JPH0750687B2

JPH0750687B2 - 気相成長方法

Info

Publication number: JPH0750687B2
Application number: JP11038386A
Authority: JP
Inventors: 健文大嶋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPS62266824A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体装置の製造等における絶縁面上に単結晶
半導体層を選択的に成長形成するため等の気相成長方法
に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、単結晶半導体基体露出面より絶縁領域面上に
単結晶半導体層を選択成長させる気相成長方法におい
て、少なくとも第２の露出面上に非単結晶層を被覆して
選択成長を行いその後に露出させるようにすることによ
り、絶縁領域上における２つの選択成長した単結晶半導
体領域の衝突部分の位置を第１の露出面の端部から長く
確保して素子特性の劣化を有効に防止するものである。

〔従来の技術〕

高集積化、３次元化デバイスを可能とする技術として、
絶縁領域上に単結晶のシリコン等の半導体層を形成し、
該単結晶半導体層にトランジスタ等の素子を形成するSO
I（シリコン・オン・インシュレーター）技術の研究・
開発が進められている。

ところで、従来より、SOI構造とするために絶縁領域上
に単結晶半導体層を形成する場合において、単結晶半導
体基体の露出面を種（シード）に用いて選択成長させる
気相成長方法がある。

この気相成長方法は、例えば、第２図に示すように、先
ず、単結晶半導体基体101の所定の領域に絶縁領域102を
形成し、この絶縁領域102以外の領域で上記単結晶半導
体基体101を露出させ、該露出面から気相成長により単
結晶半導体層103を形成するものである。このとき、気
相成長によって単結晶半導体層103は、上記露出面から
選択的に徐々に成長し、次第にその大きさが大きくな
り、最終的には、各露出面から選択成長した各単結晶半
導体層103が上記絶縁領域102上で相互にぶつかり合うこ
とになる。

そして、このような選択成長の後、エッチバック等を行
い所定の領域にトランジスタ等の素子が形成されること
になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

例えば、半導体装置の周辺回路等では大電流での使用や
感度維持等のため、セル等に必要な小さい寸法のトラン
ジスタと共に大きい寸法のトランジスタを形成する必要
がある。

しかしながら、上述のような気相成長方法にあっては、
上記各単結晶半導体層103がぶつかり合った衝突部分C₀
によって、素子特性のばらつき等の弊害が生ずるおそれ
があり、大きな寸法のトランジスタを形成することが容
易でない。

すなわち、上述の気相成長方法では、第２図に示すよう
に、単結晶半導体基体101の露出面から一様に各単結晶
半導体層103が絶縁領域上の距離l₀だけ選択成長し、そ
の単結晶半導体層103がぶつかり合った衝突部分C₀にお
いては、必ずしもその結晶構造が良好なものとは言い得
ない。そして、大きな寸法のトランジスタを得ようとし
て、このような衝突部分C₀を例えばMOSトランジスタの
チャンネル領域とした場合には、その結晶性から安定し
た特性の素子を得ることができない。

一方、大きい寸法のトランジスタを形成するために必要
以上に選択成長を行ったときは、同時形成する寸法の小
さいトランジスタ等のでの無用な単結晶半導体層の衝突
を誘発するため、問題の解決とはなり得ない。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、絶縁領域上に大
きい寸法の単結晶半導体層を確保して、素子特性の劣化
等の弊害を防止する気相成長方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、単結晶半導体基体が露出する少なくとも第１
及び第２の露出面と、それら露出面の間に絶縁領域面と
を形成し、さらに、上記第１の露出面上に非単結晶層を
形成する工程と、上記第２の露出面から単結晶半導体層
を上記絶縁領域面上へ選択的に気相成長させる工程と、
上記第１の露出面上の非単結晶層を除去する工程と、上
記第１及び第２の露出面からそれぞれ単結晶半導体層を
上記絶縁領域面上に選択的に気相成長させる工程とから
なる気相成長方法により上述の問題点を解決する。

なお、上記露出面は、半導体装置等の製造工程中におい
て露出され単結晶半導体層の種（シード）として用いら
れるべき面としての意味で用いている。

〔作用〕

本発明は、少なくとも２つの単結晶半導体基体の露出面
を、予め全て露出させておくのではなく、選択成長によ
る単結晶半導体層の成長過程で、順次露出させて行く。
このため成長形成される単結晶半導体層は画一の大きさ
とはならず、したがって、必要に応じた絶縁領域上の距
離を獲得することができ、大きい寸法のトランジスタ等
を形成しても、チャンネル領域に衝突部分が存しないこ
とになる。

