JP3053678B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に絶縁層の上に半導体成長層を有する構造の
半導体装置の製造方法に係る。
に関し、特に絶縁層の上に半導体成長層を有する構造の
半導体装置の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路において、一般的には、
シリコン基板の上にエピタキシャル成長層を形成し、こ
のエピタキシャル成長層に回路を形成している。ところ
で、このような構造においては、シリコン基板とエピタ
キシャル成長層がＰＮ接合を形成し、容量を有すること
となる。このＰＮ接合部の容量は、素子の動作速度を低
下させるものである。したがって、高速動作を要求され
る素子の形成には適さない構造であった。
シリコン基板の上にエピタキシャル成長層を形成し、こ
のエピタキシャル成長層に回路を形成している。ところ
で、このような構造においては、シリコン基板とエピタ
キシャル成長層がＰＮ接合を形成し、容量を有すること
となる。このＰＮ接合部の容量は、素子の動作速度を低
下させるものである。したがって、高速動作を要求され
る素子の形成には適さない構造であった。
【０００３】この問題を解決するため、近年、シリコン
基板上に絶縁層を形成し、その上にさらにシリコン単結
晶層を形成すること（ＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒＯｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術）が望まれてい
る。すなわち、シリコン単結晶層をシリコン基板から絶
縁することにより、シリコン単結晶層に形成した半導体
素子とシリコン基板とのＰＮ接合をなくそうとするもの
である。
基板上に絶縁層を形成し、その上にさらにシリコン単結
晶層を形成すること（ＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒＯｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術）が望まれてい
る。すなわち、シリコン単結晶層をシリコン基板から絶
縁することにより、シリコン単結晶層に形成した半導体
素子とシリコン基板とのＰＮ接合をなくそうとするもの
である。
【０００４】図７に、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌ
ａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法による従来の
ＳＯＩ技術を示す（Ｌａｔｅｒａｌ Ｅｐｉｔａｘｉａ
ｌＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
ＳｉＯ2 ：Ｄ．Ｄ．Ｒａｔｈｍａｎｅｔ．ａｌ．：Ｊ
ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＬＥＣＴＯＲＯ−ＣＨＥＭＩＣ
ＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＳＣ
ＩＥＮＣＥ ＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、１９８２年
１０月号、２３０３頁）。
ａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法による従来の
ＳＯＩ技術を示す（Ｌａｔｅｒａｌ Ｅｐｉｔａｘｉａ
ｌＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
ＳｉＯ2 ：Ｄ．Ｄ．Ｒａｔｈｍａｎｅｔ．ａｌ．：Ｊ
ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＬＥＣＴＯＲＯ−ＣＨＥＭＩＣ
ＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＳＣ
ＩＥＮＣＥ ＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、１９８２年
１０月号、２３０３頁）。
【０００５】まず、半導体基板２の上面にシリコン酸化
膜４を成長させる。次に、フォトレジストを用いてシリ
コン酸化膜４をエッチングし、シードウィンドウ６を開
ける（図７（ａ）参照）。さらに、このシードウィンド
ウ６から縦方向へ、シリコンの選択エピタキシャル成長
を行う。これに引き続いて、横方向のエピタキシャル成
長を行い、シリコン酸化膜４の上にエピタキシャル層８
を形成する（図７（ｂ）参照）。このようにすれば、エ
ピタキシャル層８とシリコン基板２とのＰＮ接合面がシ
ードウィンドウ６の大きさまで小さくできる。したがっ
て、ＰＮ接合容量を小さくすることができ、素子動作の
高速化を図ることができる。
膜４を成長させる。次に、フォトレジストを用いてシリ
コン酸化膜４をエッチングし、シードウィンドウ６を開
ける（図７（ａ）参照）。さらに、このシードウィンド
ウ６から縦方向へ、シリコンの選択エピタキシャル成長
を行う。これに引き続いて、横方向のエピタキシャル成
長を行い、シリコン酸化膜４の上にエピタキシャル層８
を形成する（図７（ｂ）参照）。このようにすれば、エ
ピタキシャル層８とシリコン基板２とのＰＮ接合面がシ
