JP3994299B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP3994299B2
JP3994299B2 JP18446498A JP18446498A JP3994299B2 JP 3994299 B2 JP3994299 B2 JP 3994299B2 JP 18446498 A JP18446498 A JP 18446498A JP 18446498 A JP18446498 A JP 18446498A JP 3994299 B2 JP3994299 B2 JP 3994299B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
single crystal
silicon layer
melting point
crystal silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP18446498A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000021790A (en
Inventor
久良 矢元
英雄 山中
勇一 佐藤
肇 矢木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP18446498A priority Critical patent/JP3994299B2/en
Publication of JP2000021790A publication Critical patent/JP2000021790A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3994299B2 publication Critical patent/JP3994299B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁基板上にエピタキシャル成長させた単結晶シリコン層を能動領域に用いる絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造に好適な方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、基板上に形成した単結晶シリコン層を用いたMOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)であるTFT(薄膜トランジスタ)は、ポリシリコン層を用いたものと比べて、数倍も大きい電子移動度を有し、高速動作に好適であることが知られている(文献,R.P.Zingg et al,"First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy". IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13,NO.5,MAY 1992 p294-6. 、特公平4-57098 号公報、松村 正清、" 薄膜トランジスタ" 応用物理、第65巻 第8 号(1996)pp842-848,参照) 。
【0003】
こうした半導体素子において、単結晶シリコン層を基板上に形成するために、以下の種々の成膜技術(1)〜(4)が知られている。
【0004】
(1)単結晶シリコン基板をシードにして、920〜930℃に加熱されたインジウム・シリコン溶液又はインジウム・ガリウム・シリコン溶液から、冷却処理によりシリコンエピタキシー層を形成し、この層の上にシリコン半導体層を作成する。(文献1,Soo Hong Lee,"VERY-LOW-TEMPERATURE LIQUID-PHASE EPITAXIAL GROWTH OF SILICON".MATERIALS LETTERS. Vol.9.No.2,3(Jan.,1990)pp53-56. 文献2,R.Bergmann et al,"MOS transistors with epitaxial Si,laterally grown over SiO/Sub 2/ by liquid phase epitaxy."J.Applied Physics A,vol.A54,no.1 p.103-5.文献3,R.P.Zingg et al,"First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy."IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13,NO.5,MAY 1992 p294-6.)
【0005】
(2)サファイア基板上にシリコンをエピタキシャル成長させる。(文献4,G.A.Garcia,R.E.Reedy,and M.L.Burger,"High-quality CMOS in thin (100nm)silicon on sapphire,"IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.,VOL.9,pp32-34,Jan.,1988.)
【0006】
(3)酸素イオン注入法により、絶縁基板上にシリコン層を形成する。(文献5,K.Izumi,M.Doken,and H.Ariyoshtl,"CMOS device fabrication on buried SiO2 layers formed by oxygen implantation into silicon,"Electron.Lett.,vol.14,no.18,pp593-594,Aug.1978.)
【0007】
(4)石英基板の上にステップを形成し、この上にポリシリコン層を形成し、次にこれをレーザー光やストリップヒータで1400℃以上に加熱する。加熱されたポリシリコン層は、石英基板上に形成されたステップを核にして、エピタキシャル成長層を形成する。(文献6,古川 静二郎,"グラフォエピタキシー" 、電子通信学会誌、Vol.66,No.5,pp486-489.(1983.May). 文献7,Geis,M.W.,et al.:"Crystallographic orientation of silicon on an amorphous substrate using an artificial-relief grating and laser crystallization",Appl.Phys.Letter,35,1,pp71-74(July 1979). 文献8,Geis,M.W.,et al.:"Silicon graphoepitaxy",Jpn.J.Appl.Phys.,Suppl.20-1,pp.39-42(1981).)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでの公知技術においては、歪点が、比較的低く、しかも大型のガラス板上に、シリコンエピタキシー層を形成できる従来技術は存在しない。また、ガラス板上にステップを形成し、これをエピタキシャル成長の核にしてシリコンを成長させる技術において、シリコンを低温でかつ均一にエピタキシャル成長させることはできない。
【0008】
本発明の目的は、歪点が比較的低い大型のガラス基板であっても低温で均一にシリコン層をエピタキシャル成長させ、高速で大電流密度の半導体素子を作り込むことのできる方法、及びこの方法で作製される半導体基板及び素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
絶縁基板に段差を形成する工程と、
前記段差を含む前記絶縁基板上に、単結晶シリコンと格子整合の良い後述の物質層を 形成する工程と、
前記物質層上にポリシリコン又はアモルファスシリコン層を所定厚さに形成した後、 前記物質層上であって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上又は下に、後述 低融点金属層を形成する工程、或いは、前記物質層上に、シリコンを含有する後述の 低融点金属層を形成する工程と、
加熱処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を前記低融点金属 層に溶解させ、又は前記低融点金属層のシリコンを前記低融点金属の融液に溶解させる 工程と、
次いで冷却処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層のシリコン 、又は前記低融点金属層のシリコンを前記段差及び前記物質層をシードとしてエピタキ シャル成長させ、単結晶シリコン層を析出させる工程と
次いで前記単結晶シリコン層上に残る前記低融点金属の層を除去する工程と
を有する、単結晶シリコン層の形成方法を前提とするものである。
また、本発明は、
単結晶シリコンと格子整合の良い後述の物質層を形成する工程と、
前記物質層に段差を形成する工程と、
前記段差を含む前記物質層上にポリシリコン又はアモルファスシリコン層を所定厚さ に形成した後、前記物質層上であって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上 又は下に、後述の低融点金属層を形成する工程、或いは、前記物質層上に、シリコンを 含有する後述の低融点金属層をスパッタ法又は真空蒸着法によって形成する工程と、
加熱処理によって、前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を前記低融点金属 層に溶解させ、又は前記低融点金属層のシリコンを前記低融点金属の融液に溶解させる 工程と、
次いで冷却処理によって、前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層のシリコン 、又は前記低融点金属層のシリコンを前記段差及び前記物質層をシードとしてエピタキ シャル成長させ、単結晶シリコン層を析出させる工程と、
次いで前記単結晶シリコン層上に残る前記低融点金属の層を除去する工程と
を有する、単結晶シリコン層の形成方法も前提とするものである。
【0010】
即ち、本発明は、上記の前記単結晶シリコン層を析出させ後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程に加えて、前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程を更に有する、半導体装置の製造方法提供するものである。
【0011】
本発明の方法によって製造された半導体装置、絶縁基板に所定形状の段差が所定位置に形成され、この段差を含む前記絶縁基板上に単結晶シリコンと格子整合の良い後述の物質層が形成され、この物質層上に前記の電界効果トランジスタを構成する単結晶シリコン層が形成されている、半導体装置であってよい
【0012】
また、本発明の方法に用いられる半導体基板及びその方法によって製造された半導体装置、特に絶縁基板上に単結晶シリコンと格子整合の良い後述の物質層が形成され、この物質層に所定形状の段差が形成され、この段差を含む前記物質層上に前記の電界効果トランジスタを構成する単結晶シリコン層が形成されている、半導体基板、及び半導体装置であってよい
【0013】
本発明によれば、単結晶シリコンと格子整合の良い物質層(例えばサファイア層)及び段差をシードにして、ポリシリコン又はアモルファスシリコンを溶解した低融点金属層からの単結晶シリコンの析出によって、シリコンエピタキシャル層を形成しているので、次の(A)〜(D)に示すような顕著な作用効果を得ることができる。
【0014】
(A)上記した物質層やポリシリコン又はアモルファスシリコン層は減圧CVD(化学的気相成長:基板温度500〜600℃)などの方法で形成でき、上記した低融点金属層はスパッタ法などの方法で形成でき、更に、上記したシリコンエピタキシャル成長時の加熱処理温度は930℃以下が可能であるから、絶縁基板上に低温(例えば920〜930℃)でシリコン単結晶膜を均一に形成することができる。特にサファイア薄膜などの上記物質層を採用するため、単結晶シリコンと格子整合が良く(特に格子定数の一致により)、シリコンエピタキシー成長が容易になる。
【0015】
(B)従って、歪点の比較的低いガラス基板やセラミックス基板などの入手し易く、低コストで物性も良好な基板を用いることができ、また基板の大型化も可能となる。従って、ガラス基板を広幅・長尺ロール状にし、連続して、シリコン単結晶薄膜を形成することができる。
【0016】
(C)サファイア薄膜などの上記物質層は、様々な原子の拡散バリヤになるため、ガラス基板からの不純物の拡散を抑制することができる。
【0017】
(D)ガラス基板等の上に低温で形成したシリコン単結晶薄膜の電子移動度は、540cm2 /v・sec(前述の文献3)であって、シリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトップゲート型、ボトムゲート型、デュアルゲート型のLCD(液晶表示装置)用TFTをはじめ、EL(エレクトロルミネセンス素子)、FED(電界放出型表示素子)用のトランジスタや、高性能のダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等の半導体素子、或いはこれらを集積した電子回路をガラス基板等の上に作成することができる。本発明の半導体基板及び半導体装置はいずれも、上記物質層と上記段差とが共に、単結晶シリコン成長時のシードとして作用し、構造的に新規であって半導体素子を組み込むのに有用である。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記物質層及びポリシリコン又はアモルファスシリコン層を減圧CVD法(基板温度約500〜650℃)、プラズマCVD法、スパッタ法(基板温度約100〜400℃)などの低温成膜技術で前者は例えば5〜200nmに、後者は例えば数μm〜0.005μmの厚みに絶縁基板上に形成し、更に前記低融点金属層を前記ポリシリコン層の例えば数10〜数100倍の厚さにスパッタ法などで堆積させた後、前記加熱処理を行うのがよい。
【0019】
また、前記絶縁基板としてガラス基板を使用することができるが、前記物質層をサファイア、スピネル構造体及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれた物質で形成し、前記低融点金属層をインジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種で形成する。
【0020】
この場合、前記低融点金属層を金属インジウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、850〜1100℃(望ましくは900〜950℃)で行ってインジウム・シリコン溶融液となし、前記低融点金属層を金属インジウム・ガリウム又はガリウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、300〜1100℃(望ましくは350〜600℃)又は400〜1100℃(望ましくは420〜600℃)で行ってインジウム・ガリウム・シリコン溶融液又はガリウム・シリコン溶融液となすことができる。基板の加熱は、電気炉やランプ等を用いて基板全体を均一に加熱する方法の他、光レーザー、電子ビーム等によって、所定の場所のみを局部的に加熱する方法も可能である。
【0021】
このようにシリコンを含有する低融点金属は、図17に示す状態図から明らかなように、低融点金属の割合に応じて融点が低下する。インジウムを用いるときには、シリコンを含有(例えば1重量%含有)するインジウム溶融液層を850〜1100℃の基板温度で形成するのは、1100℃程度までは基板として石英板ガラスを使用でき、1100℃〜850℃まではそれよりも耐熱性が低いガラスでも使用できることになる。但し、850℃〜600℃は、アルミノシリケートガラスの最高使用温度(殆んど歪点と同じ)から決められる。ガリウムを用いるときにも、上記と同様の理由から、シリコンを含有(例えば1重量%含有)するガリウム溶融液層を400〜1100℃の基板温度で形成することができる。
【0022】
いずれも、基板として、歪点の低いガラス基板を用い得るので、大型ガラス基板(1m2 以上)上に半導体結晶層を作成することが可能であるが、エピタキシー温度が上記した350〜600℃と一層低い場合は、ガラス基板として、歪点が470〜670℃と低いガラスを用いることができる。これは、安価で、薄板化が容易であり、長尺ロール化されたガラス板を作製できる。これを用いて、長尺ロール化ガラス板上に、上記手法を用いて、薄いエピタキシー層を連続して又は非連続に作製することができる。
【0023】
上記したシリコンを溶かした低融点金属から、徐冷によって、上記物質層(更には段差)をシードとして前記単結晶シリコン層を析出させた後に、この上の前記低融点金属の層を塩酸などで溶解除去し、しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して半導体素子を作製することができる。
【0024】
このように、冷却後に単結晶シリコン層の上に析出した金属インジウムなどの低融点金属薄膜は塩酸等を用いて溶解除去するが、金属インジウム等はシリコン層中に微量(1016atoms/cc程度)しか残留しないよう作成できるので、作成直後はP型半導体が作成される。従って、これはNチャネルMOSトランジスタの作製にとって都合が良い。しかし、適量のリン原子などのN型不純物をイオン注入することによって、N型半導体結晶層を作成することができるので、PチャネルMOSトランジスタを作成することができる。このため、CMOSトランジスタも作成できることになる。また、前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層の成膜時又は低融点金属層の成膜時に、3族又は5族の不純物元素(B、P、Sb、Asなど)を混入させ、これによって前記単結晶シリコン層の不純物種及び/又はその濃度を制御するのがよい。
【0025】
このように、基板上にエピタキシャル成長した前記単結晶シリコン層を絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域に適用し、これら各領域の不純物種及び/又はその濃度を制御することができる。
【0026】
本発明において、上記物質層は単結晶シリコン成長時のシードとして作用するが、これに加えて、前記絶縁基板上に、前記エピタキシャル成長のシードとなる所定形状の段差をリアクティブイオンエッチングなどのドライエッチングで所定位置に形成し、この段差を含む前記絶縁基板上に前記物質層を形成すれば、上記段差もシリコンエピタキシー層成長の核となる。このような段差は、前記物質層に形成することもできる。
【0027】
次に、本発明を好ましい実施の形態について更に詳細に説明する。
【0028】
