JPH0399421A - Ｓｏｉ構造の形成方法 - Google Patents
Ｓｏｉ構造の形成方法Info
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Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、Ｓ ＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５
ｕｌａｔｏｒ）構造の形成方法に関し、特に同相成長法
によりＳｉ膜を形成するものに関する。
ｕｌａｔｏｒ）構造の形成方法に関し、特に同相成長法
によりＳｉ膜を形成するものに関する。
（ロ）従来の技術
絶縁層（絶縁物の基板も含む）上に単結晶Ｓｉ層を形成
したものは、Ｓ ＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ
５ｕｌａｔｏｒ） ｍ造と称され、狭い領域で容易に素
子分離が行え、高集積化や高速化が可能なものとして知
られている。そして、従来のＳｉ基板上に素子が作製さ
れる半導体集積回路（ＩＣ）に比べて、特性向上が図ら
れることから盛んに研究開発が行われている。
したものは、Ｓ ＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ
５ｕｌａｔｏｒ） ｍ造と称され、狭い領域で容易に素
子分離が行え、高集積化や高速化が可能なものとして知
られている。そして、従来のＳｉ基板上に素子が作製さ
れる半導体集積回路（ＩＣ）に比べて、特性向上が図ら
れることから盛んに研究開発が行われている。
絶縁層上に単結晶Ｓｉ膜を形成させるものの一つに、固
相エピタキシャル成長法があり、これは、単結晶Ｓｉ基
板上に、Ｓｉ基板面の一部をシードとして露出させて絶
縁膜を形成し、シードと絶縁膜上に非晶質Ｓｉ（以下ａ
−５ｉと称する）ＩＩＩ！を堆積し、６００℃程度の低
温でアニールすることで、横方向に同相成長させてａ−
３ｉ膜を単結晶化させるものである。
相エピタキシャル成長法があり、これは、単結晶Ｓｉ基
板上に、Ｓｉ基板面の一部をシードとして露出させて絶
縁膜を形成し、シードと絶縁膜上に非晶質Ｓｉ（以下ａ
−５ｉと称する）ＩＩＩ！を堆積し、６００℃程度の低
温でアニールすることで、横方向に同相成長させてａ−
３ｉ膜を単結晶化させるものである。
ところで、この同相成長では、横方向の成長よ９先にシ
ードから上への縦方向の成長を必要とし、縦方向の成長
に続いて横方向の成長が起きて、シードの結晶方位を継
承したエピタキシャル成長がされる。
ードから上への縦方向の成長を必要とし、縦方向の成長
に続いて横方向の成長が起きて、シードの結晶方位を継
承したエピタキシャル成長がされる。
しかし、シードと絶縁膜表面との段差が大きい（絶縁膜
が厚い）と、堆積されるａ−３ｉ膜に絶縁膜とシードの
境の部分で段切れができたり、段切れができなくても段
差部分での内部応力が大きくなるため、横方向の固相成
長が抑制されてしまう。
が厚い）と、堆積されるａ−３ｉ膜に絶縁膜とシードの
境の部分で段切れができたり、段切れができなくても段
差部分での内部応力が大きくなるため、横方向の固相成
長が抑制されてしまう。
そこで、従来は、エツチング等により絶縁膜による段差
をできるだけ小さく（絶縁膜を薄＜＞ｙ成するようにし
ている（例えば、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩ
ＯＮ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ、Ｖｏ
ｌ、３６．Ｎｏ、３ ＭＡＲＣＨ１９８９ｐｐ５４８−
５５２参照）。
