JPH02214138A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH02214138A
JPH02214138A JP3444189A JP3444189A JPH02214138A JP H02214138 A JPH02214138 A JP H02214138A JP 3444189 A JP3444189 A JP 3444189A JP 3444189 A JP3444189 A JP 3444189A JP H02214138 A JPH02214138 A JP H02214138A
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JP
Japan
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semiconductor
insulating film
silicon
recess
elements
Prior art date
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Pending
Application number
JP3444189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Takasu
高須 保弘
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Filing date
Publication date
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  • Element Separation (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize a low cost and to enhance a crystalline property and an element characteristic by a method wherein elements are formed respectively on a semiconductor crystal surrounded by an insulating film formed at an inner wall of a U-shaped part and on a semiconductor substrate. CONSTITUTION:U-shaped parts 21 are patterned and formed in a semiconductor substrate 20 by etching prescribed regions on its surface. In this state, an insulating film 22 is formed on the surface of the semiconductor substrate 20; parts formed at bottom faces of the U-shaped parts 21, of the insulating film 22 are etched and removed. Then, a semiconductor single crystal 23 is formed, by a selective epitaxial growth operation, inside the U-shaped parts in which the insulating film 22 on the bottom faces has been etched and removed. In addition, the insulating film 22 outside the U-shaped parts 21 is etched and removed; elements 26, 27 such as semiconductor elements or the like are formed respectively on the semiconductor single crystal 23 isolated by the insulating film 22 formed at inside walls of the U-shaped parts 21 and on the semiconductor substrate 20. Thereby, a low cost is realized, and a crystalline property and an element characteristic are enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造方法に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

集積回路素子では、その集積度を向上して小型化を図る
ために、半導体素子などの内部素子の形成パターンの微
細化が進められてきている。現在では、サブミクロンル
ールの半導体素子などが開発されるに至っており、次世
代の素子のパターンルールは、サブミクロンからハーフ
ミクロン、クォーターミクロンのオーダーへと進むと考
えられている。これに伴ってパターン形成技術も紫外線
リソグラフィから、X線リングラフィ、を子ビームリソ
グラフィなどへと開発が進められている。
2. Description of the Related Art In integrated circuit devices, in order to improve their degree of integration and reduce their size, progress has been made in miniaturization of patterns for forming internal elements such as semiconductor devices. At present, semiconductor devices and the like with submicron rules have been developed, and it is thought that the pattern rules of next-generation devices will progress from submicron to half-micron to quarter-micron orders. Along with this, development of pattern forming techniques is progressing from ultraviolet lithography to X-ray phosphorography to child beam lithography.

集積回路素子には、バイポーラトランジスタ。Bipolar transistors are integrated circuit elements.

MO3I−ランジスタ、およびバイポーラトランジスタ
とMOS)ランジスタとを複合したパイCMOSトラン
ジスタなどの能動素子、ならびに抵抗や容量素子などの
ような受動素子が備えられている。
It is provided with active elements such as MO3I-transistors and PI-CMOS transistors which are a combination of bipolar transistors and MOS transistors, as well as passive elements such as resistors and capacitive elements.

特に能動素子では、その微細化によって素子特性および
製造工程に重大な影響が生しる。まず素子特性の面では
、素子の縮小に伴って闇値電圧が変動する短チャンネル
効果および狭チャンネル効果が生じ、また拡散層の近接
によりこの拡散層間に常時電流が流れるパンチスルーが
生じるなどの問題がある。これらの問題は、拡散層をL
DD(Lightly Doped Drain )構
造とするなどして解決されている。
Particularly in active devices, miniaturization has a significant impact on device characteristics and manufacturing processes. First, in terms of device characteristics, problems such as short channel effects and narrow channel effects occur where the dark voltage changes as the device shrinks, and punch-through, where a current constantly flows between the diffusion layers due to the proximity of the diffusion layers, occur. There is. These problems reduce the diffusion layer to L
This problem has been solved by adopting a DD (Lightly Doped Drain) structure.