ードウィンドウ６の大きさまで小さくできる。したがっ
て、ＰＮ接合容量を小さくすることができ、素子動作の
高速化を図ることができる。
【０００６】また、ＳＥＮＴＡＸＹ法と呼ばれる方法も
ある（米原隆大他、新しいＳＯＩ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ Ｅｐｉｔａｘｙ、１９８７年
（秋季）第４８回応用物理学会講演予稿集、１９ｐ−Ｑ
−１５、５８３頁）。これは、シリコン酸化膜等の絶縁
層に結晶成長のシリコン核を人工的に複数形成して、そ
れぞれの核よりエピタキシャル成長を行う方法である。
核として、微小面積のシリコン窒化膜を形成して用いる
方法や、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）
法によって核形成を行う方法等が検討されている。この
方法によれば、エピタキシャル層とシリコン基板とを酸
化膜によって絶縁することができ、上記のような接合容
量の問題を解決することができる。
ある（米原隆大他、新しいＳＯＩ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ Ｅｐｉｔａｘｙ、１９８７年
（秋季）第４８回応用物理学会講演予稿集、１９ｐ−Ｑ
−１５、５８３頁）。これは、シリコン酸化膜等の絶縁
層に結晶成長のシリコン核を人工的に複数形成して、そ
れぞれの核よりエピタキシャル成長を行う方法である。
核として、微小面積のシリコン窒化膜を形成して用いる
方法や、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）
法によって核形成を行う方法等が検討されている。この
方法によれば、エピタキシャル層とシリコン基板とを酸
化膜によって絶縁することができ、上記のような接合容
量の問題を解決することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のＳＯＩ技術には、次のような問題があっ
た。図７に示すＥＬＯ法においては、接合部が小さくな
っているとは言うものの、完全に接合部がなくなってい
るのではない。したがって、さらなる素子の高速化が阻
まれていた。
ような従来のＳＯＩ技術には、次のような問題があっ
た。図７に示すＥＬＯ法においては、接合部が小さくな
っているとは言うものの、完全に接合部がなくなってい
るのではない。したがって、さらなる素子の高速化が阻
まれていた。
【０００８】一方、ＳＥＮＴＡＸＹ法によれば、エピタ
キシャル層とシリコン基板が絶縁されたものを得ること
ができ、上記のような問題はない。しかしながら、ＳＥ
ＮＴＡＸＹ法によれば、複数設けられたそれぞれの核よ
り成長するエピタキシャル層の面方位が異なっていた。
エピタキシャル層の面方位が異なると、酸化レート等の
特性が異なることとなって、所望の特性を有する素子を
均一に形成できないという問題を生じていた。
キシャル層とシリコン基板が絶縁されたものを得ること
ができ、上記のような問題はない。しかしながら、ＳＥ
ＮＴＡＸＹ法によれば、複数設けられたそれぞれの核よ
り成長するエピタキシャル層の面方位が異なっていた。
エピタキシャル層の面方位が異なると、酸化レート等の
特性が異なることとなって、所望の特性を有する素子を
均一に形成できないという問題を生じていた。
【０００９】本発明は、上記に鑑み、絶縁層によって基
板と絶縁されていると共に、面方位が一様なシリコン成
長層を有する半導体装置の提供を目的とする。
板と絶縁されていると共に、面方位が一様なシリコン成
長層を有する半導体装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明請求項１の半導体
装置の製造方法は、シリコン基板の上に酸化絶縁層を形
成する絶縁層形成ステップ、酸化絶縁層に種結晶成長用
の開口を設ける開口形成ステップ、酸化絶縁層をマスク
として、前記開口にシリコン種結晶層を形成し、該シリ
コン種結晶層が前記開口から突出してラテラル成長によ
り横方向へ延びるまで成長させる種結晶成長ステップ、
シリコン種結晶層の表面に、当該シリコン種結晶層の酸
化速度に比べて十分に遅い酸化速度のバリア層を前記開
口に対応する部分を除いて形成するバリア形成ステッ
プ、バリア層を形成しなかった部分からシリコン種結晶
層を酸化し、結晶成長に必要なシリコン種結晶層を残し
つつ酸化領域を前記開口を閉塞するまで拡げ、シリコン
種結晶層とシリコン基板との接続を断つ選択酸化ステッ
プ、バリア層を除去してシリコン種結晶層を露出するバ
リア除去ステップ、シリコン種結晶層に基づいてシリコ
ン成長層を結晶成長させるシリコン成長ステップ、シリ
コン成長層に半導体素子を形成する素子形成ステップを
備えたことを特徴としている。
装置の製造方法は、シリコン基板の上に酸化絶縁層を形
成する絶縁層形成ステップ、酸化絶縁層に種結晶成長用
の開口を設ける開口形成ステップ、酸化絶縁層をマスク
として、前記開口にシリコン種結晶層を形成し、該シリ
コン種結晶層が前記開口から突出してラテラル成長によ
り横方向へ延びるまで成長させる種結晶成長ステップ、
シリコン種結晶層の表面に、当該シリコン種結晶層の酸
化速度に比べて十分に遅い酸化速度のバリア層を前記開
口に対応する部分を除いて形成するバリア形成ステッ
プ、バリア層を形成しなかった部分からシリコン種結晶
層を酸化し、結晶成長に必要なシリコン種結晶層を残し