本発明は、露出面を順次露出させて行く方法として、非
単結晶層を選択的に形成し、該非単結晶層を順次除去し
て行く。このとき非単結晶層の除去は、エッチングによ
って行っても良く、また、選択成長時のHClガス等のエ
ッチングの性質を利用するようにしても良い。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本発明の実施例の気相成長方法は、絶縁領域面上に単結
晶半導体層を選択成長させる際に、第２の露出面上に非
単結晶層を被覆して選択成長を行いその後に露出させる
ようにして、絶縁領域上に２つの大きさの異なる単結晶
半導体層を形成し、その衝突部分を第２の露出面の端部
から距離の長いものとし、その後に形成する素子の特性
の劣化を有効に防止するものである。

まず、本実施例にかかる気相成長方法をその工程に従っ
て、第１図ａ〜第１図ｆを参照しながら説明する。

（ａ）第１図ａに示すように、例えば単結晶シリコン基
板等の単結晶半導体基体１の表面の領域に例えばシリコ
ン酸化膜等からなる絶縁領域２を形成する。この絶縁領
域２は部分的に窓明けされてなり、当該絶縁領域２の窓
明けされた領域は、同一面上で上記単結晶半導体基体１
が露出されるそれぞれ第１及び第２の露出面３、４とな
っている。尚、露出面３、４は上記絶縁領域２と段差を
有していても良い。

これら第１及び第２の露出面３、４は、それぞれ後の工
程における選択成長により単結晶半導体層を成長形成す
る場合の種（シード）として機能するものである。そし
て、本実施例では、上記絶縁領域面2a上に２つの大きさ
の異なる単結晶半導体層を形成するため、これら第１及
び第２の露出面３、４の中、まず、第１の露出面３に非
単結晶層５をパターン形成する。この第１の露出面３上
にパターン形成される上記非単結晶層５は、例えば薄い
膜厚からなるシリコン酸化膜を材料とし、後述するよう
に、エッチングの工程で若しくは選択成長の進行と共に
除去される。

（ｂ）次に、第１図ｂに示すように、選択成長により第
２の上記露出面４上に単結晶半導体層６を上記絶縁領域
面2a上に気相成長させる。選択成長は、例えば、気相成
長膜を堆積させる性質を有してなるSiH₄ガスやSiH₂Cl₂
ガス等のガスと、気相成長膜をエッチングする性質を有
してなるHClガス等のガスとを用いる方法等によって行
うことができ、上記第２の露出面４を種として単結晶半
導体層６が徐々に選択成長して行く。このような単結晶
半導体層６の成長により、上記絶縁領域面2a上には、上
記第２の露出面４の端部4aから、所定の距離l₁にその結
晶成長の端部を有する単結晶半導体層６が形成される。

（ｃ）次に、第１図ｃに示すように、上述の選択成長の
種に用いられていない第１の露出面３上に形成された非
単結晶層５を除去する。この除去は、積極的にエッチン
グによって除去するようにしても良く、また、上述の選
択成長の過程での例えばシリコン酸化膜が同時に除去さ
れて行く性質を利用して、当該非単結晶層５を上記選択
成長と共に除去するようにしても良い。

このように非単結晶層５を除去することにより、第１の
露出面３は上記単結晶半導体基体１が露出するようにな
り、したがって、再び単結晶半導体層を選択形成する場
合の種として用いることができる。

（ｄ）第１図ｄに示すように、上記第２の露出面４から
選択成長した単結晶半導体層６をさらに成長させると共
に、新たにエッチングにより若しくは選択成長過程中に
露出してなる上記第１の露出面３からもそれぞれ単結晶
半導体層７を選択成長させる。このように上記第1,第２
の露出面3,4からそれぞれ単結晶半導体層6,7を上記絶縁
領域面2a上に選択的に気相成長させることで、上記絶縁
領域面2a上には、大きさの異なる単結晶半導体層６、７
が形成されることになり、これらはそれぞれその端部が
相互にぶつかり合って衝突する。