一方、製造工程の面からは、配線の微細化により配線材
料の粒子が電界によって移動し断線を生じさせるエレク
トロマイグレーションが生じ、また配線材料を素子に接
続するためのコンタクトホールが小さ(なるために接触
抵抗が大きくなるという問題を解決するために、従来用
いられている配線材料に代えて、高融点金属材料やシリ
サイドなどを用いることが検討されている。さらに、従
来のプレーナ技術による容量素子の形成や、LOG O
S (Localized 0xidation of
 5ilicon)法による素子間分離では、素子面積
を小さくすることができず、このため基板に溝を掘って
容量素子を形成したトレンチキャパシタや、同様に基板
に溝を掘って素子間の分離を行うトレンチ分離が提案さ
れている。しかし、トレンチ(溝)の深さ、大きさ、お
よびエツチング形状によって特性が変化するなどの問題
が残されており、前記トレンチキャパシタやトレンチ分
離は開発段階にある。
On the other hand, from a manufacturing process perspective, miniaturization of interconnects causes electromigration, in which particles of the interconnect material move due to the electric field and cause disconnections, and the contact holes for connecting the interconnect materials to the elements become smaller. In order to solve the problem of increased contact resistance, the use of high melting point metal materials, silicide, etc. in place of conventionally used wiring materials is being considered. Formation, LOG O
S (Localized Oxidation of
In isolation between elements using the 5ilicon) method, it is not possible to reduce the element area; therefore, trench capacitors, in which a capacitive element is formed by digging a groove in a substrate, or a trench capacitor, in which a capacitive element is formed by digging a groove in a substrate, are used, and in a similar manner, grooves are dug in a substrate to isolate elements. Trench isolation has been proposed. However, problems remain, such as characteristics changing depending on the depth, size, and etching shape of the trench, and the trench capacitor and trench isolation are still in the development stage.

素子間の分離技術には、pn接合分離、埋設絶縁分離、
誘電体分離、空気分離、および多結晶分離などの技術が
ある。このなかで、微細な素子の形成、特にサブミクロ
ンルール以下の素子では、埋設絶縁分離および誘電体分
離が用いられると考えられている。
Isolation technology between elements includes pn junction isolation, buried insulation isolation,
Technologies include dielectric separation, air separation, and polycrystalline separation. Among these, buried insulation isolation and dielectric isolation are considered to be used in the formation of minute elements, especially elements below the submicron rule.

第4図は前記埋設絶縁分離技術を説明するための断面図
である。基板lをエツチングして溝2を形成し、この中
に酸化シリコン3.窒化シリコン4、およびポリシリコ
ン5を順に堆積して溝2を埋め、酸化シリコン6で蓋を
する。このようにして、溝2によって分離された基板1
上の各領域に形成された半導体素子などの素子が電気的
に絶縁されて分離される。
FIG. 4 is a sectional view for explaining the buried insulation isolation technique. The substrate 1 is etched to form a trench 2, into which silicon oxide 3. Silicon nitride 4 and polysilicon 5 are sequentially deposited to fill trench 2, and then capped with silicon oxide 6. In this way, the substrate 1 separated by the groove 2
Elements such as semiconductor elements formed in each region above are electrically insulated and separated.

前記誘電体分離技研では、S OS (Silicon
 0nSaphare)技術、  So I  (Si
licon On In5ulater)技術、  S
 I M OX (Separat+on by 1m
pIantedOxgen )技術などが提案されてい
る。前記SO3技術は第5図に示されている。サファイ
ア基板7上に絶縁膜8をパターン形成し、前記サファイ
ア基板7の露出部9に選択エピタキシャル成長によって
シリコン単結晶10を成長させる。このようにして絶縁
膜8によって絶縁された前記シリコン単結晶10にそれ
ぞれ半導体素子などの素子が形成される。
At the Dielectric Separation Research Institute, SOS (Silicon
0nSaphare) technology, So I (Si
licon On In5ulator) technology, S
I M OX (Separat+on by 1m
pIantedOxgen) technology has been proposed. The SO3 technology is illustrated in FIG. An insulating film 8 is patterned on the sapphire substrate 7, and a silicon single crystal 10 is grown on the exposed portion 9 of the sapphire substrate 7 by selective epitaxial growth. Elements such as semiconductor elements are formed on each of the silicon single crystals 10 insulated by the insulating film 8 in this manner.

第6図は前記SOI技術を説明するための断面図である
。シリコン基板11上に絶縁IIU12を堆積し、この
絶縁膜12をエツチングしてシリコン基板11表面の参
照符号13で示す部位(以下「露出部分13」という、
)を露出させ、この後にシリコン14のエピタキシャル
成長を行い、前記露出部分13のシリコン基板11を種
結晶としてレーザアニールなどでシリコン14を全面に
わたって単結晶化する。前記絶縁膜12によって絶縁さ
れたシリコン基板11および単結晶化したシリコン14
にそれぞれ半導体素子などの素子が形成される。
FIG. 6 is a sectional view for explaining the SOI technology. An insulating IIU 12 is deposited on the silicon substrate 11, and this insulating film 12 is etched to form a portion of the surface of the silicon substrate 11 indicated by reference numeral 13 (hereinafter referred to as "exposed portion 13").
) is exposed, after which silicon 14 is epitaxially grown, and silicon 14 is made into a single crystal over the entire surface by laser annealing using the silicon substrate 11 in the exposed portion 13 as a seed crystal. A silicon substrate 11 insulated by the insulating film 12 and single-crystal silicon 14
Elements such as semiconductor elements are formed in each.