図1〜図4について、本発明の実施の形態を理解するための第1の例を説明する。
【0029】
まず、図1の(1)に示すように、石英ガラス基板1(ガラス軟化点約1000℃、厚さ50ミクロン〜数mm)の一主面に、サファイア薄膜(厚さ5〜200nm)50を形成する。このサファイア薄膜50は、高密度プラズマCVD法や、触媒CVD法(特開昭63−40314号公報参照)により、トリメチルアルミニウムガスを酸化性ガス(酸素・水分)で酸化し、結晶化させて作成する。
【0030】
次いで、図1の(2)に示すように、サファイア薄膜50上に、公知の減圧CVD法(基板温度約500〜650℃)やプラズマCVD法によって、ポリシリコン膜5を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0031】
次いで、図1の(3)に示すように、ポリシリコン膜5上に、金属インジウム膜6をスパッタ法や真空蒸着法によってポリシリコン膜5の数10〜数100倍の厚さ(例えば10〜15μm)に形成する。
【0032】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下、特に920〜930℃に約5分間保持する。これによって、ポリシリコン5は金属インジウム6の融液に溶解する。
【0033】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解していたシリコンは、サファイア薄膜50をシード(種)として図1の(4)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。この場合、サファイアは、単結晶シリコンと格子定数が殆んど同じであるので、シリコンはサファイア薄膜50上に例えば(100)面がエピタキシーに成長する。
【0034】
こうして、基板1上に(100)面の単結晶シリコン層7を析出させた後、図2の(5)のように、表面側の金属インジウム6を塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をチャネル領域とするMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0035】
即ち、図2(6)に示すように、酸化処理(950℃)によって単結晶シリコン層7の表面に厚さ350Åのゲート酸化膜8を形成する。
【0036】
次いで、図2の(7)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、PチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト9でマスクし、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば10kVで2.7×1011 atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7の導電型を更にP型化したシリコン層11とする。
【0037】
次いで、図2の(8)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、今度はNチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト12でマスクし、N型不純物イオン(例えばP+ )13を例えば10kVで1×1011atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7のP型を補償したシリコン層14とする。
【0038】
次いで、図3の(9)に示すように、ゲート電極材料としてのリンドープドポリシリコン層15を例えば、CVD法(620℃)によって厚さ4000Åに堆積させる。
【0039】
次いで、図3の(10)に示すように、フォトレジスト16を所定パターンに形成し、これをマスクにしてポリシリコン層15をゲート電極形状にパターニングし、更に、フォトレジスト16の除去後に図3の(11)に示すように、例えば900℃で60分間、O2 中での酸化処理でゲートポリシリコン15の表面に酸化膜17を形成する。
【0040】
次いで、図3の(12)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト18でマスクし、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば20kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、950℃で40分間、N2 中でのアニールによって、NチャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域20及びドレイン領域21をそれぞれ形成する。
【0041】
次いで、図4の(13)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト22でマスクし、P型不純物である例えばB+ イオン23を例えば10kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、900℃で5分間、N2 中でのアニールによって、PチャネルMOSトランジスタのP+ 型ソース領域24及びドレイン領域25をそれぞれ形成する。
【0042】
次いで、図4の(14)に示すように、全面にCVD法によって、SiO2 膜26を例えば750℃で500Åの厚みに、SiN膜27を例えば420℃で2000Åの厚みに積層し、更に、ボロン及びリンドープドシリケートガラス(BPSG)膜28をリフロー膜として例えば450℃で6000Åの厚みに形成し、このBPSG膜28を例えば900℃でN2 中でリフローする。
【0043】
次いで、図4の(15)に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これをパターニングして、PチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETのそれぞれのソース又はドレイン電極29(S又はD)とゲート取出し電極又は配線30(G)を形成し、各MOSトランジスタを完成する。
【0044】
以上に説明したように、この例によれば、次の如き顕著な作用効果が得られる。
【0045】
(a)ガラス基板1上に、920〜930℃と低温でシリコン単結晶薄膜7を均一に形成することができる。
【0046】
(b)従って、ガラス基板のみならず、セラミック基板などの絶縁基板上に、シリコン単結晶薄膜を形成できるため、歪点が低く、低コストで物性も良好な基板材質を任意に選択でき、また、基板の大型化(1m2 以上)や長尺化(100m以上)も可能となる。
【0047】
(c)サファイア薄膜50は、ガラス基板1から単結晶シリコン層7への原子の拡散を抑制するバリアとして作用する。
【0048】
(d)ガラス基板等の上に形成したシリコン単結晶薄膜7の電子移動度は、540cm2 /v・secとシリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトランジスタを作成することができる。トランジスタ以外にも、ダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等や、これらを集積した電子回路をガラス基板上に作成することができる。MOSトランジスタ等のシリコン半導体素子を形成するプロセスは、従来公知のポリシリコンTFT作製プロセスと殆んど変わらない。
【0049】
上述の第1のにおいて、単結晶シリコン層7の導電型(又は不純物濃度)を制御するために、図1の(2)のポリシリコン成膜時に不純物供給ガスを同時に送り込むことができる。
【0050】
即ち、ポリシリコン膜5の成膜時に、溶解度が大きい3又は5元素を、例えばB、P、Sb、AsなどをB26やPH3等として供給することにより、ポリシリコン膜5に適量ドープしておけば、成長するシリコンエピ層7のP型又はN型や、キャリア濃度を任意に制御することができる。
【0051】
図5〜図6について、第3のを説明する。
【0052】
この例では、上述の第1のと比べて、図1の(1)に示す工程で、基板1として、歪点が例えば670℃程度と低いガラスを用いるので、安価でかつ大型化が容易であり、薄板化(例えば50μm厚さ)すればロール化/長尺化が可能であり、このようなガラス板を採用する。もちろん、石英基板も採用することができる。
【0053】
そして、上述と同様にサファイア薄膜50を形成した後、図1の(2)に示す工程で、公知のプラズマCVD法やスパッタ法(基板温度100〜400℃)又は公知の減圧CVD法(基板温度約500〜600℃)によって、ポリシリコン膜5(又はアモルファスシリコン膜)を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0054】
次いで、図1の(3)に示す工程で、ポリシリコン膜5上に、金属インジウム・ガリウム膜(又は金属ガリウム膜)をスパッタ法や真空蒸着法によってポリシリコン膜5の数10〜数100倍の厚さ(例えば10〜20μm)に形成する。
【0055】
次いで、基板1を水素雰囲気下で350〜600℃に約5分間保持する。これによって、ポリシリコン5(又はアモルファスシリコン)は金属インジウム・ガリウムの融液又は金属ガリウムの融液に溶解する。
【0056】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウム・ガリウム(又は金属ガリウム)に溶解していたシリコンは、サファイア薄膜50をシード(種)として図1の(4)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0057】
こうして、基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、図2の(5)のように、表面側の金属インジウム・ガリウム(又は金属ガリウム)を塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0058】
即ち、図5の(6)に示すように、例えば400℃でのプラズマCVDによって、単結晶シリコン層7の表面に厚さ2000ÅのSiO2 膜40と厚さ500ÅのSiN膜41からなるゲート絶縁膜を形成する。
【0059】
次いで、図5の(7)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば10kVで2.7×1011 atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7の導電型を更にP型化したシリコン層11とする。
【0060】
次いで、図5の(8)に示すように、ゲート電極材料としてのMoTa層42(Mo15%、Ta85%)を例えば、スパッタ法によって厚さ5000Åに堆積させる。
【0061】
次いで、図5の(9)に示すように、フォトレジスト43を所定パターンに形成し、これをマスクにしてMoTa層42をゲート電極形状にパターニングする。
【0062】
次いで、図6の(10)に示すように、フォトレジスト43の除去後に、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば20kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、1000℃で10秒間、ランプアニールすることによって、NチャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域44及びドレイン領域45をそれぞれ形成する。
【0063】
次いで、図6の(11)に示すように、全面にCVD法によって、SiO2 膜46を例えば2000Åの厚みに、リンシリケートガラス(PSG)膜47を例えば5000Åの厚みに積層する。
【0064】
次いで、図6の(12)に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これをパターニングして、NチャネルMOSFETのそれぞれのソース又はドレイン電極48(S又はD)とゲート取出し電極49(G)を形成し、各NチャネルMOSトランジスタを完成する。
【0065】
以上に説明したように、この例によれば、次の如き顕著な作用効果が得られる。
【0066】
(a)ガラス基板1上に、350〜600℃と更に低温でシリコン単結晶薄膜7を均一に形成することができる。
【0067】
(b)従って、低歪点ガラス基板のみならず、セラミック基板、有機基板などの絶縁基板上に、シリコン単結晶薄膜を形成できるため、歪点が低く、低コストで物性も良好な基板材質を任意に選択でき、また、基板の大型化(1m2 以上)や長尺化(100m以上)もも可能となる。ガラス基板や有機基板は、石英基板に比べて、安価に作成することができ、さらに薄板化/長尺化/ロール化が可能であるので、シリコン単結晶薄膜を形成した薄板を長尺/ロール化した大型ガラス基板などを生産性良く、安価に作製することができる。
【0068】
(c)ガラス基板として、歪点が低い(例えば670℃)ガラスを用いると、この上層へガラスからその構成元素が拡散して、トランジスタ特性に影響することがあるが、これは、サファイア薄膜50がバリアとなるために効果的に防止できる。
【0069】
(d)ガラス基板等の上に形成したシリコン単結晶薄膜7の電子移動度は、540cm2 /v・secとシリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトランジスタを作成することができる。トランジスタ以外にも、ダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等や、これらを集積した電子回路をガラス基板上に作成することができる。MOSトランジスタ等のシリコン半導体素子を形成するプロセスは、従来公知のポリシリコンTFT作製プロセスと殆んど変わらない。
【0070】
<第の実施の形態>
図7〜図12について、本発明のの実施の形態を説明する。
【0071】
まず、図7の(1)に示すように、石英ガラス基板1の一主面に、フォトレジスト2を所定パターンに形成し、これをマスクとして例えばCF4 プラズマのF+ イオン3を照射し、リアクティブイオンエッチング(RIE)によって基板1に段差4を複数個形成する。この場合、段差4は、後述の単結晶シリコンのエピタキシャル成長時のシードとなるものであって、深さd0.1μm、幅w1.5〜1.9μmであってよい。
【0072】
次いで、図7の(2)に示すように、フォトレジスト2の除去後に、上述の第1ので述べたと同様に、公知の減圧CVD法(基板温度約500〜650℃)やプラズマCVD法によって、段差4を含む全面にサファイア薄膜50を5〜200nmの厚みに堆積させ、更に図7の(3)に示すように、ポリシリコン膜5を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0073】
次いで、図7の(4)に示すように、ポリシリコン膜5上に、金属インジウム膜6をスパッタ法や真空蒸着法によってポリシリコン膜5の数10〜数100倍の厚さ(例えば10〜15μm)に形成する。
【0074】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下、特に920〜930℃に約5分間保持する。これによって、ポリシリコン5は金属インジウム6の融液に溶解する。
【0075】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解していたシリコンは、サファイア薄膜50をシード(種)として図8の(5)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0076】
この場合、単結晶シリコン層7は上述の第1ので述べたようにサファイア薄膜50上に(100)面がエピタキシャル成長したものであるが、これは、上記の段差4によって更に助長される。段差4がエピタキシー層成長の核となるが、これはグラフォエピタキシーと称される公知の現象によるものである(前述の文献6、7、8参照)。これについては図11に示すように、非晶質基板(ガラス)1に上記の段差4の如き垂直な壁を作り、この上にエピタキシー層を形成すると、図11(a)のようなランダムな面方位であったものが図11(b)のように(100)面が段差4の面に沿って結晶成長する。この単結晶粒の大きさは、温度・時間に比例して大きくなるが、温度・時間を低く、短くする時は、上記段差の間隔を短くしなければならない。
【0077】
こうして、サファイア薄膜50の格子整合に加え、グラフォエピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、図8の(6)のように、表面側の金属インジウム6を塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をチャネル領域とするMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0078】
即ち、図8(7)に示すように、酸化処理(950℃)によって単結晶シリコン層7の表面に厚さ350Åのゲート酸化膜8を形成する。
【0079】
次いで、図8の(8)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、PチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト9でマスクし、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば10kVで2.7×1011 atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7の導電型を更にP型化したシリコン層11とする。
【0080】
次いで、図9の(9)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、今度はNチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト12でマスクし、N型不純物イオン(例えばP+ )13を例えば10kVで1×1011atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7のP型を補償したシリコン層14とする。
【0081】
次いで、図9の(10)に示すように、ゲート電極材料としてのリンドープドポリシリコン層15を例えば、CVD法(620℃)によって厚さ4000Åに堆積させる。
【0082】
次いで、図9の(11)に示すように、フォトレジスト16を所定パターンに形成し、これをマスクにしてポリシリコン層15をゲート電極形状にパターニングし、更に、フォトレジスト16の除去後に図9の(12)に示すように、例えば900℃で60分間、O2 中での酸化処理でゲートポリシリコン15の表面に酸化膜17を形成する。
