JP4711042B2 - 半導体膜の製造方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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まず、基板10上に絶縁膜としての酸化シリコン膜12を形成する。基板10上への酸化シリコン膜12の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCVD法)、あるいはスパッタリング法等の物理気相堆積法が挙げられる。例えば、PECVD法により厚さ数100nmの酸化シリコン膜12を形成できる。次に、図1(A)に示すように、酸化シリコン膜12の所定位置に酸化シリコン膜12を貫通しないように微細孔14を形成する。例えば、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行うことにより、酸化シリコン膜12の面内の所定位置に、断面が円形である微細孔14を開口できる。エッチング方法としては、例えばCHF3ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングなどがあげられる。
次に、図1(B)に示すように、微細孔14内及び酸化シリコン膜12上に非晶質シリコン膜16を形成する。非晶質シリコン膜16は、PECVD法、LPCVD法、常圧化学気相堆積法(APCVD法)、スパッタリング法などによって形成することができる。なお、本工程では、非単結晶半導体膜として、非晶質シリコン膜に代えて多結晶シリコン膜を形成してもよい。本工程では、溶融結晶化により得られる略結晶粒の大粒径化を図るべく比較的に厚く成膜することが望ましい。より具体的には、非晶質シリコン膜16を150nmかそれ以上の膜厚に形成すると好適である。
次に、図1(C)に示すように、非晶質シリコン膜16に対してレーザを照射することにより非晶質シリコン膜16の溶融結晶化を行う。例えば、XeClパルスエキシマレーザ(波長308nm、パルス幅30nsec)を用い、エネルギー密度:0.4〜1.5J/cm2でレーザ照射を行うことが好適である。尚、エキシマレーザに代えて、固体レーザ、ガスレーザなどを用いてもよい。これにより、図1(D)に示すように、微細孔14を略中心とした領域に略単結晶状態のシリコン膜(第1の結晶性シリコン膜)18が形成される。このとき結晶化の影響により、図示のように第1の結晶性シリコン膜18の表面は平坦性が低くなる。
次に、図1(D)に示すように、第1の結晶性シリコン膜18の膜厚を減少させる処理を行う。当該処理には、エッチバック等の方法を採用することも可能であるが、CMP法(化学的機械的研磨法)を採用することがより好ましい。CMP法を採用することにより、第1の結晶性シリコン膜18の膜厚を減少させる処理と併せて表面の平坦化を図ることも可能となる。この平坦化により、第1の結晶性半導体膜上に堆積される第2の結晶性半導体膜の表面の平坦性を高めることが可能となる。これにより、図1(E)に示すように、表面平坦性に優れ、かつ薄膜化による素子の微細化も達成し得る高品質な結晶性半導体膜が得られる。CMP法を採用する場合の好適な条件の一例を具体的に説明する。まず、研磨量については、第1の結晶性シリコン膜18の膜厚が50nm以下となるまで研磨を行うことが好ましい。また、第1の結晶性シリコン膜18の表面の50mm平方における設定基準面に対する最大凹凸量が0.3μm以内となるように研磨を行うことが望ましい。また、第1の結晶性シリコン膜18の表面の10μm平方における表面粗度を中心線平均粗さで2nm以下となるように研磨を行うことが好ましい。このような研磨を行う好適な条件の一例を説明する。軟質ポリウレタン製のパッドと、アンモニア系又はアミン系のアルカリ溶液にシリカ粒子を分散させた研磨剤(スラリー)を組み合わせて用い、圧力30000Pa、回転数50回転/分、研磨剤の流量を200sccm、という条件により、平坦化を好適に行うことが可能である。
次に、図1(F)に示すように、第1の結晶性シリコン膜18を含む半導体膜上に、半導体をエピタキシャル成長させることにより第2の結晶性シリコン膜20を形成する。本工程における成膜は、その目的を達成し得る限り種々の成膜法を採用し得るが、特に化学気相堆積法(CVD法)を採用することが好ましい。また、基板10としてガラス基板を用いる場合等を考慮すると、雰囲気温度は400℃〜550℃程度とすることが望ましい。例えば、本実施形態では、雰囲気温度(基板温度)を550℃、材料ガスをジシラン(Si2H6)、ガス流量を12sccmとし、到達真空度を10-7Pa以下(堆積時圧力は供給ガスの流量コントロールによって10-5Pa程度に制御)としたUHV(ultra high vacuum)−CVD法により成膜を行う。これにより、シリコン膜を30nm程度堆積させることができる。本工程の成膜時には、先に形成されている第1の結晶性シリコン膜18が種結晶のような役割を果たし、この第1の結晶性シリコン膜18の結晶構造を反映したエピタキシャル成長が生じることにより第2の結晶性シリコン膜20が得られる。
次に、MOS電界効果型の薄膜トランジスタを例にして、上述した製造方法により製造される第1及び第2の結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成する工程を説明する。本実施形態では、MOS電界効果型トランジスタのゲート電極に近い側に第2の結晶性半導体膜20が配置される構造を採用する。
Claims (3)
- 基体の上に配置された絶縁膜に前記絶縁膜を貫通しない深さの孔を形成する孔形成工程と、
前記絶縁膜の孔の内部及び前記絶縁膜の上に第1の半導体膜を形成する第1の成膜工程と、
前記第1の半導体膜を溶融結晶化させて第2の半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、
前記第2の半導体膜の上に第3の半導体膜をエピタキシャル成長させる第2の成膜工程と、を含み、
前記絶縁膜の孔は、前記第1の半導体膜の溶融結晶化において1つの結晶核を種とした結晶成長を進行させ、
前記第1の半導体膜は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、及びシリコンとゲルマニウムの混晶のいずれかを含み、
前記第2の半導体膜は、前記絶縁膜の孔及びその周囲に形成された後化学的機械的研磨法によって膜厚が減少され、
前記化学的機械的研磨は、前記第2の半導体膜の膜厚が50nm以下かつ第2の半導体膜表面の50mm平方における設定基準面に対する最大凹凸量が0.3μm以内となるようになされる、半導体膜の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法によって製造される前記第2及び第3の半導体膜を用いて半導体素子を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法。
- 前記半導体素子がMOS電界効果型トランジスタであり、
前記素子形成工程は、前記MOS電界効果型トランジスタのゲート電極側に前記第3の半導体膜が配置されるようにして素子形成を行う、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
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