JPH02316A - Soi基板の形成方法 - Google Patents
Soi基板の形成方法Info
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- JPH02316A JPH02316A JP9170388A JP9170388A JPH02316A JP H02316 A JPH02316 A JP H02316A JP 9170388 A JP9170388 A JP 9170388A JP 9170388 A JP9170388 A JP 9170388A JP H02316 A JPH02316 A JP H02316A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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。
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、半導体膜、絶縁膜が表面に形成された基板等
の物体の表面を平滑にする表面平滑化方法、及びこの表
面平滑化方法を利用してSOI基板を形成するsotg
板の形成方法に関するものである。
の物体の表面を平滑にする表面平滑化方法、及びこの表
面平滑化方法を利用してSOI基板を形成するsotg
板の形成方法に関するものである。
半導体回路素子の高密度化、高集積化を図るために、基
板上に半導体薄膜、絶縁膜を交互に積層し、各半導体薄
膜にデバイスを組み込んだ積層構造の半導体立体回路素
子の開発が進められているが、この種の半導体立体回路
素子を製作する場合、プロセスの中間段階において各半
導体薄膜または各絶縁膜の表面に微小な凹凸が生じ、こ
れらの凹凸が残存した状態では、これらの凹凸がその後
のプロセスにおける成長膜の膜質に悪影響を及ぼすので
、プロセスの途中で凹凸を有する成長膜の表面を平滑化
する必要がある。
板上に半導体薄膜、絶縁膜を交互に積層し、各半導体薄
膜にデバイスを組み込んだ積層構造の半導体立体回路素
子の開発が進められているが、この種の半導体立体回路
素子を製作する場合、プロセスの中間段階において各半
導体薄膜または各絶縁膜の表面に微小な凹凸が生じ、こ
れらの凹凸が残存した状態では、これらの凹凸がその後
のプロセスにおける成長膜の膜質に悪影響を及ぼすので
、プロセスの途中で凹凸を有する成長膜の表面を平滑化
する必要がある。
以下、この表面平滑化の必要性について、基板に単結晶
絶縁膜を形成し、更にその上層に単結晶シリコン膜をエ
ピタキシャル成長させてなる5OI(5ilicon
on 1nsulator )基板を例に挙げて具体的
に説明する。
絶縁膜を形成し、更にその上層に単結晶シリコン膜をエ
ピタキシャル成長させてなる5OI(5ilicon
on 1nsulator )基板を例に挙げて具体的
に説明する。
SOI基板は、特性が優れた集積回路を得るための素子
材料として注目され、とくにサファイアを用いたSOS
(silicon on 5apphire )基
板の場合、浮遊容量の低下による高速化、素子間分離面
積の縮小による高集積化が可能になる等の優れた特徴を
有している。
材料として注目され、とくにサファイアを用いたSOS
(silicon on 5apphire )基
板の場合、浮遊容量の低下による高速化、素子間分離面
積の縮小による高集積化が可能になる等の優れた特徴を
有している。
ところが、SO8基板の場合、サファイアの大型化が困
難であり、しかも高価であるので、最近ではサファイア
に代わり、単結晶マグネシアスピネル(Mg0−Alz
Oz )を単結晶絶縁膜として用いたSOt基板形成技
術について、盛んに研究、開発が進められている。
難であり、しかも高価であるので、最近ではサファイア
に代わり、単結晶マグネシアスピネル(Mg0−Alz
Oz )を単結晶絶縁膜として用いたSOt基板形成技
術について、盛んに研究、開発が進められている。
そして、従来、単結晶シリコン基板上に単結晶マグネシ
アスピネル膜を形成する手法として、たとえば特公昭5
8−55119号公報、持分・昭58−55120号公
報等に記載されているような、気相エピタキシャル成長
法(以下VPE法という)がよく知られている。
アスピネル膜を形成する手法として、たとえば特公昭5
8−55119号公報、持分・昭58−55120号公
報等に記載されているような、気相エピタキシャル成長
法(以下VPE法という)がよく知られている。
また、イクステンディッド アブストラクッオブ ザ
フィフティーンス コンファレンスオン ソリッド ス
テイト デバイシズ アンドマテリアルズ、トウキヨウ
、 1983 、 pp31−34(Extended
Abstracts of the 15t
h Conferenceon 5olid 5ta
te Devices and Materials、
Tokyo。
フィフティーンス コンファレンスオン ソリッド ス
テイト デバイシズ アンドマテリアルズ、トウキヨウ
、 1983 、 pp31−34(Extended
Abstracts of the 15t
h Conferenceon 5olid 5ta
te Devices and Materials、
Tokyo。
1983 、 pp31−34)には、第9図に示すよ
うに、単結晶シリコン基板1上に、MgC1z A
j!−HCjlCOz llz Nz系のVPE法
により争結晶マグネシアスピネル膜2を形成したのち、
酸素雰囲気中において1100℃の温度でアニールし、
シリコン基板1のマグネシアスピネル膜2との界面を酸