つつ酸化領域を前記開口を閉塞するまで拡げ、シリコン
種結晶層とシリコン基板との接続を断つ選択酸化ステッ
プ、バリア層を除去してシリコン種結晶層を露出するバ
リア除去ステップ、シリコン種結晶層に基づいてシリコ
ン成長層を結晶成長させるシリコン成長ステップ、シリ
コン成長層に半導体素子を形成する素子形成ステップを
備えたことを特徴としている。
【００１１】請求項２の半導体装置の製造方法は、請求
項１記載の開口形成ステップにおいて、開口の口壁を内
側に向かって傾斜して形成することを特徴としている。
項１記載の開口形成ステップにおいて、開口の口壁を内
側に向かって傾斜して形成することを特徴としている。
【００１２】
【作用】請求項１の製造方法では、種結晶成長ステップ
において、酸化絶縁層の開口から種結晶層が突出して横
方向に延びるまでラテラル成長を行う。これにより、突
出した各シリコン種結晶層は、同じ面方位を有するもの
となる。次に、バリア形成ステップにおいて、シリコン
種結晶層の突出した表面に、当該シリコン種結晶層の酸
化速度に比べて十分に遅いバリア層を前記開口に対応す
る部分を除いて形成する。その後、酸化ステップにおい
て、このバリア層を形成しなかった部分から酸化を行
う。この酸化により、結晶成長に必要なシリコン種結晶
層を残しつつ、前記開口を閉塞するようシリコン種結晶
層を選択的に酸化でき、シリコン種結晶層とシリコン基
板との接続を断つことができる。したがって、シリコン
基板上の酸化絶縁層の上に、同じ面方位を有するシリコ
ン種結晶層が形成される。これを成長させれば、シリコ
ン基板とは絶縁され、均一な面方位を有するシリコン成
長層を得ることができる。
において、酸化絶縁層の開口から種結晶層が突出して横
方向に延びるまでラテラル成長を行う。これにより、突
出した各シリコン種結晶層は、同じ面方位を有するもの
となる。次に、バリア形成ステップにおいて、シリコン
種結晶層の突出した表面に、当該シリコン種結晶層の酸
化速度に比べて十分に遅いバリア層を前記開口に対応す
る部分を除いて形成する。その後、酸化ステップにおい
て、このバリア層を形成しなかった部分から酸化を行
う。この酸化により、結晶成長に必要なシリコン種結晶
層を残しつつ、前記開口を閉塞するようシリコン種結晶
層を選択的に酸化でき、シリコン種結晶層とシリコン基
板との接続を断つことができる。したがって、シリコン
基板上の酸化絶縁層の上に、同じ面方位を有するシリコ
ン種結晶層が形成される。これを成長させれば、シリコ
ン基板とは絶縁され、均一な面方位を有するシリコン成
長層を得ることができる。
【００１３】また、上記のように、選択酸化ステップに
おいて、シリコン種結晶層内で開口を閉塞するよう種結
晶層を選択酸化して、種結晶層とシリコン基板の接続を
断っているから、開口の巾に制限を受けなくて済み、開
口の巾を広くできる。よって、種結晶層の積層欠陥を抑
制でき、良好な結晶性を得、しかも種結晶層の島の巾も
大きく取れる。
おいて、シリコン種結晶層内で開口を閉塞するよう種結
晶層を選択酸化して、種結晶層とシリコン基板の接続を
断っているから、開口の巾に制限を受けなくて済み、開
口の巾を広くできる。よって、種結晶層の積層欠陥を抑
制でき、良好な結晶性を得、しかも種結晶層の島の巾も
大きく取れる。
【００１４】請求項２の製造方法では、開口形成ステッ
プにおいて、開口の口壁を内側に向かって傾斜して形成
するから、シリコン種結晶の成長の際に、シリコン酸化
層との界面に欠陥が発生しても、種結晶の成長はこれを
受けての成長より、中央部の欠陥の少ない結晶の横方向
の成長の方が大きくなり、シリコン種結晶層の積層欠陥
を防止しつつ、種結晶層のラテラル成長をより促進させ
ることが可能となる。
プにおいて、開口の口壁を内側に向かって傾斜して形成
するから、シリコン種結晶の成長の際に、シリコン酸化
層との界面に欠陥が発生しても、種結晶の成長はこれを
受けての成長より、中央部の欠陥の少ない結晶の横方向
の成長の方が大きくなり、シリコン種結晶層の積層欠陥
を防止しつつ、種結晶層のラテラル成長をより促進させ
ることが可能となる。
【００１５】
【実施例】本出願人は、絶縁層によって基板と絶縁され
ていると共に、面方位が一様なシリコン成長層を有する
半導体装置の製造方法として、図５，６に示す製造方法
を先に提案した。図５に示す製造方法は、まずシリコン
基板２の上にシリコン酸化層４を形成する（図５（ａ）
参照）。次に、このシリコン酸化層４に開口１４を設け
る（図５（ｄ）参照）。そして、開口１４からわずかに
突出するまでシリコンを成長させ、シリコン種結晶層１
６を形成する（図５（ｅ）参照）。しかる後、シリコン
種結晶層１６の表面に窒化膜１８を形成した後、酸化を
行う（図５（ｇ）参照）。これにより、開口１４の底部
にてフィールド酸化層２０が結合し、シリコン種結晶層
１６がシリコン基板２から絶縁される（図５（ｈ）参
照）。その後、このシリコン種結晶層１６からエピタキ
シャル成長を行いシリコン成長層２２を得る（図５
（ｉ）参照）。この成長層２２に、素子を形成するとい
った方法である。
ていると共に、面方位が一様なシリコン成長層を有する
半導体装置の製造方法として、図５，６に示す製造方法
を先に提案した。図５に示す製造方法は、まずシリコン
基板２の上にシリコン酸化層４を形成する（図５（ａ）
参照）。次に、このシリコン酸化層４に開口１４を設け