このとき先に露出して選択成長の種として用いられた第
２の露出面４からの単結晶半導体層６は、第１図ｄに示
すように、上記第２の露出面４の端部4aから横方向に上
記絶縁領域面2a上で当該単結晶半導体層６の端部まで距
離l₂を有し、一方、当初非単結晶層５に被覆され時差を
以て露出されてなる上記第１の露出面３からの単結晶半
導体層７は、上記第１の露出面３の端部3aから横方向に
上記絶縁領域面2a上で当該単結晶半導体層７の端部まで
距離l₃を有している。これら各露出面３、４の端部3a、
4aから各端部に該当する部分である衝突部分C₁までの距
離l₂,l₃の関係は、l₂＞l₃の関係に有り、上記距離l₂を
距離l₃に比較して確実に大きな値にすることができる。
そして、更に、これらの関係は上記選択成長の工程によ
って再現性良く制御することができる。

（ｅ）第１図ｅに示すように、例えば、大きさの異なる
単結晶半導体層６、７をそれぞれエッチバックして平坦
化し、また、素子分離領域８を形成する。このとき、上
記衝突部分C₁の位置は、上記距離l₂、l₃の関係から、上
記絶縁領域面2a上において、上記第１の露出面３側にず
れて位置することになり、このため上記第２の露出面４
側から単結晶として結晶性の良好な領域が確保されるこ
とになる。

（ｆ）第１図ｆに示すように、最終的に上記単結晶半導
体層６、７にゲート電極９等を形成してトランジスタを
形成した場合には、衝突部分C₁の位置は、ソース若しく
はドレイン領域にのみ位置することになり、最も素子特
性に影響するチャンネル領域10の結晶性は、上記第２の
露出面４からの単結晶半導体層６が十分に成長してなる
領域であるため、良好に維持される。

なお、形成する素子等はトランジスタに限定されず、キ
ャパシタ、抵抗、ダイオード等の素子でも良いことは言
うまでもない。

以上のような本実施例からも明らかなように、絶縁領域
面2a上に長い距離l₂の単結晶半導体層を設けることがで
きる。このため、大きい寸法のトランジスタを容易に得
ることができ、例えば、周辺回路等の大電流、高感度用
として用いて好適である。

また、長い距離の単結晶の領域を得るために、特に全て
の種から一様に大きい単結晶半導体層を成長させるもの
ではないため、同時に小さい寸法のトランジスタを形成
しても何ら集積度を犠牲にすることにはならず、したが
って、半導体装置の高密度化に供することになる。

また、本実施例の気相成長方法によっては、上記選択成
長の工程に制御から所定の位置に確実に衝突部分C₁が位
置することになる。したがって、その再現性は高いもの
となり得る。

なお、上述の実施例においては、順次露出されて行く露
出面を第１及び第２の露出面としたが、これに限定され
ず、さらに多くの順次露出させるような露出面を有する
ようにしても良い。

〔発明の効果〕

本発明の気相成長方法は、上述のように、絶縁領域面上
に長い距離の単結晶半導体領域を選択成長させることが
できる。このため例えば大きい寸法のトランジスタ等を
形成する場合にあっても、集積度を何ら犠牲にすること
なく、チャンネル領域を単結晶半導体層相互の衝突部分
が存しないようにすることができ、素子特性の維持を図
ることができる。

また、その単結晶半導体層の距離等の制御は、工程に依
存するため、確実に制御することができ、プロセス上の
再現性に優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｆは本発明の気相成長方法を説明する
ための工程に従って説明図である。また、第２図は従来
の気相成長方法を説明するための説明図である。１……単結晶半導体基体２……絶縁領域 2a……絶縁領域面３……第１の露出面 3a……第１の露出面の端部４……第２の露出面 4a……第２の露出面５……非単結晶層６……単結晶半導体層７……単結晶半導体層 C₁……衝突部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶半導体基体が露出する少なくとも第
１及び第２の露出面と、それら露出面の間に絶縁領域面
とを形成し、さらに、上記第１の露出面上に非単結晶層
を形成する工程と、上記第２の露出面から単結晶半導体層を上記絶縁領域面
上へ選択的に気相成長させる工程と、上記第１の露出面上の非単結晶層を除去する工程と、上記第１及び第２の露出面からそれぞれ単結晶半導体層
を上記絶縁領域面上に選択的に気相成長させる工程とか
らなる気相成長方法。