phenomenon of light. There are hundreds to thousands of grooves per mm.

【0023】しかし、回折格子においては、使用される
光の波長と同程度のピッチ(格子定数)が必要であり、
今後、さらに光ピックアップの高機能化の要請によりサ
ブミクロンオーダの構造が要求された場合には、そのよ
うな微細なピッチを刻むのは困難である。そこで、格子
定数の極めて小さい回折格子を容易に作製することが望
まれている。
However, in the diffraction grating, a pitch (grating constant) similar to the wavelength of the light used is required,
When a submicron-order structure is required in the future due to a demand for higher performance of the optical pickup, it is difficult to carve such a fine pitch. Therefore, it is desired to easily manufacture a diffraction grating having an extremely small grating constant.

【0024】本発明によれば、第1層形成工程において
酸素含有シリコン膜がエピタキシャル成長により形成さ
れ、第2層形成工程において単結晶シリコン膜がエピタ
キシャル成長により形成される。酸化工程においては、
第1層である酸素含有シリコン膜のみが酸化される。
According to the present invention, the oxygen-containing silicon film is formed by epitaxial growth in the first layer forming step, and the single crystal silicon film is formed by epitaxial growth in the second layer forming step. In the oxidation process,
Only the oxygen-containing silicon film that is the first layer is oxidized.

【0025】酸化工程において酸化されるのは第1層で
ある酸素含有シリコン膜のみであるため、第2層である
単結晶シリコン膜は、単結晶性を保持したままである。
よって、酸化工程の前後にかかわらず第2層の上に再び
酸素含有シリコン膜をエピタキシャル成長させることが
できる。このようにして、単結晶シリコン基板上にシリ
コン酸化膜と単結晶シリコンとで構成される膜厚均一性
および酸化膜における光の反射性に優れた縞状の積層構
造を形成することができる。このような縞状の積層構造
を形成することによって格子定数の極めて小さい反射回
折格子を形成することができる。
Since only the oxygen-containing silicon film which is the first layer is oxidized in the oxidation step, the single crystal silicon film which is the second layer still retains the single crystallinity.
Therefore, the oxygen-containing silicon film can be epitaxially grown again on the second layer before and after the oxidation step. In this way, it is possible to form a striped laminated structure on the single crystal silicon substrate, which is composed of a silicon oxide film and single crystal silicon and has excellent film thickness uniformity and excellent light reflectivity in the oxide film. By forming such a striped laminated structure, it is possible to form a reflection diffraction grating having an extremely small lattice constant.

【0026】このような回折格子においては、使用され
る光の波長と同程度のピッチ(格子定数)が必要であ
り、例えば、サブミクロンオーダの構造が要求されるC
DやDVDといった光ピックアップの高機能化や、携帯
電話などの小型液晶のバックライトパネルなどの導光板
等の小型かつ高効率化を達成することができる。
In such a diffraction grating, a pitch (grating constant) about the same as the wavelength of the light used is required, and for example, a structure of submicron order C is required.
It is possible to achieve high functionality of an optical pickup such as a D or DVD, and miniaturization and high efficiency of a light guide plate such as a small liquid crystal backlight panel of a mobile phone.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の第1の実施の形態を説明する。なお、本実施の形
態においては、単結晶シリコン基板上にシリコンを成長
させることによりシリコン酸化膜を形成することを例示
して説明するが、他の単結晶半導体基板上に基板と同じ
半導体物質を成長させることによっても同様に製造でき
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that in this embodiment mode, the case where a silicon oxide film is formed by growing silicon over a single crystal silicon substrate is described as an example; however, the same semiconductor substance as the substrate is formed over another single crystal semiconductor substrate. It can be manufactured similarly by growing it.

【0028】図1は本発明の第1の実施の形態における
シリコン酸化膜の製造方法の概念図である。本実施の形
態におけるシリコン酸化膜4の製造方法は、酸素雰囲気
中において単結晶シリコン基板1上にシリコンをエピタ
キシャル成長させることにより、前記シリコンが単結晶
性を保持しつつ酸素を含んだ酸素含有シリコン膜2を形
成する形成工程と、形成された前記酸素含有シリコン
膜2を酸化性雰囲気中において熱処理することにより酸
化させる酸化工程とを有するものである。なお、図1
は概念図であるため、本図における酸素およびシリコン
の成分比、結合状態等は、実際の状態を示すものではな
い。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a method for manufacturing a silicon oxide film according to the first embodiment of the present invention. In the method of manufacturing the silicon oxide film 4 in the present embodiment, the silicon is epitaxially grown on the single crystal silicon substrate 1 in an oxygen atmosphere, so that the oxygen-containing silicon film containing oxygen while maintaining the single crystallinity of the silicon. 2 is formed, and an oxidation step of oxidizing the formed oxygen-containing silicon film 2 by heat treatment in an oxidizing atmosphere is performed. Note that FIG.
Since is a conceptual diagram, the component ratios of oxygen and silicon, the bonding state, etc. in this figure do not show the actual state.