る（図５（ｄ）参照）。そして、開口１４からわずかに
突出するまでシリコンを成長させ、シリコン種結晶層１
６を形成する（図５（ｅ）参照）。しかる後、シリコン
種結晶層１６の表面に窒化膜１８を形成した後、酸化を
行う（図５（ｇ）参照）。これにより、開口１４の底部
にてフィールド酸化層２０が結合し、シリコン種結晶層
１６がシリコン基板２から絶縁される（図５（ｈ）参
照）。その後、このシリコン種結晶層１６からエピタキ
シャル成長を行いシリコン成長層２２を得る（図５
（ｉ）参照）。この成長層２２に、素子を形成するとい
った方法である。
【００１６】一方、図６に示す製造方法は、まずシリコ
ン基板２の上にシリコン酸化層４を形成する（図６
（ａ）参照）。次に、このシリコン酸化層４に開口１４
を設ける（図６（ｄ）参照）。そして、開口１４から突
出するまで炭化シリコンを成長させ、炭化シリコン種結
晶層１６を形成し（図６（ｅ）参照）、酸化を行う。こ
れにより、開口１４の下部にてフィールド酸化層２０が
結合し、炭化シリコン種結晶層１６がシリコン基板２か
ら絶縁される（図６（ｆ）参照）。その後、この炭化シ
リコン種結晶層１６からエピタキシャル成長を行い炭化
シリコン成長層２２を得る（図６（ｈ）参照）。この成
長層２２に、素子を形成するというものである。
ン基板２の上にシリコン酸化層４を形成する（図６
（ａ）参照）。次に、このシリコン酸化層４に開口１４
を設ける（図６（ｄ）参照）。そして、開口１４から突
出するまで炭化シリコンを成長させ、炭化シリコン種結
晶層１６を形成し（図６（ｅ）参照）、酸化を行う。こ
れにより、開口１４の下部にてフィールド酸化層２０が
結合し、炭化シリコン種結晶層１６がシリコン基板２か
ら絶縁される（図６（ｆ）参照）。その後、この炭化シ
リコン種結晶層１６からエピタキシャル成長を行い炭化
シリコン成長層２２を得る（図６（ｈ）参照）。この成
長層２２に、素子を形成するというものである。
【００１７】ところが、上記の技術は、シリコン酸化層
４を横方向へ延ばし、開口１４を塞ぐためには、開口１
４の巾または径は２μｍ以下としなければならず、開口
巾に制限を受ける。このため、種結晶は、その成長の際
にシリコン酸化層４との界面に発生する欠陥成長の影響
を受けて、欠陥の少ない中央部の結晶の成長割合が少な
くなり、積層欠陥が多くなるので、種結晶層１６は良好
な結晶性を得にくい。また、開口１４の巾を２μｍ以下
と広くできないから、種結晶層１６の島の巾をあまり大
きく取れず、種結晶のエピタキシャル成長に時間を要す
る等の問題が発見された。そこで、本出願人は、係る欠
点を解消した製造方法を創案した。
４を横方向へ延ばし、開口１４を塞ぐためには、開口１
４の巾または径は２μｍ以下としなければならず、開口
巾に制限を受ける。このため、種結晶は、その成長の際
にシリコン酸化層４との界面に発生する欠陥成長の影響
を受けて、欠陥の少ない中央部の結晶の成長割合が少な
くなり、積層欠陥が多くなるので、種結晶層１６は良好
な結晶性を得にくい。また、開口１４の巾を２μｍ以下
と広くできないから、種結晶層１６の島の巾をあまり大
きく取れず、種結晶のエピタキシャル成長に時間を要す
る等の問題が発見された。そこで、本出願人は、係る欠
点を解消した製造方法を創案した。
【００１８】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説
明する。本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を図１に示す。まず、シリコン基板２を酸素気流中に置
いて高温とし、表面を熱酸化する。これにより、図１
（ａ）に示すように、シリコン基板２の上部表面に酸化
絶縁層であるシリコン酸化層（ＳｉＯ2）４が形成され
る。このシリコン酸化層４は、例えば２００ｎｍ程度の
厚さに薄く形成することが好ましい。後述するシリコン
種結晶層１６の成長時に、酸化層４との界面が少なくな
り、品質のよい種結晶を形成できるからである。
明する。本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を図１に示す。まず、シリコン基板２を酸素気流中に置
いて高温とし、表面を熱酸化する。これにより、図１
（ａ）に示すように、シリコン基板２の上部表面に酸化
絶縁層であるシリコン酸化層（ＳｉＯ2）４が形成され
る。このシリコン酸化層４は、例えば２００ｎｍ程度の
厚さに薄く形成することが好ましい。後述するシリコン
種結晶層１６の成長時に、酸化層４との界面が少なくな
り、品質のよい種結晶を形成できるからである。
【００１９】次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン
酸化層４の上にフォトレジスト１０を塗布する。そし
て、フォトレジスト１０の上にマスクを置いて紫外線露
光した後、現像して、図１（ｃ）のようにフォトレジス
ト１０の所望の位置に開口部１２を形成する。この状態
において、フォトレジスト１０をマスクとして、シリコ
ン酸化層４の等方性エッチングを行う。しかる後、硫酸
と過酸化水素の混合液により、フォトレジスト層１０を
除去する。これにより、図１（ｄ）に示すように、その
口壁が内側に向かって傾斜した種結晶成長用の開口１４
が形成される。
酸化層４の上にフォトレジスト１０を塗布する。そし
て、フォトレジスト１０の上にマスクを置いて紫外線露
光した後、現像して、図１（ｃ）のようにフォトレジス