第7図は前記SIMOX技術を説明するための断面図で
ある。第7図(1)に示すように、シリコン基板15に
酸素イオン16を高エネルギーで加速して高濃度に注入
する。これによって第7図(2)に示すように、シリコ
ン基板15を酸化シリコン層17によって2つの領域1
5a、15bに分離するこ七ができる。そしてこの分離
された各領域15a、15bに半導体素子などの素子が
それぞれ形成される。
FIG. 7 is a sectional view for explaining the SIMOX technology. As shown in FIG. 7(1), oxygen ions 16 are accelerated with high energy and implanted at a high concentration into the silicon substrate 15. As a result, as shown in FIG. 7(2), the silicon substrate 15 is divided into two regions 1 by the silicon oxide layer 17.
This results in separation into 5a and 15b. Elements such as semiconductor elements are formed in each of the separated regions 15a and 15b.

〔発明が解決しようとする課題] 上述した従来技術において、第4図に示された埋設絶縁
分離技術では、酸化シリコン3と窒化シリコン4とから
なる絶縁膜には、その溝2への埋め込み時にボイドが生
じ、そこからリークが起こるという問題がある。すなわ
ち、たとえば酸化シリコン3を溝2の内部に成長させる
際に、この酸化シリコン3には大きな応力が生じ、この
ため溝2の内部の酸化シリコン3に力が働き、分離耐圧
の劣化を招くことになり、またポリシリコン5を溝2内
に埋め込むときにも同様に応力が働き、前記酸化シリコ
ン3の劣化につながる。このようにして前記ボイドが生
じることになる。さらに、比較的深い溝2をドライエツ
チングによって形成するため、この溝2の周辺部の基板
lに結晶欠陥が生じる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional technology described above, in the buried insulation isolation technique shown in FIG. There is a problem in that voids are created and leaks occur from there. That is, for example, when silicon oxide 3 is grown inside the trench 2, a large stress is generated in the silicon oxide 3, and this causes force to act on the silicon oxide 3 inside the trench 2, leading to deterioration of the isolation voltage. Similarly, when the polysilicon 5 is buried in the groove 2, stress also acts, leading to the deterioration of the silicon oxide 3. In this way, the voids are created. Furthermore, since the relatively deep grooves 2 are formed by dry etching, crystal defects occur in the substrate l around the grooves 2.

このような問題は、溝を形成する必要がなく、また比較
的薄い酸化膜(応力が生じない。)を用いる誘電体分離
技術では生じない。しかしながら、第5図に示されたS
O3技術では、サファイアが高価であるためコスト高と
なる問題があり、したがってこのSO3技術は実用に適
さない。
Such problems do not occur with dielectric isolation techniques that do not require the formation of trenches and use relatively thin oxide films (which do not create stress). However, the S shown in FIG.
The O3 technology has the problem of high costs because sapphire is expensive, so this SO3 technology is not suitable for practical use.

さらに第6図に示されたSol技術は、プレーナプロセ
スで素子を形成したシリコン基板11上に絶縁膜12を
堆積した上に単結晶膜(シリコン14)を成長させ、こ
の単結晶膜にも素子を形成する技術であるが、前記単結
晶膜が大面積にわたるときには単結晶成長が困難でしか
も結晶性が悪いという問題があり、また多層構造となる
ため熱放散が困難でこのため素子特性が劣化するという
問題がある。
Furthermore, in the Sol technology shown in FIG. 6, a single crystal film (silicon 14) is grown on a dielectric film 12 deposited on a silicon substrate 11 on which elements are formed by a planar process, and elements are also formed on this single crystal film. However, when the single crystal film covers a large area, it is difficult to grow a single crystal and the crystallinity is poor.Also, since it has a multilayer structure, it is difficult to dissipate heat, which deteriorates device characteristics. There is a problem with doing so.

また第7図に示されたSIMOX技術では、シリコン基
板15内で酸素イオンが第8図に示すように、シリコン
基板15の表面からの距離に対して成る分布を有して存
在しており、このため前記酸素イオンが存在する領域に
素子を形成した場合には素子特性が劣化するという問題
がある。また、注入される酸素イオン16によって、シ
リコン基板15表面の結晶秩序が乱れるため、酸化シリ
コン層17の形成後にアニールなどの方法で表面の活性
化を行う必要があり、むやみに手間がかかる。
Furthermore, in the SIMOX technology shown in FIG. 7, oxygen ions exist within the silicon substrate 15 with a distribution depending on the distance from the surface of the silicon substrate 15, as shown in FIG. Therefore, when an element is formed in a region where the oxygen ions are present, there is a problem that the element characteristics deteriorate. Furthermore, since the implanted oxygen ions 16 disrupt the crystal order on the surface of the silicon substrate 15, it is necessary to activate the surface by a method such as annealing after forming the silicon oxide layer 17, which is unnecessarily time-consuming.

この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、低コス
ト化に有利で、しかも結晶性および素子特性が格段に向
上される半導体装置の製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that solves the above-mentioned technical problems, is advantageous for cost reduction, and further improves crystallinity and device characteristics.

