JPH0423473A - 極薄膜再結晶化シリコン基板の形成方法 - Google Patents

極薄膜再結晶化シリコン基板の形成方法

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JPH0423473A
JPH0423473A JP12970790A JP12970790A JPH0423473A JP H0423473 A JPH0423473 A JP H0423473A JP 12970790 A JP12970790 A JP 12970790A JP 12970790 A JP12970790 A JP 12970790A JP H0423473 A JPH0423473 A JP H0423473A
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JP
Japan
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film
silicon film
interlayer insulating
insulating film
thin film
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JP12970790A
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English (en)
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Kazuhiko Shirakawa
一彦 白川
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は極薄膜再結晶化シリコン堰板の形成方法に関
し、更に詳しくはレーザビーム又は電子線ビーム等を照
則し多結晶シリコン膜の溶融再結晶化をおこなって極薄
膜化したチャネル部を有する構造のSol基板を形成ケ
る方法に関するしのである。
(ロ)従来の技術及び発明が解決しようとする課題 極薄膜SOIMO8F’ET特性で高速動作などの特性
の向上や改善の報告がなされている。その一方で、短チ
ャネルとなるにつれてOFF耐圧の低下が新たな問題と
なっている。このことを解決ずろためにチャネル部のみ
極?、V膜化し、ドレイン/ソース部を厚くした形状と
することで電界強度を低下させOF F耐圧劣化を防止
する]−夫が報告されている。
極薄膜S OI Ji’i板を用いたM OS F E
′r特性ては、デー1−電圧が閾値以下の時、つまりM
OSFETがオフ状態のときチャネル長が短くなるに連
れて、接合の帰れ電流又はザブスレッシリルド電流によ
る衝突イオン化で生じた正孔がゲート下の領域に滞留し
てソースとゲート下の間を正にバイアスしてしまう影響
が大きくなり、容易にソースから電子が注入させるよう
になりオフ耐圧が低下しノこりザブスレッンヨルト特性
の傾きが異常に急峻になる現象が起こる。このため、5
ori板の構造なとの工夫で電界強度を低下さUる必要
がある。
エネルギービームを用いた極薄膜Sol膜形成方法にお
いて、あらかじめ多結晶シリコン膜を薄くした状態で再
結晶化を行った場合、溶融シリコン膜の飛散なとが発生
し再結晶化が%lくなる。
このため、比較的厚い多結晶シリコン脱を用いて再結晶
化を行った後にエツチング等の方法によって薄くして素
子形成を行わな(Jればならす、S 01膜厚の均一性
が低下し、素子特性の変動が生してしまう。
積層化構造素子形成時の素子間分離を行う場合に、下層
素子への熱的影響を避(Jる必要があるため、通常のM
OSデバイス形成時に用いらり、ている選択酸化膜分離
(L OG OS分離)技術を使用するのが難しくなる
。上層の801 M OS F E ’1”形成工程で
(Jシリコンエッヂングにより素子間を分離し、ザイド
ヂャネル防止の為に基板のエツジこ不純物を拡散さU、
更に基板とフィールド部どの表面高さを揃えるために晶
板以外の領域を絶縁膜て埋め込む埋め込み平坦化等を行
うような複雑なプロセスが必要となり工程数の増大につ
ながっている。
この発明は、極薄膜のSol基板を有するMOS F 
E T特性の優位性が確認されている−・方で、新たな
問題としてオフ状態のときザブスレソンコ特性の傾きが
異常に急峻になったり、オフ耐圧が低下したりするのを
防止できるSOI基板の形成方法を提供するものである
(ハ)課題を解決するだめの手段及び作用この発明は、
レーザビーム又は電子線ヒーJ1等のエネルギービーム
を照射し多結晶シリ−コン膜の溶融再結晶化を行う際に
、ソリコンコ、(板−にに、全面に、第1層目の層間絶
縁膜を積層してその素子領域となる部分と、更にその中
のチャネルとなるべき部分に段差を設置3た二段溝構造
の形状どし、その層間絶縁膜」−全面に多結晶シリコン
膜を積層した後、これの表面にエネルギービームを照射
しながら走査ツーることて平坦な表面の再結晶化シリコ
ン膜を形成し、その後、再結晶化シリコン膜を表面から
均一にエツチングし、素子領域以外のフィールド部゛部
となる第1層「1の層間絶縁膜表面が露出したところで
エツチングの終点としてエゾヂンクストツプし、それに
よって素子間分離されたチャネル部のみが極薄膜である
再結晶化シリコン基板を形成することを特徴とする極薄
膜再結晶化シリコン基板の形成方法である。
すなわち、この発明は、第1層目の層間絶縁膜に素子の
形で一定の深さの7r4を設(Jて、更にチャネル部と
なるべきところに段を設υ〕こ二段71−Y構造とし、
その上に多結晶シリコン膜を積層する。続いて、」一方
からエネルギービームを照射し再結晶化を行う。このと
き溶融シリコンの流動性を利用し、あらかじめ設りた第
1層目の層間絶縁膜の溝に溶融シリコンを流れ込まU゛
固化ることて表面が平坦な再結晶化シリコン膜を形成す
る。次に、再結晶化シリコン膜の表面から均一にツリー
1ン」、ツヂングしフィールド部となる第1層目の層間
絶縁11カの表面が露出した時点でエツチングを終了す
る。
その結果、素子間分離されたチャネル部のみが極薄膜て
ソース及びドレイン部は厚い状態の5OIJj(板が形
成される。
このようなSOI基板構造の工夫により電界強度を低下
できる。この際、従来の視外な手段を用いずに素子間分
離工程と同一プロセスでチャネル部のみ極薄膜化できる
」:うにし、工程の簡略化及びチャネル部の膜厚の均一
化を図ることができる。
また、フィールド部とSol基板の表面高さを略フラッ
トに仕上げることができるので、超微細化素子を形成す
る際のフォトリソグラフィーやデボノノヨンなどの工程
を容易にできる。
(ニ)実施例 本発明の実施例としてS OI M OS F E ′
r形成方法を第1図(、l)〜(11)を用いて示!l
−0まず、第1図(a)の様にバルクシリコン1の−に
に第1層目の層間絶縁膜またとえば酸化膜を積層し、そ
の層間絶縁膜2に第1図(b)で示す通常の半導体素子
形成プロセスで用いられている写真転写方法によりフ第
1・レンス)・3を素子領域Sの形に形成する。次に、
フlトレシスト3をエツチングのマスク祠として、反応
性イオンエソチンク法により層間絶縁膜2を必要な深さ
D、例えば300nmエツチングして層間絶縁膜2に素
子形状の素子領域溝である第1溝5を形成する。このエ
ッヂンクマスクの+J li+としてはフlトレンスト
に限られたものではない。更に第1図(c)のチャネル
を形成する部分Hにフ第1−レノスト4を同様の方法で
形成し、それをマスクにして素子領域Sおよびフィール
ド領域Fの層間絶縁膜2を更に必要な深さdl例えば2
00nmエソヂングする。このマスク+A利らレジスト
に限らない。これて層間絶縁膜2にお(プるヂャネル領
域1−1には深さgが100 n mの第1溝部分5a
が形成され、それ以外の素子領域Sには深さhが300
 nmの一対の第2ifl’?9.9が形成されること
になる。すなわち、300nmの深さの溝9内に、段差
がd(=200n m )で、かつチャネル幅に対応す
る幅Wを有する凸部25が形成される(第1(d))。
この構造の上に多結晶ンリーJン膜7を積層し、更にそ
の上にエネルギービート8の反射防止膜の例えば酸化膜
12を形成し第1図(e)の構造ど°4る。このような
構造の表面にエネルギービーム、例えばレーザビー1.
8を照射しながら横方向(図示Δで示す矢印方向)へ走
査することによって多結晶シリコン膜7を溶融固化させ
ながら連続的な再結晶化を行う。再結晶化後の表面は、
溶融シリコンが層間絶縁膜2に設けた)11¥に流れ込
み表面がフラットな再結晶化シリコン膜lOとなる(第
1図(f))。
次に、再結晶化シリコン膜10の表面から反応性イオン
エソヂングなどの方法を用いて均一にシリコンエツチン
グを進める。この時、エッチングヂ、トンバー内で発生
するプラズマの特定波長の発光強度を測定しながらエツ
チングを行い、発光強度変化から判断してエソヂング終
点を決定する終点検出方法を用いて、層間絶縁膜2の表
面が露出した時点でエツチングを終了する。これで、再
結晶化シリコン膜10が素子形状に分離され更にチャネ
ルとなる部分15のみの膜厚が両溝9.5aの段差性(
h −[] )の膜厚gに相当する値の100nlTl
に極薄膜化され、ソース/ドレインとなる部分16.1
6の厚さが300 nmのSOI基板11かてき上がる
(第1図(g))。
以降は通常のM OS F E 1作成工程により、第
1図(11)の301MO3FETを形成する。なお、
14はゲート電極、15はヂ、)・ネル、16はソース
、トレイン不純物拡散層、17は第2層間絶縁膜、18
は配線である。
このように本実施例は、レーザビーム照射にjこる再結
晶化の場合に、層間絶縁膜2に素子領域の’r111f
5、更にヂ)・ネルとなる部分に段差を設りた2段!F
? 9 、 5 aの構造とし、その上に多結晶シリコ
ン膜を積層して溶融再結晶化を行い、溶融シリコンの流
動性により表面の平坦な再結晶化ノリ=1ン膜を形成し
、それを表面からエツチングし層間絶縁膜2のフィール
ド部26が露出したときにエツチングを終了することで
素子間分離されたヂャネル部分15のみ極薄膜でソース
、ドレイン部16゜16は厚い形状のS OI 爪板を
形成てきる。
なお、本実施例ではS OI 乱数η5層素子形成を示
したが、積層素子形成にも適用可能である。
(ポ)発明の効果 以上のように、この発明によれば、レーザビーム等のエ
ネルギービーム照射ににる多結晶シリコン膜の再結晶化
において、層間絶縁膜に素子形状の溝とヂ、)・ネル部
分の17+¥の二段溝構造を施して、再結晶化後、表面
より均一にシリコンエッヂンクを行って、ソース及びト
レイン部を厚く、チャネル部のみ極薄膜化したS 01
 Jl板とすることて電界強度を弱め極薄膜SOIMO
9FETの優位な特性を損なうことなく、従来技術で問
題となっていた短チャネル長てのOFF耐圧低下を抑制
できる。
また、S OI aK板のチ、)・ネル部のみの極ハ(
N脱化を従来の視性な手段を用いずに素子間分離工程と
同一プロセスで実現できることにより]二程の簡略化及
び極薄膜SOI基板膜厚の均一化が図れる。
このことにより素子特性の信頼性向上につながる。
更に、フィールド部とSol基板の表面高さをほぼフラ
ン)・に仕上げる事ができるので超微細化素子を形成す
る際のフォトリソグラフィーやデボシソヨンなとの]二
程が容易になり、超微細化極薄膜SOI素子特性の安定
化が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を説明するだめの製造工程
説明図である。 1・・・・・バルクシリコン、 2.17 ・ 層間絶縁膜、 34 ・ フォ)・レジスト、 5  素子領域iM、 5a・・ ヂャネル部形成を意図したM。 7・−多結晶シリコン膜、 8・・・・・エネルギービーム、 9・・ 一対の溝、 10・・・、再結晶化シリコン膜、 II・ −・sor拮板、 12・・・・反射防止膜、 13・ ・ゲート絶縁膜、 I4・・・ゲー)7m極、15・・・・・ヂャネル、1
6  ソース、ドレイン不純物拡散層、18・ ・・配
線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、レーザビーム又は電子線ビーム等のエネルギービー
    ムを照射し多結晶シリコン膜の溶融再結晶化を行う際に
    、シリコン基板上に、全面に、第1層目の層間絶縁膜を
    積層してその素子領域となる部分と、更にその中のチャ
    ネルとなるべき部分に段差を設けた二段溝構造の形状と
    し、その層間絶縁膜上全面に多結晶シリコン膜を積層し
    た後、これの表面にエネルギービームを照射しながら走
    査することで平坦な表面の再結晶化シリコン膜を形成し
    、その後、再結晶化シリコン膜を表面から均一にエッチ
    ングし、素子領域以外のフィールド部となる第1層目の
    層間絶縁膜表面が露出したところでエッチングの終点と
    してエッチングストップし、それによって素子間分離さ
    れたチャネル部のみが極薄膜である再結晶化シリコン基
    板を形成することを特徴とする極薄膜再結晶化シリコン
    基板の形成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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