【0083】
次いで、図10の(13)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト18でマスクし、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば20kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、950℃で40分間、N2 中でのアニールによって、NチャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域20及びドレイン領域21をそれぞれ形成する。
【0084】
次いで、図10の(14)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト22でマスクし、P型不純物である例えばB+ イオン23を例えば10kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、900℃で5分間、N2 中でのアニールによって、PチャネルMOSトランジスタのP+ 型ソース領域24及びドレイン領域25をそれぞれ形成する。
【0085】
次いで、図10の(15)に示すように、全面にCVD法によって、SiO2 膜26を例えば750℃で500Åの厚みに、SiN膜27を例えば420℃で2000Åの厚みに積層し、更に、ボロン及びリンドープドシリケートガラス(BPSG)膜28をリフロー膜として例えば450℃で6000Åの厚みに形成し、このBPSG膜28を例えば900℃でN2 中でリフローする。
【0086】
次いで、図10の(16)に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これをパターニングして、PチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETのそれぞれのソース又はドレイン電極29(S又はD)とゲート取出し電極又は配線30(G)を形成し、各MOSトランジスタを完成する。
【0087】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、段差4によって、上述した第1のによる顕著な作用効果を一層向上させ、単結晶シリコンのエピタキシャル成長を良好に行える効果が得られる。
【0088】
<第の実施の形態>
図13〜図14について、本発明のの実施の形態を説明する。
【0089】
本実施の形態では、上述の第の実施の形態と比べて、図7の(1)に示す工程で、基板1として、歪点が例えば670℃程度と低いガラスを用いるので、安価でかつ大型化が容易であり、薄板化(例えば50μm厚さ)すればロール化/長尺化が可能であり、このようなガラス板を採用する。もちろん、石英基板も採用することができる。
【0090】
そして、上述と同様に段差4を形成した後、図7の(2)、(3)に示す工程で、公知のプラズマCVD法やスパッタ法(基板温度100〜400℃)又は公知の減圧CVD法(基板温度約500〜600℃)によって、段差4を含む全面にサファイア薄膜50とポリシリコン膜5(又はアモルファスシリコン膜)を前者は5〜200nm、後者は数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0091】
次いで、図7の(4)に示す工程で、ポリシリコン膜5上に、金属インジウム・ガリウム膜(又は金属ガリウム膜)をスパッタ法や真空蒸着法によってポリシリコン膜5の数10〜数100倍の厚さ(例えば10〜20μm)に形成する。
【0092】
次いで、基板1を水素雰囲気下で350〜600℃に約5分間保持する。これによって、ポリシリコン5(又はアモルファスシリコン)は金属インジウム・ガリウムの融液又は金属ガリウムの融液に溶解する。
【0093】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウム・ガリウム(又は金属ガリウム)に溶解していたシリコンは、サファイア薄膜50、更には段差4をシード(種)として図8の(5)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0094】
この場合、単結晶シリコン層7は上述したと同様に(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものである。
【0095】
こうして、基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、図8の(6)のように、表面側の金属インジウム・ガリウム(又は金属ガリウム)を塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0096】
即ち、図13の(7)に示すように、例えば400℃でのプラズマCVDによって、単結晶シリコン層7の表面に厚さ2000ÅのSiO2 膜40と厚さ500ÅのSiN膜41からなるゲート絶縁膜を形成する。
【0097】
次いで、図13の(8)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば10kVで2.7×1011 atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7の導電型を更にP型化したシリコン層11とする。
【0098】
次いで、図13の(9)に示すように、ゲート電極材料としてのMoTa層42(Mo15%、Ta85%)を例えば、スパッタ法によって厚さ5000Åに堆積させる。
【0099】
次いで、図13の(10)に示すように、フォトレジスト43を所定パターンに形成し、これをマスクにしてMoTa層42をゲート電極形状にパターニングする。
【0100】
次いで、図14の(11)に示すように、フォトレジスト43の除去後に、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば20kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、1000℃で10秒間、ランプアニールすることによって、NチャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域44及びドレイン領域45をそれぞれ形成する。
【0101】
次いで、図14の(12)に示すように、全面にCVD法によって、SiO2 膜46を例えば2000Åの厚みに、リンシリケートガラス(PSG)膜47を例えば5000Åの厚みに積層する。
【0102】
次いで、図14の(13)に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これをパターニングして、NチャネルMOSFETのそれぞれのソース又はドレイン電極48(S又はD)とゲート取出し電極49(G)を形成し、各NチャネルMOSトランジスタを完成する。
【0103】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、段差4によって、上述した第3のによる顕著な作用効果を一層向上させ、単結晶シリコンのエピタキシャル成長を良好に行える。
【0104】
図15は、第を示すものである。
【0105】
この例では、上述の第1のと比べて、図1の(1)の工程後に、図15の(2)に示すように、サファイア膜50上に例えばインジウム膜6をスパッタ法又は真空蒸着法で例えば10〜20μmの厚みに形成する。
【0106】
次いで、図15の(3)に示すように、公知のプラズマCVD法によって、インジウム膜6上にアモルファスシリコン膜5を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0107】
この場合、シリコン膜の形成温度は、低融点金属6の融点(インジウムは融点156℃、ガリウムの場合は融点29.77℃)を大幅に越えないようにすべきであるから、ポリシリコン膜形成(600〜650℃)は困難である。従って、プラズマCVDにより、アモルファスシリコン膜5をインジウム膜6上に形成する。
【0108】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下(特に920〜930℃)に約5分間保持する。これによって、アモルファスシリコン5は金属インジウムの融液に溶解する。
【0109】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解したシリコンは、サファイア膜50をシード(種)として図15の(4)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0110】
この場合、単結晶シリコン層7は上述したと同様に(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものである。
【0111】
こうして、エピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、上述したように、表面側の金属インジウムを塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0112】
この例では、サファイア膜50上に低融点金属層6を形成し、この上にアモルファスシリコン層5を形成した後、加熱溶融、冷却処理しているが、低融点金属の溶融液からのシリコンのエピタキシャル成長は、既述した実施の形態と同様に生じる。
【0113】
図16は、第を示すものである。
【0114】
この例では、上述の第1のと比べて、図1の(1)の工程後に、図16の(2)に示すように、サファイア膜50上に所定量(例えば約1重量%)のシリコンを含有する例えばインジウム膜6Aをスパッタ法又は真空蒸着法で例えば10〜20μmの厚みに形成する。
【0115】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下(特に920〜930℃)に約5分間保持する。これによって、上記のシリコンは金属インジウムの融液に溶解する。
【0116】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解したシリコンは、サファイア膜50をシード(種)として図16の(3)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0117】
この場合、単結晶シリコン層7は上述したと同様に(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものである。
【0118】
こうして、エピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、上述したように、表面側の金属インジウムを塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0119】
この例では、サファイア膜50上にシリコンを含有する低融点金属層6Aを形成した後、加熱溶融、冷却処理しているが、低融点金属の溶融液からのシリコンのエピタキシャル成長は、既述した実施の形態と同様に生じる。
【0120】
以上に述べた本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想に基いて種々変形が可能である。
【0121】
例えば、上述したサファイア(Al2 3 )に代えて、単結晶シリコンと格子整合の良好なスピネル構造体(例えばマグネシアスピネル)(MgO・Al2 3 ))やフッ化カルシウム(CaF2 )などが使用可能である。
【0122】
また、上述した段差4は基板1に形成する以外にも、図7の(1)に仮想線で示す厚みのサファイア膜又はサファイア基板自体に形成することもできる。また、上記段差の形状を図12(a)〜(e)のように種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。MOSトランジスタを作成する場合は、(100)面が最も多く採用されている。また、段差4は、上述した第及び第でも形成してもよい。
【0123】
なお、上述の第3の例、第1及び第2の実施の形態においても、上述の第2のと同様に、ポリシリコン又はアモルファスシリコン成膜時に3又は5の不純物をドープすることもできる。
【0124】
【発明の作用効果】
本発明によれば、単結晶シリコンと格子整合の良い物質層と段差をシードにしてポリシリコン又はアモルファスシリコンを溶解した低融点金属層からの単結晶シリコンの析出によってシリコンエピタキシャル層を形成しているので、上記した物質層、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層、低融点金属層は低温で形成でき、更には、上記したシリコンエピタキシャル成長時の加熱処理温度は低温でよいことから、絶縁基板上に低温でシリコン単結晶膜を均一に形成することができる。
【0125】
従って、歪点の比較的低いガラス基板やセラミックス基板などの入手し易く、低コストで物性も良好な基板を用いることができ、また基板の大型化も可能となり、また、サファイア薄膜などの上記物質層は、様々な原子の拡散バリヤになるため、ガラス基板からの不純物の拡散を抑制することができる。シリコン単結晶薄膜の電子移動度は、540cm2 /v・secであって、シリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトランジスタをはじめ、高性能のダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等の半導体素子、或いはこれらを集積した電子回路をガラス基板等の上に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を理解するための第1の例による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図2】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図3】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図4】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態を理解するための第2の例による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図6】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図7】 本発明の第の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図8】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図9】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図10】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図11】非晶質基板上のシリコン結晶成長の状況を説明するための概略斜視図である。
【図12】グラフォエピタキシー技術における各種段差形状とシリコン成長結晶方位を示す概略断面図である。
【図13】 本発明の第の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図14】 同、半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図15】 本発明の実施の形態を理解するための第4の例による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図16】 本発明の実施の形態を理解するための第5の例による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図17】Si−In状態図(A)及びSi−Ga状態図(B)である。
【符号の説明】
1…ガラス(又は石英)基板、4…段差、
5…ポリシリコン(又はアモルファスシリコン)膜、6…金属インジウム膜、
7…単結晶シリコン層、8…ゲート酸化膜、10、23…P型不純物イオン、
11…P型不純物注入層、13、19…N型不純物イオン、
14…N型不純物注入層、15、42…ゲート電極(材料)、17…酸化膜、
20、21、44、45…N+ 型ソース又はドレイン領域、
24、25…P+ 型ソース又はドレイン領域、
26、27、28、40、41、46、47…絶縁膜、
29、30、48、49…電極又は配線、50…サファイア薄膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method suitable for manufacturing an insulated gate field effect transistor using a single crystal silicon layer epitaxially grown on an insulating substrate as an active region.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a TFT (thin film transistor), which is a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) using a single crystal silicon layer formed on a substrate, has an electron transfer several times larger than that using a polysilicon layer. And is known to be suitable for high-speed operation (Reference, RPZingg et al, “First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy”. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13, NO. 5, MAY 1992, p294-6., Japanese Patent Publication No. 4-57098, Masayoshi Matsumura, "Thin Film Transistor" Applied Physics, Vol. 65, No. 8 (1996) pp 842-848).