ト１０の所望の位置に開口部１２を形成する。この状態
において、フォトレジスト１０をマスクとして、シリコ
ン酸化層４の等方性エッチングを行う。しかる後、硫酸
と過酸化水素の混合液により、フォトレジスト層１０を
除去する。これにより、図１（ｄ）に示すように、その
口壁が内側に向かって傾斜した種結晶成長用の開口１４
が形成される。
【００２０】図１（ｄ）の状態で、開口１４にシリコン
単結晶のエピタキシャル成長を行い、図１（ｅ）のよう
にシリコン種結晶層１６を形成する。この際のエピタキ
シャル成長においては、ラテラル方向（横方向）への成
長を促進し、縦方向の成長を１μｍ以下に抑えるように
制御する。この種結晶層１６の成長の際に、シリコン酸
化層４との界面において、積層欠陥が生じる恐れがあ
る。したがって、上記のように、開口１４の口壁を内側
に向かって傾斜して形成する（開口１４にスロープをつ
ける）ことにより、図２の如く、シリコン種結晶の横方
向（図２中、矢印方向）の成長が促進されるため、積層
欠陥を防ぐことができる。すなわち、シリコン酸化層４
との界面に欠陥が発生しても、種結晶の成長はこれを受
けての成長より、中央部の欠陥の少ない結晶の横方向の
成長の方が大きいので、積層欠陥が少なくなる。また、
エピタキシャル成長は、例えば９００℃〜１１００℃の
範囲内とできるだけ低温で行う方が好ましい。このよう
に、低温でエピタキシャル成長を行うことにより、積層
欠陥を抑制できるからである。さらに、（１００）のシ
リコン基板に、（１００）方向に矩形パターンでシリコ
ン酸化層４を形成すれば、積層欠陥が抑制できる。ま
た、成長を行う前に、シリコン酸化層４の開口１４の側
壁に、薄いポリシリコンや窒化シリコン膜を付け、格子
整合性を良くすれば、さらに積層欠陥を抑えることがで
きる。上記のようにして形成したシリコン種結晶層１６
のそれぞれは、同じ面方位を有する。
単結晶のエピタキシャル成長を行い、図１（ｅ）のよう
にシリコン種結晶層１６を形成する。この際のエピタキ
シャル成長においては、ラテラル方向（横方向）への成
長を促進し、縦方向の成長を１μｍ以下に抑えるように
制御する。この種結晶層１６の成長の際に、シリコン酸
化層４との界面において、積層欠陥が生じる恐れがあ
る。したがって、上記のように、開口１４の口壁を内側
に向かって傾斜して形成する（開口１４にスロープをつ
ける）ことにより、図２の如く、シリコン種結晶の横方
向（図２中、矢印方向）の成長が促進されるため、積層
欠陥を防ぐことができる。すなわち、シリコン酸化層４
との界面に欠陥が発生しても、種結晶の成長はこれを受
けての成長より、中央部の欠陥の少ない結晶の横方向の
成長の方が大きいので、積層欠陥が少なくなる。また、
エピタキシャル成長は、例えば９００℃〜１１００℃の
範囲内とできるだけ低温で行う方が好ましい。このよう
に、低温でエピタキシャル成長を行うことにより、積層
欠陥を抑制できるからである。さらに、（１００）のシ
リコン基板に、（１００）方向に矩形パターンでシリコ
ン酸化層４を形成すれば、積層欠陥が抑制できる。ま
た、成長を行う前に、シリコン酸化層４の開口１４の側
壁に、薄いポリシリコンや窒化シリコン膜を付け、格子
整合性を良くすれば、さらに積層欠陥を抑えることがで
きる。上記のようにして形成したシリコン種結晶層１６
のそれぞれは、同じ面方位を有する。
【００２１】次に、シリコン種結晶層１６の表面を選択
的に窒化して、図１（ｆ）に示すように、バリア層とし
て窒化シリコン層（Ｓｉ3 Ｎ4 ）１８を前記開口１４に
対応する部分１６ａを除いて形成する。そして、シリコ
ン種結晶層１６に対して選択酸化処理を行う。酸化処理
では、窒化シリコン層１８の酸化速度はシリコン層に比
べて遅いから、シリコン種結晶層１６は、窒化シリコン
層１８が形成されない部分１６ａから除々に酸化され
る。この選択酸化処理は、シリコン種結晶層１６内でＳ
ｉＯ2 １９が開口１４の上部を閉塞するまで行う。この
とき、シリコン酸化層４も同時に、酸化されて横方向に
も成長する（バーズビーク現象）から、図１（ｇ）に示
すように、種結晶層１６内で成長したＳｉＯ2 １９の下
部で接続し、フィールド酸化層２０となる。これによ
り、酸化されずに残った種結晶層１６とシリコン基板２
との接続が断たれる。
的に窒化して、図１（ｆ）に示すように、バリア層とし
て窒化シリコン層（Ｓｉ3 Ｎ4 ）１８を前記開口１４に
対応する部分１６ａを除いて形成する。そして、シリコ
ン種結晶層１６に対して選択酸化処理を行う。酸化処理
では、窒化シリコン層１８の酸化速度はシリコン層に比
べて遅いから、シリコン種結晶層１６は、窒化シリコン
層１８が形成されない部分１６ａから除々に酸化され
る。この選択酸化処理は、シリコン種結晶層１６内でＳ
ｉＯ2 １９が開口１４の上部を閉塞するまで行う。この
とき、シリコン酸化層４も同時に、酸化されて横方向に
も成長する（バーズビーク現象）から、図１（ｇ）に示
すように、種結晶層１６内で成長したＳｉＯ2 １９の下
部で接続し、フィールド酸化層２０となる。これによ
り、酸化されずに残った種結晶層１６とシリコン基板２
との接続が断たれる。
【００２２】次に、高温のリン酸等によるエッチングを
行い、窒化シリコン層１８を除去する（図１（ｈ）参
照）。その後、シリコン種結晶層１６を種結晶として、
エピタキシャル成長を行う。この際のエピタキシャル成