(課題を解決するための手段〕 この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面の
所定領域をエツチングして、この半導体基板表面に凹所
を形成し、 この凹所を形成した半導体基板表面に絶縁膜を堆積し、 この絶縁膜の前記凹所の底面に形成された部分をエツチ
ング除去し、 選択エピタキシャル成長によって、前記凹所内に半導体
単結晶を形成し、 前記凹所外に形成した絶縁膜をエツチング除去し、 前記凹所の内側壁に形成した絶縁膜によって囲まれた前
記半導体単結晶と、前記半導体基板とにそれぞれ素子を
形成することを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes etching a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate to form a recess on the surface of the semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate in which the recess is formed. an insulating film is deposited on the recess, a portion of the insulating film formed on the bottom surface of the recess is removed by etching, a semiconductor single crystal is formed within the recess by selective epitaxial growth, and an insulating film is formed outside the recess. is removed by etching, and elements are formed on the semiconductor single crystal surrounded by an insulating film formed on the inner wall of the recess and on the semiconductor substrate, respectively.

(作用〕 この発明の構成によれば、半導体基板には、その表面の
所定領域をエツチングすることよって凹所がパターン形
成される。この状態で前記半導体基板表面に絶縁膜が形
成され、この絶縁膜の前記凹所の底面に形成された部分
がエツチング除去される。そしてこの底面の絶縁膜をエ
ツチング除去した凹所内に半導体単結晶が、選択エピタ
キシャル成長によって形成される。このとき前記凹所の
底面では、半導体基板表面が露出しているので、前記凹
所内に形成される半導単結晶は半導体基板と等しい面方
位を存して良好な結晶性を有して形成することができる
(Operation) According to the configuration of the present invention, a pattern of recesses is formed in the semiconductor substrate by etching a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate.In this state, an insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, and the insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate. A portion of the film formed on the bottom surface of the recess is etched away. Then, a semiconductor single crystal is formed by selective epitaxial growth in the recess from which the insulating film on the bottom surface has been etched away. At this time, the bottom surface of the recess Since the surface of the semiconductor substrate is exposed, the semiconductor single crystal formed in the recess can have the same plane orientation as the semiconductor substrate and have good crystallinity.

前記凹所外の絶縁膜はエンチング除去され、そのように
して前記凹所の内側壁に形成した前記絶縁膜によって分
離された前記半導体単結晶と、前記半導体基板とにそれ
ぞれ半導体素子などの素子が形成される。
The insulating film outside the recess is removed by etching, and an element such as a semiconductor element is formed on the semiconductor single crystal and the semiconductor substrate, which are separated by the insulating film formed on the inner wall of the recess. It is formed.

上述のように、この発明では従来のSO3技術のように
サファイアなどの高価な材料を用いる必要がなく、また
前記凹所内への半導体単結晶の形成は、レーザアニール
などによることな(容易にしかも良好に行うことができ
、したがって素子を形成すべき半導体(半導体単結晶お
よび半導体基板)はいずれも良好な結晶性を有すること
ができるようになるとともに、生産性をも向上すること
ができる。
As described above, the present invention does not require the use of expensive materials such as sapphire as in the conventional SO3 technology, and the formation of the semiconductor single crystal in the recess can be easily and easily performed without using laser annealing or the like. Therefore, the semiconductors (semiconductor single crystal and semiconductor substrate) on which devices are to be formed can both have good crystallinity, and productivity can also be improved.

また素子は前記半導体単結晶と半導体基板が同−平面上
に形成されるので、従来のSol技術のように多層構造
となることがなく、したがって熱放散は良好に行われる
Furthermore, since the semiconductor single crystal and the semiconductor substrate are formed on the same plane, the element does not have a multilayer structure unlike the conventional Sol technology, and therefore heat dissipation is performed well.

さらに、従来のSIMOX技術のように、イオンの注入
を行わないので、絶縁膜と半導体基板および半導体単結
晶との間の界面は明確であり、したがって絶縁膜を形成
した部位に素子が形成されることを確実に防ぐことがで
きる。またレーザアニールなどによる表面の活性化処理
を必要としない。
Furthermore, unlike conventional SIMOX technology, ion implantation is not performed, so the interface between the insulating film, the semiconductor substrate, and the semiconductor single crystal is clear, and therefore elements are formed in the areas where the insulating film is formed. This can definitely be prevented. Furthermore, surface activation treatment such as laser annealing is not required.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例の半導体装置の製造方法を
説明するための断面図である。半導体基板として、(1
00)、P型、比抵抗10ohm−cmの3インチシリ
コン基板20を用い、このシリコン基板20に既存のホ
トリソグラフィに従って所定領域を露光し、レジストパ
ターンを形成した後、ドライエツチングによって前記シ
リコン基板20に深さ3μmの凹所21をパターン形成
する。この後プラズマCVDによって基板20全面に絶
縁膜となる酸化シリコン膜22を0.5μmの膜厚に堆
積する。この状態が第1図(1)に示されている。
FIG. 1 is a sectional view for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. As a semiconductor substrate, (1
00), P type, and a 3-inch silicon substrate 20 with a specific resistance of 10 ohm-cm, a predetermined area of this silicon substrate 20 is exposed to light according to existing photolithography to form a resist pattern, and then the silicon substrate 20 is etched by dry etching. A recess 21 having a depth of 3 μm is formed in a pattern. Thereafter, a silicon oxide film 22 serving as an insulating film is deposited to a thickness of 0.5 μm over the entire surface of the substrate 20 by plasma CVD. This state is shown in FIG. 1(1).