[0003]
In such a semiconductor element, in order to form a single crystal silicon layer on a substrate, the following various film formation techniques (1) to (4) are known.
[0004]
(1) Using a single crystal silicon substrate as a seed, a silicon epitaxy layer is formed by cooling from an indium silicon solution or an indium gallium silicon solution heated to 920 to 930 ° C., and a silicon semiconductor is formed on this layer Create a layer. (Reference 1, Soo Hong Lee, “VERY-LOW-TEMPERATURE LIQUID-PHASE EPITAXIAL GROWTH OF SILICON”. MATERIALS LETTERS. Vol.9.No.2,3 (Jan., 1990) pp53-56. Reference2, R. Bergmann et al, "MOS transistors with epitaxial Si, laterally grown over SiO / Sub 2 / by liquid phase epitaxy." J. Applied Physics A, vol. A54, no. 1 p.103-5. Reference 3, RPZingg et al, "First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy." IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13, NO.5, MAY 1992 p294-6.)
[0005]
(2) Silicon is epitaxially grown on the sapphire substrate. (Reference 4, G.A.Garcia, R.E.Reedy, and M.L.Burger, "High-quality CMOS in thin (100 nm) silicon on sapphire," IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS., VOL.9, pp32-34, Jan., 1988.)
[0006]
(3) A silicon layer is formed on the insulating substrate by oxygen ion implantation. (Reference 5, K. Izumi, M. Doken, and H. Ariyoshtl, "CMOS device fabrication on buried SiO2layers formed by oxygen implantation into silicon, "Electron.Lett., vol.14, no.18, pp593-594, Aug.1978.)
[0007]
(4) A step is formed on a quartz substrate, a polysilicon layer is formed thereon, and this is then heated to 1400 ° C. or higher with a laser beam or a strip heater. The heated polysilicon layer forms an epitaxial growth layer with the step formed on the quartz substrate as a nucleus. (Reference 6, Shizujiro Furukawa, “Graphoepitaxy”, Journal of Electronic Communication Society, Vol. 66, No. 5, pp 486-489. (1983. May). Reference 7, Geis, MW, et al .: “Crystallographic orientation of silicon on an amorphous substrate using an artificial-relief grating and laser crystallization ", Appl. Phys. Letter, 35, 1, pp71-74 (July 1979). Reference 8, Geis, MW, et al .:" Silicon graphoepitaxy ", Jpn.J.Appl.Phys., Suppl.20-1, pp.39-42 (1981).)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional techniques so far, there is no conventional technique that can form a silicon epitaxy layer on a large glass plate having a relatively low strain point. Further, silicon cannot be epitaxially grown at a low temperature and uniformly in a technique in which steps are formed on a glass plate and silicon is grown using this as a nucleus for epitaxial growth.
[0008]
The object of the present invention is to provide a method capable of epitaxially growing a silicon layer uniformly at a low temperature even in a large glass substrate having a relatively low strain point, and to produce a semiconductor element having a high current density at a high speed, and this method. It is to provide a semiconductor substrate and an element to be manufactured.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention
    Forming a step on the insulating substrate;
    On the insulating substrate including the step, a later-described material layer having a lattice match with single crystal silicon is provided.  Forming, and
    SaidPolysilicon or amorphous silicon layer is formed to a predetermined thickness on the material layerAfter  On the material layer and on or under the polysilicon or amorphous silicon layer,Later  ofForming a low melting point metal layer, orSaidContains silicon on the material layerSee below  Forming a low melting point metal layer;
    By heat treatment,Polysilicon or amorphous silicon layerThe low melting point metal  Dissolved in a layerOr silicon of the low melting point metal layer, the low melting point metalMelt ofA step of dissolving in
    Then by cooling process,Polysilicon or amorphous silicon layerSilicon  Or silicon of the low melting point metal layerThe step andEpitaxially growing the material layer as a seed to deposit a single crystal silicon layer;,
    A step of removing the low melting point metal layer remaining on the single crystal silicon layer;
For forming a single crystal silicon layerAssumingIs.
    The present invention also provides:
    Forming a later-described material layer having a good lattice match with single crystal silicon;
    Forming a step in the material layer;
    A polysilicon or amorphous silicon layer having a predetermined thickness is formed on the material layer including the step.  On the material layer and on the polysilicon or amorphous silicon layer.  Alternatively, below, a step of forming a low-melting point metal layer described later, or silicon on the material layer  A step of forming a low melting point metal layer, which will be described later, by sputtering or vacuum deposition;
    By heat treatment, the polysilicon or amorphous silicon layer is transformed into the low melting point metal.  Or the silicon of the low melting point metal layer is dissolved in the melt of the low melting point metal.  Process,
    Then, the silicon of the polysilicon or amorphous silicon layer is cooled.  Or using the silicon of the low melting point metal layer as an epitaxy using the step and the material layer as a seed.  And a step of depositing a single crystal silicon layer,
    A step of removing the low melting point metal layer remaining on the single crystal silicon layer;
The method for forming a single crystal silicon layer having the above is also assumed.
[0010]
  That isIn the present invention, the single crystal silicon layer is deposited.TheLater on thisRemain inRemoving the low melting point metal layer;In addition toApplying a predetermined treatment to the single crystal silicon layerForming a constituent layer of an insulated gate field effect transistor having the single crystal silicon layer existing inside the step as a channel region and having a source region and a drain region on both sides thereofProcessMoreA method for manufacturing a semiconductor deviceTheIt is to provide.
[0011]
  Semiconductor device manufactured by the method of the present inventionIsA step having a predetermined shape is formed at a predetermined position on the insulating substrate, and a later-described material layer having good lattice matching with single crystal silicon is formed on the insulating substrate including the step, and the field effect transistor is formed on the material layer. A semiconductor device in which a single crystal silicon layer constituting the substrate is formedMay be.
[0012]
  AlsoIn the method of the present inventionUsedSemiconductor substrate,as well asManufactured by that methodSemiconductor deviceIsIn particular, a later-described material layer having good lattice matching with single crystal silicon is formed on an insulating substrate, a step having a predetermined shape is formed on the material layer, and the field effect transistor is configured on the material layer including the step. Semiconductor substrate and semiconductor device on which a single crystal silicon layer is formedMay be.
[0013]
  According to the present invention, a material layer (for example, a sapphire layer) having good lattice matching with single crystal silicon.And stepsSince the silicon epitaxial layer is formed by the precipitation of single crystal silicon from the low melting point metal layer in which polysilicon or amorphous silicon is dissolved, using as a seed, the following remarkable (A) to (D) Advantageous effects can be obtained.
[0014]
(A) The above material layer, polysilicon or amorphous silicon layer can be formed by a method such as low pressure CVD (chemical vapor deposition: substrate temperature 500 to 600 ° C.), and the above low melting point metal layer is formed by a method such as sputtering. Furthermore, since the heat treatment temperature during the above-described silicon epitaxial growth can be 930 ° C. or less, a silicon single crystal film can be uniformly formed on an insulating substrate at a low temperature (eg, 920 to 930 ° C.). . In particular, since the above material layer such as a sapphire thin film is employed, the lattice matching with single crystal silicon is good (particularly due to the coincidence of lattice constant), and silicon epitaxy growth is facilitated.
[0015]
(B) Accordingly, a glass substrate or a ceramic substrate having a relatively low strain point can be easily obtained, a substrate with low cost and good physical properties can be used, and the size of the substrate can be increased. Therefore, the glass substrate can be formed into a wide and long roll shape, and a silicon single crystal thin film can be continuously formed.
[0016]
(C) Since the material layer such as a sapphire thin film becomes a diffusion barrier for various atoms, diffusion of impurities from the glass substrate can be suppressed.
[0017]
(D) The electron mobility of a silicon single crystal thin film formed on a glass substrate or the like at a low temperature is 540 cm.2/ V · sec (reference 3 mentioned above), which is as large as a silicon substrate, so it can be used for high-speed, high-current density top-gate, bottom-gate, and dual-gate LCDs (liquid crystal display devices). TFT, EL (electroluminescence element), FED (field emission display element) transistors, semiconductor elements such as high performance diodes, solar cells, capacitors, resistors, or electronic circuits in which these are integrated are made of glass. It can be created on a substrate or the like. In both the semiconductor substrate and the semiconductor device of the present invention, both the material layer and the step act as seeds during the growth of single crystal silicon and are structurally novel and useful for incorporating semiconductor elements.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the material layer and the polysilicon or amorphous silicon layer are formed at a low temperature by a low pressure CVD method (substrate temperature of about 500 to 650 ° C.), a plasma CVD method, a sputtering method (substrate temperature of about 100 to 400 ° C.), or the like. The former is formed on the insulating substrate to a thickness of 5 to 200 nm, for example, and the latter is a thickness of several μm to 0.005 μm, for example, and the low-melting point metal layer is further several tens to several hundred times thicker than the polysilicon layer. It is preferable to perform the heat treatment after depositing by sputtering.
