JPH01259538A - 酸化膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、酸化膜の形成方法に関する。この方法は、シ
リコン半導体を用いた電子部品やＩＣ，ＬＳＩ等の集積
回路や光電子集積回路の製造に利用できる。

（従来の技術） シリコン基板等の表面に所望の形状にパターニングされ
た酸化シリコン膜を形成することは、集積回路や光集積
回路なとの製造に於いて、極めて基本的な工程である。

このように形成される酸化シリコン膜の端部即ち輪郭部
分は、機械的な外力作用による欠損を生じに＜＜シたり
するため、その断面形状が滑らかな傾斜を持つようにさ
れる。

また、酸化シリコン膜の下層のシリコン部分に不純物拡
散領域を形成する場合には、不純物拡散領域の形状と酸
化シリコン膜の形状とに整合性が要求される場合が多い
。

（発明が解決しようとする課題） 酸化シリコン膜の輪郭部分に於いて、その断面形状を滑
らかな傾斜をもったものとする方法としては、従来から
窒化シリコン膜を用いて選択酸化を行う方法や、比較的
低温で流動性の生ずる膜のリフローを利用する方法、異
方性のドライエツチング手段を用いる方法等が知られて
いる。しかし、これらの従来法は、それぞれ独自の膜形
成技術やエツチング技術等、特別の技術を必要とする。

また、不純物拡散領域と酸化シリコン膜の形状の整合は
、例えば、ＩＣ，ＬＳＩ等の素子分離の場合に必要であ
る。このような素子分離は、従来、上述の選択酸化で行
っている。即ち、薄い酸化膜と、その上に積層された窒
化シリコン膜をパターニングしてマスクとし、マスクさ
れていないシリコン表面に不純物を拡散させ、しかるの
ち酸化を行ってフィールド酸化膜を成長させるのである
。しかしこのような方法では、酸化の際にマスク端境界
部で発生する強いストレスに起因するシリコン結晶の欠
陥が問題となる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、請求項１の発明の目的は膜厚の段差部の断面形状が滑
らかな傾斜を持つ酸化シリコン膜を容易に且つ確実に形
成できる酸化膜の形成方法の提供を目的とし、請求項２
の発明は上記滑らかな傾斜の輪郭部を持ち、尚且つ不純
物拡散領域の形状と整合した形状の酸化シリコン膜を容
易且つ確実に形成できる、酸化膜の新規な形成方法の提
供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 以下、本発明を特徴する 請求項１の酸化膜形成方法は、シ・リコン基板等のシリ
コン表面上に酸化シリコン膜を形成する方法であって、
以下の如く構成される。

即ち、基板のシリコン部分の表面から、不純物を所望の
平面形状にシリコン中に導入し、上記シリコン部分表面
を熱酸化して酸化シリコン膜を成長させることにより、
上記平面形状に従って膜厚が段差をもって異なり、且つ
段差部における断面形状が滑らかな傾斜をなす酸化膜を
特徴する請求項２の方法は、上記請求項１の方法で形成
された酸化シリコン膜を、上記平面形状部分の酸化シリ
コン膜が残存され、それ以外の部分の酸化シリコン膜を
、少なくともその一部が除去される条件で除去すること
を特徴とする。

不純物としては、通常のシリコンへの不純物ドーピング
に用いられるリンやボロンを用いることができ、熱酸化
としては、水蒸気酸化、ウェット０２酸化、ドライ０□
酸化等、公知の熱酸化技術を適宜利用できる。

上記方法は電界効果型トランジスターの製造に利用でき
る。即ち、上記請求項２の方法で、平面形状以外の酸化
シリコン膜を部分的に除去して一部分を残存させるか、
あるいは平面形状以外の部分の亦全幸酸化シリコン膜を
除去した後に新たに酸化シリコン膜を成長させ、平面形
状部分以外の酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として、ま
た不純物拡散領域をソース及びドレイン領域とすること
により電界効果型トランジスターを作製できる。