化してシリコン酸化膜3を形成し、その後マグネシアス
ピネル膜2上に単結晶シリコンM4をエピタキシャル成
長させ、マグネシアスピネル膜2とシリコン酸化膜3と
の2重ゲート絶縁膜により、シリコン基板1と上層のシ
リコン膜4との間の誘電分離特性の向上を図り、このよ
うな2重ゲート絶縁膜を有するSOt基板を用いて作製
した集積回路のゲート絶縁特性の向上を図ることが報告
されている。
うに、単結晶シリコン基板1上に、MgC1z A
j!−HCjlCOz llz Nz系のVPE法
により争結晶マグネシアスピネル膜2を形成したのち、
酸素雰囲気中において1100℃の温度でアニールし、
シリコン基板1のマグネシアスピネル膜2との界面を酸
化してシリコン酸化膜3を形成し、その後マグネシアス
ピネル膜2上に単結晶シリコンM4をエピタキシャル成
長させ、マグネシアスピネル膜2とシリコン酸化膜3と
の2重ゲート絶縁膜により、シリコン基板1と上層のシ
リコン膜4との間の誘電分離特性の向上を図り、このよ
うな2重ゲート絶縁膜を有するSOt基板を用いて作製
した集積回路のゲート絶縁特性の向上を図ることが報告
されている。
ところで、前記したように、VPE法によりシリコン基
板l上にマグネシアスピネル112を形成したのち、酸
素雰囲気中において高温で約2時間アニールを行ったと
きのマグネシアスピネル膜2の結晶性の変化をX線回折
法により調べたところ、第1O図に示すようになった。
板l上にマグネシアスピネル112を形成したのち、酸
素雰囲気中において高温で約2時間アニールを行ったと
きのマグネシアスピネル膜2の結晶性の変化をX線回折
法により調べたところ、第1O図に示すようになった。
すなわち、第1O図は、アニール前における(400)
マグネシアスピネルのxvA回折強度を基準とした場合
の、各アニール温度でアニールした(400)マグネシ
アスピネルのX線回折強度の比を示しており、この比が
大きいほどマグネシアスピネル膜2の結晶性が増加して
いることになり、第10図から明らかなように、アニー
ル温度が高いほどマグネシアスピネル膜2の結晶性は良
好である。
マグネシアスピネルのxvA回折強度を基準とした場合
の、各アニール温度でアニールした(400)マグネシ
アスピネルのX線回折強度の比を示しており、この比が
大きいほどマグネシアスピネル膜2の結晶性が増加して
いることになり、第10図から明らかなように、アニー
ル温度が高いほどマグネシアスピネル膜2の結晶性は良
好である。
ところが、1200℃の温度でアニールを行った場合、
マグネシアスピネル膜2の結晶性は良(なる反面、第1
1図の電子顕微鏡写真かられかるように、マグネシアス
ピネル膜2の表面が荒れて平坦性が悪くなり、しかも第
12図のマグネシアスピネル膜2の表面結晶構造を示す
反射電子線回折パターンがストリークパターンにならず
、1200℃の温度でアニールしたときのマグネシアス
ピネル膜2の表面状態および表面の結晶構造とも良好で
はないので、このマグネシアスピネル膜2上にエピタキ
シャル成長させたシリコン膜4の膜質の低下を招くとい
う問題点がある。
マグネシアスピネル膜2の結晶性は良(なる反面、第1
1図の電子顕微鏡写真かられかるように、マグネシアス
ピネル膜2の表面が荒れて平坦性が悪くなり、しかも第
12図のマグネシアスピネル膜2の表面結晶構造を示す
反射電子線回折パターンがストリークパターンにならず
、1200℃の温度でアニールしたときのマグネシアス
ピネル膜2の表面状態および表面の結晶構造とも良好で
はないので、このマグネシアスピネル膜2上にエピタキ
シャル成長させたシリコン膜4の膜質の低下を招くとい
う問題点がある。
一方、1100℃以下の温度でアニールを行った場合に
は、前記した1200’Cの場合に比してマグネシアス
ピネル膜2の表面の荒れは減少するが、第10図に示す
ように、アニールによるマグネシアスピネル膜2の結晶
性の増加率は1200℃の場合に比べて著しく小さいの
で、このマグネシアスピネル膜2上にエピタキシャル成
長させたシリコン膜4の膜質は十分満足できるものでは
ない。
は、前記した1200’Cの場合に比してマグネシアス
ピネル膜2の表面の荒れは減少するが、第10図に示す
ように、アニールによるマグネシアスピネル膜2の結晶
性の増加率は1200℃の場合に比べて著しく小さいの
で、このマグネシアスピネル膜2上にエピタキシャル成
長させたシリコン膜4の膜質は十分満足できるものでは
ない。
そして、通常絶縁■りまたは半導体薄膜の形成プロセス
の前段階において、基板表面を鏡面研磨して基板表面を
平滑にすることが行われている。
の前段階において、基板表面を鏡面研磨して基板表面を
平滑にすることが行われている。
しかし、このようにプロセスの途中において、成長膜の
表面を平滑化する手法としては、従来前記したような研
磨以外に有効な方法はないが、研磨法の場合、研摩材に
よる成長膜表面の汚染が生じ、成長膜の硬さ、付着強度
等により機械的歪みまたは膜の剥離が生じるおそれがあ
り、しかも研出を行うごとにプロセスを中断してウェハ
を研磨装置にセントしなければならず、非常に手間がか
かるという問題点がある。
表面を平滑化する手法としては、従来前記したような研
磨以外に有効な方法はないが、研磨法の場合、研摩材に
よる成長膜表面の汚染が生じ、成長膜の硬さ、付着強度
等により機械的歪みまたは膜の剥離が生じるおそれがあ
り、しかも研出を行うごとにプロセスを中断してウェハ
を研磨装置にセントしなければならず、非常に手間がか
かるという問題点がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、物体
の表面の汚染または物体表層の物理的な変形を招くこと