[0019]
  Also, a glass substrate is used as the insulating substrateCanThe material layer is made of a material selected from the group consisting of sapphire, spinel structure and calcium fluoride, and the low melting point metal layer is made of indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and aluminum. It is formed with at least one selected from the above.
[0020]
In this case, when the low melting point metal layer is formed of metallic indium, the heat treatment is performed at 850 to 1100 ° C. (preferably 900 to 950 ° C.) in a hydrogen atmosphere to form an indium / silicon melt, and the low melting point metal is formed. When the layer is formed of metal indium gallium or gallium, the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 300 to 1100 ° C. (preferably 350 to 600 ° C.) or 400 to 1100 ° C. (preferably 420 to 600 ° C.). It can be a gallium-silicon melt or a gallium-silicon melt. In addition to a method of heating the entire substrate uniformly using an electric furnace, a lamp, or the like, the substrate can be heated by a method of locally heating only a predetermined place with an optical laser, an electron beam, or the like.
[0021]
As is apparent from the state diagram shown in FIG. 17, the melting point of the low melting point metal containing silicon is lowered according to the ratio of the low melting point metal. When indium is used, an indium melt layer containing silicon (for example, containing 1% by weight) is formed at a substrate temperature of 850 to 1100 ° C. Quartz plate glass can be used as the substrate up to about 1100 ° C. Up to 850 ° C., glass having lower heat resistance can be used. However, 850 ° C. to 600 ° C. is determined from the maximum use temperature (mostly the same as the strain point) of the aluminosilicate glass. Even when gallium is used, a gallium melt layer containing silicon (for example, containing 1% by weight) can be formed at a substrate temperature of 400 to 1100 ° C. for the same reason as described above.
[0022]
In either case, a glass substrate with a low strain point can be used as the substrate, so a large glass substrate (1 m2It is possible to form a semiconductor crystal layer on the above, but when the epitaxy temperature is as low as 350 to 600 ° C., glass having a low strain point of 470 to 670 ° C. should be used as the glass substrate. it can. This is inexpensive, can be easily made into a thin plate, and can produce a long rolled glass plate. By using this, a thin epitaxy layer can be continuously or discontinuously produced on a long rolled glass plate using the above method.
[0023]
After the single crystal silicon layer is deposited from the low melting point metal in which the silicon is dissolved by slow cooling using the material layer (and further the step) as a seed, the low melting point metal layer is deposited with hydrochloric acid or the like. The semiconductor element can be manufactured by dissolving and removing, and then subjecting the single crystal silicon layer to a predetermined treatment.
[0024]
As described above, the low melting point metal thin film such as metal indium deposited on the single crystal silicon layer after cooling is dissolved and removed using hydrochloric acid or the like.16(Atoms / cc and so on) can be made to remain, so that a P-type semiconductor is produced immediately after the production. This is therefore convenient for the fabrication of N-channel MOS transistors. However, since an N-type semiconductor crystal layer can be formed by ion-implanting an appropriate amount of N-type impurities such as phosphorus atoms, a P-channel MOS transistor can be formed. For this reason, a CMOS transistor can also be produced. Further, when the polysilicon or amorphous silicon layer is formed or when the low melting point metal layer is formed, a Group 3 or Group 5 impurity element (B, P, Sb, As, or the like) is mixed, thereby the single crystal. It is preferable to control the impurity species and / or the concentration of the silicon layer.
[0025]
As described above, the single crystal silicon layer epitaxially grown on the substrate is applied to the channel region, the source region, and the drain region of the insulated gate field effect transistor, and the impurity species and / or the concentration of each region can be controlled. it can.
[0026]
In the present invention, the material layer acts as a seed for single crystal silicon growth. In addition to this, a step having a predetermined shape to be a seed for the epitaxial growth is formed on the insulating substrate by dry etching such as reactive ion etching. When the material layer is formed on the insulating substrate including the step, the step also becomes the nucleus of the silicon epitaxy layer growth. Such a step may be formed in the material layer.
[0027]
Next, the present invention will be described in more detail with respect to preferred embodiments.
[0028]
  1 to 4,The present inventionThe embodiment ofFirst example to understandexplain.
[0029]
First, as shown in (1) of FIG. 1, a sapphire thin film (thickness 5 to 200 nm) 50 is formed on one main surface of a quartz glass substrate 1 (glass softening point of about 1000 ° C., thickness 50 microns to several mm). Form. The sapphire thin film 50 is formed by oxidizing and crystallizing trimethylaluminum gas with an oxidizing gas (oxygen / water) by a high-density plasma CVD method or a catalytic CVD method (see Japanese Patent Laid-Open No. 63-40314). To do.
[0030]
Next, as shown in FIG. 1B, the polysilicon film 5 is formed on the sapphire thin film 50 by a known low pressure CVD method (substrate temperature of about 500 to 650 ° C.) or plasma CVD method to several μm to 0.005 μm. It is deposited to a thickness (for example, 0.1 μm).
[0031]
Next, as shown in FIG. 1 (3), a metal indium film 6 is formed on the polysilicon film 5 by a thickness of several to several hundreds times the thickness of the polysilicon film 5 by sputtering or vacuum deposition (for example, 10 to 10 times). 15 μm).
[0032]
Next, the substrate 1 is held at 1000 ° C. or lower, particularly 920 to 930 ° C. for about 5 minutes under a hydrogen atmosphere. Thereby, the polysilicon 5 is dissolved in the melt of the metal indium 6.
[0033]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown as shown in FIG. 1 (4) using the sapphire thin film 50 as a seed, and a thickness of, for example, about 0.1 μm. A crystalline silicon layer 7 is deposited. In this case, since sapphire has almost the same lattice constant as single crystal silicon, for example, the (100) plane of silicon grows epitaxially on the sapphire thin film 50.
[0034]
Thus, after depositing the (100) plane single crystal silicon layer 7 on the substrate 1, the surface side metal indium 6 is dissolved and removed with hydrochloric acid or the like as shown in FIG. A MOS transistor (TFT) having a channel region 7 is manufactured.
[0035]
That is, as shown in FIG. 2 (6), a gate oxide film 8 having a thickness of 350 mm is formed on the surface of the single crystal silicon layer 7 by oxidation treatment (950 ° C.).
[0036]
Next, as shown in FIG. 2 (7), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N-channel MOS transistor, the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 9, and P-type impurity ions (for example, B+) 10 for example 2.7 × 10 at 10 kV11  atoms / cm2Then, the silicon layer 11 is formed by further implanting the conductivity type of the single crystal silicon layer 7 into P type.
[0037]
Next, as shown in FIG. 2 (8), in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOS transistor, this time, the N-channel MOS transistor portion is masked with the photoresist 12, and N-type impurity ions (for example, P+) 13 for example 1 × 10 at 10 kV11atoms / cm2The silicon layer 14 is formed by compensating the P-type of the single crystal silicon layer 7 by implanting with a dose amount of
[0038]
Next, as shown in FIG. 3 (9), a phosphorus-doped polysilicon layer 15 as a gate electrode material is deposited to a thickness of 4000 mm by, for example, a CVD method (620 ° C.).
[0039]
Next, as shown in FIG. 3 (10), a photoresist 16 is formed in a predetermined pattern, and using this as a mask, the polysilicon layer 15 is patterned into a gate electrode shape. Further, after removing the photoresist 16, FIG. For example, as shown in (11) of FIG.2An oxide film 17 is formed on the surface of the gate polysilicon 15 by an oxidation process therein.
[0040]
Next, as shown in FIG. 3 (12), the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 18, and N-type impurities such as As+The ion 19 is 5 × 10 at 20 kV, for example.15atoms / cm2At a dose of 950 ° C. for 40 minutes, N2N channel MOS transistor N by annealing in+A type source region 20 and a drain region 21 are formed.
[0041]
Next, as shown in FIG. 4 (13), the N-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 22, and P-type impurities such as B+For example, the ion 23 is 5 × 10 at 10 kV.15atoms / cm2Ion implantation at 900 ° C. for 5 minutes, N2P channel MOS transistor P by annealing in+A type source region 24 and a drain region 25 are formed.
[0042]
Next, as shown in (14) of FIG.2The film 26 is laminated to a thickness of 500 mm at, for example, 750 ° C., the SiN film 27 is laminated to a thickness of, for example, 2000 mm at 420 ° C., and the boron and phosphorus-doped silicate glass (BPSG) film 28 is reflowed as a reflow film, for example, 6000 mm The BPSG film 28 is formed, for example, at 900 ° C. with N2Reflow in.
[0043]
Next, as shown in (15) of FIG. 4, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like. Then, this is patterned to form the source or drain electrode 29 (S or D) and the gate extraction electrode or wiring 30 (G) of each of the P-channel MOSFET and N-channel MOSFET, thereby completing each MOS transistor.
[0044]
  As explained above,This exampleAccording to the above, the following remarkable effects can be obtained.
[0045]
(A) The silicon single crystal thin film 7 can be uniformly formed on the glass substrate 1 at a low temperature of 920 to 930 ° C.
[0046]
(B) Therefore, since a silicon single crystal thin film can be formed not only on a glass substrate but also on an insulating substrate such as a ceramic substrate, a substrate material having a low strain point, low cost and good physical properties can be arbitrarily selected. , Larger substrates (1m2And the like (100 m or more).
[0047]
(C) The sapphire thin film 50 acts as a barrier that suppresses the diffusion of atoms from the glass substrate 1 to the single crystal silicon layer 7.
[0048]
(D) The electron mobility of the silicon single crystal thin film 7 formed on the glass substrate or the like is 540 cm.2Since / v · sec, which is a large value equivalent to that of a silicon substrate, can be obtained, a transistor having a high current density can be formed at high speed. In addition to transistors, diodes, solar cells, capacitors, resistors, and the like, and electronic circuits in which these are integrated can be formed on a glass substrate. The process of forming a silicon semiconductor element such as a MOS transistor is almost the same as a conventionally known polysilicon TFT manufacturing process.
[0049]
  First mentioned aboveExampleIn FIG. 1, in order to control the conductivity type (or impurity concentration) of the single crystal silicon layer 7, an impurity supply gas is simultaneously fed during the polysilicon film formation shown in FIG.It is possibleThe
[0050]
  That is, when the polysilicon film 5 is formed, the solubility is high.TribeOr 5TribeElements such as B, P, Sb, As, etc.2H6And PHThreeIf the polysilicon film 5 is doped in an appropriate amount by supplying the polysilicon film 5 and the like, the P-type or N-type of the growing silicon epi layer 7 and the carrier concentration can be arbitrarily controlled.
[0051]
  5 to 6, the thirdExampleWill be explained.
[0052]
  This exampleThen, the above-mentioned firstExample1, the glass having a low strain point of about 670 ° C., for example, is used as the substrate 1 in the process shown in FIG. 1 (1), so that it is inexpensive and can be easily increased in size and thinned (for example, 50 μm thick). ) Can be rolled / lengthened, and such a glass plate is employed. Of course, a quartz substrate can also be employed.
[0053]
And after forming the sapphire thin film 50 like the above-mentioned, in the process shown in (2) of FIG. 1, well-known plasma CVD method, sputtering method (substrate temperature 100-400 degreeC), or well-known low-pressure CVD method (substrate temperature). The polysilicon film 5 (or amorphous silicon film) is deposited to a thickness of several μm to 0.005 μm (for example, 0.1 μm) by about 500 to 600 ° C.