なお前記ホトリソグラフィには、第2図に示されるホト
マスクが用いられる。この第2図において斜線部は遮光
部でホトレジストが残る部分であり、残余の部分は透光
部であってこの部分に対応するシリコン基板20表面に
はホトレジストは残らない。たとえば、1つの遮光部お
よび透光部は一辺が11tmの正方形とされる。
Note that the photomask shown in FIG. 2 is used in the photolithography. In FIG. 2, the shaded area is a light-shielding area where photoresist remains, and the remaining area is a light-transmitting area, and no photoresist remains on the surface of the silicon substrate 20 corresponding to this area. For example, one light-shielding portion and one light-transmitting portion have a square shape with one side of 11 tm.

前記シリコン基板20のエンチングは、エツチングガス
にSF、とccp、の混合ガスを用いた反応性イオンエ
ンチングによって行う。このときのエツチング条件は下
記のとおりである。
The silicon substrate 20 is etched by reactive ion etching using a mixed gas of SF and CCP as an etching gas. The etching conditions at this time are as follows.

ガス流量 SF、  ガス:20sccmCCF!4ガ
ス:  5  secm ガス圧力        10  mTorrRF電力
       150  W エツチング時間      6  minさらにエツチ
ング後のホトレジストの除去は、02ガスを用いた以下
の条件下でのドライエツチングにより行う。
Gas flow rate SF, gas: 20sccmCCF! 4 gas: 5 sec Gas pressure: 10 mTorr RF power: 150 W Etching time: 6 min After etching, the photoresist is removed by dry etching using 02 gas under the following conditions.

ガス流量         50sec*ガス圧力  
      100  mTorrRFiii力   
    100 Wエツチング時間     10a+
inまたプラズマCVDによる酸化シリコン膜22の形
成は、原料ガスとして、アルゴン(A「)をヘースとし
た5%のシラン(SiH4)ガスと二酸化窒素(NOよ
)ガスとの混合ガスを用い下記の条件で行う。
Gas flow rate 50sec*Gas pressure
100 mTorrRFiii force
100W etching time 10a+
In addition, the formation of the silicon oxide film 22 by plasma CVD uses a mixed gas of 5% silane (SiH4) gas and nitrogen dioxide (NO) gas with argon (A') as the base gas, as described below. Do it with conditions.

ガス流量 5it−14ガス:200secmNOxガ
ス:  10  sccm RF電力       150  W 堆積時間        11 稲in前記プラズマC
VDによる酸化シリコン膜22の堆積は、凹所21の側
壁21a、その底面21b。
Gas flow rate 5it-14 gas: 200secNOx gas: 10 sccm RF power 150 W Deposition time 11 Rice in the plasma C
The silicon oxide film 22 is deposited by VD on the side wall 21a of the recess 21 and the bottom surface 21b thereof.

および凹所21外のシリコン板20表面に全域にわたっ
て均一に行われる。
And, it is applied uniformly over the entire surface of the silicon plate 20 outside the recess 21.

次に第1図(1)に示す状態から、既存のホトグラフィ
によって、酸化シリコン膜22表面にホトレジストを形
成し、このホトレジストの凹所21の底面21b7の部
分に窓を形成する。そしてドライエツチングによって異
方性エツチングを行い、前記凹所21の底面21bの酸
化シリコン膜22を除去する。この後にシリコン基板2
0表面に残留するホトレジストを前述と同様のエンチン
グ条件でドライエツチングを行って除去する。この状態
が第1図(2)に示されている。
Next, from the state shown in FIG. 1(1), a photoresist is formed on the surface of the silicon oxide film 22 by conventional photography, and a window is formed in the bottom surface 21b7 of the recess 21 in this photoresist. Then, anisotropic etching is performed by dry etching to remove the silicon oxide film 22 on the bottom surface 21b of the recess 21. After this, silicon substrate 2
The photoresist remaining on the 0 surface is removed by dry etching under the same etching conditions as described above. This state is shown in FIG. 1(2).

前記酸化シリコン膜22のエツチングはCHF yガス
を用いて行われ、このときのエンチング条件は、下記の
とおりである。
Etching of the silicon oxide film 22 is performed using CHFy gas, and the etching conditions at this time are as follows.