なく、容易に物体表面を平滑化できる表面平滑化方法、
及びこの表面平滑化方法を用いて、単結晶絶縁の結晶性
、表面特性を著しく向上することができ、単結晶シリコ
ン膜の膜質の低下を防ぎ、高品質なSol基板を得るこ
とができるSOI基板の形成方法を提供することを目的
とする。
の表面の汚染または物体表層の物理的な変形を招くこと
なく、容易に物体表面を平滑化できる表面平滑化方法、
及びこの表面平滑化方法を用いて、単結晶絶縁の結晶性
、表面特性を著しく向上することができ、単結晶シリコ
ン膜の膜質の低下を防ぎ、高品質なSol基板を得るこ
とができるSOI基板の形成方法を提供することを目的
とする。
本発明に係る表面平滑化方法は、凹凸を有する物体を回
転させ、該物体の表面に、この表面の法線方向に対し約
85°以上の入射角にてイオンビームを照射して表面を
平滑化することをアニールし、またSOI基板の形成方
法は、単結晶シリコン基板上に単結晶絶縁膜を形成した
後、該単結晶絶縁膜の表面にイオンビームを照射してこ
の表面を平滑化し、平滑化した単結晶絶縁膜に単結晶シ
リコン膜を形成することをアニールする。
転させ、該物体の表面に、この表面の法線方向に対し約
85°以上の入射角にてイオンビームを照射して表面を
平滑化することをアニールし、またSOI基板の形成方
法は、単結晶シリコン基板上に単結晶絶縁膜を形成した
後、該単結晶絶縁膜の表面にイオンビームを照射してこ
の表面を平滑化し、平滑化した単結晶絶縁膜に単結晶シ
リコン膜を形成することをアニールする。
〔作用〕
本発明の表面平滑化方法では、回転する物体の表面に、
該表面の法線方向に対し約85°以上の入射角でイオン
ビームを照射し、物体の表面方向に略平行にイオンビー
ムを入射する。そうすると、表面方向に対して平行な部
分はほとんどエツチングされず、表面方向に対して平行
でない凹、曲部分のみがエツチングされることになり、
物体の表面の凹凸がイオンビームによるエツチングによ
り除去され、物体表面が平滑化され、従来の研磨法のよ
うに、物体の表面の汚染または物体表層の物理的な変形
を招くこともなく、容易に物体表面の平滑化が行われる
。
該表面の法線方向に対し約85°以上の入射角でイオン
ビームを照射し、物体の表面方向に略平行にイオンビー
ムを入射する。そうすると、表面方向に対して平行な部
分はほとんどエツチングされず、表面方向に対して平行
でない凹、曲部分のみがエツチングされることになり、
物体の表面の凹凸がイオンビームによるエツチングによ
り除去され、物体表面が平滑化され、従来の研磨法のよ
うに、物体の表面の汚染または物体表層の物理的な変形
を招くこともなく、容易に物体表面の平滑化が行われる
。
また本発明のsor基板の形成方法では、単結晶シリコ
ン基板上に単結晶′4fA8!膜を形成した後、この単
結晶絶縁膜にイオンビームを照射する。そうすると、単
結晶絶縁膜の表面がイオンビームエツチングにより平滑
化されて単結晶絶縁膜の表面特性が向上し、単結晶絶縁
膜上に形成される単結晶シリコン膜の膜質の低下が防止
され、高品質なSOI基板を得ることが可能になり、こ
のような5OIi板を用いて集積回路を作製した場合に
、素子特性の向上を図れることになる。
ン基板上に単結晶′4fA8!膜を形成した後、この単
結晶絶縁膜にイオンビームを照射する。そうすると、単
結晶絶縁膜の表面がイオンビームエツチングにより平滑
化されて単結晶絶縁膜の表面特性が向上し、単結晶絶縁
膜上に形成される単結晶シリコン膜の膜質の低下が防止
され、高品質なSOI基板を得ることが可能になり、こ
のような5OIi板を用いて集積回路を作製した場合に
、素子特性の向上を図れることになる。
以下、本発明をその実施例に基づき具体的に説明する。
第1図は本発明方法の実施状態を示す模式図であり、図
中1は面方位(100)の単結晶シリコン基板を示す。
中1は面方位(100)の単結晶シリコン基板を示す。
単結晶シリコン基板1上にはCVD法により形成された
単結晶スピネル膜20が積層されている。第2図は単結
晶スピネル膜20の表面状態の電子顕微鏡写真であり、
単結晶スピネル膜20の表面には微小な凹凸が存在する
。
単結晶スピネル膜20が積層されている。第2図は単結
晶スピネル膜20の表面状態の電子顕微鏡写真であり、
単結晶スピネル膜20の表面には微小な凹凸が存在する
。
このような微小な凹凸を除去する手法として、通常半轟
体膜等のエツチング用のイオンビームミリング装置を用
いたイオンビームによる微細加工技術が考えられる。
体膜等のエツチング用のイオンビームミリング装置を用
いたイオンビームによる微細加工技術が考えられる。
ところで、このイオンビームミリング装置により、各種
の物質をエツチングした場合の物質表面の法線方向に対
するイオンビームの入射角度とエツチングレートとの関
係は、米国コモンウェルズ社公表のカタログデータによ
ると、第3図に示すようになり、イオンビームの入射角
が0°〜80”の範囲において、はとんどの物質がエツ
チングされ、入射角が80°以上になると、はとんどの
物質のエツチングレートは急激に減少してあまりエツチ
ングされないことがわかる。
の物質をエツチングした場合の物質表面の法線方向に対
するイオンビームの入射角度とエツチングレートとの関
係は、米国コモンウェルズ社公表のカタログデータによ
ると、第3図に示すようになり、イオンビームの入射角
が0°〜80”の範囲において、はとんどの物質がエツ
チングされ、入射角が80°以上になると、はとんどの
物質のエツチングレートは急激に減少してあまりエツチ
ングされないことがわかる。
従って本発明方法では具体的には、スピネル膜20が形