長においては、横方向への成長が大きくなるように制御
を行う。この制御の仕方は、例えばシリコン種結晶１６
の上面部分に、例えばＳｉＯ2 膜を形成して、エピタキ
シャル成長させればよい。成長を続けると、各種結晶層
１６から成長した層が互いに接続する。このようにして
得られるのが、図１（ｉ）の構造である。
行い、窒化シリコン層１８を除去する（図１（ｈ）参
照）。その後、シリコン種結晶層１６を種結晶として、
エピタキシャル成長を行う。この際のエピタキシャル成
長においては、横方向への成長が大きくなるように制御
を行う。この制御の仕方は、例えばシリコン種結晶１６
の上面部分に、例えばＳｉＯ2 膜を形成して、エピタキ
シャル成長させればよい。成長を続けると、各種結晶層
１６から成長した層が互いに接続する。このようにして
得られるのが、図１（ｉ）の構造である。
【００２３】シリコン成長層であるエピタキシャル成長
層２２は、フィールド酸化層２０によって、シリコン基
板２と絶縁されている。したがって、シリコン基板２と
の間でＰＮ接合による静電容量を生じることがない。す
なわち、各エピタキシャル成長層２２に素子（トランジ
スタ、ＦＥＴ等）を形成すれば、静電容量による低速化
を招かず、高速素子を得ることができる。さらに、ＰＮ
接合による静電容量がないので、高周波特性が良く、ラ
ッチアップ特性を向上させることができる。
層２２は、フィールド酸化層２０によって、シリコン基
板２と絶縁されている。したがって、シリコン基板２と
の間でＰＮ接合による静電容量を生じることがない。す
なわち、各エピタキシャル成長層２２に素子（トランジ
スタ、ＦＥＴ等）を形成すれば、静電容量による低速化
を招かず、高速素子を得ることができる。さらに、ＰＮ
接合による静電容量がないので、高周波特性が良く、ラ
ッチアップ特性を向上させることができる。
【００２４】また、各種結晶層１６の面方位は一様であ
る。このため、エピタキシャル成長層２２の面方位も一
様となる。したがって、酸化レート等が一様となり、エ
ピタキシャル成長層２２に素子を形成する際に、素子の
特性の制御が容易である。なお、開口１４の形状は、必
要とするエピタキシャル成長層２２に応じて、適宜選択
すればよい。例えば、図３に示すように円孔としてもよ
く、図４に示すように格子状のものとしてもよい。但
し、シリコン酸化層４のパターニング方向を（１００）
とすれば、欠陥の発生を抑制することができるので、こ
の点を考慮すればなお良い。
る。このため、エピタキシャル成長層２２の面方位も一
様となる。したがって、酸化レート等が一様となり、エ
ピタキシャル成長層２２に素子を形成する際に、素子の
特性の制御が容易である。なお、開口１４の形状は、必
要とするエピタキシャル成長層２２に応じて、適宜選択
すればよい。例えば、図３に示すように円孔としてもよ
く、図４に示すように格子状のものとしてもよい。但
し、シリコン酸化層４のパターニング方向を（１００）
とすれば、欠陥の発生を抑制することができるので、こ
の点を考慮すればなお良い。
【００２５】さらに、図１（ｉ）のエピタキシャル成長
層２２に素子を形成した後、その上にさらに、図１
（ａ）〜（ｉ）の各ステップを行えば、３次元構造の集
積回路を形成することができる。例えば、図１（ａ）〜
（ｉ）の各ステップを２回繰り返した集積回路では、シ
リコン基板の上に第一フィールド酸化層を介して第一エ
ピタキシャル成長層が形成され、第一エピタキシャル成
長層の上に第二フィールド酸化層を介して第二エピタキ
シャル成長層が設けられる。したがって、第一エピタキ
シャル成長層および第二エピタキシャル成長層にそれぞ
れ回路素子を形成することができ、集積度の高い集積回
路を得ることができる。なお、第一エピタキシャル成長
層に形成された素子から外部に電極を取り出す場合に
は、トレンチを設けてポリシリコン等によって電極と接
続すればよい。また、図１（ａ）〜（ｉ）の各ステップ
を３回以上繰り返して３層以上のエピタキシャル成長層
を有する構造を形成してもよいことは勿論である。
層２２に素子を形成した後、その上にさらに、図１
（ａ）〜（ｉ）の各ステップを行えば、３次元構造の集
積回路を形成することができる。例えば、図１（ａ）〜
（ｉ）の各ステップを２回繰り返した集積回路では、シ
リコン基板の上に第一フィールド酸化層を介して第一エ
ピタキシャル成長層が形成され、第一エピタキシャル成
長層の上に第二フィールド酸化層を介して第二エピタキ
シャル成長層が設けられる。したがって、第一エピタキ
シャル成長層および第二エピタキシャル成長層にそれぞ
れ回路素子を形成することができ、集積度の高い集積回
路を得ることができる。なお、第一エピタキシャル成長
層に形成された素子から外部に電極を取り出す場合に
は、トレンチを設けてポリシリコン等によって電極と接
続すればよい。また、図１（ａ）〜（ｉ）の各ステップ
を３回以上繰り返して３層以上のエピタキシャル成長層
を有する構造を形成してもよいことは勿論である。
【００２６】このように、本実施例では、結晶成長に必
要なシリコン種結晶層１６を残しつつ開口１４を閉塞す
るよう種結晶層１６を選択酸化して、種結晶層１６内で
成長したＳｉＯ2 １９がシリコン酸化層４と接続するこ
とにより種結晶層１６とシリコン基板２の接続を断って
いるから、シリコン酸化層４を横方向に成長させて開口
１４内を塞ぎ、種結晶層１６とシリコン基板２とを絶縁
する必要がない。したがって、開口１４の巾に制限を受