ガス流量        20sccvAガス圧力  
       5  mTorrRF電力      
 120 W エツチング時間     25+nin第1図(2)に
示された状態から、前記底面21bの酸化シリコン膜2
2を除去した凹所21内に、選択エピタキシャル成長に
よって半導単体結晶であるシリコン23をエピタキシャ
ル成長させる。
Gas flow rate 20sccvA gas pressure
5 mTorrRF power
120 W Etching time 25+nin From the state shown in FIG. 1 (2), the silicon oxide film 2 on the bottom surface 21b is
Silicon 23, which is a semiconductor single crystal, is epitaxially grown in the recess 21 from which silicon 2 is removed by selective epitaxial growth.

この状態が第1図(3)に示されている。このとき凹所
21の底面21bではシリコン基板20が露出している
ので、前記凹所21内に形成されるシリコン23は、シ
リコン基板20と等しい面方位を有し、また良好な結晶
性を有して形成することができる。前記シリコン23の
選択エピタキシャル成長は、100%シラン(SiH4
)ガスを原料ガスとして下記の条件で行われる。
This state is shown in FIG. 1(3). At this time, since the silicon substrate 20 is exposed at the bottom surface 21b of the recess 21, the silicon 23 formed in the recess 21 has the same plane orientation as the silicon substrate 20 and has good crystallinity. It can be formed by The selective epitaxial growth of the silicon 23 is performed using 100% silane (SiH4
) gas as the raw material gas under the following conditions.

ガス圧力       350 5Torr基板温度 
      600 °C RF電力       150 W 成長時間        60m1n この条件下で、前記シリコン23の膜厚は4.2μmと
なる。ガス圧力が180 mTorr以下の低い領域。
Gas pressure 350 5Torr substrate temperature
600° C. RF power 150 W Growth time 60 m1n Under these conditions, the film thickness of the silicon 23 is 4.2 μm. Low gas pressure region below 180 mTorr.

および350a+Torr以上の高い領域では、酸化シ
リコン膜22上にもシリコンが堆積する。このためガス
圧力は、180mTorr< (ガス圧力)<350m
Torrとする必要がある。
In a high region of 350a+Torr or more, silicon is also deposited on the silicon oxide film 22. Therefore, the gas pressure is 180mTorr<(gas pressure)<350mTorr
It is necessary to set it to Torr.

第3図には、前記選択エピタキシャル成長の温度依存性
が示されている。すなわち、基板温度によって堆積され
るシリコンが、非結晶、多結晶。
FIG. 3 shows the temperature dependence of the selective epitaxial growth. That is, depending on the substrate temperature, the silicon deposited is either amorphous or polycrystalline.

単結晶となり、基板温度が300 ’C以下のときには
非結晶、300〜550°Cでは多結晶、550°C以
上では単結晶となる。したがって前記シリコン23の選
択エピタキシャル成長時の基板温度は、単結晶を形成す
るための温度条件を満たしていることが理解される。
It becomes a single crystal, becomes amorphous when the substrate temperature is below 300'C, becomes polycrystalline when the substrate temperature is 300 to 550°C, and becomes single crystal when it is above 550°C. Therefore, it is understood that the substrate temperature during the selective epitaxial growth of the silicon 23 satisfies the temperature conditions for forming a single crystal.

次に、第1図(3)に示された状態から、凹所21外の
シリコン基板20表面の酸化シリコン膜22を反応性イ
オンエンチングによって除去する。そして第1図(4)
に示すように、凹所21の側壁21aの部分の酸化シリ
コン膜22によって分離されたシリコン23とシリコン
基板20とにそれぞれ半導体素子26.27を既存のプ
レーナ技術によって形成する。
Next, from the state shown in FIG. 1(3), the silicon oxide film 22 on the surface of the silicon substrate 20 outside the recess 21 is removed by reactive ion etching. And Figure 1 (4)
As shown in FIG. 2, semiconductor elements 26 and 27 are formed on the silicon substrate 20 and the silicon 23 separated by the silicon oxide film 22 on the side wall 21a of the recess 21 by the existing planar technology.

前記酸化シリコン膜22の反応性イオンエンチングによ
る除去は、CH,ガスを用いて下記の条件で行われる。
Removal of the silicon oxide film 22 by reactive ion etching is performed using CH and gas under the following conditions.

ガス流量        15secmガス圧力   
    100 5TorrRF電力       1
20 W エツチング時間      5  sinこのような条
件下では、酸化シリコン膜22のエツチングレートは1
000人/sinであるのに対して、選択エピタキシャ
ル成長によって形成したシリコン23のエツチングレー
トは2500人/+ninである。
Gas flow rate 15sec Gas pressure
100 5TorrRF power 1
20 W Etching time 5 sin Under these conditions, the etching rate of the silicon oxide film 22 is 1
On the other hand, the etching rate of silicon 23 formed by selective epitaxial growth is 2500 etching/+nin.