[0054]
Next, in the step shown in FIG. 1 (3), a metal indium / gallium film (or metal gallium film) is deposited on the polysilicon film 5 by several tens to several hundred times of the polysilicon film 5 by sputtering or vacuum deposition. To a thickness (for example, 10 to 20 μm).
[0055]
Next, the substrate 1 is held at 350 to 600 ° C. for about 5 minutes in a hydrogen atmosphere. As a result, the polysilicon 5 (or amorphous silicon) is dissolved in the metal indium gallium melt or the metal gallium melt.
[0056]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium gallium (or metal gallium) is epitaxially grown with the sapphire thin film 50 as a seed as shown in FIG. For example, it is deposited as a single crystal silicon layer 7 of about 0.1 μm.
[0057]
Thus, after the single crystal silicon layer 7 is deposited on the substrate 1, the surface side metal indium gallium (or metal gallium) is dissolved and removed with hydrochloric acid or the like as shown in FIG. The layer 7 is patterned to produce a MOS transistor (TFT).
[0058]
That is, as shown in FIG. 5 (6), the surface of the single crystal silicon layer 7 is made of SiO 2 having a thickness of 2000 mm by plasma CVD at 400 ° C., for example.2A gate insulating film composed of the film 40 and the SiN film 41 having a thickness of 500 mm is formed.
[0059]
Next, as shown in FIG. 5 (7), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N-channel MOS transistor, P-type impurity ions (for example, B+) 10 for example 2.7 × 10 at 10 kV11  atoms / cm2Then, the silicon layer 11 is formed by further implanting the conductivity type of the single crystal silicon layer 7 into P type.
[0060]
Next, as shown in FIG. 5 (8), a MoTa layer 42 (Mo 15%, Ta 85%) as a gate electrode material is deposited to a thickness of 5000 mm by, for example, a sputtering method.
[0061]
Next, as shown in FIG. 5 (9), a photoresist 43 is formed in a predetermined pattern, and the MoTa layer 42 is patterned into a gate electrode shape using this as a mask.
[0062]
Next, as shown in FIG. 6 (10), after removing the photoresist 43, for example, As type impurities such as As+The ion 19 is 5 × 10 at 20 kV, for example.15atoms / cm2N-type MOS transistor N is implanted by ion implantation at a dose of 10 ° C. and lamp annealed at 1000 ° C. for 10 seconds.+A type source region 44 and a drain region 45 are formed.
[0063]
Next, as shown in FIG. 6 (11), the entire surface is made of SiO by the CVD method.2The film 46 is laminated to a thickness of 2000 mm, for example, and the phosphosilicate glass (PSG) film 47 is laminated to a thickness of 5000 mm, for example.
[0064]
Next, as shown in FIG. 6 (12), a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by a sputtering method or the like. Then, this is patterned to form the respective source or drain electrode 48 (S or D) and gate extraction electrode 49 (G) of the N-channel MOSFET, thereby completing each N-channel MOS transistor.
[0065]
  As explained above,This exampleAccording to the above, the following remarkable effects can be obtained.
[0066]
(A) The silicon single crystal thin film 7 can be uniformly formed on the glass substrate 1 at a temperature as low as 350 to 600 ° C.
[0067]
(B) Therefore, since a silicon single crystal thin film can be formed not only on a low strain point glass substrate but also on an insulating substrate such as a ceramic substrate or an organic substrate, a substrate material having a low strain point, low cost and good physical properties can be obtained. It can be selected arbitrarily, and the substrate can be enlarged (1m2Above) and lengthening (100 m or more) is also possible. Glass substrates and organic substrates can be made at a lower cost than quartz substrates, and can be made thinner / longer / rolled. Large-sized glass substrates and the like can be manufactured with high productivity and at low cost.
[0068]
(C) When glass having a low strain point (for example, 670 ° C.) is used as the glass substrate, the constituent elements may diffuse from the glass into the upper layer, which may affect the transistor characteristics. Can be effectively prevented because it becomes a barrier.
[0069]
(D) The electron mobility of the silicon single crystal thin film 7 formed on the glass substrate or the like is 540 cm.2Since / v · sec, which is a large value equivalent to that of a silicon substrate, can be obtained, a transistor having a high current density can be formed at high speed. In addition to transistors, diodes, solar cells, capacitors, resistors, and the like, and electronic circuits in which these are integrated can be formed on a glass substrate. The process of forming a silicon semiconductor element such as a MOS transistor is almost the same as a conventionally known polysilicon TFT manufacturing process.
[0070]
  <No.1Embodiment>
  About FIGS.Of the present inventionFirst1The embodiment will be described.
[0071]
First, as shown in (1) of FIG. 7, a photoresist 2 is formed in a predetermined pattern on one main surface of the quartz glass substrate 1, and this is used as a mask, for example, CFFourF of plasma+Irradiation with ions 3 and a plurality of steps 4 are formed on the substrate 1 by reactive ion etching (RIE). In this case, the step 4 serves as a seed for epitaxial growth of single crystal silicon, which will be described later, and may have a depth d of 0.1 μm and a width w of 1.5 to 1.9 μm.
[0072]
  Next, as shown in FIG. 7B, after the removal of the photoresist 2,ExampleIn the same manner as described above, a sapphire thin film 50 is deposited to a thickness of 5 to 200 nm on the entire surface including the step 4 by a known low-pressure CVD method (substrate temperature of about 500 to 650 ° C.) or plasma CVD method, and further ( As shown in 3), the polysilicon film 5 is deposited to a thickness of several μm to 0.005 μm (for example, 0.1 μm).
[0073]
Next, as shown in FIG. 7 (4), a metal indium film 6 is formed on the polysilicon film 5 by a thickness of several tens to several hundred times that of the polysilicon film 5 by sputtering or vacuum deposition (for example, 10 to 10 times). 15 μm).
[0074]
Next, the substrate 1 is held at 1000 ° C. or lower, particularly 920 to 930 ° C. for about 5 minutes under a hydrogen atmosphere. Thereby, the polysilicon 5 is dissolved in the melt of the metal indium 6.
[0075]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown as shown in FIG. 8 (5) using the sapphire thin film 50 as a seed, and a thickness of about 0.1 μm, for example, is formed. A crystalline silicon layer 7 is deposited.
[0076]
  In this case, the single crystal silicon layer 7 has the above-described first structure.ExampleAs described above, the (100) plane is epitaxially grown on the sapphire thin film 50. This is further promoted by the step 4. The step 4 becomes the nucleus of epitaxy layer growth, which is due to a known phenomenon called graphoepitaxy (see the above-mentioned documents 6, 7, and 8). As shown in FIG. 11, when a vertical wall such as the step 4 is formed on the amorphous substrate (glass) 1 and an epitaxy layer is formed thereon, a random wall as shown in FIG. As shown in FIG. 11B, the (100) plane grows along the surface of the step 4 in the plane orientation. The size of the single crystal grains increases in proportion to the temperature and time. However, when the temperature and time are reduced and shortened, the interval between the steps must be shortened.
[0077]
In this way, in addition to lattice matching of the sapphire thin film 50, after depositing the single crystal silicon layer 7 on the substrate 1 by graphoepitaxy, the metal indium 6 on the surface side is removed by hydrochloric acid or the like as shown in FIG. 8 (6). By dissolving and removing, a MOS transistor (TFT) using the single crystal silicon layer 7 as a channel region is manufactured.
[0078]
That is, as shown in FIG. 8 (7), the gate oxide film 8 having a thickness of 350 mm is formed on the surface of the single crystal silicon layer 7 by oxidation treatment (950 ° C.).
[0079]
Next, as shown in FIG. 8 (8), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N-channel MOS transistor, the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 9, and P-type impurity ions (for example, B+) 10 for example 2.7 × 10 at 10 kV11  atoms / cm2Then, the silicon layer 11 is formed by further implanting the conductivity type of the single crystal silicon layer 7 into P type.
[0080]
Next, as shown in FIG. 9 (9), in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOS transistor, this time, the N-channel MOS transistor portion is masked with the photoresist 12, and N-type impurity ions (for example, P+) 13 for example 1 × 10 at 10 kV11atoms / cm2The silicon layer 14 is formed by compensating the P-type of the single crystal silicon layer 7 by implanting with a dose amount of
[0081]
Next, as shown in FIG. 9 (10), a phosphorus-doped polysilicon layer 15 as a gate electrode material is deposited to a thickness of 4000 mm by, for example, a CVD method (620 ° C.).
[0082]
Next, as shown in FIG. 9 (11), a photoresist 16 is formed in a predetermined pattern, and using this as a mask, the polysilicon layer 15 is patterned into a gate electrode shape. Further, after removing the photoresist 16, FIG. For example, as shown in (12) of FIG.2An oxide film 17 is formed on the surface of the gate polysilicon 15 by an oxidation process therein.
[0083]
Next, as shown in FIG. 10 (13), the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 18, and N-type impurities such as As+The ion 19 is 5 × 10 at 20 kV, for example.15atoms / cm2At a dose of 950 ° C. for 40 minutes, N2N channel MOS transistor N by annealing in+A type source region 20 and a drain region 21 are formed.
[0084]
Next, as shown in FIG. 10 (14), the N-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 22, and P-type impurities such as B+For example, the ion 23 is 5 × 10 at 10 kV.15atoms / cm2Ion implantation at 900 ° C. for 5 minutes, N2P channel MOS transistor P by annealing in+A type source region 24 and a drain region 25 are formed.
[0085]
Next, as shown in FIG. 10 (15), the entire surface is made of SiO by the CVD method.2The film 26 is laminated to a thickness of 500 mm at, for example, 750 ° C., the SiN film 27 is laminated to a thickness of, for example, 2000 mm at 420 ° C., and the boron and phosphorus-doped silicate glass (BPSG) film 28 is reflowed as a reflow film, for example, 6000 mm The BPSG film 28 is formed, for example, at 900 ° C. with N2Reflow in.
[0086]
Next, as shown in FIG. 10 (16), a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like. Then, this is patterned to form the source or drain electrode 29 (S or D) and the gate extraction electrode or wiring 30 (G) of each of the P-channel MOSFET and N-channel MOSFET, thereby completing each MOS transistor.
[0087]
  As described above, according to the present embodiment, the first step described above is caused by the step 4.ExampleAs a result, it is possible to further improve the remarkable effect of the above-described, and to obtain an effect that the epitaxial growth of single crystal silicon can be satisfactorily performed.
[0088]
  <No.2Embodiment>
  About FIGS.Of the present inventionFirst2The embodiment will be described.
[0089]
  In the present embodiment, the above-mentioned first1Compared to the first embodiment, in the step shown in FIG. 7A, glass having a low strain point of about 670 ° C., for example, is used as the substrate 1, so that it is inexpensive and easy to increase in size and is made thin ( For example, if the thickness is 50 μm, it is possible to roll / elongate, and such a glass plate is adopted. Of course, a quartz substrate can also be employed.
[0090]
And after forming the level | step difference 4 similarly to the above-mentioned, in the process shown to (2) and (3) of FIG. 7, well-known plasma CVD method, sputtering method (substrate temperature 100-400 degreeC), or well-known low-pressure CVD method (Substrate temperature of about 500 to 600 ° C.), the sapphire thin film 50 and the polysilicon film 5 (or amorphous silicon film) are formed on the entire surface including the step 4 in the former 5 to 200 nm, and the latter in the range of several μm to 0.005 μm (for example, 0. 1 μm).
