JPH1064817A

JPH1064817A - 半導体装置およびその作製方法および電子機器

Info

Publication number: JPH1064817A
Application number: JP23260796A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Jun Koyama; 潤小山; Satoshi Teramoto; 聡寺本
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-06
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP4104682B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＳＯＩ構造を有する半導体装置を得る。【構成】単結晶シリコン基板１０１中に酸素イオンを
注入する。また、Ｎｉ元素を導入する。そして加熱処理
により酸化珪素層１０５を形成すると同時に単結晶シリ
コン層１０６を得る。さらにハロゲン元素を含んだ酸化
性雰囲気中において加熱処理を行い、熱酸化層１０７を
得る。Ｎｉ元素を利用することにより、単結晶シリコン
層１０６の形成と該層と酸化珪素層１０４との界面に形
成される欠陥の補償を行う。また熱酸化層１０７の形成
時にニッケル元素を熱酸化層中にゲッタリングする。そ
して熱酸化層１０７を除去することにより、ニッケル元
素を実用上問題の無い濃度とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
ＳＯＩ(silicon-on-insulator)構造（単結晶シリコンを
絶縁体上に形成した構造）、およびその構造を得るため
の技術に関する。

【０００２】例えば、ＳＩＭＯＸ(separation-by-impla
nted oxygen)と称される単結晶シリコン層の作製方法に
関する。またこのシリコン層を利用した半導体装置( 例
えばトランジスタ）の作製方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来より、ＳＯＩ(silicon-on-insulato
r)構造（単結晶シリコンを絶縁体上に形成した構造）の
一つとして、ＳＩＭＯＸ(separation-by-implanted oxy
gen)と呼ばれる技術が知られている。（例えば、丸善株
式会社志村史夫著半導体シリコン結晶工学平成５
年９月３０日発行 p217以下参照）

【０００４】これは、（１）単結晶シリコン基板中に高濃度の酸素イオンを１
０¹⁸／ｃｍ² 程度以上のドーズ量でもって注入する。（２）熱アニールを行い、（１）で注入された酸素と単
結晶シリコン基板中の珪素とを反応させて、埋め込み酸
化層（酸化珪素膜の層）を単結晶シリコン基板中に形成
する。といった工程を経ることにより、埋め込み酸化層
上に単結晶シリコン層を形成するものである。

【０００５】上記ＳＩＭＯＸ技術で得られた単結晶シリ
コン層を利用して電子デバイスを作製すると以下のよう
な優位性を得ることができる。（１）２次元的な素子間分離を完全に行うことができる
集積回路を得ることができる。（２）素子と基板との間の寄生容量を大きく低減できる
ので、デバイス動作の高速化を実現することができる。
また、基板を介しての寄生容量による素子間、あるいは
素子と配線間のクロストークを軽減することができる。（３）デバイス配置の３次元配置を可能する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ＳＩＭＯＸ技術で
は以下のような問題がある。その一つは、埋め込み酸化
層を形成する際の酸化反応時において、埋め込み酸化層
とその下の単結晶シリコン層（基板）との界面近傍、及
び埋め込み酸化層とその上の単結晶シリコン層（デバイ
スの活性層に利用される）との界面近傍において、欠陥
が形成されてしまう問題である。

【０００７】この欠陥は、格子間原子（格子の隙間に余
分に入り込んだ原子）や珪素原子の不完全な結合に起因
する。また転位等にも起因する。

【０００８】この欠陥を減少させるには、（１）１３００℃以上の高温熱処理を行う。（２）酸素イオンの注入を分割して行い、その分割して
の酸素イオンの注入を行う毎に高温熱処理を施す。とい
った方法がある。（前述の半導体シリコン結晶工学参
照）

【０００９】しかしながら、このような方法は、高いプ
ロセス温度が要求され、また工程が煩雑化するという問
題がある。特に高温プロセスは、装置に対する負担が大
きくなり、生産性の点から好ましいものではない。

【００１０】本明細書で開示する発明は、ＳＩＭＯＸ技
術を利用して、単結晶シリコン層を形成する技術におい
て、上記の問題を解決することを課題とする。即ち、欠
陥密度の低い単結晶シリコン層を得る技術を提供するこ
とを課題とする。

【００１１】そしてそのことにより、高速動作が可能で
高い信頼性を有する素子を得ることを課題とする。ま
た、同時に複雑なプロセスや高温処理を行わずに上記課
題を解決することを更なる課題とする。

【００１２】さらに本明細書で開示する発明は、一般に
酸化珪素層を単結晶シリコン層に接して形成した場合に
界面に高密度に形成される欠陥の存在の影響を抑制する
技術を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層
と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有した半導体装置の作製方法であって、前記単結晶シ
リコン層の形成に際して、意図的にニッケル元素を前記
シリコン基板中に添加する工程と、前記ニッケル元素を
意図的に除去する工程と、を有することを特徴とする。

【００１４】上記構成における結晶シリコン基板という
のは、一般に利用される単結晶シリコンウエハーを含
み。また、素子形成に関係の無い領域結晶粒界が存在し
ていたり、不純物の偏析があるようなものも含む。一般
的には、最新の技術をもって作製された高純度で欠陥密
度の小さい単結晶シリコンウエハーを上記結晶シリコン
基板として利用することが好ましい。

【００１５】ニッケル元素のゲッタリングはハロゲン元
素を含んだ雰囲気中での加熱処理により行うことができ
る。この場合、ニッケル元素は雰囲気中にＮｉＣｌ₂ や
ＮｉＦ₂ として気化し除去される。

