JP5230116B2 - 高配向性シリコン薄膜の形成方法、3次元半導体素子の製造方法及び3次元半導体素子 - Google Patents
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Description
Japan J. Appl. Phys. Vol. 34(1995) pp.831-835
また、本発明の他の目的は、前記高配向性シリコン薄膜を利用して3次元半導体素子を製造する方法、及び前記製造方法により製造された3次元半導体素子を提供することである。
例えば、前記高配向性AlN薄膜は、前記基板でc軸配向されたことを特徴とする。望ましくは、前記高配向性AlN薄膜は、<002>方向に配向されることが望ましい。
一方、前記高配向性Al2O3層は、酸素またはオゾンの雰囲気で、前記高配向性AlN薄膜を熱酸化(thermal oxidation)させて形成できる。
前記熱酸化は500℃〜1,000℃の温度で行われることが望ましい。
例えば、前記高配向性Al2O3層は、<001>方向に配向されたことを特徴とする。
また、前記シリコン薄膜を成長させる段階は、UHV-CVD(Ultra-High Vacuum Chemical Vapor Deposition)法、LPCVD(Low Pressure Chemical VaporDeposition)法またはMBE(Molecular Beam Epitaxy)法で行われうる。
例えば、前記シリコン薄膜は、<001>方向に配向されたことを特徴とする。
前記3次元半導体素子の製造方法は、また、前記第2電子素子の形成された高配向性シリコン薄膜上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜上に一定の方向に配向された高配向性AlN薄膜を形成する段階と、前記高配向性AlN薄膜を酸化させ、AlN薄膜の表面に高配向性Al2O3層を形成する段階と、前記高配向性Al2O3層上に高配向性シリコン薄膜を成長させる段階と、前記高配向性シリコン薄膜上に第3電子素子を形成する段階とを反復することを特徴とする。
まず、図3Aに図示されているように、シリコン基板31上に、絶縁層としてSiO2層32を形成し、その上に、特定の方向に配向された高配向性AlN薄膜33を形成する。ここで、シリコン基板31とSiO2層32は、図1に図示されている3次元半導体素子のシリコン基板11と絶縁層12とに対応するように、例示的に図示されている。しかし、AlN薄膜33を形成するための観点だけから見るならば、シリコン基板31なしに、SiO2層32を基板として使用することもできる。また、SiO2以外に、他の材料、例えば、Si3N4またはAl2O3を絶縁層32として使用したり、または前述のような材料のうち、少なくとも一つを複合的に積層して絶縁層32として使用することも可能である。必要によっては、基板31がシリコンでない他の半導体材料、または絶縁体材料からなっても、AlN薄膜33の形成には影響を与えない。
最後に、図3Cに図示されているように、前記高配向性γ−Al2O3層またはα−Al2O3層34上にシリコン薄膜35を成長させる。前述のように、高配向性γ−Al2O3層上にシリコンをエピタキシャル成長させることにより、高配向性シリコン薄膜を形成する技術は公知である。γ−Al2O3結晶と100−シリコン結晶との格子不整合がわずか2.4%〜3.5%に過ぎないために、高配向性γ−Al2O3層上にシリコンをエピタキシャル成長させれば、高配向性の100−シリコン薄膜が形成されるのである。一方、前記高配向性γ−Al2O3層よりさらに安定した結晶構造を有する高配向性α−Al2O3層の場合にも、前記高配向性γ−Al2O3層と同じ役割を行える。前記高配向性γ−Al2O3層またはα−Al2O3層34上に、シリコン薄膜35を成長させる方法は、例えば、UHV-CVD法、LPCVD法、またはMBE法を使用できる。例えば、本発明の場合、UHV-CVD装備を利用し、およそ10−3torrの圧力下で、約550℃〜800℃の温度でSiH4雰囲気においてシリコン薄膜35を成長させることができた。
11,21,31,100 シリコン基板
12,14,16 絶縁層
13,15,23,25 シリコン層
17 プラグ
22,24,34,113,123 γ−Al2O3層
32,111,121 絶縁(SiO2)層
33,112,122 AiN薄膜
35,114,124 シリコン薄膜
110 第1層
120 第2層
TR 薄膜トランジスタ
Claims (22)
- 基板上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜上に一定の方向に配向された高配向性AlN薄膜を形成する段階と、
前記高配向性AlN薄膜を酸化させ、該高配向性AlN薄膜の表面に高配向性Al2O3層を形成する段階と、
前記高配向性Al2O3層上に、シリコンをエキタピシャル成長させることにより高配向性シリコン薄膜を成長させる段階と、を含み、
前記高配向性AlN薄膜は、<002>方向に配向され、前記高配向性Al 2 O 3 層は、<001>方向に配向されたγ−Al 2 O 3 構造及びα−Al 2 O 3 構造のうちいずれか1つの構造であるか、またはγ−Al 2 O 3 構造とα−Al 2 O 3 構造とが混合された構造であることを特徴とする高配向性シリコン薄膜の形成方法。 - 前記高配向性AlN薄膜は、前記基板でc軸配向されたことを特徴とする請求項1に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記高配向性AlN薄膜は、スパッタリング法、MOCVD法、PVD法またはCVD法により形成されることを特徴とする請求項2に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記高配向性Al2O3層は、酸素またはオゾンの雰囲気で、前記高配向性AlN薄膜を熱酸化させて形成されることを特徴とする請求項1に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記熱酸化が500℃〜1,000℃の温度で行われることを特徴とする請求項4に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記高配向性Al2O3層を形成した後に、前記高配向性Al2O3層の表面を洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記表面の洗浄は、希釈HF溶液で行われることを特徴とする請求項6に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記シリコン薄膜を成長させる段階は、UHV-CVD法、LPCVD法またはMBE法により行われることを特徴とする請求項1に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 前記高配向性シリコン薄膜は、<001>方向に配向されたことを特徴とする請求項8に記載の高配向性シリコン薄膜の形成方法。
- 基板上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜上に一定の方向に配向された高配向性AlN薄膜を形成する段階と、
前記高配向性AlN薄膜を酸化させ、該高配向性AlN薄膜の表面に高配向性Al2O3層を形成する段階と、
前記高配向性Al2O3層上に、シリコンをエキタピシャル成長させることにより高配向性シリコン薄膜を成長させる段階と、
前記高配向性シリコン薄膜上に電子素子を形成する段階とを含み、
前記高配向性AlN薄膜は、<002>方向に配向され、前記高配向性Al 2 O 3 層は、<001>方向に配向されたγ−Al 2 O 3 構造及びα−Al 2 O 3 構造のうちいずれか1つの構造であるか、またはγ−Al 2 O 3 構造とα−Al 2 O 3 構造とが混合された構造であることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 第1電子素子が形成されたシリコン基板上に、層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に、一定の方向に配向された高配向性AlN薄膜を形成する段階と、
前記高配向性AlN薄膜を酸化させ、該高配向性AlN薄膜の表面に高配向性Al2O3層を形成する段階と、
前記高配向性Al2O3層上に、シリコンをエキタピシャル成長させることにより高配向性シリコン薄膜を成長させる段階と、
前記高配向性シリコン薄膜上に、第2電子素子を形成する段階とを含み、
前記高配向性AlN薄膜は、<002>方向に配向され、前記高配向性Al 2 O 3 層は、<001>方向に配向されたγ−Al 2 O 3 構造及びα−Al 2 O 3 構造のうちいずれか1つの構造であるか、またはγ−Al 2 O 3 構造とα−Al 2 O 3 構造とが混合された構造であることを特徴とする3次元半導体素子の製造方法。 - 前記層間絶縁膜はSiO2、Si3N4及びAl2O3のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項11に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記高配向性AlN薄膜は、前記基板でc軸配向されたことを特徴とする請求項11に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記高配向性AlN薄膜は、スパッタリング法、MOCVD法、PVD法またはCVD法により形成されることを特徴とする請求項13に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記高配向性Al2O3層は、酸素またはオゾンの雰囲気で、前記高配向性AlN薄膜を熱酸化させて形成されることを特徴とする請求項11に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記熱酸化が500℃〜1,000℃の温度で行われることを特徴とする請求項15に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記高配向性Al2O3層を形成した後に、前記高配向性Al2O3層の表面を洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記表面の洗浄は、希釈HF溶液で行われることを特徴とする請求項17に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記高配向性シリコン薄膜を成長させる段階は、UHV-CVD法、LPCVD法またはMBE法で行われることを特徴とする請求項11に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記高配向性シリコン薄膜は、<001>方向に配向されたことを特徴とする請求項19に記載の3次元半導体素子の製造方法。
- 前記第2電子素子の形成された高配向性シリコン薄膜上に、層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に、一定の方向に配向された高配向性AlN薄膜を形成する段階と、
前記高配向性AlN薄膜を酸化させ、AlN薄膜の表面に高配向性Al2O3層を形成する段階と、
前記高配向性Al2O3層上に、高配向性シリコン薄膜を成長させる段階と、
前記高配向性シリコン薄膜上に、第3電子素子を形成する段階とを反復することを特徴とする請求項11に記載の3次元半導体素子の製造方法。 - 請求項11に記載の3次元半導体素子の製造方法により製造されたことを特徴とする3次元半導体素子。
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