このため上述のようにシリコン23の膜厚が4.2μm
であるときには、酸化シリコン膜22のエツチング除去
の後には、シリコン基板20表面をほぼ完全に平坦化す
ることができる。
Therefore, as mentioned above, the film thickness of the silicon 23 is 4.2 μm.
In this case, after the silicon oxide film 22 is etched away, the surface of the silicon substrate 20 can be almost completely flattened.

なお第1図(4)において、半導体素子26.27の参
照符号26a、27aで示す部分は、たとえばMOS)
ランジスタにおけるゲート電極部であって、これらの部
分とシリコン23.シリコン基板20との間にはたとえ
はゲート絶縁膜(図示せず)などが形成される。
In FIG. 1 (4), the parts indicated by reference numerals 26a and 27a of the semiconductor elements 26 and 27 are, for example, MOS).
This is the gate electrode portion of the transistor, and these portions and the silicon 23. For example, a gate insulating film (not shown) is formed between the silicon substrate 20 and the silicon substrate 20.

以上のようにして作製された、半導体装置において凹所
21内に形成したシリコン23とシリコン基板20とに
関して、X線回折法でロッキングカーブを測定したとこ
ろ、ロッキングカーブの半値幅はシリコン基板20で約
11、シリコン23で約1#〜2#となり、はぼ同程度
の長距離秩序を有することが確認された。また、短距離
秩序性を透過電子顕微鏡(TEM)を用いて調べたとこ
ろ、スポットの位置に差異は無く、短距離秩序性も良好
であることが判った。
When the rocking curve of the silicon 23 formed in the recess 21 and the silicon substrate 20 in the semiconductor device fabricated as described above was measured using an X-ray diffraction method, the half-value width of the rocking curve was determined by the silicon substrate 20. It was confirmed that the values were approximately 1# to 2# for silicon 23 and approximately 1# to 2# for silicon 23, and that they had approximately the same degree of long-range order. Furthermore, when short-range ordering was examined using a transmission electron microscope (TEM), it was found that there was no difference in spot position, and short-range ordering was also good.

さらに通常のプレーナ技術でシリコン基板に形成したM
OS )ランジスタ素子と、この実施例に従って作製し
たトランジスタ素子について、昇温昇圧試験、電圧−電
流特性、容量−電圧特性rストレス試験などの素子寿命
加速試験を行ったところ全く差がなく、再結晶化による
素子特性の劣化は認められなかった。
Furthermore, M was formed on a silicon substrate using normal planar technology.
OS) transistor elements and transistor elements fabricated according to this example were subjected to element life acceleration tests such as temperature rise and pressure tests, voltage-current characteristics, and capacitance-voltage characteristics r stress tests, and there was no difference at all. No deterioration of device characteristics due to chemical reaction was observed.

以上のように、この実施例によれば第5図に示された従
来のSO3技術のようにサファイアなどの高価な材料を
用いないので半導体装置を廉価に作製することができる
。また、凹所21ではシリコン23をシリコン基板20
に接触させてエピタキシャル成長させることができるの
で、レーザアニールなどを行うことなく前記凹所21内
にシリコン23の単結晶を良好にしかも容易に形成する
ことができる。
As described above, according to this embodiment, unlike the conventional SO3 technology shown in FIG. 5, an expensive material such as sapphire is not used, so that a semiconductor device can be manufactured at a low cost. Further, in the recess 21, the silicon 23 is placed on the silicon substrate 20.
Since epitaxial growth can be performed in contact with the silicon 23, a single crystal of silicon 23 can be easily and favorably formed in the recess 21 without performing laser annealing or the like.

また第1図(4)に示すように半導体素子26.27は
略同−平面に形成され、第6図に示された従来のSol
技術のように多層構造となることはなく、したがって熱
放散性に優れている。また、素子が略同−平面上に形成
される結果として、シリコン基板20の形状が多少悪く
ても素子に劣化が生しることがない。さらに、酸化シリ
コン膜22とシリコン基板20およびシリコン23との
界面は明確であるので、従来のSIMOX技術のように
絶縁物中に素子を形成したりなどすることを確実に防ぐ
ことができる。
Further, as shown in FIG. 1(4), the semiconductor elements 26 and 27 are formed substantially on the same plane, and the conventional Sol shown in FIG.
It does not have a multi-layer structure like other technologies, and therefore has excellent heat dissipation. Furthermore, as the elements are formed on substantially the same plane, the elements will not deteriorate even if the shape of the silicon substrate 20 is somewhat bad. Furthermore, since the interface between the silicon oxide film 22 and the silicon substrate 20 and silicon 23 is clear, it is possible to reliably prevent elements from being formed in an insulator as in the conventional SIMOX technology.

