JPH07176742A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び半導体装置

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JPH07176742A
JPH07176742A JP34494093A JP34494093A JPH07176742A JP H07176742 A JPH07176742 A JP H07176742A JP 34494093 A JP34494093 A JP 34494093A JP 34494093 A JP34494093 A JP 34494093A JP H07176742 A JPH07176742 A JP H07176742A
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JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
gate insulating
substrate
crystal silicon
film
Prior art date
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JP34494093A
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English (en)
Inventor
Akitomo Toizumi
哲知 戸泉
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はゲート絶縁酸化膜を形成するまでの
工程での基板中の酸素に起因する結晶欠陥、エッチング
時のダメージに起因する結晶欠陥又は重金属不純物に起
因する結晶欠陥によるゲート絶縁酸化の初期酸化膜耐圧
の劣化を防止し得る半導体装置の製造方法及び半導体装
置を提供することを目的とする。 【構成】 フィールド酸化膜2が形成されたSi基板1
上にチャネルイオン注入層5をイオン注入法により形成
する。次に、チャネルイオン注入層5を含む露出したS
i基板1上に単結晶シリコン膜6を選択エピタキシャル
成長により形成する。その後、この単結晶シリコン膜6
を熱酸化し、ゲート絶縁酸化膜7を形成する。これによ
り、ゲート絶縁酸化膜7中に取り込まれる結晶欠陥を低
減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法及
び半導体装置に係り、特に半導体基板上に形成されたゲ
ート酸化膜を有する半導体装置の製造方法及び半導体装
置に関する。
【0002】半導体装置の微細化、高集積化と共にゲー
ト酸化膜の薄膜化も急速に進められてきている。それと
ともに、これまで問題とならなかったようなデバイスプ
ロセス中で誘起される微小な結晶欠陥、あるいはシリコ
ン(Si)基板のミクロな品質、特に点欠陥の存在によ
るゲート酸化膜の低信頼性問題が顕在化してきている。
より高品質のゲート絶縁酸化膜形成のために、こういっ
た欠陥を極力抑えた状態でのゲート絶縁酸化膜形成技術
が要望されている。
【0003】
【従来の技術】図2は従来の半導体装置の製造方法の一
例の各工程における装置断面図を示す。同図(A)に示
すように、まず、Si基板1上にLOCOS(loca
l oxidation of silicon)法な
どの選択酸化によってフィールド酸化膜2を形成する。
次に、露出したSi基板1上に図2(B)に示すよう
に、イオン注入時の保護酸化膜3を形成し、更にこれら
フィールド酸化膜2の全面及び保護酸化膜3の一部の表
面に同図(C)に示すようにレジストパターン4を形成
する。
【0004】次に、レジストパターン4をマスクとして
イオン注入法により保護酸化膜3の下のSi基板1内に
不純物を注入することにより、図2(C)に示すように
チャネルイオン注入層5を形成する。そして、図2
(D)に示す如くレジストパターン4と保護酸化膜3と
をそれぞれ除去した後、チャネルイオン注入層5を含む
露出したSi基板1上に図2(E)に示す如くゲート絶
縁酸化膜7を形成する。
【0005】また、ゲート絶縁酸化膜を形成する従来の
半導体装置の製造方法の他の例として特開平2−309
648号公報記載の方法が知られている。すなわち、こ
の従来方法では、図3(A)に示す如くまず、Si基板
1上にLOCOS法などの選択酸化によってフィールド
酸化膜2を形成する。次に、図3(B)に示すように、
露出したSi基板1の表面に単結晶シリコン膜6を形成
し、かつ、その周囲のフィールド酸化膜2上には多結晶
シリコン膜8を形成した後、同図(C)に示すように、
それらのシリコン膜6及び8上にレジスト9を塗布す
る。
【0006】次に、ドライエッチングによるレジスト9
(酸化膜でも良い)及び多結晶シリコン膜8をエッチバ
ックし、Si基板1の表面に単結晶シリコン膜6を図3
(D)に示すように残す。そして、この単結晶シリコン
膜6上に図3(E)に示すようにゲート絶縁酸化膜7を
形成する。
【0007】また、ゲート絶縁酸化膜を形成する従来の