をできるだけ小さく（絶縁膜を薄＜＞ｙ成するようにし
ている（例えば、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩ
ＯＮ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ、Ｖｏ
ｌ、３６．Ｎｏ、３ ＭＡＲＣＨ１９８９ｐｐ５４８−
５５２参照）。
（ハ）発明が解決しようとする課題
しかしながら、従来の固相成長によるＳＯＩ構造の形成
方法では、絶縁膜による段差を無くすことはできなかっ
た。
方法では、絶縁膜による段差を無くすことはできなかっ
た。
本発明は、斯様な点に鑑みて為されたもので、縦方向の
固相成長を必要とせずに、単結晶Ｓｉ膜をエピタキシャ
ル成長させて５０１構造を形成する方法を提供するもの
である。
固相成長を必要とせずに、単結晶Ｓｉ膜をエピタキシャ
ル成長させて５０１構造を形成する方法を提供するもの
である。
（ニ）課題を解決するための手段
本発明は、単結晶Ｓｉ基台上に５ｉ３Ｎ４膜を形成する
工程と、該Ｓｉ３Ｎ、膜と単結晶Ｓｉ基台の一部を選択
的に除去して凹部を形成する工程と、Ｓｉ。
工程と、該Ｓｉ３Ｎ、膜と単結晶Ｓｉ基台の一部を選択
的に除去して凹部を形成する工程と、Ｓｉ。
Ｎ４膜と凹部上にＳｉｎ、膜を形成する工程と、該Ｓ
ｉｏ ＝膜上にレジストを塗布して表面を平坦化する工
程と、レジストと凹部的以外の５ｉＯ＝膜を除去してＳ
ｉ＊Ｎ−膜表面と該Ｓｉ３Ｎ、膜表面と略同一面にＳｉ
Ｏ，膜を露出させる工程と、凹部内のＳｉＯ２膜を凹部
内の単結晶Ｓｉ基台の側壁部分が露出するように選択的
に除去する工程と、Ｓｉ３Ｎ４膜及び５ｉＯ＝膜上にａ
−Ｓｉ膜を形成する工程と、該ａ−８ｉ膜をアニールに
より固相成長させる工程と、Ｓｉ３Ｎ、膜上のＳｉ膜を
除去する工程とを備えるＳＯ■構造の形成方法である。
ｉｏ ＝膜上にレジストを塗布して表面を平坦化する工
程と、レジストと凹部的以外の５ｉＯ＝膜を除去してＳ
ｉ＊Ｎ−膜表面と該Ｓｉ３Ｎ、膜表面と略同一面にＳｉ
Ｏ，膜を露出させる工程と、凹部内のＳｉＯ２膜を凹部
内の単結晶Ｓｉ基台の側壁部分が露出するように選択的
に除去する工程と、Ｓｉ３Ｎ４膜及び５ｉＯ＝膜上にａ
−Ｓｉ膜を形成する工程と、該ａ−８ｉ膜をアニールに
より固相成長させる工程と、Ｓｉ３Ｎ、膜上のＳｉ膜を
除去する工程とを備えるＳＯ■構造の形成方法である。
（ホ）作用
ａ−５ｉ膜は、凹部内で、凹部内の単結晶Ｓｉ基台の側
壁部分をシードとして同相成長する。即ち、横方向への
同相成長だけでａ−Ｓｉ膜の単結晶化がされる。
壁部分をシードとして同相成長する。即ち、横方向への
同相成長だけでａ−Ｓｉ膜の単結晶化がされる。
（へ）実施例
第１図Ａ乃至Ｊは本発明一実施例の概略工程図を示す。
本実施例では、単結晶基台として単結晶Ｓｉ基板を用い
ているが、絶縁基板等の基板上に形成された単結晶Ｓｉ
膜を用いてもよい。
ているが、絶縁基板等の基板上に形成された単結晶Ｓｉ
膜を用いてもよい。
（１）は（１００）面を主面とする単結晶Ｓｉ基台とし
ての単結晶Ｓｉ基板で、その表面に膜厚５００人程の５
ｉＯ＝膜（２）を熱酸化により形成し、更にＳ ｉ３Ｎ
−膜（３）を、基板温度７８０℃、ＳｉＨ＊Ｃ１８３Ｎ
Ｈ，ガスを用いての減圧ＣＶＤ法により膜厚１５００人
堆積させる（第１図Ａ）。５ｉ３Ｎ−膜（３）と単結晶
Ｓｉ基板（１）との間にＳ ｉＯ！膜（２）を介在させ
るのは、Ｓ ｒ ｓ Ｎ ４とＳｉとの熱膨張の違いを
緩和するためである。
ての単結晶Ｓｉ基板で、その表面に膜厚５００人程の５
ｉＯ＝膜（２）を熱酸化により形成し、更にＳ ｉ３Ｎ
−膜（３）を、基板温度７８０℃、ＳｉＨ＊Ｃ１８３Ｎ
Ｈ，ガスを用いての減圧ＣＶＤ法により膜厚１５００人