成された基板1を水平面内において回転させつつ、スピ
ネル膜20の表面の法線方向に対し入射角θが80°以
上になるように、アルゴン(Ar)イオンビーム1Bを
照射することにより、スピネル膜20の表面の微小な凹
凸をエツチングにより除去し、従来の研磨法のように、
スピネル膜20の表面の汚染またはスピネル膜20の剥
離を招くことなく、スピネル膜20の表面を平滑化しよ
うとするものである。
成された基板1を水平面内において回転させつつ、スピ
ネル膜20の表面の法線方向に対し入射角θが80°以
上になるように、アルゴン(Ar)イオンビーム1Bを
照射することにより、スピネル膜20の表面の微小な凹
凸をエツチングにより除去し、従来の研磨法のように、
スピネル膜20の表面の汚染またはスピネル膜20の剥
離を招くことなく、スピネル膜20の表面を平滑化しよ
うとするものである。
アルゴンイオンビーム照射の具体的方法は、以下の如く
である。つまり、アルゴンガスをイオン化してAr”を
得、このAr”を引き出し電極から導出させ、中和器(
フィラメント)にて中和させた後、Ar原子をスピネル
膜20へ照射する。
である。つまり、アルゴンガスをイオン化してAr”を
得、このAr”を引き出し電極から導出させ、中和器(
フィラメント)にて中和させた後、Ar原子をスピネル
膜20へ照射する。
ところで、アルゴンイオンビームIBのエネルギを50
0 eV、電流密度を1.4mA/aaとし、入射角θ
をそれぞれ60°、85°、 87.5°としたときの
スピネル膜20の表面状態の電子顕微鏡写真を撮影した
結果、θ=60°、85°、 87.5°に対してそれ
ぞれ第4図(a)、 (b)、 (c)に示すようにな
り、入射角θがGO。
0 eV、電流密度を1.4mA/aaとし、入射角θ
をそれぞれ60°、85°、 87.5°としたときの
スピネル膜20の表面状態の電子顕微鏡写真を撮影した
結果、θ=60°、85°、 87.5°に対してそれ
ぞれ第4図(a)、 (b)、 (c)に示すようにな
り、入射角θがGO。
の場合、同図(a)かられかるように、スピネル膜20
の表面にはまだ凹凸の存在が認められ、θ=85゜では
、同図(b)かられかるように、スピネル膜20の表面
の凹凸がほとんどなくなってかなり平滑になり、θ=8
7.5°では、同図(C1かられかるように、さらに平
滑になっており、θが約85°以上のときに平滑な表面
のスピネル膜20を得ることができ、このスピネル膜2
0上に単結晶シリコン膜を形成しても、当該単結晶シリ
コン膜の膜質の劣化を招くことがない。
の表面にはまだ凹凸の存在が認められ、θ=85゜では
、同図(b)かられかるように、スピネル膜20の表面
の凹凸がほとんどなくなってかなり平滑になり、θ=8
7.5°では、同図(C1かられかるように、さらに平
滑になっており、θが約85°以上のときに平滑な表面
のスピネル膜20を得ることができ、このスピネル膜2
0上に単結晶シリコン膜を形成しても、当該単結晶シリ
コン膜の膜質の劣化を招くことがない。
このとき、入射角θが75°または80°前後の場合、
θ=60°の場合に比べてスピネル膜20の表面は平滑
になるのは当然であるが、前記したように単結晶シリコ
ン膜を積層形成した場合に、実用上差し支えがない程度
の膜質の単結晶シリコン膜を得ることができず、しかも
エツチングレートの点からも薄膜表面の平滑化には適さ
ず、入射角θを約85°以上とすることにより、スピネ
ル膜20の表面の平滑化を効果的に行える。
θ=60°の場合に比べてスピネル膜20の表面は平滑
になるのは当然であるが、前記したように単結晶シリコ
ン膜を積層形成した場合に、実用上差し支えがない程度
の膜質の単結晶シリコン膜を得ることができず、しかも
エツチングレートの点からも薄膜表面の平滑化には適さ
ず、入射角θを約85°以上とすることにより、スピネ
ル膜20の表面の平滑化を効果的に行える。
イオンビームが照射された後のスピネル膜の膜質の評価
を第5図に示す。第5図には対照のために、イオンビー
ム照射前のスピネル膜の膜質の評価も併せて示す。反射
電子線回折(RHEED )パターン写真については、
エツチング後のスピネル膜ではストリーク状のスポット
パターンになっており、非晶質化は起こっておらず表面
が平滑になっていることがわかる。X線回折については
、エツチングにより膜厚が減少して回折強度は落ちてお
り、またロッキングカーブ半値幅は僅かに大きくなって
いる。Mg組成についてエツチング前にMg組成が多い
のは、スピネル膜成長時に軸を多く含む層が表面に存在
するためであり、エツチング前後においてMg、A1組
成比に変化はない、更に電子の結合エネルギ(XPS
)については、エツチング前後においてAn!、 ?t
g、 Oの結合エネルギの変化は見られず非晶質化は起
こっていないことがわかる。
を第5図に示す。第5図には対照のために、イオンビー
ム照射前のスピネル膜の膜質の評価も併せて示す。反射
電子線回折(RHEED )パターン写真については、
エツチング後のスピネル膜ではストリーク状のスポット
パターンになっており、非晶質化は起こっておらず表面
が平滑になっていることがわかる。X線回折については
、エツチングにより膜厚が減少して回折強度は落ちてお
り、またロッキングカーブ半値幅は僅かに大きくなって
いる。Mg組成についてエツチング前にMg組成が多い
のは、スピネル膜成長時に軸を多く含む層が表面に存在
するためであり、エツチング前後においてMg、A1組
成比に変化はない、更に電子の結合エネルギ(XPS
)については、エツチング前後においてAn!、 ?t
g、 Oの結合エネルギの変化は見られず非晶質化は起
こっていないことがわかる。