さらにこの実施例では、酸化シリコン膜22はプラズマ
CVD法によって形成されるので、その応力の制御が容
品であり、したがってこの酸化シリコン膜22が劣化す
ることはない。
Furthermore, in this embodiment, since the silicon oxide film 22 is formed by the plasma CVD method, the stress can be easily controlled, so that the silicon oxide film 22 does not deteriorate.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明の半導体装置の製造方法によれば
、従来のSO3技術のようにサファイアなどの高価な材
料を用いる必要がないので、廉価に作製することができ
、低コスト化に有利である。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is no need to use expensive materials such as sapphire as in the conventional SO3 technology, so it can be manufactured at low cost and is advantageous in reducing costs. be.

また素子を形成すべき半導体(凹所内で絶縁膜に囲まれ
た半導体単結晶および半導体基板)はいずれも良好な結
晶性を有することができる。
Furthermore, the semiconductors (semiconductor single crystal and semiconductor substrate surrounded by an insulating film in the recess) on which the device is to be formed can both have good crystallinity.

また素子は半導体単結晶と半導体基板との表面近傍で略
同−平面に形成されるので、従来のSOI技術のように
多層構造となることがなく、したがって熱放散は良好に
行われる。さらに、従来のSIMOX技術のように、イ
オンの注入を行わないので、絶縁膜と半導体基板および
半導体単結晶との間の界面は明確であり、したがって絶
縁膜を形成した部位に素子が形成されることを確実に防
ぐことができる。このようにして素子特性が格段に向上
される。
Furthermore, since the element is formed substantially coplanar near the surfaces of the semiconductor single crystal and the semiconductor substrate, it does not have a multilayer structure unlike the conventional SOI technology, and therefore heat dissipation is performed well. Furthermore, unlike conventional SIMOX technology, ion implantation is not performed, so the interface between the insulating film, the semiconductor substrate, and the semiconductor single crystal is clear, and therefore elements are formed in the areas where the insulating film is formed. This can definitely be prevented. In this way, device characteristics are significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例の半導体装置の製造方法を
説明するための断面図、第2図は凹所21の形成のため
に用いられるホトマスクの簡略化した平面図、第3図は
選択エピタキシャル成長時の基板温度に対するシリコン
の結晶特性を示す説明図、第4図は埋設絶縁分離技術を
説明するための断面図、第5図はSO3技術を示す断面
図、第6図はS○!技術を示す断面図、第7図はSIM
OX技術を示す断面図、第8図は第7図に示された構成
においてシリコン基板15内の酸素イオン濃度分布を示
すグラフである。 20・・・シリコン基板(半導体基板)、21・・・凹
所、22・・・酸化シリコン膜(絶縁膜)、23・・・
シリコン(半導体結晶)、26.27・・・半導体素子
第1図 O へ t qフ 噂胃6−6囮謙ε。 こト
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a simplified plan view of a photomask used for forming a recess 21, and FIG. An explanatory diagram showing the crystal characteristics of silicon with respect to substrate temperature during selective epitaxial growth, Fig. 4 is a cross-sectional view to explain buried insulation isolation technology, Fig. 5 is a cross-sectional view showing SO3 technology, and Fig. 6 is S○! Cross-sectional view showing the technology, Figure 7 is SIM
FIG. 8, which is a cross-sectional view showing the OX technique, is a graph showing the oxygen ion concentration distribution within the silicon substrate 15 in the configuration shown in FIG. 20... Silicon substrate (semiconductor substrate), 21... Recess, 22... Silicon oxide film (insulating film), 23...
Silicon (semiconductor crystal), 26.27... Semiconductor element Figure 1 O Het q Fu Rumor Stomach 6-6 Decoy Ken ε. This

Claims (1)

【特許請求の範囲】 半導体基板表面の所定領域をエッチングして、この半導
体基板表面に凹所を形成し、 この凹所を形成した半導体基板表面に絶縁膜を堆積し、 この絶縁膜の前記凹所の底面に形成された部分をエッチ
ング除去し、 選択エピタキシャル成長によって、前記凹所内に半導体
単結晶を形成し、 前記凹所外に形成した絶縁膜をエッチング除去し、 前記凹所の内側壁に形成した絶縁膜によって囲まれた前
記半導体単結晶と、前記半導体基板とにそれぞれ素子を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
[Claims] A recess is formed on the surface of the semiconductor substrate by etching a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film is deposited on the surface of the semiconductor substrate in which the recess is formed, and the recess of the insulating film is a portion formed on the bottom of the recess is etched away, a semiconductor single crystal is formed within the recess by selective epitaxial growth, an insulating film formed outside the recess is etched away, and a semiconductor single crystal is formed on the inner wall of the recess. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming elements on the semiconductor single crystal surrounded by an insulating film and on the semiconductor substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008529279A (en) * 2005-01-20 2008-07-31 ダイオデス・インコーポレーテッド Integrated circuit including power diode

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