堆積させる（第１図Ａ）。５ｉ３Ｎ−膜（３）と単結晶
Ｓｉ基板（１）との間にＳ ｉＯ！膜（２）を介在させ
るのは、Ｓ ｒ ｓ Ｎ ４とＳｉとの熱膨張の違いを
緩和するためである。
次にフォトリソグラ・フイ技術によりパターニングを行
い、５ｉ３Ｎ−膜（３）、５ｔＯｔ膜（２）、単結晶Ｓ
ｉ基板（１）を順次選択的にエツチングする（第１図Ｂ
）。Ｓ ｉ３Ｎ 、膜（３） 、Ｓ＋０＝膜（２）のエ
ツチングは、ＣＨＦ＊、Ｏｘガスを用いた反応性イオン
エツチング（以下、ＲＩＥと称する）法により行い、単
結晶Ｓｉ基板（１）は、ＳＦｌ、ＣＣ１，ガスを用いた
ＲＩＥ法により、深さ１４ｍエツチングする。このとき
、このエツチングにより形成される単結晶Ｓｉ基板（１
）の凹部（１ａ）の側面には、基板（１）表面と垂直で
（１００）面と等価な面が現れるように、異方性エツチ
ングを行う。
い、５ｉ３Ｎ−膜（３）、５ｔＯｔ膜（２）、単結晶Ｓ
ｉ基板（１）を順次選択的にエツチングする（第１図Ｂ
）。Ｓ ｉ３Ｎ 、膜（３） 、Ｓ＋０＝膜（２）のエ
ツチングは、ＣＨＦ＊、Ｏｘガスを用いた反応性イオン
エツチング（以下、ＲＩＥと称する）法により行い、単
結晶Ｓｉ基板（１）は、ＳＦｌ、ＣＣ１，ガスを用いた
ＲＩＥ法により、深さ１４ｍエツチングする。このとき
、このエツチングにより形成される単結晶Ｓｉ基板（１
）の凹部（１ａ）の側面には、基板（１）表面と垂直で
（１００）面と等価な面が現れるように、異方性エツチ
ングを行う。
次に、基板上、Ｓｉ３Ｎ、膜（３）と凹部（１ａ）の上
面にＳ ｉＯ＝膜（４）をＣＶＤ法により堆積させる。
面にＳ ｉＯ＝膜（４）をＣＶＤ法により堆積させる。
このＳｉｎ、膜（４）の膜厚は、凹部（ｌａ）内に堆積
される５ｉＯ＝膜（４）の表面が、５ｉｌＮ４膜（３）
とほぼ同じか、それ以上となるようにし、本実施例では
１．２１１１１１堆積させる（第１図Ｃ）。
される５ｉＯ＝膜（４）の表面が、５ｉｌＮ４膜（３）
とほぼ同じか、それ以上となるようにし、本実施例では
１．２１１１１１堆積させる（第１図Ｃ）。
堆積したＳｉｎ、膜（４）を９００℃程度の温度で熱処
理して膜の緻密化を行った後、レジスト（６）をスピン
コードにより塗布して、表面を平坦化する（第１図Ｄ）
。
理して膜の緻密化を行った後、レジスト（６）をスピン
コードにより塗布して、表面を平坦化する（第１図Ｄ）
。
平坦化された表面を、その平坦性を保ったまま、Ａｒイ
オンを用いたイオンビームエツチングにより、５ｉ３Ｎ
４膜（３）表面が露出するまでエッチバックする（第１
図Ｅ）。
オンを用いたイオンビームエツチングにより、５ｉ３Ｎ
４膜（３）表面が露出するまでエッチバックする（第１
図Ｅ）。
更に、Ｓ ｉ３Ｎ ４膜（３）をマスクとして、凹部（
１ａ）内のＳ ｉＯ、膜（４）を所定の深さ（ＳｔｍＮ
４膜（３）と５ｉＯ＝膜（２）の厚さと後工程で堆積す
るａ−３ｉ膜の厚さ分）、ＣＨＦ、ガスを主体エツチン
グガスとするＲＩＥ法によりエツチングする（第１図Ｆ
）。本実施例の場合、０．５μｍエツチングする。この
エツチングにより、凹部（１ａ）内で、単結晶Ｓｉ基板
（１）の側壁部分が露出する。
１ａ）内のＳ ｉＯ、膜（４）を所定の深さ（ＳｔｍＮ
４膜（３）と５ｉＯ＝膜（２）の厚さと後工程で堆積す
るａ−３ｉ膜の厚さ分）、ＣＨＦ、ガスを主体エツチン
グガスとするＲＩＥ法によりエツチングする（第１図Ｆ
）。本実施例の場合、０．５μｍエツチングする。この
エツチングにより、凹部（１ａ）内で、単結晶Ｓｉ基板
（１）の側壁部分が露出する。
次に、凹部（１ａ）内を含め、基板全面に減圧ＣＶＤ法
によＱａ−５ｉ膜（５）を０．３μｍ堆積する（第１図
Ｇ）。このときの堆積条件は基板温度５５０℃、ＳｉＨ
，ガス流量２００ｃｃ／ｍｉｎ％Ｓ ｉ Ｈ４分圧６Ｔ
ｏｒｒとする。堆積したａ−８ｉ膜（５）の表面は、単
結晶Ｓｉ基板（１）の表面とほぼ同一平面となる。
によＱａ−５ｉ膜（５）を０．３μｍ堆積する（第１図
Ｇ）。このときの堆積条件は基板温度５５０℃、ＳｉＨ
，ガス流量２００ｃｃ／ｍｉｎ％Ｓ ｉ Ｈ４分圧６Ｔ
ｏｒｒとする。堆積したａ−８ｉ膜（５）の表面は、単
結晶Ｓｉ基板（１）の表面とほぼ同一平面となる。
そして、基板を電気炉にセットし、窒素（Ｎ、）雰囲気
中で、６００℃、約１０時間（乃至２０時間、これは十
分な同相成長のために、アニール時間に余裕を持たせた
場合）のアニール処理を行う。このアニール処理によＱ
ＳｉＯ＊膜（４）上のａ−３ｉ膜（５ａ）部分は、単結
晶Ｓｉ基板（１）の側壁部分をシードとして、横方向に
同相エピタキシャル成長し、単結晶Ｓｉ膜（５ａ’）と
なる（第１図Ｈ）。
中で、６００℃、約１０時間（乃至２０時間、これは十
分な同相成長のために、アニール時間に余裕を持たせた
場合）のアニール処理を行う。このアニール処理によＱ
ＳｉＯ＊膜（４）上のａ−３ｉ膜（５ａ）部分は、単結
晶Ｓｉ基板（１）の側壁部分をシードとして、横方向に
同相エピタキシャル成長し、単結晶Ｓｉ膜（５ａ’）と
なる（第１図Ｈ）。
その後、エピタキシャル成長しなかった５ｉ３Ｎ４膜（
３）上の５ｉｎ（５ｂ）部分（通常は多結晶Ｓｉとなっ
ている）だけを、ＣＨ，Ｃ０ＯＨ：ＨＮＯ、：ｌ（Ｆ
：Ｈｔｏ ＝ １６０ニア０：４５：１０のエッチャン
トにより、エツチング除去する（第１図Ｉ）。
３）上の５ｉｎ（５ｂ）部分（通常は多結晶Ｓｉとなっ
ている）だけを、ＣＨ，Ｃ０ＯＨ：ＨＮＯ、：ｌ（Ｆ
：Ｈｔｏ ＝ １６０ニア０：４５：１０のエッチャン
トにより、エツチング除去する（第１図Ｉ）。
更に、Ｓ ｔ＊Ｎ ４膜（３） 、ＳｉＯ２膜（２）を
ＣＨＦ、ガスを主体エツチングガスとするＲＩＥ法によ
りエツチング除去して、基板（１）表面と平坦な単結晶
Ｓｉ膜からなるＳＯＩ構造が形成される（第１図Ｊ）。
ＣＨＦ、ガスを主体エツチングガスとするＲＩＥ法によ
りエツチング除去して、基板（１）表面と平坦な単結晶
Ｓｉ膜からなるＳＯＩ構造が形成される（第１図Ｊ）。
このエツチングは、Ｓｉ３Ｎ、膜（３）を燐酸系、Ｓ
ｉ Ｏ＊膜（２）をフッ酸系のエッチャントを用いたウ
ェットエツチングでも実現できる。
ｉ Ｏ＊膜（２）をフッ酸系のエッチャントを用いたウ
ェットエツチングでも実現できる。
尚１、単結晶Ｓｉ基板（１）との絶縁は、ＳｉＯ２膜（
４）上の単結晶Ｓｉ膜（５ａ’）の単結晶Ｓｉ基板（１
）と接する一部分が除去されることで為される。
４）上の単結晶Ｓｉ膜（５ａ’）の単結晶Ｓｉ基板（１
）と接する一部分が除去されることで為される。
（ト）発明の効果
本発明は、以上の説明から明らかなように、同相成長さ
せるａ−Ｓｉ膜を単結晶Ｓｉ基板に設けた凹部に形成し
、単結晶Ｓｉ基板の側壁部分を固相成長のシードとして
用いることにより、横方向の固相成長だけでａ−Ｓｉ膜
の単結晶化ができる。
せるａ−Ｓｉ膜を単結晶Ｓｉ基板に設けた凹部に形成し
、単結晶Ｓｉ基板の側壁部分を固相成長のシードとして
用いることにより、横方向の固相成長だけでａ−Ｓｉ膜
の単結晶化ができる。
従って、同相成長に縦方向の成長が必要とされないので
、同相成長が促進され、固相成長により得られる単結晶
Ｓｉ膜の膜質の向上が図れる。
、同相成長が促進され、固相成長により得られる単結晶
Ｓｉ膜の膜質の向上が図れる。
また、単結晶Ｓｉ基板とＳｏｌ構造が同一平面上に形成
されるので、単結晶Ｓｉ基板に形成されるデバイスとＳ
ＯＩ構造上に形成されるデバイスとの組み合わせが可能
になり、高機能化が期待できる。
されるので、単結晶Ｓｉ基板に形成されるデバイスとＳ
ＯＩ構造上に形成されるデバイスとの組み合わせが可能
になり、高機能化が期待できる。
更に、ＳＯＩ構造における５ｉｆｔ膜を単結晶Ｓｉ基板
に形成するデバイスのフィールド酸化膜（素子分離溝）
として使用することができ、高集積化に寄与できる。
に形成するデバイスのフィールド酸化膜（素子分離溝）
として使用することができ、高集積化に寄与できる。
第１図Ａ乃至Ｊは本発明一実施例の工程説明図である。
Claims (1)
- （１）単結晶Ｓｉ基台上にＳｉ＿３Ｎ＿４膜を形成する
工程と、該Ｓｉ＿３Ｎ＿４膜と単結晶Ｓｉ基台の一部を
選択的に除去して凹部を形成する工程と、Ｓｉ＿３Ｎ＿
４膜と凹部上にＳｉＯ＿２膜を形成する工程と、該Ｓｉ
Ｏ＿２膜上にレジストを塗布して表面を平坦化する工程
と、レジストと凹部内以外のＳｉＯ＿２膜を除去してＳ
ｉ＿３Ｎ＿４膜表面と該Ｓｉ＿３Ｎ＿４膜表面と略同一
面にＳｉＯ＿２膜を露出させる工程と、凹部内のＳｉＯ
＿２膜を凹部内の単結晶Ｓｉ基台の側壁部分が露出する
ように選択的に除去する工程と、Ｓｉ＿３Ｎ＿４膜及び
ＳｉＯ＿２膜上に非晶質Ｓｉ膜を形成する工程と、該非
晶質Ｓｉ膜をアニールにより固相成長させる工程と、Ｓ
ｉ＿３Ｎ＿４膜上のＳｉ膜を除去する工程とを備えるこ
とを特徴とするＳＯＩ構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23624989A JPH0399421A (ja) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Ｓｏｉ構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23624989A JPH0399421A (ja) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Ｓｏｉ構造の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0399421A true JPH0399421A (ja) | 1991-04-24 |
Family
ID=16997988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23624989A Pending JPH0399421A (ja) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Ｓｏｉ構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0399421A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6979632B1 (en) | 1995-07-13 | 2005-12-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Fabrication method for thin-film semiconductor |
-
1989
- 1989-09-12 JP JP23624989A patent/JPH0399421A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6979632B1 (en) | 1995-07-13 | 2005-12-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Fabrication method for thin-film semiconductor |
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