以上のように本発明方法により平滑化したスピネル膜は
イオンビーム照射によりダメージを受けていない。従っ
て本発明方法ではスピネル膜にダメージを与えることな
く、スピネル膜を平滑化することができる。
イオンビーム照射によりダメージを受けていない。従っ
て本発明方法ではスピネル膜にダメージを与えることな
く、スピネル膜を平滑化することができる。
次に、イオンビームを照射して平滑化処理を行う際の、
基板の回転数と平滑化の程度とについて説明する。第6
図(al〜(e)は下記第1表に示す回転条件にて回転
しながらイオンビームを照射した後のスピネル膜の表面
の電子顕微鏡写真である。
基板の回転数と平滑化の程度とについて説明する。第6
図(al〜(e)は下記第1表に示す回転条件にて回転
しながらイオンビームを照射した後のスピネル膜の表面
の電子顕微鏡写真である。
第 1 表
第6図から総回転数が1回転以上である場合については
、工・7チング後のスピネル膜の表面が平滑になってい
ることがわかる。またイオンエネルギ500eV、電流
密度1.4mA/co1条件下では、回転数を十分大き
くした場合(4rpm ) 、10分間のエツチング処
理にてスピネル膜に十分な平滑性を得ることができた。
、工・7チング後のスピネル膜の表面が平滑になってい
ることがわかる。またイオンエネルギ500eV、電流
密度1.4mA/co1条件下では、回転数を十分大き
くした場合(4rpm ) 、10分間のエツチング処
理にてスピネル膜に十分な平滑性を得ることができた。
このことから平滑化に必要な条件は、エツチング時間は
10分以上であって、この間に基板を1回以上回転させ
ることである。
10分以上であって、この間に基板を1回以上回転させ
ることである。
次に上述したような平滑化方法を用いて5OII板を形
成する具体的方法について説明する。
成する具体的方法について説明する。
まず、第9図に示す直径3インチの円形の(100)単
結晶シリコン基板1を、AN IIc1MgC#zC
Oz Hz系の気相エピタキシャル成長装置の反応室
内に収納し、シリコン基板1を920℃に加熱保持し、
シリコン基板l上に厚さ20OnI11の単結晶マグネ
シアスピネルl!2を成長させる。
結晶シリコン基板1を、AN IIc1MgC#zC
Oz Hz系の気相エピタキシャル成長装置の反応室
内に収納し、シリコン基板1を920℃に加熱保持し、
シリコン基板l上に厚さ20OnI11の単結晶マグネ
シアスピネルl!2を成長させる。
次に、シリコン基板l上に成長させたマグネシアスピネ
ル膜2を、酸素雰囲気中において1200℃の温度で2
時間アニールし、マグネシアスピネル膜2を通してシリ
コン基板1のマグネシアスピネル膜2との界面を酸化し
てシリコン酸化膜3を形成する。
ル膜2を、酸素雰囲気中において1200℃の温度で2
時間アニールし、マグネシアスピネル膜2を通してシリ
コン基板1のマグネシアスピネル膜2との界面を酸化し
てシリコン酸化膜3を形成する。
このとき1200℃の高温でのアニールにより、前記し
た第1O図から明らかなように、マグネシアスピネル膜
2の結晶性は著しく向上するが、その反面、前記したよ
うにマグネシアスピネル膜20表面の荒れまたは表面の
結晶構造の劣化が生じる。
た第1O図から明らかなように、マグネシアスピネル膜
2の結晶性は著しく向上するが、その反面、前記したよ
うにマグネシアスピネル膜20表面の荒れまたは表面の
結晶構造の劣化が生じる。
次に、このようなマグネシアスピネル膜2の表面特性を
改善するために、通常のイオンミリング装置により、マ
グネシアスピネル膜2の表面に、該表面の法線方向に対
して85°以上の入射角にてアルゴン(^r)イオンビ
ームを照射し、マグネシアスピネル膜2の表面を、2n
m/分の速さにて約10分間深さ方向に約20n…イオ
ンビームエツチングして平滑化する。
改善するために、通常のイオンミリング装置により、マ
グネシアスピネル膜2の表面に、該表面の法線方向に対
して85°以上の入射角にてアルゴン(^r)イオンビ
ームを照射し、マグネシアスピネル膜2の表面を、2n
m/分の速さにて約10分間深さ方向に約20n…イオ
ンビームエツチングして平滑化する。
このとき、イオンビームエツチングを行ったマグネシア
スピネル膜2の表面状態は、第7図の電子顕微鏡写真に
示すようになり、エツチングを行わない従来の場合を示
す第11図の電子顕微鏡写真と比べて明らかなように、
イオンビームエツチングにより、マグネシアスピネル膜
2の表面の荒れが除去されて平坦になり、しかもイオン
ビームエツチングを行ったマグネシアスピネル膜2の表
面の結晶構造を示す反射電子線回折パターンは、第8図
のように単結晶を示すストリークパターンになり、イオ
ンビームエツチングにより、マグネシアスピネル膜2の
表面特性が著しく改善されることになる。
スピネル膜2の表面状態は、第7図の電子顕微鏡写真に
示すようになり、エツチングを行わない従来の場合を示
す第11図の電子顕微鏡写真と比べて明らかなように、
イオンビームエツチングにより、マグネシアスピネル膜
2の表面の荒れが除去されて平坦になり、しかもイオン
ビームエツチングを行ったマグネシアスピネル膜2の表
面の結晶構造を示す反射電子線回折パターンは、第8図
のように単結晶を示すストリークパターンになり、イオ
ンビームエツチングにより、マグネシアスピネル膜2の
表面特性が著しく改善されることになる。
そして、平坦化したマグネシアスピネル膜2上に、モノ
シラン(Sil14)の熱分解法により、950℃の成
長温度で単結晶シリコン膜4を膜厚2μmだけエピタキ
シャル成長させ、sol、1板を形成する。
シラン(Sil14)の熱分解法により、950℃の成
長温度で単結晶シリコン膜4を膜厚2μmだけエピタキ
シャル成長させ、sol、1板を形成する。
ところで、このように酸素雰囲気中、1200℃で2時
間アニールしたのち、イオンビームエツチングしたマグ
ネシアスピネル膜2上に成長させたシリコン膜4の結晶
性を、5i(422) X&i回折のロッキングカーブ
半値幅の測定により評価した結果、半値幅は0.10”
となり、比較のために、前記と同じアニール条件でア
ニールし、イオンビームエツチングを行わない単結晶マ
グネシアスピネル膜上に成長させた単結晶シリコン膜(
以下Aのシリコン膜という)と、アニール温度を110
0℃とし、イオンビーム:〔ソチングを行わない単結晶
マグネシアスピネル膜上に成長させた単結晶シリコン膜
(以下Bのシリコン膜という)とについて、S i (
422)X線回折のロッキングカーブ半値幅を測定した
ところ、A、Bのシリコン成人々の半値幅は0,35゜
0.20°となり、前記実施例の場合の半値幅o、io
’よりもかなり大きくなる。
間アニールしたのち、イオンビームエツチングしたマグ
ネシアスピネル膜2上に成長させたシリコン膜4の結晶
性を、5i(422) X&i回折のロッキングカーブ
半値幅の測定により評価した結果、半値幅は0.10”
となり、比較のために、前記と同じアニール条件でア
ニールし、イオンビームエツチングを行わない単結晶マ
グネシアスピネル膜上に成長させた単結晶シリコン膜(
以下Aのシリコン膜という)と、アニール温度を110
0℃とし、イオンビーム:〔ソチングを行わない単結晶
マグネシアスピネル膜上に成長させた単結晶シリコン膜
(以下Bのシリコン膜という)とについて、S i (
422)X線回折のロッキングカーブ半値幅を測定した
ところ、A、Bのシリコン成人々の半値幅は0,35゜
0.20°となり、前記実施例の場合の半値幅o、io
’よりもかなり大きくなる。
これは、Aのシリコン膜の場合、1200℃の高温での
アニールにより、表面が荒れたままのマグネシアスピネ
ル膜上に、単結晶シリコン膜を成長させたことにより、
単結晶シリコン膜の膜質の低下を招いたためであり、B
のシリコン膜の場合、1100℃のアニールにより、表
面の荒れは少なくても結晶性の増加が不十分であるマグ
ネシアスピネル膜上に、単結晶シリコン膜を成長させた
ことにより、単結晶シリコン膜として十分な膜質のもの
が得られないためである。
アニールにより、表面が荒れたままのマグネシアスピネ
ル膜上に、単結晶シリコン膜を成長させたことにより、
単結晶シリコン膜の膜質の低下を招いたためであり、B
のシリコン膜の場合、1100℃のアニールにより、表
面の荒れは少なくても結晶性の増加が不十分であるマグ
ネシアスピネル膜上に、単結晶シリコン膜を成長させた
ことにより、単結晶シリコン膜として十分な膜質のもの
が得られないためである。
下記第2表は本発明の5OIi仮形成方法により形成さ
れたSOI基板(単結晶シリコン膜)上に作成されたn
−MOS PUT (FET(a))の特性を示す表で
あり、第2表には参照用として同じアニール条件でアニ
ールし、イオンビームエツチングを行わないマグネシア
スピネル膜上に積層された単結晶シリコン膜上に作成さ
れたn−MOS PET (FtiT(b))の特性も
併せて示す。
れたSOI基板(単結晶シリコン膜)上に作成されたn
−MOS PUT (FET(a))の特性を示す表で
あり、第2表には参照用として同じアニール条件でアニ
ールし、イオンビームエツチングを行わないマグネシア
スピネル膜上に積層された単結晶シリコン膜上に作成さ
れたn−MOS PET (FtiT(b))の特性も
併せて示す。
(以 下 余 白)
第2表
されたSOI基板上に形成されたn−MOS PET
(FET(a))はその特性が優れており、これはマグ
ネシアスピネル膜の平滑化処理に伴う単結晶シリコン膜
の結晶性の向上に起因している。
(FET(a))はその特性が優れており、これはマグ
ネシアスピネル膜の平滑化処理に伴う単結晶シリコン膜
の結晶性の向上に起因している。
なお本実施例では酸素雰囲気中にてアニールすることと
したが、他の酸化性雰囲気、例えば水蒸気を含む窒素雰
囲気中にてアニールすることとしてもよい。
したが、他の酸化性雰囲気、例えば水蒸気を含む窒素雰
囲気中にてアニールすることとしてもよい。
また本実施例ではスピネル膜等の絶縁膜にイオンビーム
を照射してその表面を平滑化する例について説明したが
、これに限るものではないことは勿論である。
を照射してその表面を平滑化する例について説明したが
、これに限るものではないことは勿論である。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の表面平滑化方法によると、′従
来の研磨法のように、物体の表面の汚染または物体表層
の剥離などの物理的な変形を招くこともなく、容易に物
体表面を平滑化することができ、5otl板または半導
体立体回転素子の作製において極めて有効である。
来の研磨法のように、物体の表面の汚染または物体表層
の剥離などの物理的な変形を招くこともなく、容易に物
体表面を平滑化することができ、5otl板または半導
体立体回転素子の作製において極めて有効である。
また本発明のSOI基板の形成方法では、単結晶シリコ
ン基板上に単結晶絶縁膜を形成し、単結晶絶縁膜の表面
をイオンビームエツチングにより平滑化し、平滑化した
単結晶絶縁膜上に単結晶シリコン膜を形成させるので、
単結晶絶縁膜の結晶性、表面特性を著しく向上すること
ができ、従来のような単結晶シリコン膜の膜質の低下を
防止でき、高品質なSOI基板を得ることが可能となる