半導体装置の製造方法の更に他の例として特開平1−2
60832号公報記載の方法が知られている。すなわ
ち、この従来方法では、図4(A)に示す如くまず、S
i基板1上に保護酸化膜3を形成し、その上にレジスト
パターン4を形成した後、このレジストパターン4をマ
スクとしてN型不純物をSi基板1にイオン注入法によ
り注入することにより、N型の拡散層10をSi基板1
内に形成する。
【0008】次に、レジストパターン4と保護酸化膜3
とを除去した後、図4(B)に示すように、露出したS
i基板1上にP型の単結晶シリコン膜6を全面に形成す
る。このとき、拡散層10が単結晶シリコン膜6の表面
まで上方拡散する。続いて、単結晶シリコン膜6をLO
COS法などの選択酸化によってフィールド酸化膜2を
図4(C)に示すように形成する。そして、図4(D)
に示すように、拡散層10を含む単結晶シリコン膜6上
にゲート絶縁酸化膜7を形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、図2に示し
た従来の製造方法は、Si基板1の表面にはゲート絶縁
酸化膜7を形成するまでの工程で受けるダメージあるい
は重金属不純物起因の結晶欠陥が残ると共に、Si基板
1中には酸素に起因する結晶欠陥があり、ゲート絶縁酸
化膜7をこのSi基板1の表面に形成するため、結晶欠
陥による初期酸化膜耐圧の劣化という問題がある。
【0010】また、図3に示した従来の製造方法では、
単結晶シリコン膜8を形成した後、ドライエッチングに
よるエッチバックを行ってSi基板1の表面に単結晶シ
リコン膜6を残すようにしているため、エッチング時の
ダメージに起因する結晶欠陥が単結晶シリコン膜6の表
面に残ってしまう。
【0011】更に、図4に示した従来の製造方法では、
単結晶シリコン膜6を形成した後、LOCOS法などの
選択酸化を利用したフィールド酸化膜2を形成し、その
後、ゲート絶縁酸化膜7を形成するため、フィールド酸
化膜2の形成工程を含め、ゲート絶縁酸化膜7を形成す
るまでの工程で受ける重金属不純物に起因する結晶欠陥
が単結晶シリコン膜6の表面に残ってしまう。
【0012】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
ゲート絶縁酸化膜を形成するまでの工程での基板中の酸
素に起因する結晶欠陥、エッチング時のダメージに起因
する結晶欠陥又は重金属不純物に起因する結晶欠陥によ
るゲート絶縁酸化の初期酸化膜耐圧の劣化を防止し得る
半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを
目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、半導体基板上にフィールド酸化膜を形成し
た後、半導体基板のフィールド酸化膜により覆われてい
ない部分に、イオン注入法によりチャネルイオン注入層
を形成し、チャネルイオン注入層を含む半導体基板の表
面に単結晶シリコン膜を選択エピタキシャル成長し、単
結晶シリコン膜を熱酸化してゲート絶縁酸化膜を形成す
るよう構成したものである。
【0014】
【作用】本発明では、フィールド酸化膜形成後、半導体
基板上にチャネルイオン注入層を形成し、上記フィール
ド酸化膜で覆われていない露出した半導体基板上に単結
晶シリコン膜を選択的に成長した後、この半導体基板上
の単結晶シリコン膜を熱酸化により酸化しゲート絶縁酸
化膜を形成するようにしたため、ゲート絶縁酸化膜中に
取り込まれる結晶欠陥を低減することができる。
【0015】
【実施例】図1は本発明方法の一実施例の各製造工程で
の装置断面図を示す。同図中、図2乃至図4と同一構成
部分には同一符号を付してある。本実施例では、まず、
図1(A)に示すように、半導体基板であるSi製の基
板1上にLOCOS法などの選択酸化によってフィール
ド酸化膜2を形成する。
【0016】次に、露出したSi基板1上に図1(B)
に示すように、イオン注入時の保護酸化膜3を例えば温
度900℃、H2−O2のウェット酸化により膜厚200
〜400Åに形成する。次に、リソグラフィによりチャ
ネルドープする領域をパターニングし、これらフィール
ド酸化膜2の全面及び保護酸化膜3の一部の表面に図1
(C)に示すようにレジストパターン4を形成する。
【0017】次に、レジストパターン4をマスクとして
イオン注入法により保護酸化膜3の下のSi基板1内に
不純物を注入することにより、図1(C)に示すように
チャネルイオン注入層5を例えば0.04〜0.15μ
m程度の厚さに形成する。この場合のイオン注入条件と
しては、例えば加速エネルギー30〜40keV、イオ
ン種はP(リン)、あるいはB(ボロン)である。
【0018】次に、レジストパターン4及び保護酸化膜
3を図1(D)に示すようにそれぞれ除去した後、同図
(D)に示すようにチャネルイオン注入層5を含む露出
したSi基板1上に単結晶シリコン膜6を形成する。こ
の単結晶シリコン膜6は、CVD装置(cold wa
ll type)を用い、成長温度650℃、成長時間
2分、ベースプレッシャ2.0×10-9torr以下、