【0029】まず、本実施の形態の第1層形成工程に
ついて説明する。第1層形成工程においては、図1
(a)に示されるような予め作製された単結晶シリコン
基板1上にシリコンをエピタキシャル成長させる。ここ
で、エピタキシャル成長とは、物質を真空中で気化また
は蒸発させ下地単結晶表面上に吸着、成長させると当該
下地結晶の影響を受けて成長面および軸方向が当該下地
結晶のものと一致して単結晶状の薄膜ができる現象を利
用したものである。このエピタキシャル成長を利用した
単結晶作製方法には、化学気相成長法(CVD法)、分
子線エピタキシー法(MBE法)、スパッタ法等がある。
First, the first layer forming step of this embodiment will be described. In the first layer forming step, as shown in FIG.
Silicon is epitaxially grown on a previously prepared single crystal silicon substrate 1 as shown in (a). Here, the epitaxial growth means that when a substance is vaporized or evaporated in a vacuum and adsorbed and grown on the surface of the underlying single crystal, the growth surface and the axial direction are matched with those of the underlying crystal under the influence of the underlying crystal. It utilizes the phenomenon that a single crystal thin film is formed. As a method for producing a single crystal utilizing this epitaxial growth, there are a chemical vapor deposition method (CVD method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), a sputtering method and the like.

【0030】本実施の形態におけるエピタキシャル成長
過程は、酸素雰囲気中で行われる。このとき、酸素濃度
を調整し、単結晶シリコン基板1上にシリコンの単結晶
性を崩さない程度の酸素を含有させつつシリコンをエピ
タキシャル成長させる。
The epitaxial growth process in this embodiment is performed in an oxygen atmosphere. At this time, the oxygen concentration is adjusted, and silicon is epitaxially grown on the single crystal silicon substrate 1 while containing oxygen in an amount that does not destroy the single crystallinity of silicon.

【0031】このようにして、図1(b)に示すよう
な、単結晶シリコン基板上に膜全体としてシリコンの単
結晶性を保持した酸素含有シリコン膜2を形成する。こ
のとき、酸素含有シリコン膜2中に含有される酸素は、
酸化膜形成時に必要な酸素の量を含んでいるものではな
く、それよりずっと少量の酸素が含有されている。単結
晶性を保持しつつ導入できる酸素量には限界があるため
である。少量の酸素にすることにより、エピタキシャル
成長におけるシリコンの単結晶性を保持しつつ、酸化工
程において酸素が含有されている領域を優先的に酸化
させ、図1(d)に示すような、シリコンへの埋め込み
酸化膜4を形成させることができる。
In this way, as shown in FIG. 1B, the oxygen-containing silicon film 2 which maintains the single crystallinity of silicon as the whole film is formed on the single crystal silicon substrate. At this time, oxygen contained in the oxygen-containing silicon film 2 is
It does not contain the amount of oxygen necessary for forming the oxide film, but contains a much smaller amount of oxygen. This is because there is a limit to the amount of oxygen that can be introduced while maintaining single crystallinity. By using a small amount of oxygen, the region containing oxygen is preferentially oxidized in the oxidation step while maintaining the single crystallinity of silicon in the epitaxial growth, so that silicon as shown in FIG. The buried oxide film 4 can be formed.

【0032】このため、本実施の形態においては、第1
層形成工程において酸素雰囲気中の酸素濃度を酸化工
程における酸化性雰囲気中の酸素濃度より低くする。
これによって、エピタキシャル成長におけるシリコンの
単結晶性を保持しつつ、酸化工程において酸素が含有
されている領域を優先的に酸化させることのできる酸素
含有シリコン膜2を容易に形成することができる。本実
施の形態においては、1×1019cm-2程度の酸素濃度を
有する酸素雰囲気中で酸素含有シリコン膜2を形成させ
る。
Therefore, in the present embodiment, the first
The oxygen concentration in the oxygen atmosphere in the layer forming step is made lower than the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere in the oxidizing step.
This makes it possible to easily form the oxygen-containing silicon film 2 capable of preferentially oxidizing the region containing oxygen in the oxidation step while maintaining the single crystallinity of silicon in the epitaxial growth. In the present embodiment, the oxygen-containing silicon film 2 is formed in an oxygen atmosphere having an oxygen concentration of about 1 × 10 19 cm -2 .