[0091]
Next, in the step shown in FIG. 7 (4), a metal indium / gallium film (or metal gallium film) is deposited on the polysilicon film 5 by several tens to several hundred times of the polysilicon film 5 by sputtering or vacuum deposition. To a thickness (for example, 10 to 20 μm).
[0092]
Next, the substrate 1 is held at 350 to 600 ° C. for about 5 minutes in a hydrogen atmosphere. As a result, the polysilicon 5 (or amorphous silicon) is dissolved in the metal indium gallium melt or the metal gallium melt.
[0093]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in metal indium gallium (or metal gallium) is formed as shown in FIG. 8 (5) using the sapphire thin film 50 and the step 4 as a seed. Epitaxially grown and deposited as a single crystal silicon layer 7 having a thickness of, for example, about 0.1 μm.
[0094]
In this case, the single crystal silicon layer 7 has a (100) plane epitaxially grown on the substrate as described above.
[0095]
After the single crystal silicon layer 7 is thus deposited on the substrate 1, the surface side metal indium gallium (or metal gallium) is dissolved and removed with hydrochloric acid or the like as shown in FIG. The layer 7 is patterned to produce a MOS transistor (TFT).
[0096]
That is, as shown in FIG. 13 (7), the surface of the single crystal silicon layer 7 is made of SiO 2 having a thickness of 2000 mm by plasma CVD at 400 ° C.2A gate insulating film composed of the film 40 and the SiN film 41 having a thickness of 500 mm is formed.
[0097]
Next, as shown in FIG. 13 (8), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N channel MOS transistor, P type impurity ions (for example, B+) 10 for example 2.7 × 10 at 10 kV11  atoms / cm2Then, the silicon layer 11 is formed by further implanting the conductivity type of the single crystal silicon layer 7 into P type.
[0098]
Next, as shown in FIG. 13 (9), a MoTa layer 42 (Mo 15%, Ta 85%) as a gate electrode material is deposited to a thickness of 5000 mm by sputtering, for example.
[0099]
Next, as shown in (10) of FIG. 13, a photoresist 43 is formed in a predetermined pattern, and the MoTa layer 42 is patterned into a gate electrode shape using this as a mask.
[0100]
Next, as shown in FIG. 14 (11), after removing the photoresist 43, for example, As type impurities such as As+The ion 19 is 5 × 10 at 20 kV, for example.15atoms / cm2N-type MOS transistor N is implanted by ion implantation at a dose of 10 ° C. and lamp annealed at 1000 ° C. for 10 seconds.+A type source region 44 and a drain region 45 are formed.
[0101]
Next, as shown in FIG. 14 (12), the entire surface is SiO 2 by CVD.2The film 46 is laminated to a thickness of 2000 mm, for example, and the phosphosilicate glass (PSG) film 47 is laminated to a thickness of 5000 mm, for example.
[0102]
Next, as shown in FIG. 14 (13), a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like. Then, this is patterned to form each source or drain electrode 48 (S or D) and gate extraction electrode 49 (G) of the N channel MOSFET, thereby completing each N channel MOS transistor.
[0103]
  As described above, according to the present embodiment, the third step described above is caused by the step 4.ExampleIt is possible to further improve the remarkable effect of the above, and to favorably perform epitaxial growth of single crystal silicon.
[0104]
  FIG.4ofExampleIs shown.
[0105]
  This exampleThen, the above-mentioned firstExample1, after the step (1) in FIG. 1, for example, an indium film 6 is formed on the sapphire film 50 to a thickness of, for example, 10 to 20 μm by sputtering or vacuum deposition as shown in FIG. 15 (2). To do.
[0106]
Next, as shown in FIG. 15 (3), an amorphous silicon film 5 is deposited on the indium film 6 to a thickness of several μm to 0.005 μm (for example, 0.1 μm) by a known plasma CVD method.
[0107]
In this case, the formation temperature of the silicon film should not greatly exceed the melting point of the low melting point metal 6 (melting point 156 ° C. for indium and melting point 29.77 ° C. for gallium). (600-650 ° C.) is difficult. Therefore, the amorphous silicon film 5 is formed on the indium film 6 by plasma CVD.
[0108]
Next, the substrate 1 is held at 1000 ° C. or lower (particularly 920 to 930 ° C.) for about 5 minutes in a hydrogen atmosphere. As a result, the amorphous silicon 5 is dissolved in the melt of metallic indium.
[0109]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown using the sapphire film 50 as a seed as shown in FIG. 15 (4), and has a thickness of, for example, about 0.1 μm. Deposit as layer 7.
[0110]
In this case, the single crystal silicon layer 7 has a (100) plane epitaxially grown on the substrate as described above.
[0111]
Thus, after the single crystal silicon layer 7 is deposited on the substrate 1 by epitaxy, the metal indium on the surface side is dissolved and removed with hydrochloric acid or the like as described above, and the single crystal silicon layer 7 is patterned to form a MOS transistor (TFT). ).
[0112]
  This exampleThen, after the low melting point metal layer 6 is formed on the sapphire film 50 and the amorphous silicon layer 5 is formed thereon, heat melting and cooling are performed. This occurs in the same manner as the above-described embodiment.
[0113]
  FIG.5ofExampleIs shown.
[0114]
  This exampleThen, the above-mentioned firstExampleCompared to FIG. 1, after the step (1) in FIG. 1, for example, an indium film 6A containing a predetermined amount (for example, about 1 wt%) of silicon is sputtered on the sapphire film 50 as shown in FIG. 16 (2). For example, it forms in thickness of 10-20 micrometers by the vacuum evaporation method.
[0115]
Next, the substrate 1 is held at 1000 ° C. or lower (particularly 920 to 930 ° C.) for about 5 minutes in a hydrogen atmosphere. As a result, the silicon is dissolved in a melt of metallic indium.
[0116]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown as shown in FIG. 16 (3) using the sapphire film 50 as a seed, and a single crystal silicon having a thickness of about 0.1 μm, for example. Deposit as layer 7.
[0117]
In this case, the single crystal silicon layer 7 has a (100) plane epitaxially grown on the substrate as described above.
[0118]
Thus, after the single crystal silicon layer 7 is deposited on the substrate 1 by epitaxy, the metal indium on the surface side is dissolved and removed with hydrochloric acid or the like as described above, and the single crystal silicon layer 7 is patterned to form a MOS transistor (TFT). ).
[0119]
  This exampleThen, after forming the low-melting-point metal layer 6A containing silicon on the sapphire film 50, heat melting and cooling are performed, but the epitaxial growth of silicon from the melt of the low-melting-point metal has been described in the above-described embodiment. Occurs as well.
[0120]
The embodiment of the present invention described above can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
[0121]
For example, sapphire (Al2OThree) Instead of single crystal silicon, a spinel structure having good lattice matching (for example, magnesia spinel) (MgO.Al2OThree)) Or calcium fluoride (CaF)2) Etc. can be used.
[0122]
  Further, the step 4 described above can be formed not only on the substrate 1 but also on the sapphire film or the sapphire substrate itself having a thickness indicated by a virtual line in FIG. Further, the crystal orientation of the growth layer can be controlled by variously changing the shape of the step as shown in FIGS. When creating a MOS transistor, the (100) plane is most often used. Further, the step 4 has the above-described first.4And the second5ofExampleHowever, it may be formed.
[0123]
  The third mentioned aboveExample, first and secondAlso in the embodiment of the secondExampleSimilarly to 3 when forming polysilicon or amorphous siliconTribeOr 5TribeIt is also possible to dope the impurities.
[0124]
[Effects of the invention]
  According to the present invention, a material layer having a good lattice match with single crystal siliconAnd stepsSince the silicon epitaxial layer is formed by the deposition of single crystal silicon from the low melting point metal layer in which polysilicon or amorphous silicon is dissolved using the seed as a seed, the above material layer, polysilicon or amorphous silicon layer, low melting point metal layer Can be formed at a low temperature. Furthermore, since the heat treatment temperature during the above-described silicon epitaxial growth may be low, a silicon single crystal film can be uniformly formed on the insulating substrate at a low temperature.
[0125]
Accordingly, it is possible to use a substrate having a relatively low strain point such as a glass substrate or a ceramic substrate, which can be easily obtained at low cost and has good physical properties, and can be increased in size. Since the layer becomes a diffusion barrier of various atoms, diffusion of impurities from the glass substrate can be suppressed. The electron mobility of the silicon single crystal thin film is 540 cm.2/ V · sec, which is as large as a silicon substrate, so high-speed, high-current density transistors, high-performance diodes, solar cells, capacitors, resistors, and other semiconductor elements, or these are integrated. Electronic circuits can be created on glass substrates and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.First example to understandFIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the order of steps.
[Figure 2]same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
[Fig. 3]same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
[Fig. 4]same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.Second example to understandFIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the order of steps.
[Fig. 6]same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
FIG. 7 shows the first of the present invention.1It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by embodiment of this to process order.
[Fig. 8]same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
FIG. 9same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
FIG. 10same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
FIG. 11 is a schematic perspective view for explaining a situation of silicon crystal growth on an amorphous substrate.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing various step shapes and silicon growth crystal orientations in the graphoepitaxy technique.
FIG. 13 shows the first of the present invention.2It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device by embodiment of this to process order.
FIG. 14same,It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor device in order of a process.
FIG. 15 shows an embodiment of the present invention.4th example to understandFIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the order of steps.
FIG. 16 shows an embodiment of the present invention.5th example to understandFIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the order of steps.
FIG. 17 is a Si—In phase diagram (A) and a Si—Ga phase diagram (B).
[Explanation of symbols]
1 ... Glass (or quartz) substrate, 4 ... Step,
5 ... polysilicon (or amorphous silicon) film, 6 ... metal indium film,
7 ... single crystal silicon layer, 8 ... gate oxide film, 10, 23 ... P-type impurity ions,
11 ... P-type impurity implantation layer, 13, 19 ... N-type impurity ions,
14 ... N-type impurity implantation layer, 15, 42 ... Gate electrode (material), 17 ... Oxide film,
20, 21, 44, 45 ... N+Type source or drain region,
24, 25 ... P+Type source or drain region,
26, 27, 28, 40, 41, 46, 47 ... insulating film,
29, 30, 48, 49 ... electrode or wiring, 50 ... sapphire thin film

Claims (13)

絶縁基板に段差を形成する工程と、
前記段差を含む前記絶縁基板上に、サファイア、スピネル構造体及びフッ化カルシウ ムからなる群より選ばれた物質からなる物質層を形成する工程と、
前記物質層上にポリシリコン又はアモルファスシリコン層を所定厚さに形成する工程 と、
前記物質層上であって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上又は下に、イ ンジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからな る群より選ばれた少なくとも1種からなる低融点金属層を形成する工程と、
加熱処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を前記低融点金属層 に溶解させる工程と、
次いで冷却処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層のシリコンを 前記段差及び前記物質層をシードとしてエピタキシャル成長させ、単結晶シリコン層を 析出させる工程と、
前記単結晶シリコン層の析出後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程 と、
しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する 前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を 有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
Forming a step in the insulating substrate;
Forming a material layer made of a material selected from the group consisting of sapphire, a spinel structure, and calcium fluoride on the insulating substrate including the step;
Forming a polysilicon or amorphous silicon layer on the material layer to a predetermined thickness;
A low melting point made of at least one selected from the group consisting of indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and aluminum on the material layer and on or under the polysilicon or amorphous silicon layer. Forming a metal layer;
Dissolving the polysilicon or amorphous silicon layer in the low melting point metal layer by heat treatment;
Next, a step of epitaxially growing silicon of the polysilicon or amorphous silicon layer by the cooling process using the step and the material layer as a seed to deposit a single crystal silicon layer;
Removing the low melting point metal layer remaining thereon after deposition of the single crystal silicon layer;
Thereafter, the single crystal silicon layer is subjected to a predetermined treatment, the single crystal silicon layer existing inside the step is used as a channel region, and an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region on both sides of the channel region. And a step of forming a layer.