【００１６】また上記雰囲気を酸化性のものとすること
により、加熱処理により熱酸化層を形成することは有効
となる。この場合ハロゲン元素の作用もあり、ニッケル
元素が熱酸化層（熱酸化膜）中にゲッタリングされる。
この結果、１０¹⁸／ｃｍ³ 以上の濃度で残留していたニ
ッケル元素の濃度を１０¹⁷／ｃｍ³ 台以下の濃度に減少
させることができる。

【００１７】ハロゲン元素は、Ｃｌ及び／またはＦを少
なくとも含んだ気体を用いて導入すればよい。例えば、
ＨＦ、ＮＦ₃ 、ＣｌＦ₃ またはそれらのガスを含んだ気
体を用いることができる。

【００１８】また、ＨＣｌを酸素雰囲気中に混合させる
場合は、１〜１０％、ＮＦ₃ であれば酸素雰囲気中に0.
1 〜１％含有させればよい。

【００１９】なお、熱酸化層の形成は、７００℃〜１２
００℃、好ましくは８００℃〜１２００℃の範囲の温度
で行うことが好ましい。

【００２０】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
形成された酸化珪素層と、該酸化珪素層上に形成された
単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法で
あって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、意図的
に珪素の結晶化を助長する金属元素を前記シリコン基板
中に添加する工程と、前記金属元素を意図的に除去する
工程と、を有することを特徴とする。

【００２１】珪素の結晶化を助長する金属元素として、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のもの
を用いることができる。

【００２２】金属元素としては、Ｎｉを用いることがそ
の再現性や効果の点から最も好ましい。

【００２３】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
形成された酸化珪素層と、該酸化珪素層上に形成された
単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法で
あって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、ニッケ
ル元素を意図的に導入する工程と、前記意図的に導入し
たニッケル元素を熱酸化を利用することにより除去する
工程と、を有することを特徴とする。

【００２４】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
形成された酸化珪素層と、該酸化珪素層上に形成された
単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法で
あって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、珪素の
結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する工程と、
前記意図的に導入した金属元素を熱酸化を利用すること
により除去する工程と、を有することを特徴とする。

【００２５】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
酸素をドーピングする工程と、Ｎｉ元素を前記結晶シリ
コン基板表面に接して保持させる工程と、加熱処理によ
り前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程
と、前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工
程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸
化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とす
る。

【００２６】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
酸素をドーピングする工程と、加熱処理により前記結晶
シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程と、Ｎｉ元
素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程
と、前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工
程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸
化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とす
る。

【００２７】他の発明の構成は、Ｎｉ元素を結晶シリコ
ン基板表面に接して保持させる工程と、前記結晶シリコ
ン基板中に酸素をドーピングする工程と、加熱処理によ
り前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同
時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工
程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸
化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とす
る。

【００２８】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
酸素をドーピングする工程と、珪素の結晶化を助長する
金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させ
る工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸
化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面
に熱酸化層を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する
工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層
を得ることを特徴とする。

【００２９】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
酸素をドーピングする工程と、珪素の結晶化を助長する
金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させ
る工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸
化珪素層を形成する工程と、前記結晶シリコン基板表面
に熱酸化層を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する
工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層
を得ることを特徴とする。

【００３０】他の発明に構成は、結晶シリコン基板中に
酸素をドーピングする工程と、加熱処理により前記結晶
シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程と、珪素の
結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基板表面
に接して保持させる工程と、前記結晶シリコン基板表面
に熱酸化層を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する
工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層
を得ることを特徴とする。

【００３１】他の発明の構成は、珪素の結晶化を助長す
る金属元素を結晶シリコン基板表面に接して保持させる
工程と、前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングす
る工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸
化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面
に熱酸化層を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する
工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層
を得ることを特徴とする。

【００３２】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
酸素をドーピングする工程と、珪素の結晶化を助長する
金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させ
る工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸
化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面
に熱酸化層を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する
工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層
を得ることを特徴とする。

【００３３】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
形成された酸化珪素層と、該酸化珪素層上に形成された
単結晶シリコン層と、を有し、前記単結晶シリコン層を
利用して少なくとも一つの素子の活性層が形成されてお
り、前記活性層中においては前記酸化珪素層と反対の界
面に向かって金属元素が高い濃度分布を有して存在して
いることを特徴とする。

【００３４】上記構成において、金属元素は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のものから選
択される。

【００３５】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中に
形成された酸化珪素層と、該酸化珪素層上に形成された
単結晶シリコン層と、を有した半導体装置を備えた電子
機器であって、前記単結晶シリコン層を利用して少なく
とも一つの素子の活性層が形成されており、前記活性層
中においては前記酸化珪素層と反対の界面に向かって金
属元素が高い濃度分布を有して存在していることを特徴
とする。

【００３６】電子機器としては、パーソナルコンピュー
ターや携帯型のビデオカメラ、さらに各種情報端末を挙
げることができる。

【００３７】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中ま
たはその表面に単結晶シリコン層に隣接した酸化珪素層
を形成する工程を有し、前記酸化珪素層の形成前におい
て、ニッケル元素の意図的な導入工程を有し、前記酸化
珪素層の形成時または後において、前記ニッケル元素の
意図的な除去工程を有することを特徴とする。