【0033】次に、本実施の形態における第2層形成工
程について説明する。第1層である酸素含有シリコン
膜2上にシリコンをエピタキシャル成長させる。第2層
形成工程においては、酸素の導入は行わず通常のエピ
タキシャル成長を行う。酸素含有シリコン膜2において
は、単結晶性が保持されているため、酸素含有シリコン
膜2上にシリコンをエピタキシャル成長させることによ
り、単結晶シリコン膜3を形成することができる。
Next, the second layer forming step in this embodiment will be described. Silicon is epitaxially grown on the oxygen-containing silicon film 2 that is the first layer. In the second layer forming step, normal epitaxial growth is performed without introducing oxygen. Since single crystallinity is maintained in the oxygen-containing silicon film 2, the single crystal silicon film 3 can be formed by epitaxially growing silicon on the oxygen-containing silicon film 2.

【0034】本実施の形態においては、第1層形成工程
および第2層形成工程におけるエピタキシャル成長
過程は、分子線エピタキシー法によって行われる。分子
線エピタキシー法(MBE;Molecular Beam Epitaxy
法)は、10-10Torr程度の超高真空中で基板に分子線
または原子線を入射させ、基板上にエピタキシャル成長
層を形成する方法であって、高度に制御された真空蒸着
法である。この成長法は、成長温度が他のエピタキシャ
ル成長法に比べて低温であることから、成長速度が遅い
ため、酸化の精度を高めることができ、極めて薄い単原
子層レベルの膜厚の制御に適することを特徴としてい
る。
In the present embodiment, the epitaxial growth process in the first layer forming process and the second layer forming process is performed by the molecular beam epitaxy method. Molecular beam epitaxy (MBE)
Method) is a method in which a molecular beam or an atomic beam is incident on a substrate in an ultrahigh vacuum of about 10 −10 Torr to form an epitaxial growth layer on the substrate, which is a highly controlled vacuum vapor deposition method. Since this growth method has a slower growth rate than the other epitaxial growth methods, the growth rate is slow, so the accuracy of oxidation can be improved, and it is suitable for controlling the film thickness at the extremely thin monoatomic layer level. Is characterized by.

【0035】図2は本実施の形態において用いられるM
BE装置の概略図である。MBE装置は、真空を保持
し、成長作業を行うチャンバ11と、蒸着物質を種類ご
とに収納するとともに各蒸着物質をヒータで加熱して気
化させ、基板1に向けて照射するための分子線セル12
a〜12dと、各分子線セル12a〜12dのチャンバ
11側にそれぞれ設けられ、照射する蒸着物質を選択
し、照射する時間を制御するためのシャッタ13a〜1
3dと、酸素等の気体をチャンバ11内に導入するため
の気体導入口14と、基板1を支持するとともに基板温
度を制御するためのヒータが備えられた基板ホルダ15
と、電子線回折用の電子銃16と、電子銃16により回
折されたパターンを映し出すための蛍光スクリーン17
とを具備したものである。
FIG. 2 shows an M used in this embodiment.
It is the schematic of a BE apparatus. The MBE apparatus is a molecular beam cell for holding a vacuum, a chamber 11 for performing a growth operation, a vapor deposition material for each type, heating each vapor deposition material with a heater to vaporize it, and irradiating it toward a substrate 1. 12
a to 12d and shutters 13a to 1 provided on the chamber 11 side of each of the molecular beam cells 12a to 12d for selecting a vapor deposition material to be irradiated and controlling the irradiation time.
3d, a gas inlet 14 for introducing a gas such as oxygen into the chamber 11, and a substrate holder 15 provided with a heater for supporting the substrate 1 and controlling the substrate temperature.
An electron gun 16 for electron beam diffraction, and a fluorescent screen 17 for displaying a pattern diffracted by the electron gun 16.
It is equipped with and.

【0036】チャンバ11内の基板ホルダ15に単結晶
シリコン基板1を設置し、チャンバ11内を10-10Tor
r程度の超高真空の状態に保つ。基板ホルダ15には、
基板加熱用のヒータが備えられており、単結晶シリコン
基板1をシリコンが成長し易い最適な温度まで加熱す
る。MBE法における成長温度は、通常のエピタキシャ
ル成長法に比べて低くすることができるため、単結晶性
を容易に維持することができる。一方、分子線セル12
a〜12dには、それぞれ蒸着物質が収納し得るように
なっている。本実施の形態においては、蒸着物質は、シ
リコンのみであるため、分子線セル12aにシリコンが
収納されている。
The single crystal silicon substrate 1 is placed on the substrate holder 15 in the chamber 11 and the inside of the chamber 11 is set to 10 −10 Tor.
Keep in an ultra-high vacuum state of about r. The substrate holder 15 has
A substrate heating heater is provided to heat the single crystal silicon substrate 1 to an optimum temperature at which silicon easily grows. Since the growth temperature in the MBE method can be made lower than that in the usual epitaxial growth method, the single crystallinity can be easily maintained. On the other hand, molecular beam cell 12
A vapor deposition material can be stored in each of a to 12d. In the present embodiment, since the vapor deposition material is only silicon, the molecular beam cell 12a contains silicon.