サファイア、スピネル構造体及びフッ化カルシウムからなる群より選 ばれた物質からなる物質層を形成する工程と、
前記物質層に段差を形成する工程と、
前記段差を含む前記物質層上にポリシリコン又はアモルファスシリコン層を所定厚さ に形成する工程と、
前記物質層上であって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上又は下に、イ ンジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからな る群より選ばれた少なくとも1種からなる低融点金属層を形成する工程と、
加熱処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を前記低融点金属層 に溶解させる工程と、
次いで冷却処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層のシリコンを 前記段差及び前記物質層をシードとしてエピタキシャル成長させ、単結晶シリコン層を 析出させる工程と、
前記単結晶シリコン層の析出後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程 と、
しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する 前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を 有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
Forming a material layer made of a material selected from the group consisting of sapphire, spinel structure and calcium fluoride;
Forming a step in the material layer;
Forming a polysilicon or amorphous silicon layer on the material layer including the step to a predetermined thickness;
A low melting point made of at least one selected from the group consisting of indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and aluminum on the material layer and on or under the polysilicon or amorphous silicon layer. Forming a metal layer;
Dissolving the polysilicon or amorphous silicon layer in the low melting point metal layer by heat treatment;
Next, a step of epitaxially growing silicon of the polysilicon or amorphous silicon layer by the cooling process using the step and the material layer as a seed to deposit a single crystal silicon layer;
Removing the low melting point metal layer remaining thereon after deposition of the single crystal silicon layer;
Thereafter, the single crystal silicon layer is subjected to a predetermined treatment, the single crystal silicon layer existing inside the step is used as a channel region, and an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region on both sides of the channel region. And a step of forming a layer.
前記チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域の各領域の3族又は5族の不純物種及び/又はその濃度を制御する、請求項1又は2に記載した半導体装置の製造方法。  3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the group 3 or group 5 impurity species and / or the concentration thereof are controlled in each of the channel region, the source region, and the drain region. 前記段差をドライエッチングによって形成し、前記物質層及び前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を減圧CVD(化学的気相成長)法、プラズマCVD法又はスパッタ法によって形成し、前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上又は下に前記低融点金属層を堆積させ、前記加熱処理を行う、請求項1又は2に記載した半導体装置の製造方法。  The step is formed by dry etching, and the material layer and the polysilicon or amorphous silicon layer are formed by a low pressure CVD (chemical vapor deposition) method, a plasma CVD method, or a sputtering method, and on the polysilicon or amorphous silicon layer Alternatively, the semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the low-melting-point metal layer is deposited below and the heat treatment is performed. 前記物質層を形成する絶縁基板としてガラス基板を使用する、請求項1又は2に記載した半導体装置の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a glass substrate is used as an insulating substrate on which the material layer is formed. 前記低融点金属層をインジウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、850〜1100℃で行い、前記低融点金属層をインジウム・ガリウム又はガリウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、300〜1100℃又は400〜1100℃で行う、請求項1又は2に記載した半導体装置の製造方法。  When the low melting point metal layer is formed of indium, the heat treatment is performed at 850 to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere. When the low melting point metal layer is formed of indium gallium or gallium, the heat treatment is performed under a hydrogen atmosphere, 300 The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 1 or 2 performed at -1100 degreeC or 400-1100 degreeC. 前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層の成膜時に3族又は5族の不純物元素を混入させ、これによって前記単結晶シリコン層の不純物種及び/又はその濃度を制御する、請求項1又は2に記載した半導体装置の製造方法。  3. The impurity species and / or concentration of the single crystal silicon layer is controlled by mixing a Group 3 or Group 5 impurity element when forming the polysilicon or amorphous silicon layer, thereby controlling the impurity species and / or the concentration of the single crystal silicon layer. A method for manufacturing a semiconductor device. 絶縁基板に段差を形成する工程と、
前記段差を含む前記絶縁基板上に、サファイア、スピネル構造体及びフッ化カルシウ ムからなる群より選ばれた物質からなる物質層を形成する工程と、
前記物質層上に、シリコンを含有しかつインジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛 、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種からなる 低融点金属層をスパッタ法又は真空蒸着法によって形成する工程と、
加熱処理によって前記低融点金属を融解させ、この融液に前記シリコンを溶解させる 工程と、
次いで冷却処理によって前記シリコンを前記段差及び前記物質層をシードとしてエピ タキシャル成長させ、単結晶シリコン層を析出させる工程と、
前記単結晶シリコン層の析出後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程 と、
しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する 前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を 有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
Forming a step in the insulating substrate;
Forming a material layer made of a material selected from the group consisting of sapphire, a spinel structure, and calcium fluoride on the insulating substrate including the step;
On the material layer, a low melting point metal layer containing silicon and made of at least one selected from the group consisting of indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and aluminum is formed by sputtering or vacuum deposition. Forming, and
Melting the low melting point metal by heat treatment, and dissolving the silicon in the melt;
Next, a step of epitaxially growing the silicon by the cooling process using the step and the material layer as a seed to deposit a single crystal silicon layer;
Removing the low melting point metal layer remaining thereon after deposition of the single crystal silicon layer;
Thereafter, the single crystal silicon layer is subjected to a predetermined treatment, the single crystal silicon layer existing inside the step is used as a channel region, and an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region on both sides of the channel region. And a step of forming a layer.
サファイア、スピネル構造体及びフッ化カルシウムからなる群より選 ばれた物質からなる物質層を形成する工程と、
前記物質層に段差を形成する工程と、
前記段差を含む前記物質層上に、シリコンを含有しかつインジウム、ガリウム、スズ 、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからなる群より選ばれた少なくと も1種からなる低融点金属層をスパッタ法又は真空蒸着法によって形成する工程と、
加熱処理によって前記低融点金属を融解させ、この融液に前記シリコンを溶解させる 工程と、
次いで冷却処理によって前記シリコンを前記段差及び前記物質層をシードとしてエピ タキシャル成長させ、単結晶シリコン層を析出させる工程と、
前記単結晶シリコン層の析出後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程 と、
しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する 前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を 有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
Forming a material layer made of a material selected from the group consisting of sapphire, spinel structure and calcium fluoride;
Forming a step in the material layer;
A low melting point metal layer containing at least one selected from the group consisting of indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and aluminum is sputtered on the material layer including the step. Forming by a method or a vacuum deposition method;
Melting the low melting point metal by heat treatment, and dissolving the silicon in the melt;
Next, a step of epitaxially growing the silicon by the cooling process using the step and the material layer as a seed to deposit a single crystal silicon layer;
Removing the low melting point metal layer remaining thereon after deposition of the single crystal silicon layer;
Thereafter, the single crystal silicon layer is subjected to a predetermined treatment, the single crystal silicon layer existing inside the step is used as a channel region, and an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region on both sides of the channel region. And a step of forming a layer.
前記段差をドライエッチングによって形成し、前記物質層を減圧CVD法、プラズマCVD法又はスパッタ法によって形成し、前記低融点金属層を堆積させ、前記加熱処理を行う、請求項8又は9に記載した半導体装置の製造方法。  10. The method according to claim 8, wherein the step is formed by dry etching, the material layer is formed by a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or a sputtering method, the low melting point metal layer is deposited, and the heat treatment is performed. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記物質層を形成する絶縁基板としてガラス基板を使用する、請求項8又は9に記載した半導体装置の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a glass substrate is used as an insulating substrate on which the material layer is formed. 前記低融点金属層をインジウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、850〜1100℃で行い、前記低融点金属層をインジウム・ガリウム又はガリウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、300〜1100℃又は400〜1100℃で行う、請求項8又は9に記載した半導体装置の製造方法。  When the low melting point metal layer is formed of indium, the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 850 to 1100 ° C., and when the low melting point metal layer is formed of indium gallium or gallium, the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere, 300 The manufacturing method of the semiconductor device according to claim 8 or 9 performed at -1100 ° C or 400-1100 ° C. 前記低融点金属層の成膜時に3族又は5族の不純物元素を混入させ、これによって前記単結晶シリコン層の不純物種及び/又はその濃度を制御する、請求項8又は9に記載した半導体装置の製造方法。  10. The semiconductor device according to claim 8, wherein an impurity element of Group 3 or Group 5 is mixed during film formation of the low melting point metal layer, thereby controlling an impurity species and / or concentration of the single crystal silicon layer. Manufacturing method.
JP18446498A 1998-06-30 1998-06-30 Manufacturing method of semiconductor device Expired - Fee Related JP3994299B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18446498A JP3994299B2 (en) 1998-06-30 1998-06-30 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18446498A JP3994299B2 (en) 1998-06-30 1998-06-30 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000021790A JP2000021790A (en) 2000-01-21
JP3994299B2 true JP3994299B2 (en) 2007-10-17

Family

ID=16153619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18446498A Expired - Fee Related JP3994299B2 (en) 1998-06-30 1998-06-30 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3994299B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1310282C (en) * 2003-08-01 2007-04-11 统宝光电股份有限公司 Multi-crystalline silicon layer crystallization method
JP2005203685A (en) 2004-01-19 2005-07-28 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20180130097A (en) 2016-03-30 2018-12-06 인텔 코포레이션 Nanowires for transistor integration
US10892158B2 (en) * 2019-04-01 2021-01-12 Hitachi High-Tech Corporation Manufacturing method of a semiconductor device and a plasma processing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000021790A (en) 2000-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW515101B (en) Method for fabrication of field-effect transistor
JPS62177909A (en) Manufacture of semiconductor device
KR100737662B1 (en) Thin film semiconductor device and method for fabricating the same
US20080233718A1 (en) Method of Semiconductor Thin Film Crystallization and Semiconductor Device Fabrication
JP3994299B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH0691109B2 (en) Method for manufacturing field effect transistor
JP3981782B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2000021782A (en) Method of forming single crystal silicon layer and manufacture of semiconductor device
JP4178619B2 (en) Silicon layer manufacturing method and semiconductor device manufacturing method
JP3978874B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3978873B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3347340B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
KR100271493B1 (en) Method of manufacturing thin film transistor
KR100317636B1 (en) A thin film transister, Semiconduct layer of a thin film transister and fabricating the same
KR100256912B1 (en) Semiconductor circuit, semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH04305940A (en) Manufacture of thin-film transistor
JP2000133592A (en) Manufacture of silicon layer and semiconductor device
JP2000183352A (en) Substrate having silicon layer and its manufacture, and semiconductor device and its manufacture
JP2000228368A (en) Manufacture of substrate and manufacture of semiconductor device
KR100271492B1 (en) Method of manufacturing thin film transistor
JP4174886B2 (en) Method for manufacturing polycrystalline silicon layer and method for manufacturing semiconductor device
KR0128522B1 (en) Low temperature poly-silicon film structure and transistor, and making method thereof
JPH0572556A (en) Active matrix substrate and production of active matrix substrate
JPH0845837A (en) Production process of polycrystalline semiconductor film
JP2000133603A (en) Manufacture of silicon layer and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060620

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060728

RD13 Notification of appointment of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433

Effective date: 20070125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070606

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070705

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070718

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees