JPH0243771A - Manufacture of insulated gate type semiconductor element - Google Patents

Manufacture of insulated gate type semiconductor element

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JPH0243771A
JPH0243771A JP19492988A JP19492988A JPH0243771A JP H0243771 A JPH0243771 A JP H0243771A JP 19492988 A JP19492988 A JP 19492988A JP 19492988 A JP19492988 A JP 19492988A JP H0243771 A JPH0243771 A JP H0243771A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
silicon layer
film
region
thickness
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Application number
JP19492988A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Fujino
藤野 誠二
Nobuyoshi Sakakibara
伸義 榊原
Hidetoshi Muramoto
英俊 村本
Tadashi Hattori
正 服部
Koji Muto
浩司 武藤
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Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:Not only to alleviate the ruggedness of a polycrystalline silicon surface, which is made to serve as an active region, so as to eliminate a gate failure due to a short circuit but also to improve a semiconductor element in electrical properties such as a carrier mobility and the like by a method wherein a polycrystalline silicon film is formed in film as thick as a specified value or more, which is covered with a cap layer and subjected to a heat treatment at a high temperature and whose surface is flattened. CONSTITUTION:In the manufacture of an insulated gate type semiconductor element provided with a polycrystalline silicon layer 3, serving as an active region deposited on an insulating layer 2, deposited on an insulating layer 2, the polycrystalline silicon layer 3 is formed in film as thick as more than 0.5mum. Then, after the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is flattened, the vicinity of the flattened surface of the silicon layer 3, which is thicker than 0.5mum, is made to serve as a channel region 3b-2, and a gate electrode 5 is formed on the region 3b-2 through the intermediary of a gate insulating film 4 and concurrently a drain region 3b-1 and a source region 3b-2 are formed inside the polycrystalline silicon layer 3 so as to be connected to the channel region 3b-2.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶縁体上に電気的に分離独立して形成される多
結晶シリコンを用いた、いわゆる5ol(Silico
n On In5ulator)構造を有する絶縁ゲー
ト型半導体素子の製造方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention is directed to so-called 5ol (Silicon
The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate type semiconductor device having an nOn Insulator structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体装置の機能向上の観点からワンチップでの複合多
機能化が検討されている。その手段として多結晶シリコ
ンをデバイスの活性領域として用いたSOI構造は従来
プロセスの適用が容易であることから有望視されている
。ところでこの多結晶シリコンは通常CV Dや蒸着等
により薄膜状態で形成されるのでその表面の凹凸緩和は
単結晶のバルクシリコンのように機械的な研磨が困難と
なる。
From the perspective of improving the functionality of semiconductor devices, multiple functions on a single chip are being considered. As a means for achieving this, an SOI structure using polycrystalline silicon as an active region of a device is considered to be promising because it is easy to apply conventional processes. However, since this polycrystalline silicon is usually formed in a thin film state by CVD, vapor deposition, etc., it is difficult to reduce the unevenness of its surface by mechanical polishing as with single-crystal bulk silicon.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

このため多結晶シリコンをそのまま例えばMO5構造の
活性領域に適用する場合、ゲート酸化膜のアスペリティ
の劣化を誘発してゲート短絡不良を引き起こす。また、
素子破壊にはいたらないまでも酸化膜と多結晶シリコン
表面の凹凸に起因するキャリヤの散乱により素子特性の
低下をまねくおそれがある。
For this reason, if polycrystalline silicon is applied as it is to the active region of, for example, an MO5 structure, the asperity of the gate oxide film will be degraded, causing a gate short circuit failure. Also,
Although this does not result in device destruction, there is a risk that device characteristics may deteriorate due to scattering of carriers due to unevenness on the surface of the oxide film and polycrystalline silicon.

本発明の目的は、絶縁体上に堆積された多結晶シリコン
層を活性領域として用いる絶縁ゲート型半導体素子の製
造方法において、多結晶シリコン表面の凹凸を緩和して
ゲート短絡不良の解消ならびにキャリヤ移動度等の電気
特性を向上することにある。
An object of the present invention is to alleviate gate short circuit defects and carrier movement by alleviating irregularities on the surface of polycrystalline silicon in a method for manufacturing an insulated gate type semiconductor device using a polycrystalline silicon layer deposited on an insulator as an active region. The objective is to improve electrical characteristics such as power.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するために、本発明の絶縁ゲート型半
導体素子の製造方法は、 絶縁体上に堆積された多結晶シリコン層を活性領域に用
いる絶縁ゲート型半導体素子の製造方法であって、 前記多結晶シリコン層を0.5μmより厚い膜厚にて成
膜する工程と、 前記多結晶シリコン層の表面を覆うようにキャンプ層を
形成し、その後不活性雰囲気において高温熱処理する工
程と、 前記多結晶シリコン層の表面を平坦化する工程と、 その膜厚が0.5μmより厚く、表面が平坦化された前
記多結晶シリコン層の該表面近傍をチャネル領域として
、該チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を形成すると共に、前記多結晶シリコン層内に該チャネ
ル領域につながるドレイン領域およびソース領域を形成
する工程と、を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the method of manufacturing an insulated gate semiconductor device of the present invention is a method of manufacturing an insulated gate semiconductor device using a polycrystalline silicon layer deposited on an insulator as an active region, comprising: a step of forming the polycrystalline silicon layer with a thickness of more than 0.5 μm; a step of forming a camp layer to cover the surface of the polycrystalline silicon layer, and then performing a high-temperature heat treatment in an inert atmosphere; A step of planarizing the surface of the polycrystalline silicon layer, the film thickness of which is thicker than 0.5 μm, the vicinity of the surface of the polycrystalline silicon layer with the planarized surface is used as a channel region, and gate insulation is formed on the channel region. The method is characterized by comprising a step of forming a gate electrode through a film, and forming a drain region and a source region connected to the channel region in the polycrystalline silicon layer.

〔作用・効果〕[Action/Effect]

そこで本発明によると、堆積される多結晶シリコン層の
膜厚が0.5μmより厚いのでエネルギー的に安定なく
110>結晶軸が膜表面に対して垂直に高度に配向され
る。又、不活性雰囲気中において高温熱処理を行なって
いるので多結晶シリコン層の結晶粒子を大粒径化させる
ことができる。
Therefore, according to the present invention, since the thickness of the polycrystalline silicon layer to be deposited is thicker than 0.5 μm, it is not energetically stable and the 110> crystal axis is highly oriented perpendicular to the film surface. Furthermore, since the high-temperature heat treatment is performed in an inert atmosphere, the crystal grains of the polycrystalline silicon layer can be increased in size.

そのため、この多結晶シリコン層を用いて半導体素子を
形成すると、素子自体の電気的特性が向上する。
Therefore, when a semiconductor element is formed using this polycrystalline silicon layer, the electrical characteristics of the element itself are improved.

そして、多結晶シリコン層の表面を平坦化することによ
り、キャリヤ移動度等の電気的特性がさらに向上し、又
、その上に形成されるゲート絶縁膜は良質の膜となるの
でゲート絶縁破壊耐圧が向上する。
By flattening the surface of the polycrystalline silicon layer, electrical properties such as carrier mobility are further improved, and the gate insulating film formed on top of it is of high quality, resulting in gate dielectric breakdown voltage. will improve.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に示す実施例に用いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained using embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明をN形チャネルのMO3I−ランジスタ
に適用した第1実施例を示し、第2図は多結晶シリコン
層の形成過程を示す。第1図において、■は単結晶シリ
コンによる基板であり、2は絶縁性を有する酸化膜5i
ntである。3は酸化膜2上に成膜された多結晶シリコ
ン層である。この多結晶シリコン層3は、図示されるよ
うにその堆積過程に応じた2つの層3a、3bから成る
FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to an N-channel MO3I transistor, and FIG. 2 shows the process of forming a polycrystalline silicon layer. In FIG. 1, ■ is a substrate made of single crystal silicon, and 2 is an oxide film 5i having an insulating property.
nt. 3 is a polycrystalline silicon layer formed on the oxide film 2. As shown in the figure, this polycrystalline silicon layer 3 is composed of two layers 3a and 3b depending on the deposition process.

3aは堆積初期における微細でかつランダム配向の多結
晶シリコン層であり、一方3bは、膜厚として0.5μ
m以上の堆積が生じた場合に形成される、膜表面にほぼ
垂直に<110>軸配向された柱状構造を有する多結晶
シリコン層である。多結晶シリコン13b内の、3b−
1及び3b−3はそれぞれドレイン、ソースとなるN″
領域あり、3b−2はP−形チャネル領域である。更に
、第1図中、4はゲート絶縁膜、5はゲート、6は層間
絶縁膜、7はゲート電極、8はソース電極、9はドレイ
ン電極である。
3a is a fine and randomly oriented polycrystalline silicon layer at the initial stage of deposition, while 3b has a film thickness of 0.5 μm.
This is a polycrystalline silicon layer having a columnar structure with a <110> axis oriented substantially perpendicular to the film surface, which is formed when a deposition amount of m or more is generated. 3b- in polycrystalline silicon 13b
1 and 3b-3 are N″ which become the drain and source, respectively.
3b-2 is a P-type channel region. Furthermore, in FIG. 1, 4 is a gate insulating film, 5 is a gate, 6 is an interlayer insulating film, 7 is a gate electrode, 8 is a source electrode, and 9 is a drain electrode.

上記チャネル領域3b−2は、トランジスタがオン動作
を行ったときに、反転層が形成されることによりソース
領域3b−3とドレイン領域3b−1とを接続し、キャ
リアを通過させる径路となる部分で、活性領域である。
The channel region 3b-2 is a portion that connects the source region 3b-3 and the drain region 3b-1 by forming an inversion layer and becomes a path for carriers to pass through when the transistor is turned on. This is the active region.

従って、この活性領域(チャネル領域3b−2)におい
ては、結晶性が良いこと、すなわち結晶粒界が少なく、
さらに1つの結晶の中での内部欠陥が少ないことが要求
される。
Therefore, this active region (channel region 3b-2) has good crystallinity, that is, there are few grain boundaries,
Furthermore, it is required that there be fewer internal defects within one crystal.

第2図によって多結晶シリコン層3の形成過程を詳述す
る。まず、単結晶シリコン基板1上に熱酸化法により酸
化膜2を形成しく第2図(a))、その酸化膜2上に減
圧CVD法により610″Cの温度で厚さ1.5μmに
成膜した多結晶シリコン層3を形成する(第2図(b)
)。このとき、多結晶シリコン層3の堆積が開始される
初期状態においては、微細な結晶の核がランダムな配向
状態で形成される。この場合において、多結晶シリコン
層3の膜厚は0.5μmより小さい。堆積を継続すると
、ランダムな配向の結晶のうち膜表面に垂直にエネルギ
ー的に安定なく110>軸配向された結晶が優先的に成
長する。このため、それ以外の軸配向の結晶粒子はその
成長を妨げられる。更に堆積が継続され、多結晶シリコ
ン層3の膜厚が所定の厚み(0,5μm)以上になると
、多結晶シリコン層3の膜表面の近傍部分は<110>
軸配向された結晶のみとなる。この場合において、膜表
面近傍の各結晶はほとんど膜表面に垂直に成長するため
、縦断面で見ると、各結晶は柱状になるよう形成される
。又、多結晶シリコン層3の表面3cはその膜厚増加と
共に凹凸が大きくなる。
The process of forming polycrystalline silicon layer 3 will be explained in detail with reference to FIG. First, an oxide film 2 is formed on a single crystal silicon substrate 1 by a thermal oxidation method (FIG. 2(a)), and then a 1.5 μm thick film is formed on the oxide film 2 by a low pressure CVD method at a temperature of 610"C. A polycrystalline silicon layer 3 is formed (FIG. 2(b)).
). At this time, in the initial state when the deposition of the polycrystalline silicon layer 3 is started, fine crystal nuclei are formed in a randomly oriented state. In this case, the thickness of polycrystalline silicon layer 3 is less than 0.5 μm. As the deposition continues, among the randomly oriented crystals, crystals oriented along the 110> axis without energetic stability perpendicular to the film surface preferentially grow. Therefore, crystal grains with other axis orientations are prevented from growing. When the deposition continues and the thickness of the polycrystalline silicon layer 3 reaches a predetermined thickness (0.5 μm) or more, the portion near the surface of the polycrystalline silicon layer 3 becomes <110>.
Only axially oriented crystals are present. In this case, since each crystal near the film surface grows almost perpendicularly to the film surface, each crystal is formed into a columnar shape when viewed in a longitudinal section. Furthermore, the surface 3c of the polycrystalline silicon layer 3 becomes more irregular as its thickness increases.

次に、後述の高温熱処理時における多結晶シリコン膜3
の欠落を防止するために酸素雰囲気中において1050
°C以下で熱処理を行い、多結晶シリコン膜3の表面3
Cにキャンプ酸化層10を形成しく第2図(C))、そ
の後に、不活性雰囲気中1200°Cの高温にて熱処理
を行い多結晶シリコン層3の結晶粒を大きくする(第2
図(d))。この時、多結晶シリコンN3の結晶の粒径
はこの高温熱処理工程により2μm程度まで結晶成長す
る。尚、キャップ酸化層lOの最小膜厚は500Å以上
が好ましい。
Next, polycrystalline silicon film 3 during high-temperature heat treatment to be described later.
1050 in an oxygen atmosphere to prevent loss of
The surface 3 of the polycrystalline silicon film 3 is heat treated at a temperature below °C.
A camp oxide layer 10 is formed on the polycrystalline silicon layer 3 (FIG. 2(C)), and then heat treatment is performed at a high temperature of 1200°C in an inert atmosphere to enlarge the crystal grains of the polycrystalline silicon layer 3 (second
Figure (d)). At this time, the grain size of the polycrystalline silicon N3 grows to about 2 μm through this high-temperature heat treatment process. Note that the minimum thickness of the cap oxide layer IO is preferably 500 Å or more.

引続き、酸素雰囲気中にて熱酸化を行い、膜厚が500
0人の熱酸化膜11を形成する(第2図(e))。この
時、酸化前の多結晶シリコン3の表面3cの凹凸は酸化
後の熱酸化膜11の表面に承継されることになるが、多
結晶シリコン膜3の酸化後の表面3dは酸化がほぼ等方
的に進むために凹凸形状が平坦化され、凹凸高さ(pe
ak to peak)は約210人になる。
Subsequently, thermal oxidation was performed in an oxygen atmosphere to obtain a film thickness of 500 mm.
A thermal oxide film 11 of 100% is formed (FIG. 2(e)). At this time, the unevenness of the surface 3c of the polycrystalline silicon 3 before oxidation is inherited by the surface of the thermal oxide film 11 after oxidation, but the surface 3d of the polycrystalline silicon film 3 after oxidation is almost uniformly oxidized. In order to advance horizontally, the uneven shape is flattened and the uneven height (pe
ak to peak) will be approximately 210 people.

その後、フン酸系のエツチング液により熱酸化膜11を
除去し、多結晶シリコン膜3を露出する(第2図(f)
)。そうした上でこの多結晶シリコン層3を活性領域と
して用いるMOS)ランジスタを構成するように、周知
の加工技術により第1図に示すようにゲート絶縁膜4、
ゲート5、層間絶縁膜6、ソース3b−3、ドレイン3
b−1、ゲート電極7、ソース電極8、およびドレイン
電極9を順次形成する。
Thereafter, the thermal oxide film 11 is removed using a hydrochloric acid-based etching solution to expose the polycrystalline silicon film 3 (FIG. 2(f)).
). After that, a gate insulating film 4, as shown in FIG.
Gate 5, interlayer insulating film 6, source 3b-3, drain 3
b-1, a gate electrode 7, a source electrode 8, and a drain electrode 9 are sequentially formed.

そこで、上述のように製造される本実施例の効果を以下
に説明する。
Therefore, the effects of this embodiment manufactured as described above will be explained below.

第3図は多結晶シリコン層の膜質を表す電子スピン密度
とその膜厚との関係を示す。電子スピンは結晶粒界や結
晶欠陥部に局在するため、電子スピンが多いこと、すな
わち電子スピン密度が高いことは欠陥が多く、膜質が悪
いことを意味する。
FIG. 3 shows the relationship between the electron spin density, which indicates the film quality of the polycrystalline silicon layer, and its film thickness. Since electron spins are localized at grain boundaries and crystal defect areas, a large number of electron spins, that is, a high electron spin density, means that there are many defects and the film quality is poor.

第3図によれば、多結晶シリコン層においては、膜厚が
0.5μmより小さいときには電子スピン密度は高くな
り膜質が悪くなるが、膜厚が0.5μm以上になると電
子スピン密度は低くなって一定下限値で飽和した状態に
なり、改質が良くなる特性を有する。この特性によれば
、一般に多結晶シリコン層においてはその膜厚を0.5
μm以上にすれば結晶性の良好な領域を膜表面の近傍部
分に形成できることになる。
According to Figure 3, in a polycrystalline silicon layer, when the film thickness is less than 0.5 μm, the electron spin density increases and the film quality deteriorates, but when the film thickness becomes 0.5 μm or more, the electron spin density decreases. It has the characteristic that it becomes saturated at a certain lower limit value and improves reforming. According to this characteristic, the thickness of the polycrystalline silicon layer is generally 0.5
If the thickness is .mu.m or more, a region with good crystallinity can be formed in the vicinity of the film surface.

そこで、前記多結晶シリコンN3では、前述した通りそ
の膜厚が0.5μm以上になるように堆積を行っており
、その結果、0.5μm以上の厚みを有する堆積部分を
用いた、ゲート絶縁膜4との界面近傍の領域、すなわち
活性領域は結晶性が良(なっている。尚、結晶性が良い
多結晶シリコン層3を活性領域に用い、その領域内にチ
中ネル領域を形成することになるから、多結晶シリコン
層3の膜厚は当然にそのチャネル領域の分を見込んで決
定する。多結晶シリコン層3の膜厚方向におけるチャネ
ル領域の深さは主にゲート5に印加するゲート電圧VG
および不純物濃度に依存しその値は数100人程程度あ
る。従って、上記実施例にて製造されるMOSトランジ
スタにおいて多結晶シリコン層3の膜厚は0.5μm千
数100Å以上である必要がある。
Therefore, as described above, the polycrystalline silicon N3 is deposited to have a film thickness of 0.5 μm or more, and as a result, a gate insulating film using a deposited portion having a thickness of 0.5 μm or more is formed. The region near the interface with 4, that is, the active region, has good crystallinity.It should be noted that the polycrystalline silicon layer 3 with good crystallinity is used as the active region, and a channel region is formed in that region. Therefore, the thickness of the polycrystalline silicon layer 3 is naturally determined by considering the channel region.The depth of the channel region in the thickness direction of the polycrystalline silicon layer 3 is determined mainly by the gate voltage applied to the gate 5 Voltage VG
The value depends on the impurity concentration and is approximately several hundred. Therefore, in the MOS transistor manufactured in the above embodiment, the thickness of the polycrystalline silicon layer 3 must be 0.5 μm or more than 1000 Å.

上記実施例では、多結晶シリコンの熱処理を行うことに
より、表面近傍の多結晶シリコン層3bに存在する双晶
等の内部欠陥を消滅させ、結晶粒をさらに大きくさせる
ことができる。
In the above embodiment, by heat-treating the polycrystalline silicon, internal defects such as twins existing in the polycrystalline silicon layer 3b near the surface can be eliminated and crystal grains can be further enlarged.

これは3次元のランダム度から面内のみの2次元のラン
ダム度に低減しているために粒界の界面工皐ルギー密度
が低くなり、これにともなって融合時の活性化エネルギ
ーも低減するためと考えられる。
This is because the interfacial energy density of the grain boundaries is reduced because the degree of randomness in three dimensions is reduced to the degree of two-dimensional randomness only in the plane, and the activation energy during fusion is also reduced accordingly. it is conceivable that.

一方、膜の下部の多結晶シリコン3aでは熱処理前での
粒径も小さく3次元ランダム度を有しているために内部
欠陥は消滅するものの結晶成長は膜上部3bに比べて遅
いものになる。
On the other hand, in the polycrystalline silicon 3a in the lower part of the film, the grain size before heat treatment is small and has three-dimensional randomness, so although internal defects are eliminated, crystal growth is slower than in the upper part 3b of the film.

第4図は、膜厚1.5μm多結晶シリコンのスピン密度
と熱処理条件の関係を示す。熱処理温度を1100°C
以上とするとスピン密度は短時間内に急激に低下してい
る。熱処理時間は30分程度で飽和している。このため
熱処理条件としては温度1000 ’C以上、15分以
上で、好ましくは1000°C以上、30分以上が好ま
しい。本実施例では、多結晶シリコン層を窒素雰囲気中
にて熱処理を行ったが、熱処理時は窒素雰囲気中に限ら
ず不活性雰囲気であればよい。また、熱処理温度として
は本実施例では1200°Cまでしか行っていないが、
高温になるほどスピン密度が低減することは容易に予想
される。しかしながら、シリコンの融点以上となると融
解再結晶によってストレス増加が予想されるために最大
熱処理温度は1400°Cが好ましい。
FIG. 4 shows the relationship between spin density and heat treatment conditions for polycrystalline silicon having a film thickness of 1.5 μm. Heat treatment temperature 1100°C
If this is the case, the spin density will drop rapidly within a short period of time. The heat treatment time reaches saturation in about 30 minutes. Therefore, the heat treatment conditions are preferably at a temperature of 1000° C. or higher for 15 minutes or longer, preferably at 1000° C. or higher for 30 minutes or longer. In this example, the polycrystalline silicon layer was heat-treated in a nitrogen atmosphere, but the heat treatment is not limited to a nitrogen atmosphere, and any inert atmosphere may be used. In addition, although the heat treatment temperature was only up to 1200°C in this example,
It is easily expected that the spin density decreases as the temperature increases. However, if the temperature exceeds the melting point of silicon, stress is expected to increase due to melting and recrystallization, so the maximum heat treatment temperature is preferably 1400°C.

第5図および第6図は、多結晶シリコン層3の表面3d
に形成される熱酸化膜11の膜厚と酸化後の多結晶シリ
コン層3の表面の凹凸高さ(アスペリティ)の関係をシ
ミュレーションにより求めた図である。熱酸化が等方的
に進むと仮定して各点からの同心円を結んだ包路線が多
結晶シリコンN3の表面形状に相当すると考えると、酸
化前の凹凸高さをHo、酸化前の凹凸のピッチをし、熱
酸化膜11の膜厚をrとすると酸化後の凹凸高さ(アス
ペリティ)Hは下式により与えられる。
5 and 6 show the surface 3d of the polycrystalline silicon layer 3.
3 is a diagram obtained by simulation of the relationship between the thickness of the thermal oxide film 11 formed in the oxidized film and the unevenness height (asperity) of the surface of the polycrystalline silicon layer 3 after oxidation. FIG. Assuming that thermal oxidation proceeds isotropically and considering that the envelope connecting concentric circles from each point corresponds to the surface shape of polycrystalline silicon N3, the height of the unevenness before oxidation is Ho, and the unevenness before oxidation is When the pitch and the thickness of the thermal oxide film 11 are r, the height of the unevenness after oxidation (asperity) H is given by the following formula.

・・・・・・ (1) (以下余白) ここで、上記実施例において、第2図(b)を用いて説
明したように成膜した多結晶シリコン層3の膜厚は1.
5μmであり、この1.5μm膜厚の多結晶シリコン層
3を断面TEM観察した結果、L′。
...... (1) (Hereinafter, blank) Here, in the above example, the film thickness of the polycrystalline silicon layer 3 formed as described using FIG. 2(b) was 1.
5 μm, and as a result of cross-sectional TEM observation of this 1.5 μm thick polycrystalline silicon layer 3, L'.