【0037】分子線セル12aは、備えられたヒータに
よってシリコンを加熱し、シリコンを気化させる。分子
線セル12aのチャンバ11側にあるシャッタ13aを
開くことにより、気化されたシリコンがチャンバ11内
に導入される。チャンバ11内が超高真空に保持されて
いるため、チャンバ11内に導入されたシリコンが第1
層形成工程においては後述する酸素以外の他の物質、
第2層形成工程においては酸素を含めた他の物質と衝
突することなく単結晶シリコン基板1上に成長させるこ
とができる。また、このシャッタ13aは、任意に開閉
させることができるため、これを開閉することによっ
て、膜厚、成長速度等を任意に制御することができる。
The molecular beam cell 12a heats silicon by a heater provided therein to vaporize the silicon. The vaporized silicon is introduced into the chamber 11 by opening the shutter 13a on the side of the chamber 11 of the molecular beam cell 12a. Since the inside of the chamber 11 is maintained in an ultra-high vacuum, the silicon introduced into the chamber 11 is the first
In the layer forming step, a substance other than oxygen described later,
In the second layer forming step, it can be grown on the single crystal silicon substrate 1 without colliding with other substances including oxygen. Further, since the shutter 13a can be opened and closed arbitrarily, the film thickness, the growth rate, etc. can be arbitrarily controlled by opening and closing the shutter 13a.

【0038】気体導入口14は、第1層形成工程にお
いて成長させるシリコン膜中に酸素を含有させるため
に、チャンバ11内に酸素を導入するためのものであ
る。チャンバ11内に酸素を導入すると内圧が上がる、
すなわち、真空度が下がる。換言すると、真空度を調整
することによって気体導入口14から導入される酸素の
濃度を調整することができる。具体的には、真空度を計
測しつつ気体導入口14に設けられたシャッタを開閉す
ることによって酸素導入量を自動制御する。第1層形成
工程における酸素の濃度は、前述のように、成長させ
るシリコンの単結晶性を崩さない程度の濃度に調整され
る。
The gas introduction port 14 is for introducing oxygen into the chamber 11 so that the silicon film grown in the first layer forming step contains oxygen. When oxygen is introduced into the chamber 11, the internal pressure rises,
That is, the degree of vacuum decreases. In other words, the concentration of oxygen introduced from the gas inlet 14 can be adjusted by adjusting the degree of vacuum. Specifically, the amount of oxygen introduced is automatically controlled by opening and closing the shutter provided in the gas inlet 14 while measuring the degree of vacuum. As described above, the oxygen concentration in the first layer forming step is adjusted to a concentration that does not impair the single crystallinity of the grown silicon.

【0039】なお、MBE装置においては、半導体膜成
長中に反射型高速電子回折(RHEED;Reflective H
igh Energy Electron Diffraction)による単原子層成
長のその場観測ができるため、より精度の高い酸素含有
シリコン膜を形成することができる。このRHEED
は、電子銃16により電子ビームを基板1に対して非常
に浅い角度で入射させ、成長層表面の原子や分子の状態
に応じて回折された電子ビームを蛍光スクリーン17に
当てて発光させることにより、表面構造の変化の様子を
リアルタイムでその場観測するものである。
In the MBE apparatus, the reflection type high-energy electron diffraction (RHEED; Reflective H) is used during the growth of the semiconductor film.
Since in-situ observation of monoatomic layer growth by igh energy electron diffraction can be performed, a more accurate oxygen-containing silicon film can be formed. This RHEED
Is caused by causing an electron beam to be incident on the substrate 1 at an extremely shallow angle by the electron gun 16 and applying the electron beam diffracted according to the state of atoms and molecules on the surface of the growth layer to the fluorescent screen 17 to emit light. , In-situ observation of changes in surface structure in real time.

【0040】以上のように、第1層形成工程において
酸素濃度およびエピタキシャル成長させるシリコンの成
長速度を調整しつつ酸素含有シリコン膜2を形成するこ
とができる。特に、MBE装置を用いることにより、酸
素含有シリコン膜2の膜厚均一性およびLSIデバイス
としての信頼性を確保しつつ単原子レベルの膜厚制御を
行うことができる。
As described above, the oxygen-containing silicon film 2 can be formed while adjusting the oxygen concentration and the growth rate of silicon to be epitaxially grown in the first layer forming step. In particular, by using the MBE device, it is possible to control the film thickness at the monatomic level while ensuring the film thickness uniformity of the oxygen-containing silicon film 2 and the reliability as an LSI device.