。また結晶性を高めるべく、単結晶絶縁膜をアニールす
る場合にはその表面が荒れるが、本発明ではアニール処
理後、イオンビームエツチングを行うので、その表面荒
れを除去することができ、単結晶シリコン膜の膜質を向
上させることができる。従って、本発明方法にて形成さ
れるSOt基板を用いて集積回路を作製した場合には、
素子特性の向上を図ることができる等、本発明は優れた
効果を奏する。
ン基板上に単結晶絶縁膜を形成し、単結晶絶縁膜の表面
をイオンビームエツチングにより平滑化し、平滑化した
単結晶絶縁膜上に単結晶シリコン膜を形成させるので、
単結晶絶縁膜の結晶性、表面特性を著しく向上すること
ができ、従来のような単結晶シリコン膜の膜質の低下を
防止でき、高品質なSOI基板を得ることが可能となる
。また結晶性を高めるべく、単結晶絶縁膜をアニールす
る場合にはその表面が荒れるが、本発明ではアニール処
理後、イオンビームエツチングを行うので、その表面荒
れを除去することができ、単結晶シリコン膜の膜質を向
上させることができる。従って、本発明方法にて形成さ
れるSOt基板を用いて集積回路を作製した場合には、
素子特性の向上を図ることができる等、本発明は優れた
効果を奏する。
第1図は本発明の表面平滑化方法の実施状態を示す模式
図、第2図はイオンビームを照射していない単結晶スピ
ネル膜の表面状態の電子顕微鏡写真、第3図はイオンビ
ームの入射角と各種物質のエツチングレートとの関係を
示すグラフ、第4図し)〜(C)は夫々イオンビームの
入射角を60°、85゜87.5°としたときの単結晶
スピネル膜の表面状態の電子顕微鏡写真、第5図は単結
晶スピネル膜の特性を示す表、第6図は回転数を変動さ
せた場合の単結晶スピネル膜の表面状態の電子顕微鏡写
真、第7図は本発明のSol基板の形成方法における単
結晶マグネシアスピネル膜の表面状態の電子顕微鏡写真
、第8図は本発明のSOI基板の形成方法における単結
晶マグネシアスピネル膜の表面の結晶構造を示す反射電
子線回折パターン写真、第9図はSOt基板の断面図、
第1O図は単結晶シリコン基板上にvPE法により形成
した単結晶マグネシアスピネル膜のアニール温度とX!
!i1回折強度との関係を示すグラフ、第11図は従来
方法における単結晶マグネシアスピネル膜の表面状態の
電子顕微鏡写真、第12図は同じく反射電子線回折パタ
ーン写真である。 ■・・・単結晶シリコン基板 2・・・単結晶マグネシ
アスピネル膜 4・・・単結晶シリコン膜 20・・・
単結晶スピネル膜IB・・・アルゴンイオンビーム特許
出願人 工業技術院長 飯 塚 幸 三V、 ン k −・−〜 〜遣 ジノ<tY壕 +1、 今一 綱 iJIハ 肩 入射 角 C) 第 図 第 図 アニール温度(1)− 弔 図 第 8 圏 第 12 凹 手続補正書(方式) %式% 1、 事件の表示 昭和63年特許願第91703号 2、発明の名称 表面平滑化方法及びこの表面平滑化方法を用いる801
基板の形成方法 3、 補正をする者 住所同上 氏 名 工業技術院 次世代産業技術企画官型電話 0
3(SOI) 1511内線4601〜56、補正の内
容 明細書第22頁第4行〜第23頁第4行に「第2図は・
・・(中略)・・・パターン写真である。」とあるのを
以下の文章に訂正する。 「第2図はイオンビームを照射していない単結晶スピネ
ル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡写真、第3図はイ
オンビームの入射角と各種物質のエツチングレートとの
関係を示すグラフ、第4図(a)〜(c)は夫々イオン
ビームの入射角を60゜85°、 87.5°としたと
きの単結晶スピネル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡
写真、第5図は単結晶スピネル膜の結晶の構造の写真と
共に示す特性図、第6図は回転数を変動させた場合の単
結晶スピネル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡写真、
第7図は本発明のSOI基板の形成方法における単結晶
マグネシアスピネル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡
写真、第8図は本発明のSOI基板の形成方法における
単結晶マグネシアスピネル膜の表面の結晶の構造の反射
電子線回折による写真、第9図はSol基板の断面図、
第10図は単結晶シリコン基板上にVPE法により形成
した単結晶マグネシアスピネル膜のアニール温度とX線
回折強度との関係を示すグラフ、第11図は従来方法に
おける単結晶マグネシアスピネル膜の表面の結晶の構造
の電子顕微鏡写真、第12図は同じく反射電子線回折に
よる同結晶の構造の写真である。」 7、添付書類の目録
図、第2図はイオンビームを照射していない単結晶スピ
ネル膜の表面状態の電子顕微鏡写真、第3図はイオンビ
ームの入射角と各種物質のエツチングレートとの関係を
示すグラフ、第4図し)〜(C)は夫々イオンビームの
入射角を60°、85゜87.5°としたときの単結晶
スピネル膜の表面状態の電子顕微鏡写真、第5図は単結
晶スピネル膜の特性を示す表、第6図は回転数を変動さ
せた場合の単結晶スピネル膜の表面状態の電子顕微鏡写
真、第7図は本発明のSol基板の形成方法における単
結晶マグネシアスピネル膜の表面状態の電子顕微鏡写真
、第8図は本発明のSOI基板の形成方法における単結
晶マグネシアスピネル膜の表面の結晶構造を示す反射電
子線回折パターン写真、第9図はSOt基板の断面図、
第1O図は単結晶シリコン基板上にvPE法により形成
した単結晶マグネシアスピネル膜のアニール温度とX!
!i1回折強度との関係を示すグラフ、第11図は従来
方法における単結晶マグネシアスピネル膜の表面状態の
電子顕微鏡写真、第12図は同じく反射電子線回折パタ
ーン写真である。 ■・・・単結晶シリコン基板 2・・・単結晶マグネシ
アスピネル膜 4・・・単結晶シリコン膜 20・・・
単結晶スピネル膜IB・・・アルゴンイオンビーム特許
出願人 工業技術院長 飯 塚 幸 三V、 ン k −・−〜 〜遣 ジノ<tY壕 +1、 今一 綱 iJIハ 肩 入射 角 C) 第 図 第 図 アニール温度(1)− 弔 図 第 8 圏 第 12 凹 手続補正書(方式) %式% 1、 事件の表示 昭和63年特許願第91703号 2、発明の名称 表面平滑化方法及びこの表面平滑化方法を用いる801
基板の形成方法 3、 補正をする者 住所同上 氏 名 工業技術院 次世代産業技術企画官型電話 0
3(SOI) 1511内線4601〜56、補正の内
容 明細書第22頁第4行〜第23頁第4行に「第2図は・
・・(中略)・・・パターン写真である。」とあるのを
以下の文章に訂正する。 「第2図はイオンビームを照射していない単結晶スピネ
ル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡写真、第3図はイ
オンビームの入射角と各種物質のエツチングレートとの
関係を示すグラフ、第4図(a)〜(c)は夫々イオン
ビームの入射角を60゜85°、 87.5°としたと
きの単結晶スピネル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡
写真、第5図は単結晶スピネル膜の結晶の構造の写真と
共に示す特性図、第6図は回転数を変動させた場合の単
結晶スピネル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡写真、
第7図は本発明のSOI基板の形成方法における単結晶
マグネシアスピネル膜の表面の結晶の構造の電子顕微鏡
写真、第8図は本発明のSOI基板の形成方法における
単結晶マグネシアスピネル膜の表面の結晶の構造の反射
電子線回折による写真、第9図はSol基板の断面図、
第10図は単結晶シリコン基板上にVPE法により形成
した単結晶マグネシアスピネル膜のアニール温度とX線
回折強度との関係を示すグラフ、第11図は従来方法に
おける単結晶マグネシアスピネル膜の表面の結晶の構造
の電子顕微鏡写真、第12図は同じく反射電子線回折に
よる同結晶の構造の写真である。」 7、添付書類の目録
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、凹凸を有する物体の表面を平滑にする表面平滑化方
法において、 前記物体を回転させ、前記物体の表面に、 この表面の法線方向に対し約85゜以上の入射角にてイ
オンビームを照射することを特徴とする表面平滑化方法
。 2、単結晶シリコン基板上に単結晶絶縁膜、単結晶シリ
コン膜をこの順に積層してなるSOI基板を形成する方
法において、 前記単結晶シリコン基板上に前記単結晶絶 縁膜を形成した後、前記単結晶絶縁膜の表面にイオンビ
ームを照射して該表面を平滑化し、表面が平滑化された
単結晶絶縁膜上に前記単結晶シリコン膜を形成すること
を特徴とするSOI基板の形成方法。 3、前記単結晶絶縁膜を形成する工程と、前記イオンビ
ームを照射する工程との間に、前記単結晶絶縁膜をアニ
ールする請求項2記載のSOI基板の形成方法。 4、前記単結晶絶縁膜を酸化性雰囲気中にてアニールす
る請求項3記載のSOI基板の形成方法。 5、前記単結晶絶縁膜を約1200℃よりも高い温度に
てアニールする請求項3記載のSOI基板の形成方法。 6、前記イオンビームを、前記表面の法線方向に対し約
85゜以上の入射角にて照射する請求項2記載のSOI
基板の形成方法。 7、前記イオンビームを照射する際に、前記単結晶絶縁
膜が形成された前記単結晶シリコン基板を少なくとも一
回転させる請求項2記載のSOI基板の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63091703A JPH0666305B2 (ja) | 1987-06-12 | 1988-04-15 | Soi基板の形成方法 |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62-145244 | 1987-06-12 | ||
JP14524487 | 1987-06-12 | ||
JP62-295379 | 1987-11-25 | ||
JP29537987 | 1987-11-25 | ||
JP63091703A JPH0666305B2 (ja) | 1987-06-12 | 1988-04-15 | Soi基板の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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KR100557583B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2006-03-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 평탄화 방법 |
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-
1988
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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