あるいはまた、請求項２の方法で酸化シリコン膜を形成
したのち、酸化シリコン膜の膜厚差、もしくは膜の有無
を利用して、先の平面形状以外の部分に不純物を拡散さ
せることも可能となる。このとき最初に所望の平面形状
に導入した不純物による不純物拡散領域と、後から拡散
される不純物による不純物拡散領域の導電型が互いに逆
となる様にすることにより各不純物拡散領域がＰＮ接合
を形成するようにすることも可能となる。従って本発明
の方法はダイオードの製造にも利用できる。

（発明の作用） 本発明は、熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度が、
シリコンへの不純物の添加量に応じて比例的に大きくな
ることを利用している。

即ち、リンやボロンのような不純物が１０”／ａｍ’程
度の高濃度にドープされたシリコンでは熱酸化による酸
化シリコン膜の成長速度が大きくなる。

従って、同一基板のシリコン表面に不純物濃度の高い部
分と低い部分とがある場合に、この基板を同一条件で熱
酸化すれば、形成される酸化シリコン膜の厚さは、低濃
度部分で薄く高濃度部分で厚くなる。

第１図（ａ）を参照すると、符号１はシリコンの基板を
示している。基板１のシリコン表面は不純物が拡散によ
り導入され高不純物濃度領域２を形成している。この領
域２の外側の基板内領域は低不純物濃度領域となってい
る。高不純物濃度領域２の低度不純物濃度領域との境界
領域３では、不純物の拡散による導入の際に、不純物拡
散深さが領域の外側へ向かって漸減する構造が形成され
る。

この状態で基板１の表面側を熱酸化すると、第１図（ｂ
）に示すように、成長する酸化シリコン膜４の膜厚は基
板１に於ける不純物の濃度に比例的に対応したものとな
る。

この熱酸化の際、高不純物濃度領域２の横方向への拡散
がさらに進行し、領域２の境界部分における不純物濃度
の漸減する境界領域３はその輻を更に広げ、この領域に
おける濃度勾配は第１図（２１）に於けるよりもさらに
緩やかになる。

従って、形成された酸化シリコン膜４の膜厚は高不純物
濃度領域部で厚く、低不純物濃度領域で薄く、両者の境
界領域３では不純物濃度の緩やかな変化に応じて膜厚が
漸減する。

かくして形成された酸化シリコン膜には膜厚の段差があ
り、膜厚の厚い部分の形状は基板への不純物の導入パタ
ーンに対応している。

そして膜厚の厚い部分の輪郭を形成する段差部の断面形
状は、基板に於ける不純物濃度の緩やかな変化に応じて
滑らかな傾斜を形成する。

従って、基板１のシリコン表面から、所望の平面形状に
不純物を導入して、熱酸化を行えば、形成される酸化シ
リコン膜は、上記平面形状に従って膜厚が段差をもって
異なり、且つ６段差部における断面形状が滑ら・かな、
傾斜をなしている。

また、第１図（ｂ）のように形成された酸化シリコン膜
から必要に応じて膜厚の薄い部分を除去しすれば残存す
る膜の形状は不純物拡散領域の形状と整合している。

（実施例） 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第２図は、基板として抵抗率ρ＝１Ωｃｍ程度の低不純
物濃度のＰ型のシリコン基板１０を用いた例を示してい
る。

先ず、シリコン基板１０の表面に熱酸化等の酸化手段、
もしくは酸化膜堆積手段によって、不純物拡散のマスク
として十分に機能する厚さ（例えば２０００人程度鹿の
酸化シリコン膜をマスク層として形成する。

続いてリソグラフィー等のパターニング手段により最終
的に酸化膜を形成させたい平面形状の反転パターン即ち
ネガパターンに従って、マスク層をパターニングしてマ
スク５０とする（第２図（ａ）参照）。