【0041】このように、極めて薄い単原子層レベルの
膜厚制御を行うことが可能なMBE法を用いて酸素含有
シリコン膜2および単結晶シリコン膜3を形成し、当該
酸素含有シリコン膜2の領域のみ酸化させることによ
り、シリコン酸化膜4の膜厚均一性および膜質劣化の信
頼性を保持しつつ、極めて薄いシリコン酸化膜を形成す
ることができる。
As described above, the oxygen-containing silicon film 2 and the single crystal silicon film 3 are formed by using the MBE method capable of controlling the film thickness at an extremely thin monoatomic layer level, and the oxygen-containing silicon film 2 is formed. By oxidizing only the region, an extremely thin silicon oxide film can be formed while maintaining the film thickness uniformity of the silicon oxide film 4 and the reliability of film quality deterioration.

【0042】さらに、単原子レベルの膜厚制御を行うこ
とにより、酸素含有シリコン膜2および単結晶シリコン
膜3をシリコンの数原子分の膜厚にすることができる。
このようなシリコンの数原子分の酸素含有シリコン膜2
および単結晶シリコン膜3を形成することにより、シリ
コン酸化膜4を有するシリコン数原子分のゲート酸化膜
を形成することができるため、LSIデバイスとして非
常に性能のよいゲート酸化膜を形成することができる。
Furthermore, by controlling the film thickness at the single atom level, the oxygen-containing silicon film 2 and the single crystal silicon film 3 can be made to have a film thickness corresponding to several atoms of silicon.
Such an oxygen-containing silicon film 2 for several atoms of silicon
By forming the single crystal silicon film 3 and the gate oxide film for several atoms of silicon having the silicon oxide film 4, it is possible to form a gate oxide film having very good performance as an LSI device. it can.

【0043】次に、本実施の形態の酸化工程について
説明する。酸化工程においては、第1層形成工程お
よび第2層形成工程の後、第1層形成工程において
形成された単結晶シリコン基板1上の酸素含有シリコン
膜2を酸化性雰囲気中において熱処理することにより酸
化させ、図1(d)に示すような、シリコン酸化膜4を
形成させる。
Next, the oxidation process of this embodiment will be described. In the oxidizing step, after the first layer forming step and the second layer forming step, the oxygen-containing silicon film 2 on the single crystal silicon substrate 1 formed in the first layer forming step is heat-treated in an oxidizing atmosphere. Oxidation is performed to form a silicon oxide film 4 as shown in FIG.

【0044】熱処理中において、雰囲気中の酸素は、酸
素含有シリコン膜2中に形成された格子欠陥に引き寄せ
られ、酸素含有シリコン膜2中のシリコンと優先的に結
合することが知られている。また、単結晶シリコン基板
1には、一般的に、ごく微量の酸素が含有されている
が、この微量の酸素も酸素含有シリコン膜2中に形成さ
れた格子欠陥に引き寄せられ、酸素含有シリコン膜2中
のシリコンと優先的に結合する。同様に、第2層である
単結晶シリコン膜3にごく微量の酸素が混入した場合も
酸素含有シリコン膜2中に形成された格子欠陥に引き寄
せられることとなる。本実施の形態においては、この性
質を利用するため、酸素含有シリコン膜2の領域のみが
シリコン酸化膜4に変質するように形成される。
It is known that during the heat treatment, oxygen in the atmosphere is attracted to lattice defects formed in the oxygen-containing silicon film 2 and preferentially bonds with silicon in the oxygen-containing silicon film 2. Further, the single crystal silicon substrate 1 generally contains a very small amount of oxygen, but this minute amount of oxygen is also attracted to the lattice defects formed in the oxygen containing silicon film 2 and the oxygen containing silicon film is obtained. Bonds preferentially with the silicon in 2. Similarly, when a very small amount of oxygen is mixed in the second-layer single crystal silicon film 3, it will be attracted to the lattice defects formed in the oxygen-containing silicon film 2. In the present embodiment, since this property is utilized, only the region of the oxygen-containing silicon film 2 is formed so as to be transformed into the silicon oxide film 4.

【0045】このように、シリコン半導体膜中に予め酸
素を含ませることによって格子欠陥を形成させ、格子欠
陥の多い領域に優先的に酸化される性質を利用して酸化
工程において酸素が含まれた領域のみ酸化させること
ができる。これにより、シリコン酸化膜4の膜厚均一性
を保持することができる。また、予め酸素を含ませるこ
とにより、効率的に酸化を促し、絶縁性を悪化させる格
子間シリコン原子を残留し難くすることができる。これ
により、絶縁膜としての信頼性を保持することができ
る。さらに単結晶シリコン基板1および単結晶シリコン
膜3に混入したごく微量の酸素を酸素含有シリコン膜2
に引き寄せることができるため、単結晶シリコン層と酸
化膜との界面をはっきりさせることができ、より性能の
いいゲート酸化膜を形成することができる。
As described above, oxygen is contained in the oxidation process by utilizing the property that the lattice defects are formed by preliminarily containing oxygen in the silicon semiconductor film and the region having many lattice defects is preferentially oxidized. Only the region can be oxidized. Thereby, the film thickness uniformity of the silicon oxide film 4 can be maintained. Further, by preliminarily containing oxygen, it is possible to efficiently promote the oxidation and make it difficult for the interstitial silicon atoms that deteriorate the insulating property to remain. As a result, the reliability of the insulating film can be maintained. Further, a very small amount of oxygen mixed in the single crystal silicon substrate 1 and the single crystal silicon film 3 is added to the oxygen-containing silicon film 2
Therefore, the interface between the single crystal silicon layer and the oxide film can be made clear, and a gate oxide film with better performance can be formed.

【0046】なお、酸化工程は、炭化ケイ素(Si
C)からなるチューブを用いた電気炉に単結晶シリコン
基板1上に第1層および第2層が形成された半導体層を
収納して加熱することにより酸化処理される。
In the oxidation process, silicon carbide (Si
The semiconductor layer having the first layer and the second layer formed on the single crystal silicon substrate 1 is housed in an electric furnace using a tube made of C) and heated to be oxidized.

【0047】本実施の形態においては、酸化工程は、
酸素がアルゴン、キセノン等の不活性ガスにより分圧さ
れた酸化性雰囲気中で行われる。本実施の形態において
は、酸素含有シリコン膜2が形成されていることによ
り、前述のように、酸素含有シリコン膜2中に酸素が引
き寄せられる。このとき、高濃度の酸素雰囲気中で酸化
させると雰囲気中の酸素が過剰に引き寄せられることに
より、逆に単結晶シリコン基板1または単結晶シリコン
膜3の方へ酸素が拡散してしまう外向拡散現象を引き起
こしてしまう場合がある。そこで、酸素濃度を低くする
ために、雰囲気中の酸素を加熱による酸化に作用しない
アルゴン、キセノン等の不活性ガスを雰囲気中に混入さ
せることにより分圧する。酸化に作用しない不活性ガス
で分圧することにより酸素濃度を低くすることができ、
酸素含有シリコン膜2に引き寄せられた酸素の外向拡散
現象の発生を抑止することができる。
In this embodiment, the oxidation step is
It is carried out in an oxidizing atmosphere in which oxygen is partially divided by an inert gas such as argon or xenon. In the present embodiment, since oxygen-containing silicon film 2 is formed, oxygen is attracted into oxygen-containing silicon film 2 as described above. At this time, when the oxygen is oxidized in a high-concentration oxygen atmosphere, oxygen in the atmosphere is excessively attracted, so that oxygen is diffused toward the single crystal silicon substrate 1 or the single crystal silicon film 3 on the contrary. May be caused. Therefore, in order to reduce the oxygen concentration, the oxygen in the atmosphere is mixed with an inert gas such as argon or xenon, which does not affect the oxidation by heating, into the atmosphere to partial pressure. Oxygen concentration can be lowered by partial pressure with an inert gas that does not affect oxidation,
It is possible to suppress the outward diffusion phenomenon of oxygen attracted to the oxygen-containing silicon film 2.

【0048】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0049】本実施の形態においては、第1の実施の形
態における第1層形成工程、第2層形成工程および
酸化工程を繰り返すことにより、単結晶シリコン基板
1上に縞状の積層構造を形成するものである。
In the present embodiment, the striped laminated structure is formed on the single crystal silicon substrate 1 by repeating the first layer forming step, the second layer forming step and the oxidizing step in the first embodiment. To do.

【0050】本実施の形態においても、第1層形成工程
において酸素含有シリコン膜2がエピタキシャル成長
により形成され、第2層形成工程において単結晶シリ
コン膜3がエピタキシャル成長により形成される。酸化
工程においては、第1層である酸素含有シリコン膜2
のみが酸化され、シリコン酸化膜4が形成される。
Also in the present embodiment, the oxygen-containing silicon film 2 is formed by epitaxial growth in the first layer forming step, and the single crystal silicon film 3 is formed by epitaxial growth in the second layer forming step. In the oxidation step, the oxygen-containing silicon film 2 which is the first layer
Only the silicon oxide film 4 is formed by oxidation.

【0051】酸化工程において酸化されるのは第1層
である酸素含有シリコン膜2のみであるため、第2層で
ある単結晶シリコン膜3は、単結晶性を保持したままで
ある。よって、酸化工程の前後にかかわらず第2層の
上に再び酸素含有シリコン膜2をエピタキシャル成長さ
せることができる。このようにして、単結晶シリコン基
板1上にシリコン酸化膜4と単結晶シリコン層1,3と
で構成される膜厚均一性および酸化膜における光の反射
性に優れた縞状の積層構造を形成することができる。こ
のような縞状の積層構造を形成することによって格子定
数の極めて小さい反射回折格子を形成することができ
る。
Since only the oxygen-containing silicon film 2 which is the first layer is oxidized in the oxidation step, the single crystal silicon film 3 which is the second layer still retains the single crystallinity. Therefore, the oxygen-containing silicon film 2 can be epitaxially grown again on the second layer before and after the oxidation step. In this way, a striped laminated structure is formed on the single crystal silicon substrate 1 that is excellent in the film thickness uniformity composed of the silicon oxide film 4 and the single crystal silicon layers 1 and 3 and the light reflectivity in the oxide film. Can be formed. By forming such a striped laminated structure, it is possible to form a reflection diffraction grating having an extremely small lattice constant.

【0052】図3は本発明の第2の実施の形態において
形成された回折格子を示す概念図である。図3に示すよ
うに、本実施の形態における回折格子は、入射光を反射
するシリコン酸化膜4が入射光を反射し、単結晶シリコ
ン基板1および単結晶シリコン膜3が当該入射光を回折
させるように作用する。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a diffraction grating formed in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the diffraction grating of the present embodiment, the silicon oxide film 4 that reflects the incident light reflects the incident light, and the single crystal silicon substrate 1 and the single crystal silicon film 3 diffract the incident light. Acts like.

【0053】反射光が強く現れるときの単結晶シリコン
層1,3の間隔(格子定数)d、入射してくる光の波長
λ、入射角αおよび反射角βの関係は、次式のように示
される。 d(sinα+sinβ)=mλ(m=±1,±2,±3,
…)
The relationship between the distance (lattice constant) d between the single crystal silicon layers 1 and 3 when the reflected light appears strongly, the wavelength λ of the incident light, the incident angle α and the reflection angle β is as follows. Shown. d (sinα + sinβ) = mλ (m = ± 1, ± 2, ± 3
…)

【0054】上式より、回折格子においては、使用され
る光の波長と同程度のピッチ(格子定数)が必要であ
る。本実施の形態においては、この格子定数dが数原子
程度の長さである回折格子を形成することができるた
め、数原子程度の長さの短い波長λを有する光に対して
も有効な回折光が得られる。
From the above equation, the diffraction grating needs to have a pitch (grating constant) similar to the wavelength of the light used. In the present embodiment, since a diffraction grating having a lattice constant d of about several atoms can be formed, effective diffraction is possible even for light having a short wavelength λ of about several atoms. Light is obtained.

【0055】したがって、例えば、サブミクロンオーダ
の構造が要求されるCDやDVDといった光ピックアッ
プの高機能化や、携帯電話などの小型液晶のバックライ
トパネルなどの導光板等の小型化かつ高効率化を達成す
ることができる
Therefore, for example, optical pickups such as CDs and DVDs, which are required to have a structure of the order of submicron, are highly functionalized, and light guide plates such as small liquid crystal backlight panels such as mobile phones are miniaturized and highly efficient. Can be achieved

【0056】[0056]

【発明の効果】単結晶半導体膜中に予め酸素を含ませる
ことによって格子欠陥を形成させ、格子欠陥の多い領域
に優先的に酸化される性質を利用して酸化工程において
酸素が含まれた領域のみ酸化させることができる。これ
により、半導体酸化膜の膜厚均一性を保持することがで
きる。また、予め酸素を含ませることにより、効率的に
酸化を促し、格子間半導体原子を残留し難くすることが
できる。これにより、絶縁膜としての信頼性を保持する
ことができる。
EFFECTS OF THE INVENTION Oxygen-containing regions are formed in the oxidation process by utilizing the property that lattice defects are formed by preliminarily containing oxygen in the single crystal semiconductor film, and the regions having many lattice defects are preferentially oxidized. Only can be oxidized. Thereby, the film thickness uniformity of the semiconductor oxide film can be maintained. Further, by including oxygen in advance, it is possible to efficiently promote the oxidation and make it difficult for the interstitial semiconductor atoms to remain. As a result, the reliability of the insulating film can be maintained.

【0057】また、酸化させる領域に予め格子欠陥が生
じていることにより、酸化速度を速めることができる。
また、同様に酸化温度を低く抑えることもできる。この
ため、不純物の再分布を抑え、不純物濃度の変化を抑制
することができ、ゲート酸化膜の絶縁膜としての信頼性
を保持することができる。さらに、当該酸素含有半導体
膜のみが半導体酸化膜に変質するため、酸素含有半導体
膜の膜厚を制御することにより、半導体酸化膜の膜厚を
制御することができ、容易にゲート酸化膜を薄膜化する
ことができる。
Further, since the lattice defects are generated in advance in the region to be oxidized, the oxidation rate can be increased.
Similarly, the oxidation temperature can be kept low. Therefore, the redistribution of impurities can be suppressed, the change in impurity concentration can be suppressed, and the reliability of the gate oxide film as an insulating film can be maintained. Further, since only the oxygen-containing semiconductor film is transformed into a semiconductor oxide film, the film thickness of the semiconductor oxide film can be controlled by controlling the film thickness of the oxygen-containing semiconductor film, and the gate oxide film can be easily formed into a thin film. Can be converted.

【0058】一方、単結晶シリコン基板上にシリコン酸
化膜と単結晶シリコンとで構成される膜厚均一性および
酸化膜における光の反射性に優れた縞状の積層構造を形
成することができる。このような縞状の積層構造を形成
することによって格子定数の極めて小さい反射回折格子
を形成することができる。
On the other hand, it is possible to form a striped laminated structure composed of a silicon oxide film and single crystal silicon on the single crystal silicon substrate, which is excellent in film thickness uniformity and light reflectivity in the oxide film. By forming such a striped laminated structure, it is possible to form a reflection diffraction grating having an extremely small lattice constant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態におけるシリコン酸
化膜の製造方法の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a method for manufacturing a silicon oxide film according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態において用いられるMBE装置の
概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an MBE device used in the present embodiment.

【図3】本発明の第2の実施の形態において形成された
回折格子を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a diffraction grating formed in a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…単結晶シリコン基板 2…酸素含有シリコン膜 3
…単結晶シリコン膜 4…シリコン酸化膜
1 ... Single crystal silicon substrate 2 ... Oxygen-containing silicon film 3
… Single crystal silicon film 4… Silicon oxide film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子として用いられる単結晶半導
体酸化膜の製造方法であって、 酸素雰囲気中において、単結晶半導体基板上に半導体物
質をエピタキシャル成長させることにより、前記半導体
物質が単結晶性を保持しつつ酸素を含んだ酸素含有半導
体膜を形成する第1層形成工程と、 前記酸素含有半導体膜上に単結晶半導体膜を前記エピタ
キシャル成長により形成する第2層形成工程と、 前記第1層形成工程および前記第2層形成工程の後に、
形成された前記酸素含有半導体膜を酸化性雰囲気中にお
いて熱処理することにより酸化させる酸化工程とを有す
ることを特徴とする半導体酸化膜の製造方法。
1. A method for producing a single crystal semiconductor oxide film used as a semiconductor device, wherein the semiconductor material retains single crystallinity by epitaxially growing the semiconductor material on a single crystal semiconductor substrate in an oxygen atmosphere. A first layer forming step for forming an oxygen-containing semiconductor film containing oxygen while forming a second layer forming step for forming a single crystal semiconductor film on the oxygen-containing semiconductor film by the epitaxial growth; and a first layer forming step. And after the second layer forming step,
And a step of oxidizing the formed oxygen-containing semiconductor film by heat-treating it in an oxidizing atmosphere.
【請求項2】 前記第1層形成工程における酸素雰囲気
中の酸素濃度は、前記酸化工程における酸化性雰囲気中
の酸素濃度よりも低いことを特徴とする請求項1記載の
単結晶半導体酸化膜の製造方法。
2. The single crystal semiconductor oxide film according to claim 1, wherein the oxygen concentration in the oxygen atmosphere in the first layer forming step is lower than the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere in the oxidizing step. Production method.
【請求項3】 前記第1層形成工程における前記エピタ
キシャル成長は、分子線エピタキシー法によって行われ
ることを特徴とする請求項1または2記載の半導体酸化
膜の製造方法。
3. The method for producing a semiconductor oxide film according to claim 1, wherein the epitaxial growth in the first layer forming step is performed by a molecular beam epitaxy method.
【請求項4】 前記単結晶半導体基板は、単結晶シリコ
ン基板であり、前記第1層形成工程および前記第2層形
成工程においてシリコンをエピタキシャル成長させるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体
酸化膜の製造方法。
4. The single crystal semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, and silicon is epitaxially grown in the first layer forming step and the second layer forming step. A method for manufacturing a semiconductor oxide film according to item 1.
【請求項5】 前記第1層形成工程、前記第2層形成工
程および前記酸化工程を繰り返すことにより、前記単結
晶半導体基板上に縞状の積層構造を形成することを特徴
とする請求項4記載の半導体酸化膜の製造方法。
5. The striped laminated structure is formed on the single crystal semiconductor substrate by repeating the first layer forming step, the second layer forming step, and the oxidizing step. A method for producing a semiconductor oxide film as described above.
JP2001385885A 2001-12-19 2001-12-19 Method for producing semiconductor oxide film Withdrawn JP2003188170A (en)

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