成長中のSi26 分圧5.0×10-4torr以下の
条件下で選択エピタキシャル成長を行うことにより形成
される。
【0019】また、この単結晶シリコン膜6の膜厚は、
目的とするゲート絶縁酸化膜の膜厚の40%以上とされ
る。これは次の理由による。例えばSi基板上に300
Åの酸化膜を熱酸化で形成する場合、300Åの40%
にあたる120ÅのSi基板表面が食われるため、目的
とするゲート絶縁酸化膜の膜厚の40%以上の単結晶シ
リコン膜をSi基板上に形成し、その後熱酸化により酸
化膜を形成することによってプロセス中のダメージ、重
金属不純物起因の結晶欠陥、酸素が関与する結晶欠陥が
ゲート絶縁酸化膜中に取り込まれることを防ぐためであ
る。
【0020】本実施例によれば、上記のように単結晶シ
リコン膜6はチャネルイオン注入後のエピタキシャル成
長により成長されるため、単結晶シリコン膜6はイオン
注入時のダメージから回避される。
【0021】次に、図1(F)に示すように、熱酸化
(例えばガス種:H2−O2、温度:700〜900℃の
ウェット酸化)により単結晶シリコン膜6を酸化するこ
とにより、ゲート絶縁酸化膜7をチャネルイオン注入層
5を含む露出したSi基板1上に例えば膜厚100〜2
00Åに形成する。その後、このゲート絶縁酸化膜7上
に公知の方法によりゲート電極が形成され、MOS型半
導体装置が製作される。
【0022】このように、本実施例では単結晶シリコン
膜6はチャネルイオン注入後のエピタキシャル成長によ
り成長されるため、単結晶シリコン膜6はイオン注入時
のダメージから回避され、また、単結晶シリコン膜6の
形成後はエッチバックを行わないから、エッチング時の
ダメージに起因する結晶欠陥も生じることはなく、更に
フィールド酸化膜2の形成後に単結晶シリコン膜6を選
択エピタキシャル成長しているため、重金属不純物に起
因する結晶欠陥が単結晶シリコン膜6の表面に残ること
も回避することができる。
【0023】従って、本実施例によれば、プロセス中の
ダメージ、重金属不純物に起因する結晶欠陥、酸素が関
与する結晶欠陥の少ない単結晶シリコン膜を酸化するこ
とができるため、ゲート絶縁酸化膜7を高品質に形成す
ることができ、初期酸化膜耐圧の向上ができる。これに
より、従来の初期酸化膜耐圧の良品率は、Si基板1中
の結晶欠陥密度に依存して70%から90%であった
が、本実施例では欠陥密度に影響されず98%と大幅に
向上した。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単結晶シリコン膜のゲート絶縁酸化膜形成により、半導
体基板中の酸素に起因する結晶欠陥の影響をなくし、ゲ
ート絶縁酸化膜中に取り込まれる結晶欠陥を低減するこ
とができるようにしたため、初期酸化膜耐圧の劣化を防
ぐことができ。また、本発明ではゲート絶縁酸化膜形成
直前に単結晶シリコン膜を形成し、その単結晶シリコン
膜を利用したゲート絶縁酸化膜形成を行うので、プロセ
ス中でのダメージ、重金属不純物に起因する結晶欠陥の
影響を受けることなく、単結晶シリコン膜を清浄に保っ
たまま、高品質のゲート絶縁酸化膜を形成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の各製造工程での装置断面図
である。
【図2】従来の一例の各製造工程での装置断面図であ
る。
【図3】従来の他の例の各製造工程での装置断面図であ
る。
【図4】従来の更に他の例の各製造工程での装置断面図
である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 フィールド酸化膜 3 保護酸化膜 4 レジストパターン 5 チャネルイオン注入層 6 単結晶シリコン膜 7 ゲート絶縁酸化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にフィールド酸化膜を形成
    する工程と、 該半導体基板の該フィールド酸化膜により覆われていな
    い部分に、イオン注入法によりチャネルイオン注入層を
    形成する工程と、 該チャネルイオン注入層を含む前記半導体基板の表面に
    単結晶シリコン膜を選択エピタキシャル成長する工程
    と、 該単結晶シリコン膜を熱酸化してゲート絶縁酸化膜を形
    成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 チャネルイオン注入層を含む半導体基板
    の表面にゲート絶縁酸化膜が形成された半導体装置にお
    いて、 チャネルイオン注入層上に形成された単結晶シリコン膜
    の熱酸化により形成された酸化膜を前記ゲート絶縁酸化
    膜として有することを特徴とする請求項1記載の製造方
    法により製造された半導体装置。
JP34494093A 1993-12-20 1993-12-20 半導体装置の製造方法及び半導体装置 Pending JPH07176742A (ja)

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Effective date: 19970708