けなくて済み、開口１４の巾を広くできる。よって、種
結晶層１６の積層欠陥を抑制でき、良好な結晶性を得、
しかも種結晶層１６の島の巾も大きく取れる。
要なシリコン種結晶層１６を残しつつ開口１４を閉塞す
るよう種結晶層１６を選択酸化して、種結晶層１６内で
成長したＳｉＯ2 １９がシリコン酸化層４と接続するこ
とにより種結晶層１６とシリコン基板２の接続を断って
いるから、シリコン酸化層４を横方向に成長させて開口
１４内を塞ぎ、種結晶層１６とシリコン基板２とを絶縁
する必要がない。したがって、開口１４の巾に制限を受
けなくて済み、開口１４の巾を広くできる。よって、種
結晶層１６の積層欠陥を抑制でき、良好な結晶性を得、
しかも種結晶層１６の島の巾も大きく取れる。
【００２７】また、開口１４にスロープをつけているか
ら、積層欠陥を防止しながら種結晶層１６のラテラル成
長をより促進させることが可能となる。なお、開口１４
の巾が充分に大きくとった場合は、開口１４にスロープ
をつけなくても、種結晶層１６のラテラル成長を促進で
きる。なお、本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内で多くの変更または修正を加え
得ることは勿論である。
ら、積層欠陥を防止しながら種結晶層１６のラテラル成
長をより促進させることが可能となる。なお、開口１４
の巾が充分に大きくとった場合は、開口１４にスロープ
をつけなくても、種結晶層１６のラテラル成長を促進で
きる。なお、本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内で多くの変更または修正を加え
得ることは勿論である。
【００２８】例えば、上記実施例では、図１（ｆ）のス
テップにおいて、種結晶層１６の表面を窒化して、窒化
シリコン層１８を形成したが、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、窒
化膜をデポジットして形成してもよい。また、窒化シリ
コン膜１８に代えて、シリコンよりも十分に酸化レート
の遅い材料、例えば炭化シリコン等を用いてもよい。
テップにおいて、種結晶層１６の表面を窒化して、窒化
シリコン層１８を形成したが、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、窒
化膜をデポジットして形成してもよい。また、窒化シリ
コン膜１８に代えて、シリコンよりも十分に酸化レート
の遅い材料、例えば炭化シリコン等を用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１の製造方法においては、酸化絶縁層の開口から種
結晶層が突出して横方向に延びるまでラテラル成長を行
う。これにより、突出した各シリコン種結晶層は、同じ
面方位を有するものとなる。さらに、シリコン種結晶層
の表面に、前記開口に対応する部分を除いてバリア層を
形成した後、前記バリア層を形成しなかった部分からシ
リコン種結晶層を酸化して、結晶成長に必要なシリコン
種結晶層を残しつつ、前記開口を塞いでシリコン種結晶
層とシリコン基板の接続を断ち、その後シリコン種結晶
層からシリコン成長層を成長させるようにしている。し
たがって、シリコン基板とは絶縁され、均一な面方位を
有するシリコン成長層を得ることができる。
求項１の製造方法においては、酸化絶縁層の開口から種
結晶層が突出して横方向に延びるまでラテラル成長を行
う。これにより、突出した各シリコン種結晶層は、同じ
面方位を有するものとなる。さらに、シリコン種結晶層
の表面に、前記開口に対応する部分を除いてバリア層を
形成した後、前記バリア層を形成しなかった部分からシ
リコン種結晶層を酸化して、結晶成長に必要なシリコン
種結晶層を残しつつ、前記開口を塞いでシリコン種結晶
層とシリコン基板の接続を断ち、その後シリコン種結晶
層からシリコン成長層を成長させるようにしている。し
たがって、シリコン基板とは絶縁され、均一な面方位を
有するシリコン成長層を得ることができる。
【００３０】すなわち、シリコン基板とＰＮ接合を持た
ない種結晶成長層を形成することができ、高速な素子を
有する半導体装置を得ることができる。また、面方位が
一様であるため、素子形成時における制御が容易であ
る。また、選択酸化ステップにおいて、シリコン種結晶
層内で開口を閉塞するよう種結晶層を選択酸化して、種
結晶層とシリコン基板の接続を断っているから、開口の
巾に制限を受けなくて済み、開口の巾を広くできる。よ
って、種結晶層の積層欠陥を抑制でき、良好な結晶性を
得、しかも種結晶層の島の巾も大きく取れる。
ない種結晶成長層を形成することができ、高速な素子を
有する半導体装置を得ることができる。また、面方位が
一様であるため、素子形成時における制御が容易であ
る。また、選択酸化ステップにおいて、シリコン種結晶
層内で開口を閉塞するよう種結晶層を選択酸化して、種
結晶層とシリコン基板の接続を断っているから、開口の
巾に制限を受けなくて済み、開口の巾を広くできる。よ
って、種結晶層の積層欠陥を抑制でき、良好な結晶性を
得、しかも種結晶層の島の巾も大きく取れる。
【００３１】請求項２の製造方法では、開口形成ステッ
プにおいて、開口の口壁を内側に向かって傾斜して形成
する。したがって、シリコン種結晶の成長の際に、シリ
コン酸化層との界面に欠陥が発生しても、種結晶の成長
はこれを受けての成長より、中央部の欠陥の少ない結晶