次に、気体、液体あるいは固体のソースより不純物とし
てリンをプレデポジションし、続いて表面からリンガラ
スを取り除いた後、ドライブイン酸化を行う。

このとき例えば、シリコン表面ではリンがＩＱ２０７ｃ
１１３程度の高濃度となる様に条件を選ぶと良い。

第２図（ｂ）は、このようにリンを拡散させた状態であ
り符号２０がリンの拡散領域を示す。

続いて、同図（Ｃ）に示すように、表面に形成されてい
たマスク５０の酸化シリコン膜をフッ酸や緩衝フッ酸等
によるエツチングで除去する。

その後、第２図（ｄ）に示す様に、熱酸化を行って不純
物の拡散濃度分布に従って膜厚が変化した酸化シリコン
膜４０を成長させる。このとき、熱酸化の際の酸化温度
は８００°Ｃ程度以下の比較的低温に設定すると、不純
物濃度差による酸化膜成長速度の比を大きくとることが
できる。例えば、高不純物濃度領域でのリンの密度が、
１０”／ｃｍ’程度、基板濃度が１０１６／ｃｍ３程度
とすると、８００°Ｃで酸化した場合、前者の部分での
酸化膜の成長を８０００人とすると、後者の部分での成
長は２０００人と１７４程度の成長しかない。７００°
Ｃでの熱酸化では前者の膜成長６０００人に対して、後
者の成長は１ＱＯＯ人程度である。このようにして、シ
リコン基板１０上に、膜厚が所望の平面形状に従って段
差をなして異なる酸化シリコン膜が得られる。この酸化
膜の輪郭部分をなす膜厚段差部分の断面形状は滑らかな
傾斜となっている。

ここまでの工程は請求項１の方法の具体的な実施例とな
っている。請求項２の方法は、上記工程に加えて、以下
の工程を有する。

即ち、上記の如く形成された酸化シリコン膜４０に対し
酸化膜のエツチングを行うと膜はエッチング除去により
その膜厚が小さくなる。そこで、エツチングを適当な段
階で停止し、膜厚の薄い部分の酸化膜が全部あるいは極
薄い膜を残して除去され、且つ膜厚の厚い膜部分４１が
残存する様にするのである（第２図（ｅ）参照）。

このようにして、シリコン基板１０上に、所望の平面形
状の酸化シリコン膜が得られる。この酸化膜の輪郭部分
をなす膜厚段差部分の断面形状は滑らかな傾斜となって
おり、上記輪郭の形状は導入された不純物拡散領域の形
状と整合している。

なお、シリコンの酸化では通常、形成される酸化シリコ
ン膜の厚みのうち、４錦の部分が元のシリコン表面に対
してシリコン個へ潜り込むように成長し、残りの５５％
の厚みが盛り上がるような形で酸化膜が形成されるので
、上記段差部での段差量は膜厚の厚・薄部の膜厚差の略
１／２となり、従来技術の選択酸化法によるのと同様の
、断面形状が滑らかな傾斜を持つ段差部を形成する効果
がある。

第２図に示した実施例では、Ｐ型の低濃度のシリコン基
板を基板として用いる例を説明したが、勿論、低濃度の
Ｎ型基板を用いて、部分的にリンをドープし、高濃度の
Ｎ型領域を形成して用いても良い。

別の実施例としては、上の例とは逆に、低濃度基板にボ
ロンを高濃度に拡散するようにしても同様の構造を得る
ことができる。但しこの場合は、熱酸化の温度゛を１０
００〜１１００°Ｃとすることによりボロン濃度による
酸化シリコン膜の成長速度比を大きくとることができる
。

また、ボロンのドープ量はリンの場合よりも更に多くし
、例えば２°、５ス１０”／ｃｍ’程度とすることが上
記成長速度比を大きくとるのに必要である。

第２図の例では、酸化シリコン膜のマスクを用いるプレ
デポジションと熱拡散の例で説明したが、第３図に示す
例の様に酸化シリコン膜のマスクを用いずにレジストを
直接にマスク６０として用い、イオン打ち込みによりシ
リコン基板１０への不純物の導入を行うこともできる。

以上の様に形成された酸化シリコン膜の膜厚の厚い部分
もしくは残存膜の形状は、その下に導入されている不純
物拡散領域の形状と自動的に整合したものとなっている
。

このような酸化膜をＩＣ，ＬＳＩ等のモノリシックに集
積された複数の素子間の分離に用いようとする場合、一
般の素子間分離のための酸化膜の下層にしばしば設けら
九る不純物拡散層（フィールドドーピングＭ）が自動的
に形成されていることになる。一般の選択酸化を用いた
素子間分離絶縁膜の形成には、前述した様なパターン端
部のストレスに起因するシリコン結晶の欠陥の問題があ
るが、本発明の方法では端部のストレスが小さく、且つ
フィールドドーピング層が自動的に形成整合されて形成
されるので、ストレスに基づく上記欠陥の問題を有効に
解決できる。

請求項１，２の方法とも、得られる酸化シリコン膜の厚
さの段差部は、その断面形状が滑らかな傾斜を有してい
る。従って、この滑らかな傾斜を光電子集積回路におけ
る光導波路の案内用の下地として利用できる。光電子集
積回路では光を成る位置から別の位置へ導くために光導
波路を曲げて設ける必要がしばしば生ずるが、光導波路
を曲げる場合、曲がる部分の形状を緩やかで且つ滑らか
な曲線状にしないと、曲がりの部分で導波光がモードカ
ップリングを起こして放射モードとなったり、散乱を起
こしたりして導波損失が発生する。

このため、従来から先導波路を曲げるときは、その下地
のバッファ層を勾装置７５程度以下のスロープ状とする
ことが行われ、その方法としてエツチングを制御する方
法や、メカニカルなマスクを用いてバッファ層の堆積を
行う方法等が行われているが、何れもその実施には高度
の技術的熟練を必要とする。

しかるに、本発明の方法で酸化シリコン膜の段差部に形
成される、緩やか且つ滑らかな傾斜は、膜形成の工程で
自動的に形成されるものであるから、その作製に技術的
な困難性が無い。

第４図には、前述した第２図の工程で、第２図（ｅ）の
ように酸化シリコン膜を形成されたシリコン基板上に導
波路を形成した例を３例示しである。

図に於いて符号１０，２０，４１は第２図（ｅ）に於け
る　と同じく、基板、リン等の不純物の高濃度拡散領域
、酸化シリコン膜を示す。

第４図（ａ）は、受光部となる位置に受光部拡散領域１
１０を不純物拡散により形成したのち、酸化シリコン膜
よりも屈折率の大きい物質からなる先導波層１００を積
層形成した例を示している。

第４図（ｂ）は、第２図（ｅ）の状態から、さらに酸化
を行って、露呈していたシリコン表面に比較的薄い酸化
シリコン膜を成長させたのち、光導波層１００を積層形
成した例を示している。この例でも、第４図（ａ）の受
光部拡散領域１１０と同様の受光部拡散領域を設けるこ
とができる。　第４図（ｃ）は、第２１１　（ｅ）の状
態に、層１０１，１０２，１０３からなる多層構造の光
導波層を形成した例を示している。この例の場合も、同
図（ａ）の受光部拡散領域１１０と同様の受光部拡散領
域を形成できることは言うまでもない。

これら第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）の例で上記の如く
、受光部拡散領域を形成する場合、受光部拡散領域に拡
散される不純物の導電型と、高濃度拡散領域２０に拡散
された不純物の導電型とが逆の型となる様にすると領域
２０に受光部に対するチャネルス１−ツバー領域の作用
を兼ねさせることが出来る。

また近来、シリコン半導体デバイス技術の一環として、
絶縁膜状に結晶シリコン膜を成長させる。

所謂ＳＯＩ技術が重要性を増しており様々な応用が期待
されている。

このための方法の一つとして、シリコン基板の結晶面を
シードとしてその上部および側方の酸化シリコン膜上に
連続して設けた非結晶あるいは多結晶のシリコン膜をシ
ード部の結晶配列にならって次第に結晶化させ、酸化シ
リコン膜上にシリコンの結晶膜を得る方法がある。その
際、Ｎ品の成長を促進助長させるために熱を加える固λ
目結晶成長法やレーザーや電子ビームでアニールを行う
方法が用いられる。このときシード部から酸化シリコン
膜へと移る部分で急激な段差があると、その上に積層さ
れているシリコン膜の結晶化がその部分で阻害され酸化
膜上への結晶成長に悪影響を及ぼす、このような場合に
、本発明の方法で形成された緩やかで滑らかな傾斜を持
つ酸化シリコン膜を利用し、シード部からの遷移領域に
上記傾斜部を用いればスムーズな結晶成長を促進できる
。

第５図（ａ）は、第２図（ｅ）の状態から、表面に非結
晶または多結晶のシリコン膜２００を形成した状態を示
し、同図（ｂ）はこのシリコン膜２００に対して加熱も
しくはアニールを行って、結晶を矢印方向へ成長させた
状態を示す、酸化シリコン膜４１の段差部の傾斜が緩や
かで且つ滑らかであるので、結晶化は良好に行われる。

符号２０１が結晶化した部分を示す。

第６図は、本発明の方法を利用して作製された電界効果
型トランジスターの１例を示している。

第２図の工程で得られる不純物拡散領域の一部をソース
２１とて、また、他の部分をドレイン２２として用い、
男性２図（ｄ）の如くに形成された酸化シリコン膜の膜
厚４０の膜厚の薄い部分４５をゲート酸化膜として用い
る。この部分４５の上にゲート電極６０を設け、また、
ソース電極６１、ドレイン電極６２を設けた構造となっ
ている。

かかる電界効果型トランジスターは酸化シリコン膜４０
の膜厚の厚い部分の平面形状が不純物拡散領域であるソ
ース２１、ドレイン２２の平面形状と、自動的に整合し
ているので、従来の多結晶シリコンゲート電極をマスク
としてソース、ドレインをセルファラインで形成する方
法よりもさらに、ゲート部とソース−ドレイン領域の重
なりが少なくなるためゲート容量、ゲート漏れ電流を減
することができ、その分だけ動作速度、ゲート耐圧の向
上が期待される。

なお、上記ゲート電極６０が設けられるゲート酸化膜４
５の部分、即ち酸化シリコン膜の膜厚の薄い部分は、請
求項１の方法で形成された酸化シリコン膜の膜厚の薄い
部分をそのまま用いても良いし、あるいは請求項２の方
法の最終段階での膜除去で残置されたものを用いても良
く、あるいは除去によってあらたに露呈されたシリコン
表面を再度酢化して薄く酸化シリコン膜を成長させたも
のを用いても良い。

（発明の効果） 以上１本発明によれば酸化膜の新規な形成方法を提供で
きる。請求項１，２の方法は上述の如く構成されている
ため、形成される酸化シリコン膜の段差部は緩やか且つ
滑らかな傾斜となっており、また請求項２の方法では不
純物拡散領域の形状と自動的に形状整合した酸化シリコ
ン膜を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための図。 第２図は、本発明の詳細な説明するための図。 第３図は、別の実施例を説明するための図、第４図は、
本発明の光集積回路への応用ね説明するための図、第５
図は、本発明の結晶成長技術への応用を説明するための
図、第６図は、本発明を利用して作製される電界効果型
トランジスターの１例を示す図である。 １１０．基板、２．、、高不純物濃度領域、３．、、境
界易ゲ　尺 ｒａ＞ 、？

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板のシリコン部分の表面から、不純物を所望の平
   面形状にシリコン中に導入し、 上記シリコン部分表面を熱酸化して酸化シリコン膜を成
   長させることにより、 上記平面形状に従って膜厚が段差をもって異なり、且つ
   段差部における断面形状が滑らかな傾斜をなす酸化膜を
   形成することを特徴とする、酸化膜の形成方法。 ２、請求項１の方法で形成された酸化シリコン膜の、平
   面形状以外の部分の少なくとも一部が除去され、上記平
   面形状部の酸化シリコン膜は残存される条件で、上記酸
   化シリコン膜の除去を行うことを特徴とする酸化膜の形
   成方法。