3000人、Ho#1000人であった、そこで初期条
件としてL=3000人、H,=1000人を上記(2
)式に代入すると第5図中(a)に示す関係が得られる
。このグラフかられかるように熱酸化Millの膜厚が
厚いほど凹凸高さは小さくなる。
3000 people, Ho#1000 people, so as the initial conditions L = 3000 people, H, = 1000 people above (2
), the relationship shown in (a) in FIG. 5 is obtained. As can be seen from this graph, the thicker the thermally oxidized Mill film is, the smaller the height of the unevenness is.

又、本実施例においては、膜厚がほぼ3000人以上で
は凹凸高さの値が飽和する傾向にある。
Further, in this example, when the film thickness is approximately 3000 or more, the value of the unevenness height tends to be saturated.

第5図中、グラフ(b)は初期条件としてL=3000
人、Ho−500人、グラフ(C)はL=3000人、
H,=2000人を代入した関係であり、第6図に示す
グラフは4.5μm膜厚の多結晶シリコン層3について
の関係であり、断面TEM観察により求めた初期条件L
=6000人、Ho=2500人を上式に代入したもの
である。これらの関係かられかるように、成膜する多結
晶シリコン層3の膜厚が厚い程、凹凸高さが大きくなる
ので、酸化後の凹凸高さを小さくするためには熱酸化膜
11の膜厚も厚くする必要がある。
In Figure 5, graph (b) has an initial condition of L=3000.
people, Ho-500 people, graph (C) is L = 3000 people,
The relationship is obtained by substituting H,=2000 people, and the graph shown in FIG. 6 is the relationship for the polycrystalline silicon layer 3 with a film thickness of 4.5 μm, and the initial condition L determined by cross-sectional TEM observation.
= 6000 people and Ho = 2500 people are substituted into the above formula. As can be seen from these relationships, the thicker the polycrystalline silicon layer 3 to be formed, the larger the height of the unevenness becomes. It also needs to be thicker.

第2図(f)を用いて説明した工程の後に、熱酸化法に
より1000人のゲート酸化膜を形成し、この上にリン
ドープ多結晶シリコンゲートを形成してMOSキャパシ
タを構成し、ゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧と多結晶シリ
コン層3のエツチング量の関係を第7図に示す。尚、多
結晶シリコン層3のエツチング量は本実施例の場合には
熱酸化膜11の膜厚のほぼ半分の厚さに相当する。エツ
チングを行わない場合(エツチング量=0μm)、即ち
熱酸化膜11を形成しない場合には凹凸が激しく、又、
多結晶シリコン堆積時のフレーク等に起因するピンホー
ルによってゲート絶縁破壊耐圧はほぼ0■となり素子は
形成できない。これに対してこの特性によると0.25
μm以上エツチングした場合(熱酸化膜11をほぼ50
00人形成した場合に相当)には多結晶シリコン層3の
表面の平坦化が行われるので良質のゲート絶縁膜が形成
でき、ゲート絶縁破壊耐圧が向上する。
After the process explained using FIG. 2(f), a gate oxide film of 1,000 layers is formed by a thermal oxidation method, a phosphorus-doped polycrystalline silicon gate is formed on this to form a MOS capacitor, and a gate oxide film is formed. The relationship between the dielectric breakdown voltage and the etching amount of the polycrystalline silicon layer 3 is shown in FIG. The amount of etching of the polycrystalline silicon layer 3 corresponds to approximately half the thickness of the thermal oxide film 11 in this embodiment. When etching is not performed (etching amount = 0 μm), that is, when the thermal oxide film 11 is not formed, the unevenness is severe, and
Due to pinholes caused by flakes and the like during polycrystalline silicon deposition, the gate dielectric breakdown voltage becomes approximately 0, and no device can be formed. On the other hand, according to this characteristic, 0.25
When etching is performed by more than μm (the thermal oxide film 11 is etched by about 50 μm or more)
Since the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is planarized, a high-quality gate insulating film can be formed, and the gate dielectric breakdown voltage is improved.

次に、本発明の第2実施例を第8図を用いて説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 8.

尚、本実施例において第8図(a)〜(d)に示ず工程
は、上記第1実施例において説明した第2図(a)〜(
d)に示す工程に対応しており、同様の工程が適用可能
であるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説
明は省略する。
In this example, the steps not shown in FIGS. 8(a) to 8(d) are shown in FIGS. 2(a) to (d) explained in the first example.
This corresponds to the step shown in d), and similar steps can be applied, so the same components are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.

本実施例は表面の平坦化方法としてエッチハックを行う
例であり、まず、第8図(d)に示す工程の後、キャッ
プ酸化層10をフン酸系エツチング液により除去し、多
結晶シリコン3の表面3Cを露出させる(第8図(e)
)。次に、多結晶シリコン3上にレジスト12をスピン
ナ塗布してレジスト表面を平坦にする。この際、レジス
ト12の膜厚は十分に平坦化できるように多結晶シリコ
ン層3の表面3Cの凹凸高さ以上にする必要がある(第
8図げ))。次に、ドライエツチングによりレジスト1
2と多結晶シリコン3のエツチングレートが同じになる
ようにエツチングする(第8図(鎖)。このエッチバン
クによって多結晶シリコン3の表面まで除去すればレジ
スト12の表面形状をドライエツチング後の多結晶シリ
コン層3の表面3eは承継するので平坦にすることがで
きる。
This example is an example in which etch hacking is used as a method for flattening the surface. First, after the step shown in FIG. to expose the surface 3C (Fig. 8(e)
). Next, a resist 12 is applied onto the polycrystalline silicon 3 using a spinner to flatten the resist surface. At this time, the film thickness of the resist 12 needs to be greater than the height of the unevenness of the surface 3C of the polycrystalline silicon layer 3 so that it can be sufficiently flattened (see FIG. 8). Next, resist 1 is etched by dry etching.
Etching is performed so that the etching rates of resist 12 and polycrystalline silicon 3 are the same (Figure 8 (chain). If the surface of polycrystalline silicon 3 is removed using this etch bank, the surface shape of resist 12 will be the same as that of polycrystalline silicon 3 after dry etching. Since the surface 3e of the crystalline silicon layer 3 is inherited, it can be made flat.

尚、本実施例ではエッチハックにレジストを用いたが多
結晶シリコンと同じエンチングレートになり、スピンナ
塗布によって平坦な面が現れる材料であれば特にレジス
トに限定するものではない。
In this embodiment, a resist is used for etch hacking, but the material is not limited to resist as long as it has the same etching rate as polycrystalline silicon and can be coated with a spinner to produce a flat surface.

又、第1実施例、第2実施例では平坦化の手段を個別に
行なっているが、両者を組み合わせて実施しても良い。
Furthermore, although the first and second embodiments use individual planarization means, they may be used in combination.

以上、本発明を上記第1実施例および、第2実施例を用
いて説明したが、本発明はそれらに限定されることなく
、その主旨を逸脱しない限り、例えば以下に示す如く種
々変形可能である。
Although the present invention has been described above using the first and second embodiments, the present invention is not limited thereto, and can be modified in various ways, for example as shown below, without departing from the spirit thereof. be.

■上記第1実施例において、最終的に形成される多結晶
シリコン層3(第2図(f)の状態)の膜厚は、チャネ
ル領域の深さを考慮して0.5μmより厚ければ良いも
のであるが、この膜厚が厚い程、多結晶シリコン層3と
酸化膜2との段差が大きくなり、その後に形成される配
線が断線し易くなる等といった不具合が生じてくる。そ
こで、多結晶シリコン層の膜厚は上記の範囲内において
、極力薄くするのが望ましいが、この第1実施例による
と、第2図(b)に示す工程において膜厚1.5μmに
成膜した多結晶シリコン層3を最終的に膜厚0,5μm
程度にするためには第2図(e)に示す工程においてほ
ぼ2μm程度の熱酸化膜11を形成しなければならない
。しかるに、熱酸化法により2μm程度の熱酸化膜を形
成するためには長時間要してしまい工程的に不利である
■In the above first embodiment, the film thickness of the polycrystalline silicon layer 3 (the state shown in FIG. 2(f)) to be finally formed should be thicker than 0.5 μm considering the depth of the channel region. Although this is a good product, the thicker the film, the larger the step difference between the polycrystalline silicon layer 3 and the oxide film 2, which causes problems such as the interconnections formed later being more likely to break. Therefore, it is desirable to make the thickness of the polycrystalline silicon layer as thin as possible within the above range, but according to this first embodiment, the film is formed to a thickness of 1.5 μm in the process shown in FIG. 2(b). The final film thickness of the polycrystalline silicon layer 3 is 0.5 μm.
In order to achieve this level, a thermal oxide film 11 of about 2 μm must be formed in the step shown in FIG. 2(e). However, it takes a long time to form a thermal oxide film of about 2 μm using the thermal oxidation method, which is disadvantageous in terms of process.

そこで、このような場合には、第2図(d)の工程の後
に、まずドライエツチングにより多結晶シリコン層3を
1μm程度エツチングし、その後に熱酸化法によりほぼ
0.5μm程度の熱酸化膜を形成し、引続き、その熱酸
化膜を除去するようにすればよい。この工程によると比
較的高速にてエツチングを行なえるドライエツチングを
用いており、又、熱酸化膜は0.5μm程度形成しさえ
すれば良いので全体の時間が短縮され工程的に有利にな
る。
Therefore, in such a case, after the step shown in FIG. 2(d), the polycrystalline silicon layer 3 is first etched to about 1 μm by dry etching, and then a thermal oxide film of about 0.5 μm is etched by thermal oxidation. , and then remove the thermal oxide film. This process uses dry etching which can perform etching at a relatively high speed, and since the thermal oxide film only needs to be formed to a thickness of about 0.5 .mu.m, the overall time is shortened and the process is advantageous.

■上記実施例においては、キャップ層として多結晶シリ
コン層3を酸化したキャップ酸化層10を用いているが
、窒化層(Si、N4)等の他の層であっても良い。
(2) In the above embodiment, the cap oxide layer 10 obtained by oxidizing the polycrystalline silicon layer 3 is used as the cap layer, but other layers such as a nitride layer (Si, N4) may be used.

■上記実施例では、本発明に係る多結晶シリコン層をN
型チャネルMO3hランジスタに適用した例を説明した
が、P型チャネルMOSトランジスタ、あるいはI G
BT等の他の絶縁ゲート型半導体素子に対しても同様に
通用することができる。
■In the above embodiment, the polycrystalline silicon layer according to the present invention is
Although we have explained an example in which it is applied to a type channel MO3h transistor, it can also be applied to a P type channel MOS transistor or an IG
The present invention can be similarly applied to other insulated gate type semiconductor devices such as BT.

■上記実施例では、下地の絶縁体としては、シリコンを
熱酸化した熱酸化SiO□を用いたが、絶縁性を有し、
高温熱処理に耐えられる材料(例えばガラス基板等)な
らば適用可能である。
■In the above example, thermally oxidized SiO□, which is obtained by thermally oxidizing silicon, was used as the underlying insulator, but it has insulating properties,
Any material (such as a glass substrate) that can withstand high-temperature heat treatment can be used.

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

第1図は本発明の実施例を示す多結晶シリコンMO3I
−ランジスタの要部断面図、第2図(a)〜(f)は本
発明の第1実施例の製造方法を説明するための断面図、
第3図は多結晶シリコン層の膜厚と電子スピン密度との
関係を示す特性図、第4図は熱処理時間と、スピン密度
との関係を示す特性図、第5図および第6図は熱酸化膜
の膜厚と多結晶ンリコン層の表面の凹凸高さとの関係を
シミュレーションにより求めた図、第7図は多結晶シリ
コン層のエツチング量とゲート絶縁破壊耐圧との関係を
示す特性図、第8図(a)〜(□□□は本発明の第2実
施例の製造方法を説明するための断面図である。 ■・・・単結晶シリコン基板、2・・・酸化膜、3・・
・多結晶シリコン層、3b−1・・・ドレイン、3b−
2・・・チャネルjlJ、4. 3b  3・・・ソー
ス、4・・・ゲート絶縁膜、5・・・ゲー1−,10・
・・キャップ酸化層。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention using polycrystalline silicon MO3I.
- A sectional view of a main part of a transistor; FIGS. 2(a) to 2(f) are sectional views for explaining the manufacturing method of the first embodiment of the present invention;
Figure 3 is a characteristic diagram showing the relationship between polycrystalline silicon layer thickness and electron spin density, Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between heat treatment time and spin density, and Figures 5 and 6 are Figure 7 is a diagram showing the relationship between the thickness of the oxide film and the height of unevenness on the surface of the polycrystalline silicon layer obtained by simulation. 8(a) to (□□□ are cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the second embodiment of the present invention. ■... Single crystal silicon substrate, 2... Oxide film, 3...
・Polycrystalline silicon layer, 3b-1...Drain, 3b-
2...Channel jlJ, 4. 3b 3... Source, 4... Gate insulating film, 5... Gate 1-, 10.
...Cap oxide layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  絶縁体上に堆積された多結晶シリコン層を活性領域に
用いる絶縁ゲート型半導体素子の製造方法であって、 前記多結晶シリコン層を0.5μmより厚い膜厚にて成
膜する工程と、 前記多結晶シリコン層の表面を覆うようにキャップ層を
形成し、その後不活性雰囲気において高温熱処理する工
程と、 前記多結晶シリコン層の表面を平坦化する工程と、 その膜厚が0.5μmより厚く、表面が平坦化された前
記多結晶シリコン層の該表面近傍をチャネル領域として
、該チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を形成すると共に、前記多結晶シリコン層内に該チャネ
ル領域につながるドレイン領域およびソース領域を形成
する工程と、を備えることを特徴とする絶縁ゲート型半
導体素子の製造方法。
[Claims] A method for manufacturing an insulated gate semiconductor device using a polycrystalline silicon layer deposited on an insulator as an active region, the method comprising: forming the polycrystalline silicon layer with a thickness thicker than 0.5 μm. forming a cap layer to cover the surface of the polycrystalline silicon layer, and then performing high temperature heat treatment in an inert atmosphere; planarizing the surface of the polycrystalline silicon layer; and determining the thickness of the polycrystalline silicon layer. A channel region is formed near the surface of the polycrystalline silicon layer having a thickness of 0.5 μm or more and a flat surface, and a gate electrode is formed on the channel region via a gate insulating film, and 1. A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device, comprising the step of: forming a drain region and a source region connected to the channel region within the channel region.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6841582B2 (en) 2000-03-01 2005-01-11 Jsr Corporation Thermoplastic elastomer composition, foam made from the same, and process for producing foam

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US6841582B2 (en) 2000-03-01 2005-01-11 Jsr Corporation Thermoplastic elastomer composition, foam made from the same, and process for producing foam

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