の横方向の成長の方が大きくなり、シリコン種結晶層の
積層欠陥を防止しつつ、種結晶層のラテラル成長をより
促進させることが可能となる。
プにおいて、開口の口壁を内側に向かって傾斜して形成
する。したがって、シリコン種結晶の成長の際に、シリ
コン酸化層との界面に欠陥が発生しても、種結晶の成長
はこれを受けての成長より、中央部の欠陥の少ない結晶
の横方向の成長の方が大きくなり、シリコン種結晶層の
積層欠陥を防止しつつ、種結晶層のラテラル成長をより
促進させることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を示す図である。
を示す図である。
【図２】同じくその種結晶成長ステップにおける種結晶
の成長状態を示す図である。
の成長状態を示す図である。
【図３】酸化絶縁層に設ける開口の一例を示す図であ
る。
る。
【図４】酸化絶縁層に設ける開口の他の例を示す図であ
る。
る。
【図５】先行技術にによる半導体装置の製造方法を示す
図である。
図である。
【図６】他の先行技術にによる半導体装置の製造方法を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来のＥＬＯ法によるＳＯＩ技術を示す図であ
る。
る。
２ シリコン基板 ４ シリコン酸化層 １４ 開口 １６ シリコン種結晶層 １８ 窒化シリコン層 ２０ フィールド酸化層 ２２ エピタキシャル成長層
Claims (2)
- 【請求項１】シリコン基板の上に酸化絶縁層を形成する
絶縁層形成ステップ、 酸化絶縁層に種結晶成長用の開口を設ける開口形成ステ
ップ、 酸化絶縁層をマスクとして、前記開口にシリコン種結晶
層を形成し、該シリコン種結晶層が前記開口から突出し
てラテラル成長により横方向へ延びるまで成長させる種
結晶成長ステップ、 シリコン種結晶層の表面に、当該シリコン種結晶層の酸
化速度に比べて十分に遅い酸化速度のバリア層を前記開
口に対応する部分を除いて形成するバリア形成ステッ
プ、 バリア層を形成しなかった部分からシリコン種結晶層を
酸化し、結晶成長に必要なシリコン種結晶層を残しつつ
酸化領域を前記開口を閉塞するまで拡げ、シリコン種結
晶層とシリコン基板との接続を断つ選択酸化ステップ、 バリア層を除去してシリコン種結晶層を露出するバリア
除去ステップ、 シリコン種結晶層に基づいてシリコン成長層を結晶成長
させるシリコン成長ステップ、 シリコン成長層に半導体素子を形成する素子形成ステッ
プを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の開口形成ステップにおい
て、 開口の口壁を内側に向かって傾斜して形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275740A JP3053678B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 半導体装置の製造方法 |
| US07/957,514 US5308445A (en) | 1991-10-23 | 1992-10-05 | Method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor growth layer completely insulated from a substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275740A JP3053678B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114561A JPH05114561A (ja) | 1993-05-07 |
| JP3053678B2 true JP3053678B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=17559735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3275740A Expired - Fee Related JP3053678B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3053678B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4415567B4 (de) * | 1994-05-03 | 2004-11-04 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Erzeugung einer SOI-Struktur mit einer Isolationsschicht auf einem Siliziumwafer und einer darauf epitaktisch aufgebrachten Siliziumschicht |
-
1991
- 1991-10-23 JP JP3275740A patent/JP3053678B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05114561A (ja) | 1993-05-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |