JPH05335234A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

半導体基板の製造方法

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JPH05335234A
JPH05335234A JP16345992A JP16345992A JPH05335234A JP H05335234 A JPH05335234 A JP H05335234A JP 16345992 A JP16345992 A JP 16345992A JP 16345992 A JP16345992 A JP 16345992A JP H05335234 A JPH05335234 A JP H05335234A
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JP
Japan
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layer
substrate
soi
phase growth
spe
Prior art date
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JP16345992A
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English (en)
Inventor
Hidekane Ogata
秀謙 尾方
Yoji Matsuda
洋史 松田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 デバイス特性の劣化をもたらすSOI層中に
残留する高密度の転位を低減することにより、広い領域
で結晶性の良好なSOI層を形成する。 【構成】 まず、a−Si層4を膜厚2μm堆積してS
PEすることにより、SOI層5を形成した後、このS
OI層5を0.5μm以下に薄膜化した後に、熱処理を
行う。このように、最大L−SPE距離の得られる膜厚
2μmのa−Si層4をSPEすることによって、比較
的低温の熱処理により転位密度の低減がなされる{11
0}ファセット面成長領域を拡大することが可能とな
る。さらに、SOI層5の薄膜化により、熱処理中に転
位の移動速度を増速する内部応力が増大するとともに、
表面へ抜けるための転位の移動距離が短くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の製造方法に
関し、さらに詳細には、シリコン基板上に非晶質絶縁膜
を形成した後、さらにその上に単結晶シリコン膜を形成
するいわゆるSOI(Silicon On Insulator)層の形成
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁膜上にシリコン単結晶薄膜を有する
SOI構造は、LSI作製用の基板として用いることに
より、LSIの高速化・高密度化のみならず、ソフトエ
ラーやラッチアップ現象を防ぐ等の信頼性の向上にも役
立つ。
【0003】SOI構造形成技術としては従来種々の方
法がある。これら方法の中で、非晶質シリコン(a−S
i)を再結晶化させるいわゆる固相成長(SPE:Soli
d Phase Epitaxy)を利用したSOI層形成法は、他の
手法に比べて低温での形成が可能であり、3次元回路素
子の形成にも適していることから、盛んに研究開発が進
められている。このa−Si層の固相成長を利用したS
OI層形成のあらましは次の通りである。
【0004】まず、シリコン基板上に、熱酸化あるいは
二酸化ケイ素(SiO2 )の堆積により非晶質絶縁層
(SiO2 層)を形成し、その一部に上記シリコン基板
表面が露出するように開口部を設けた後、この上からa
−Si層を堆積する。これを約600℃でアニールす
る。このとき、上記a−Si層は、SiO2 膜の開口部
においてSi基板をシード(種結晶)とし、その界面か
ら縦方向へSi基板の結晶包囲を受け継いで結晶化が進
む縦方向の固相成長(V−SPE:Vertical SolidPhas
e Epitaxy)が始まり、次いでSiO2 層上を横方向に
結晶化が進む横方向固相成長(L−SPE:Lateral So
lid Phase Epitaxy)する。このようにして、SOI層
の形成がなされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、L−SPEは
際限なく横方向へ固相成長するわけではなく、SiO2
層上のa−Si層中において、ランダムな、つまり上記
Si基板と異なる結晶方位の核生成による多結晶化によ
って停止する。このSiO2 層の開口部からL−SPE
の停止したところまでの距離は、一般にL−SPE距離
と称される。このL−SPE距離は、a−Si層の膜厚
に依存するとともに、SiO2 層の開口部、例えばライ
ン状の開口部を、Si基板の結晶方位に対してどの方向
へ開けるかにも依存する。
【0006】すなわち、a−Si層の膜厚が2μm以下
では、この膜厚の厚い方がL−SPE距離は大きく、そ
れ以上では膜の剥がれにより固相成長しない。また、面
方位依存性に関しては、上記ライン状の開口部が、{1
00}面のSi基板に対して結晶方向が〈100〉方向
を向いている場合に、L−SPE距離は最大となる。
【0007】例えば、Si{100}基板上に、膜厚1
000Å(0.1μm)のSiO2層が形成され、この
SiO2 層に、ライン状の開口部が最大L−SPE距離
の得られる基板の〈100〉方向に設けられ、この上に
膜厚0.5μmのa−Si層が堆積されてなるSOI層
構造において、a−Si層のL−SPE特性、つまりア
ニール時間に対するL−SPE距離の関係のグラフを図
3に示す。この図において、アニール時間が5時間とな
ったところでグラフに折れ曲がりが見られるが、これ
は、固相成長成長前面を形成しているファセット面がこ
の時点を境に{110}面から{111}面に変わり、
固相成長速度が遅くなったためである。なお、a−Si
層の膜厚が厚くなった場合(<2μm)のL−SPE距
離の拡大は、固相成長速度の速い{110}ファセット
成長の時間が長くなることによってなされることが報告
されている(M. Moniwa, M. Miyao, et al, Appl. Phy
s. Lett., Vol. 52, No. 21, 23 May(1988)参照)。
【0008】また、結晶性については、固相成長領域が
どのファセット面での成長により形成されたかによっ
て、差が現れる。図4に上記試料の平面の透過型電子線
顕微鏡(TEM)による結晶構造を示す。図中、Iの部
位はV−SPE領域、IIの部位はL−SPE領域、III
の部位は{110}ファセット面成長領域、およびIVの
部位は{111}ファセット面成長領域をそれぞれ示し
ている。また、黒い線は転位線であり、黒くなっている
部分は高密度に転位の存在している部分である。
【0009】L−SPE領域IIにおいて{110}ファ
セット面から{111}ファセット面への移行は、図5
(a) 〜(d) に示すように、{110}ファセット面のと
ころどころに現れた{111}ファセット面が除々に大
きくなることによって起こる。したがって、{110}
ファセット面成長領域III と{111}ファセット面成
長領域IVの境界は直線状ではなく、ジグザグ状となる
(図5(d) 参照)。
【0010】さらに、図4より、{111}ファセット
面成長領域IVは、{110}ファセット面成長領域III
に比べて転位密度が高く、結晶性の悪いことが分かる。
転位密度は、{110}ファセット成長領域III におい
て〜108 個/cm2 ,{111}ファセット成長領域
IVにおいて〜1010個/cm2 程度である。SOI層中
における転位の存在は、このSOI層中にデバイスを作
製した場合に、接合リークや散乱中心の原因となり、デ
バイス特性の劣化を招くと考えられる。
【0011】このような固相成長後のSOI層中に残留
する転位の低減方法として、固相成長後の後処理として
高温アニールが行われている。例えば、1150℃4時
間の電気炉アニールにより、転位密度は1010個/cm
2 から108 個/cm2 へと2桁のオーダ−の低減がな
されている(J. Appl. Phys. 54(5), May 1983, p284
7)。
【0012】しかしながら、このような高温・長時間の
熱処理は、Si基板への反りやスリップラインの導入を
もたらし、基板としてデバイスプロセスには不適切なも
のとなる。また、3次元回路素子の作製にも適切な手法
とは言えない。
【0013】一方、より低温で短時間の1050℃1時
間のアニールでは、{110}ファセット面成長領域で
の転位密度の低減はみられるが、{111}ファセット
面成長領域ではほとんど見られず、デバイス作製可能な
領域は{110}ファセット面成長領域に限られてしま
う。
【0014】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、デバイス
特性の劣化をもたらすSOI層中に残留する高密度の転
位を低減することにより、広い領域で結晶性の良好なS
OI層を形成する方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体基板の製造方法は、開口部を有する
絶縁層の上に、膜厚1〜2μmの非晶質シリコン層を堆
積する工程と、この非晶質シリコン層を固相成長した
後、エッチングにより、この固相成長層をその膜厚が
0.1〜0.5μmとなるまで薄膜化する工程と、これ
を1000〜1100℃で0.5〜4時間アニールする
工程とを含むことを特徴とする。
【0016】
【作用】基板に反りやスリップラインを導入しないよう
な固相成長後の熱処理,例えば1050℃で1時間の処
理でより広い領域で結晶性の良好なSOI層を得るため
に、本発明の製造方法においては、まず、固相成長によ
りSOI層とするためのa−Si層を膜厚2μm堆積し
て固相成長することにより、SOI層を形成する。続い
て、この固相成長層を0.5μm以下に薄膜化した後
に、熱処理を行う。
【0017】このような手法をとることにより、最大L
−SPE距離の得られる膜厚2μmのa−Siの固相成
長によって、前述したように比較的低温の熱処理により
転位密度の低減がなされる{110}ファセット面成長
領域を拡大することが可能となる。さらに、固相成長層
の薄膜化により、熱処理中に転位の移動速度を増速する
内部応力が増大するとともに、表面へ抜けるための転位
の移動距離が短くなる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明に係るSOI構造の形成工程を示し
ており、この図1に従い本発明の具体的製造方法につき
説明する。
【0019】まず、Si基板(Si{100}基板,p
型20−30Ωcm)1を熱酸化して、このSi基板1
上に膜厚0.1μmのSiO2 からなる絶縁層2を形成
する。フォトリソグラフィおよびエッチングにより、こ
の絶縁層2に、ライン状の開口部3をSi〈010〉結
晶方向に平行に設けて、Si基板1の表面を露出させる
(図1(a)参照)。
【0020】続いて、基板温度を500℃に設定して、
超減圧CVD(U−LPCVD)により、ジシラン(S
2 6 )の熱分解にて、上記絶縁層2上に膜厚1.5
μmのa−Si層4を堆積する。この後、これを温度5
90℃の窒素雰囲気中でアニールすることにより、a−
Si層4を固相成長する(図1(b)参照)。
【0021】その後、フッ硝酸系のエッチング溶液(H
F:HNO3 =1:400)により、固相成長にて形成
した固相成長層(単結晶半導体薄膜層)5を、その膜厚
が0.2μmになるまでエッチングして薄膜化する(図
1(c)参照)。これを電気炉において、温度1050℃の
状態で1時間アニールする。
【0022】以上のようにして形成されたSOI構造に
おける結晶性を、透過型電子線顕微鏡(TEM)により
評価した。図2はその平面の透過型電子線顕微鏡(TE
M)による結晶構造を示す。図中、Iの部位はV−固相
成長領域、IIの部位はL−固相成長領域をそれぞれ示し
ている。この平面TEM写真を、従来のSOI構造にお
ける結晶性を示す図4の平面TEM写真と比較すると、
本発明の方が、従来よりも広い領域で結晶性の良好なS
OI層が得られることが確認される。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
開口部を有する絶縁層の上に、膜厚1〜2μmの非晶質
シリコン層を堆積して、この非晶質シリコン層を固相成
長した後、エッチングにより、この単結晶半導体薄膜層
を、その膜厚が0.1〜0.5μmとなるまで薄膜化
し、これを温度1000〜1100℃で0.5〜4時間
アニールするから、従来よりも広い領域で結晶性の良好
なSOI層を得ることができる。
【0024】すなわち、例えば、最大L−SPE距離の
得られる膜厚2μmのa−Si層を固相成長することに
よって、比較的低温の熱処理により転位密度の低減がな
される{110}ファセット面成長領域を拡大すること
が可能となる。さらに、SOI層の薄膜化により、熱処
理中に転位の移動速度を増速する内部応力が増大すると
ともに、表面へ抜けるための転位の移動距離が短くな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例であるSOI構造の形成
工程を示す断面図である。
【図2】本発明によるSOI構造の透過型電子線顕微鏡
(TEM)による結晶構造を示す図である。
【図3】膜厚0.1μmのSiO2 膜を有するSi{1
00}基板上での膜厚0.5μmのa−Si膜の〈10
0〉方向のL−SPE特性を示す線図である。
【図4】従来のSOI構造の透過型電子線顕微鏡(TE
M)による結晶構造を示す図である。
【図5】同a−Si膜の固相成長進行過程と転位の発生
を示す概念図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 絶縁層(SiO2 ) 3 開口部 4 a−Si層 5 固相成長層(単結晶半導体薄膜層) I V−SPE領域 II L−SPE領域 III {110}ファセット面成長領域 IV {111}ファセット面成長領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に絶縁層を形成し、この
    絶縁層に開口部を設けて前記シリコン基板を露出させた
    後、この上に非晶質シリコン層を堆積し、この非晶質シ
    リコン層をアニールにより逐次結晶化させて単結晶半導
    体薄膜層を形成する方法において、 前記開口部を有する絶縁層の上に、膜厚1〜2μmの非
    晶質シリコン層を堆積する工程と、 この非晶質シリコン層をアニールにより逐次結晶化させ
    た後、エッチングにより、この単結晶半導体薄膜層をそ
    の膜厚が0.1〜0.5μmとなるまで薄膜化する工程
    と、 これを1000〜1100℃の温度で0.5〜4時間ア
    ニールする工程とを含むことを特徴とする半導体基板の
    製造方法。
JP16345992A 1992-05-29 1992-05-29 半導体基板の製造方法 Pending JPH05335234A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009016692A (ja) * 2007-07-06 2009-01-22 Toshiba Corp 半導体記憶装置の製造方法と半導体記憶装置
US7651930B2 (en) 2007-06-26 2010-01-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor storage device
JP2011023610A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法

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