【００３８】他の発明の構成は、結晶シリコン基板中ま
たはその表面に単結晶シリコン層に隣接した酸化珪素層
を形成する工程を有し、前記酸化珪素層の形成前におい
て、珪素の結晶化を助長する金属元素の意図的な導入工
程を有し、前記酸化珪素層の形成時または後において、
前記金属元素の意図的な除去工程を有することを特徴と
する。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１に示すように本明細書で開示
する発明の具体的な構成例を一つは、単結晶シリコン基
板１０１中に酸素をドーピングする工程（図１（Ａ））
と、Ｎｉ元素を前記単結晶シリコン基板表面に接して保
持させる工程（図１（Ｂ））と、加熱処理により前記単
結晶シリコン基板中に酸化珪素層１０５を形成する工程
（図１（Ｃ））と、前記単結晶シリコン基板表面に熱酸
化層１０７を形成する工程（図１（Ｄ））と、前記熱酸
化層を除去する工程（図１（Ｅ））と、を有し、前記酸
化珪素層１０５上に単結晶シリコン層１０８を得ること
を特徴とする。

【００４０】上記工程において、Ｎｉ元素の作用により
単結晶シリコン層１０８中の欠陥を減少させることがで
き、また熱酸化層１０７の形成によって、上記欠陥の減
少とＮｉ元素のゲッタリング（単結晶シリコン層１０８
中からの除去）を促進させることができる。

【００４１】特に酸化珪素層との界面近傍の単結晶シリ
コン層中に形成される欠陥を大きく減少させることがで
きる。

【００４２】一般に酸化珪素層の形成に際しては、Ｓｉ
Ｏ₂ 層とＳｉ層の界面にＳｉＯ_x（０＜Ｘ＜２）で示さ
れるような結合手が余っているような不完全な結合状態
を有する層が形成される。

【００４３】図１４に上記モデルを模式的に示す。図１
４において、（Ａ）は不完全な接合状態を有するＳｉＯ
_x（０＜Ｘ＜２）で示される層が酸化珪素層（ＳｉＯ
₂ ）層と単結晶シリコン層（Ｓｉ層）との間に形成され
ている状態を示している。

【００４４】一般に図１の１０５で示されるような酸化
珪素層を形成すると、上記ＳｉＯ_x（０＜Ｘ＜２）で示
される層が形成されてしまう。この層には、不完全な結
合に起因する歪エネルギーが蓄えられている。

【００４５】当然のことながら、この層中には、ＳｉＯ
₂ でその組成が示されるほぼ完全な組成構造を有する酸
化珪素層や単結晶シリコン層に比較して高密度に欠陥を
含んでいる。そしてそれに対応して高密度に準位が形成
されている。この欠陥の分布は図１４（Ｂ）に示すよう
な分布になる。図１４（Ｂ）は相対的な欠陥の分布を判
りやすいように図表化したものである。

【００４６】このような状態において、Ｎｉ元素を意図
的に導入し、加熱処理を行った場合、ＳｉとＯとＮｉと
が反応し、原子の再配列が進行する。

【００４７】この結果、図１４（Ｃ）に示すように、Ｓ
ｉＯ_x（０＜Ｘ＜２）で示される層はその幅（厚さ）が
小さくなり、場合によって消滅する。この際、歪エネル
ギーも開放され、図１４（Ｄ）に示すように、欠陥密度
は著しく減少する。

【００４８】一方、上記加熱処理によって、Ｎｉ元素が
界面に過剰に集中した状態となる。そこで、ハロゲン元
素を含んだ雰囲気中での加熱処理（この加熱処理は上記
ＳｉＯ_xを消滅させるための加熱処理と同時に行っても
よい）を行うことにより、Ｎｉ元素の除去（ゲッタリン
グ）が行われる。具体的には、Ｎｉ元素とハロゲン元素
とが結合し気化する。ここで熱酸化を行えば、形成され
る熱酸化膜中にＮｉ元素はゲッタリングされる。また、
ハロゲン元素と結合したＮｉ元素は気化し、離脱する。

【００４９】図１４（Ａ）に示すようなＳｉＯ_X層が存
在すると、酸化珪素層によって素子分離された素子の動
作は、ＳｉＯ_X層中に高密度に含まれる欠陥に起因する
準位の悪影響を受ける。このことは、素子の微細化が進
行するほど顕著になる。従って、本明細書に開示する発
明を利用し、上記ＳｉＯ_X層中に含まれる欠陥を減少さ
せることは有用なものとなる。

【００５０】

【実施例】

〔実施例１〕図１に本実施例の作製工程を示す。本実施
例は、Ｎｉ元素を利用して欠陥の少ない高い品質を有す
る単結晶シリコン層を形成するものである。

【００５１】まず図１（Ａ）に示すように単結晶シリコ
ン基板１０１を用意する。そして、この単結晶シリコン
基板１０１中に酸素イオンの注入を行う。ここでは酸素
イオンの注入は、イオンドーピング法によって行う。

【００５２】この工程は公知のＳＩＭＯＸ技術と同じで
ある。ここでは、ドーズ量を１×１０¹⁸／ｃｍ² とす
る。加速電圧は、埋め込み酸化珪素層の形成位置（深さ
位置）に従って決定する。

【００５３】この酸素イオンの注入工程は基板１０１を
５００℃に加熱した状態で行う。これは、酸素イオンの
注入によって、単結晶結晶シリコン基板１０１の最表面
が損傷し、その結晶性が著しく損なわれることを防ぐた
めである。この加熱は、４００℃〜６００℃程度とする
ことが好ましい。

【００５４】酸素イオンの注入により、１０２で示され
る酸化イオン注入層が単結晶シリコン基板１０１中に形
成される。この状態では、酸素イオン注入層１０２は安
定なＳｉＯ₂ となっていない。即ち、結合状態が不安定
なＳｉ−Ｏ化合物が高い割合で含まれている。当然、こ
の状態では酸素イオン注入層は高い欠陥密度を有してい
る。

【００５５】また、この図１（Ａ）に示す状態において
は、１０３で示される領域（単結晶シコン基板１０１の
最表面）が残存シリコン層となる。

【００５６】注入条件を慎重に設定しないと、この残存
シリコン層１０３の結晶性が損なわれてしまうので注意
が必要である。

【００５７】ここでは、残存シリコン層１０３には酸素
イオンの注入に従って生成された欠陥が存在している。
また一部では結晶性も損なわれていると考えられる。
（この点に関しては、酸素イオンの注入条件に依存す
る）

【００５８】こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。次
にＮｉ元素の導入を行う。ここでは、溶液を用いてニッ
ケル元素の導入を行う。具体的には、所定の濃度にＮｉ
元素を含有した酢酸ニッケル塩溶液を塗布することによ
り、ニッケル元素が残存シリコン層１０３の表面に接し
て保持された状態を得る。こうして図１（Ｂ）に示すよ
うに、１０４で示されるＮｉ含有層１０４を形成する。

【００５９】Ｎｉ元素の導入方法としては、上記の溶液
を用いる方法以外にスパッタ法やプラズマＣＶＤ法、さ
らにニッケルを含有した電極を利用したプラズマ処理
（電極に含有されたＮｉが雰囲気中に放出されることを
利用する）、イオン注入法等々の手段を利用することが
できる。

【００６０】しかしこれらの方法は、溶液を用いる方法
に比較して制御性や生産性に難点がある。特に大面積に
対する均一な処理は溶液を用いる方法が最も優れてい
る。

【００６１】上記の溶液を用いる方法で得られたＮｉ含
有層１０４から後の工程において、Ｎｉ元素が残存シリ
コン層１０３中に拡散して行く。

【００６２】上記残存シリコン層１０３中に拡散して行
くニッケル元素の量、またニッケル元素が拡散した後に
シリコン層中に残存するニッケル元素の濃度は、ニッケ
ル酢酸塩溶液中に含まれるニッケル元素の濃度を調整す
ることによって決めることができる。（この点が溶液を
用いるこの最大の利点と言える）

【００６３】図１（Ｂ）に示すＮｉ元素の導入を行った
ら、非酸化性雰囲気での加熱処理を行う。ここでいう非
酸化性雰囲気というのは、実質的に（または意図的に）
酸素を含ませていない雰囲気ということである。

【００６４】ここでは窒素雰囲気（常圧）の中におい
て、１１５０℃の加熱処理を２時間行う。この加熱処理
を行うことによって、１０５で示される酸化珪素層が形
成される。また同時に酸化珪素層１０５上のシリコン層
が単結晶シリコン層１０６となる。

【００６５】この加熱処理は９００℃〜１３５０℃程度
で行う。一般には装置の負担を考慮して、９００℃〜１
２００℃程度とすることが好ましい。

【００６６】本実施例においては、酸化珪素層１０５の
膜厚を４０００Å、単結晶シリコン層１０６の膜厚を２
０００Åとする。

【００６７】具体的には、図１（Ａ）における酸素イオ
ンの注入条件、図１（Ｂ）のＮｉ元素の導入条件、図１
（Ｃ）の加熱条件を適時選択（実験的に決める必要があ
る）することにより、各層の膜厚を上記ような値に設定
する。

【００６８】本実施例で特徴とするのは、Ｎｉを利用し
ている関係で、上記の加熱処理を１３００℃というよう
な高温で行う必要が必ずしも無いということである。換
言すれば、Ｎｉを導入することで、１３００℃あるいは
それ以上というような高温での加熱処理を越える効果が
得られることが、ここで示す技術の特徴である。

【００６９】こうして図１（Ｃ）に示す状態を得る。即
ち、酸化珪素層１０５が形成され、その上に単結晶シリ
コン層１０６が形成された状態を得る。即ち、この工程
においては、酸化珪素層が形成されるとともに酸素イオ
ンの注入により結晶性の損なわれた（一般にはそうな
る）残存シリコン層１０３が単結晶化される。この状態
においては、単結晶シリコン層１０６中にニッケル元素
が比較的高濃度に含まれ、また酸化珪素層１０５の形成
に従い発生する欠陥も無視できない濃度で存在してい
る。

【００７０】図１（Ｃ）に示す状態を得たら、次に酸化
雰囲気中において、再度の加熱処理を行う。この加熱処
理は、雰囲気として、ＨＣｌを３体積％含んだ酸素雰囲
気（常圧）中において、１１５０℃の温度で行う。この
工程において、１０７で示される熱酸化層（熱酸化膜）
を１０００Åの厚さに形成する。

【００７１】この工程の結果、図１（Ｄ）に示されるよ
うに、１５００Å厚の単結晶シリコン層１０８を得るこ
とができる。

【００７２】この工程において、Ｎｉ元素の作用によ
り、酸化珪素層１０５の形成時に形成された欠陥が修復
される。また、同時にＮｉ元素は熱酸化層１０７中に塩
素の作用によりゲッタリングされる。

【００７３】またこのゲッタリング効果の関係で、得ら
れた単結晶シリコン層１０６はその表面に向かうに従っ
て、Ｎｉの存在濃度が高くなる傾向がＳＩＭＳ（２次イ
オン分析方法）を用いた観察から確認される。この傾向
は、本明細書で開示するＮｉを利用した工程を利用した
ことの証拠となる。

【００７４】この工程におけるメカニズムは明らかでな
いが、本発明者らは以下のようなモデルを考えている。

【００７５】まず、図１（Ｃ）の工程において、埋め込
み酸化層でなる酸化珪素層１０５が形成されるのと同時
に単結晶結晶シリコン層１０６が形成される。この際、
特に酸化珪素層１０５と単結晶シリコン層との界面近傍
（主に単結晶シリコン層側近傍）において、欠陥が形成
される。これは、主に格子間Ｓｉ原子によるものと考え
られる。

【００７６】またこの格子間Ｓｉ原子による影響で単結
晶シリコン層１０６の他の部分においても欠陥が形成さ
れる。

【００７７】そして図１（Ｄ）の工程における熱酸化層
１０７の形成時に単結晶シリコン層１０６（この段階で
は１０８として形成されていないと考える）中にＮｉ原
子が拡散する。

【００７８】この際、単結晶シリコン層１０６中に拡散
したＮｉ元素の作用により、Ｓｉ原子同士の結合が促進
され、結晶性の改善が行われる。

【００７９】また、単結晶シリコン層１０６中に拡散し
たＮｉ元素がＯ（酸素）元素及びＳｉ元素と結合する。
この際、上記格子間Ｓｉ原子が利用される。この結果、
格子間Ｓｉ原子が減少する。

【００８０】また、熱酸化膜の形成に単結晶シリコン層
１０６中のＳｉ原子が利用されるので、このことによっ
ても格子間Ｓｉ原子が減少する。

【００８１】こうして、単結晶シリコン層１０６中にお
いて珪素原子同士の結合が促進され、また格子間原子の
存在に起因する欠陥が修復される。そして単結晶シリコ
ン層１０８が得られる。

【００８２】また、この工程（熱酸化層１０７）の形成
工程においては、塩素の作用により、Ｎｉ元素が熱酸化
層１０７中にゲッタリングされる。即ち、結晶性の向
上、欠陥の減少に寄与したＮｉ元素は、それらの作用を
果たすとともに熱酸化層１０７中にゲッタリングされ
る。

【００８３】このようにして、欠陥密度が低減された単
結晶シリコン層１０８を得る。この状態（図１（Ｄ）の
状態）においては、熱酸化層１０７中にゲッタリングさ
れたＮｉ元素が高濃度に含まれている。

【００８４】そこで、図１（Ｅ）に示すように、熱酸化
層１０７を除去する。こうして、Ｎｉ元素の影響も無
く、また欠陥密度も低い高品質な単結晶シリコン層１０
８を得る。

【００８５】後は公知の方法により、この単結晶シリコ
ン層１０８を利用して所望のデバイスを形成する。

【００８６】また各層の厚さの設定は各工程の条件の組
み合わせによって、適時決めることができる。即ち、こ
こで示した条件に限定されることなく、必要とする層の
厚さを各条件を変更することによって設定することがで
きる。

【００８７】〔実施例２〕本実施例の作製工程を図２に
示す。特に詳述しない条件等は実施例１（図１参照）に
準ずるものとする。また図１と同じ符号も実施例１の記
載に準ずる。

【００８８】まず図２（Ａ）に示すように単結晶シリコ
ン基板１０１中に酸素イオンを注入することにより、酸
素イオン注入層１０２を形成する。この工程で１０３で
示される２０００Å厚の残存シリコン層１０３が形成さ
れる。

【００８９】次に非酸化性雰囲気（ここでは窒素雰囲
気）中で１１５０℃の加熱処理を行い、酸素イオン注入
層１０２を４０００Å厚の酸化珪素層１０５に変成す
る。またこの加熱処理工程において、単結晶結晶シリコ
ン層１０６を形成する。こうして図２（Ｂ）に示す状態
を得る。

【００９０】この状態で一応、酸化珪素層１０５上に単
結晶シリコン層１０６が形成された状態を得る。この状
態は、従来から公知のＳＩＭＯＸ構造と呼ばれる状態に
対応する。この状態においては、単結晶シリコン層１０
６中には無視できない濃度の欠陥が含まれている。

【００９１】次に、本明細書で開示する発明が特徴とす
るＮｉ元素の導入を行う。ここでは、所定の濃度に調整
したニッケル酢酸塩溶液を塗布することにより、１０４
で示されるＮｉ含有層を形成する。こうして図２（Ｃ）
に示す状態を得る。

【００９２】次に熱酸化層１０７の形成を行う。ここで
は、ＨＣｌを３％含んだ酸素雰囲気中において１１５０
℃の加熱を行うことにより、熱酸化層１０７を１０００
Åの厚さに形成する。この工程で単結晶シリコン層１０
６はより高品質な単結晶シリコン層１０８に変成され
る。

【００９３】この工程において得られる単結晶シリコン
層１０８は、熱酸化膜の形成とニッケル元素の作用によ
り、内部の欠陥を減少させたものとして得られる。また
塩素（熱酸化層の形成雰囲気中に含まれる）の作用によ
り、ニッケル元素が熱酸化層１０７中にゲッタリングさ
れる。こうして図２（Ｄ）に示す状態を得る。

【００９４】次に熱酸化層１０７を除去することによ
り、図２（Ｅ）に示す状態を得る。

【００９５】〔実施例３〕本実施例の作製工程を図３に
示す。特に断らない条件やパラメータは実施例１の場合
と同じである。

【００９６】まず図３（Ａ）に示すように、単結晶シリ
コン基板１０１上にニッケル酢酸塩溶液を塗布し、Ｎｉ
元素を含有した層１０４を形成する。

【００９７】次に単結晶シリコン基板１０１に対して、
酸素イオンの注入を行い酸素イオン注入層１０５を形成
する。この工程で単結晶シリコン基板１０１の表面に残
存シリコン層１０３が形成される。こうして図３（Ｂ）
に示す状態を得る。

【００９８】次に酸化性雰囲気（ＨＣｌを３％含んだ酸
素雰囲気）中での加熱処理を行うことにより、熱酸化層
１０７の形成を行う。この工程において、単結晶シリコ
ン層１０８が得られる。こうして図３（Ｃ）に示す状態
を得る。

【００９９】次に熱酸化層１０７を除去することによ
り、図３（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１００】〔実施例４〕本実施例の作製工程を図４に
示す。特に断らない条件やパラメータは実施例１の場合
と同じである。

【０１０１】まず図４（Ａ）に示すように、酸素イオン
の注入を行うことにより、単結晶シリコン基板１０１中
に酸素イオン注入層１０２を形成する。この状態で残存
シリコン層１０３が形成される。

【０１０２】次に図４（Ｂ）に示されるように、ニッケ
ル酢酸塩溶液を塗布し、Ｎｉ元素を含有した層１０４を
形成する。

【０１０３】次に酸化性雰囲気（ＨＣｌを３％含んだ酸
素雰囲気）中での加熱処理を行うことにより、熱酸化層
１０７を形成する。この工程で単結晶シリコン層１０８
が形成される。こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。

【０１０４】次に熱酸化層１０７を除去することによ
り、図４（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１０５】〔実施例５〕本実施例では、本明細書で開
示する発明を利用してＩＣ回路を構成するＮチャネル型
のトランジスタを作製する工程を示す。

【０１０６】図５に本実施例の作製工程を示す。図５
（Ｄ）に示すが本実施例で示すトランジスタ（絶縁ゲイ
ト型電界効果トランジスタ）の断面図である。図５
（Ｅ）に示すのが、（Ｄ）に示す薄膜トランジスタの上
面図である。図５（Ｅ）のＢ−Ｂ’で切った断面が図５
（Ｄ）に対応する。

【０１０７】以下に図５（Ｄ）及び（Ｅ）に示すトラン
ジスタの作製工程を説明する。まず実施例１乃至実施例
４に示す方法を用いて、図５（Ａ）に示すような単結晶
シリコン層１０８を得る。図において、１０５は酸素イ
オンの注入、さらにその後のアニールにより形成された
酸化珪素層である。

【０１０８】次に熱酸化層（熱酸化膜）５０１を１００
Åの厚さに形成する。この熱酸化層５０１の形成手段と
しては通常の方法を用いればよい。

【０１０９】次に窒化珪素膜でもって５０２で示される
マスクパターンを形成する。こうして図５（Ａ）に示す
状態を得る。

【０１１０】次に再度の熱酸化を行うことにより、５０
３で示されるフィールド酸化層（２次元方向における素
子分離用の選択酸化層）を形成する。この工程は、一般
にＬＯＣＯＳ(local oxidation of silicon)プロセスと
して知られているものと基本的に同じである。

【０１１１】ただし、素子分離を行わんとする領域にお
いて、単結晶シリコン層１０８を残存させないようにフ
ィールド酸化層５０３を形成する点に注意する必要があ
る。即ち、単結晶シリコン層１０８はフィールド酸化層
５０３によって完全に分離、孤立化される。この点は、
従来のＩＣ技術におけるＬＯＣＯＳ(local oxidationof
silicon)プロセスと異なる点である。

【０１１２】こうして図５（Ｂ）に示すように酸化珪素
で回りが覆われた単結晶シリコン層５０４を得る。即
ち、この状態では酸化珪素によって周囲から完全に絶縁
された（孤立化された）単結晶シリコン層５０４が得ら
れる。

【０１１３】ここで重要なのは、単結晶シリコン層５０
４が単結晶シリコン基板１０１から完全に絶縁され、従
来のＩＣにおいて問題であった基板を介しての容量結合
の問題を大きく低減できる点である。後にこの単結晶シ
リコン層５０４でもってトランジスタの活性層を構成す
る。

【０１１４】次に窒化珪素膜でなるマスク５０２を除去
する。そして熱酸化層５０１を除去し、再度の熱酸化を
行うことにより、ゲイト絶縁膜となる熱酸化膜５１を形
成する。

【０１１５】さらに、適当な金属または金属シリサイド
またはＮ型のヘビードーピングが行われたシリコンによ
りゲイト電極５００を形成する。

【０１１６】この状態でＰ（リン）イオンの注入を行う
ことにより、自己整合的にソース領域５０５とドレイン
領域５０７とを形成する。またこの工程で自己整合的に
チャネル領域５０６が画定する。

【０１１７】Ｐイオンの注入が終了したら、９００℃の
加熱処理を行うことにより、ソース領域５０５及びドレ
イン領域５０７の活性化を行う。こうして図５（Ｃ）に
示す状態を得る。

【０１１８】図５（Ｃ）に示す状態を得たら、層間絶縁
膜として酸化珪素膜５０８をプラズマＣＶＤ法でもって
成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行い、適当
な金属材料でもって、ソース電極５０９とドレイン電極
５１０を形成する。

【０１１９】こうして絶縁層（酸化珪素層）上に形成さ
れた単結晶シリコン層５０４を活性として利用したトラ
ンジスタが形成される。

【０１２０】このような構造を有するトランジスタは、
基板との間の容量を小さくすることができるので高速動
作が可能であるという特徴を有している。また基板を介
しての隣合う素子や配線との容量結合の影響を低減でき
るという特徴も有している。

【０１２１】本実施例では、Ｎチャネル型のトランジス
タの作製工程を示したが、導電型を付与する不純物を変
更すれば、同様な工程によりＰチャネル型のトランジス
タを得ることができる。

【０１２２】〔実施例６〕本実施例は、ホットキャリア
効果による劣化の抑制に効果のある低濃度不純物領域を
配置したトランジスタの作製工程に関する。この低濃度
不純物領域は、ソース／ドレイン間、特にチャネル／ド
レイン間の耐圧を高めるために不純物を段階的に分布さ
せ、チャネル／ドレイン間における電界強度を緩和させ
る機能を有している。

【０１２３】図６に本実施例の作製工程を示す。まず、
図６（Ａ）に示すように、実施例１乃至実施例４に示す
作製工程に従って、単結晶シリコン基板１０１上に酸化
珪素層１０５を介して、単結晶シリコン層１０８を形成
する。

【０１２４】そして、熱酸化膜５０１を形成し、さらに
窒化珪素膜５０２でなるマスクパターンを形成する。こ
うして図６（Ａ）に示す状態を得る。

【０１２５】次に再度熱酸化を行うことにより、５０３
で示されるフィールド酸化層を形成する。この工程で酸
化珪素層で上面、下面、周辺が囲まれ、電気的及び物理
的にも孤立した単結晶シリコン層５０４を得る。この単
結晶シリコン層５０４はトランジスタの活性層となる。
こうして図６（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１２６】次に熱酸化層５０１を除去し、再度の熱酸
化を行うことにより、ゲイト絶縁膜として機能する熱酸
化層５１を形成する。

【０１２７】さらに、適当な金属材料やシリサイド材料
により、ゲイト電極５００を形成する。この技術は通常
のＩＣで利用されている技術を利用すればよい。

【０１２８】ゲイト電極５００を形成したら、Ｐイオン
の注入を行う。この工程においては、低濃度不純物領域
を形成するための工程であるから、一般のソース／ドレ
イン領域を形成するための条件よりも低ソーズ量でＰイ
オンを注入する。イオンの注入方法は、イオン注入法を
用いればよい。

【０１２９】次に酸化珪素膜６０１をプラズマＣＶＤ法
により成膜する。この酸化珪素膜６０１は低濃度不純物
領域を形成するためのサイドウォールスペーサーの形成
に利用される。この酸化珪素膜６０１はステップカバレ
ージ（段差被覆性）に優れた成膜手段を用いることが好
ましい。

【０１３０】酸化珪素膜６０１を成膜した段階で図６
（Ｃ）に示すような状態を得る。この状態で垂直異方性
を有するエッチング（ＲＩＥ法による方法が好ましい）
により、酸化珪素膜６０１を表面から垂直方向にエッチ
ングする。こうすると、６０２で示されるようにゲイト
電極５００の側面に酸化珪素材料が残存する。この酸化
珪素材料の残存部分は、サイドウォールスペーサーと称
される。

【０１３１】この状態で不純物イオンの注入を行う。こ
こでは、Ｎチャネル型の絶縁ゲイト型電界効果トランジ
スタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。
このＰイオンの注入条件は、通常のソース及びドレイン
領域を形成するための条件とする。

【０１３２】従って、この工程におけるドーピングは、
６０２の部分に形成されるサイドウォールスペーサー６
０２の形成前に行ったライトドーピングに比較して、高
いドーズ量でもって行われる。

【０１３３】上記Ｐイオンの注入により、図６（Ｄ）に
示される６０３の領域がソース領域、６０７の領域がド
レイン領域として形成される。これらの領域は６０４や
６０６の領域に比較して高濃度にＰ元素がドーピングさ
れるので、高濃度不純物領域（Ｎ⁺型領域）と称され
る。他方、６０４や６０６の領域は低濃度不純物領域と
称される。

【０１３４】また、６０５の領域は、ゲイト電極５００
が存在する関係でＰイオンが注入されず、チャネル領域
として画定する。

【０１３５】ソース領域６０３とドレイン６０７の領域
を形成するための不純物イオンの注入工程の終了後、加
熱処理を行うことにより、注入されたＰ元素の活性化と
イオン注入時に生じた損傷のアニールとを行う。

【０１３６】次に層間絶縁膜として酸化珪素膜５０８
（窒化珪素膜でもよい）を成膜し、さらにコンタクトホ
ールの形成を行い、ソース電極５０９とドレイン電極５
１０とを形成する。

【０１３７】図６（Ｄ）に示す構成において、６０６で
示されるドレイン領域６０７側の低濃度不純物領域が一
般にＬＤＤ（Lightly Doped Dorain）領域と称されてい
る。

【０１３８】〔実施例７〕本実施例は、活性層の側面に
形成される準位の密度を軽減した構成に関する。図５
（Ｂ）に示すような工程により、素子分離のためのフィ
ールド酸化層５０３を形成すると、図７（Ｂ）の７０２
で示される部分に欠陥が形成され易い。即ち、活性層と
なるべき単結晶シリコン層パターンの側面に欠陥が形成
され易い。

【０１３９】この部分では、フィールド酸化層５０３の
酸化進行最前部、酸化珪素層１０５の界面、所定のパタ
ーンとして残存する単結晶シリコン層５０４の界面のそ
れぞれが隣接する。従って、この部分（７０２で示され
る部分）では、酸化に従う格子間原子の発生やシリコン
原子の結合異常といった状態が発生し易い。

【０１４０】具体的には、ＳｉＯ_X（０＜Ｘ＜２）で示
される不完全な結合状態を有した層が単結晶シリコン層
とフィールド酸化層との界面に形成されてしまう。この
ＳｉＯ_X（０＜Ｘ＜２）で示される不完全な結合状態を
有した層の厚さは１０〜２０Å程度以下であると考えら
れる。

【０１４１】この層中の欠陥の存在によって、ナローチ
ャネル効果と呼ばれる好ましく無い現象生じる。この現
象は、チャネル以外に活性層側面に存在する上記ＳｉＯ
_X（０＜Ｘ＜２）層を経由して（当該層中の準位を経由
して）キャリアが移動してしまう現象である。

【０１４２】この現象は、トランジスタ特性の劣化、ト
ランジスタ特性の不安定性、高周波特性の低下、といっ
た問題の要因となる。

【０１４３】本実施例では、上記の問題を解決する技術
を提供するものである。図７に本実施例のトランジスタ
の作製工程の一部を示す。

【０１４４】まず、実施例１乃至実施例４に記載した工
程に従って、単結晶シリコン層１０８を得る。そして、
熱酸化層５０１の形成、さらに窒化珪素膜５０２でなる
マスクパターンを形成して、図７（Ａ）に示す状態を得
る。

【０１４５】本実施例においては、この状態において、
７０１で示されるニッケル元素を含有した層を形成す
る。ここでは、所定の濃度に調整されたニッケル酢酸塩
溶液をスピンコート法を用いて塗布することにより、ニ
ッケル元素を含有した層７０１を形成する。こうして図
７（Ａ）に示す状態を得る。

【０１４６】なお、本実施例においては、図７（Ｄ）の
Ａ−Ａ’で切った断面の作製工程を示す。なお、図７
（Ｄ）は図５（Ｅ）に対応する。

【０１４７】次に熱酸化法により、素子分離に利用され
るフィールド酸化層５０３の形成を行う。（図７
（Ｂ））

【０１４８】この際、ニッケル元素の作用により、７０
２で示される部分において酸素と珪素との結合が促進さ
れる。即ち、ＳｉＯ_X（０＜Ｘ＜２）で示されるような
電気的に不安定な層を消滅またはその存在を無力化する
ことができる。こうして図７（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１４９】次に窒化珪素膜５０２を除去し、さらに熱
酸化層５０１を除去する。そして、ゲイト絶縁膜として
機能する熱酸化層５１を形成する。さらにゲイト電極５
００を形成する。こうして図７（Ｃ）に示す状態を得
る。

【０１５０】ここでは、図７（Ｄ）のＡ−Ａ’で切った
断面を示しているので、図７（Ｃ）に示す状態において
は、ソース領域５０５及びドレイン領域５０７は示され
ていない。

【０１５１】図７（Ｃ）で示される断面は、図５（Ｃ）
で示される断面に対応する。両者の違いは、図７（Ｄ）
のＡ−Ａ’で切った断面なのか、Ｂ−Ｂ’で切った断面
なのかに起因する。

【０１５２】図７（Ｃ）に示す状態を得たら、図５
（Ｄ）以下の工程に従って、トランジスタの作製を行
う。

【０１５３】本実施例に示す構成を採用した場合、活性
層の側面における欠陥の形成を抑制することができる。
そしてトランジスタ特性の劣化、トランジスタ特性の不
安定性、ＯＦＦ電流値の増大、高周波特性の低下、とい
った問題の発生を抑制することができる。

【０１５４】本実施例に示す構成を実施する場合の加熱
温度と加熱タイミングの関係の他の一例を図１５に示
す。

【０１５５】図１５に示す場合は、Ａの部分でニッケル
の拡散を行わせ、Ｂの部分で熱酸化を行わせる。

【０１５６】〔実施例８〕本実施例は、バイポーラトラ
ンジスタを作製する場合の例を示す。図８以下に本実施
例の作製工程を示す。まず、実施例１乃至実施例４に示
す作製工程を利用して、Ｎ⁺型を有する単結晶シリコン
層を酸化珪素層８０１上に形成する。図示されてはいな
いが、酸化珪素層下には単結晶シリコン基板が存在して
いる。こうして図８（Ａ）に示す状態を得る。

【０１５７】本実施例においては、実際例１乃至実施例
４に示した作製工程を利用してＮ⁺型を有する単結晶シ
リコン層を形成し、それを利用する。

【０１５８】この場合、必要とする導電型及び導電型の
程度とするためにＰまたはＡｓを出発材料である単結晶
シリコン基板中に含有させる。または最初からＮ⁺型を
有する単結晶シリコン基板を利用する。

【０１５９】なお、選択的に単結晶シリコン基板中にＮ
⁺型層を形成すれば、実施例５に示すような構成と組み
合わせことも可能となる。即ち、絶縁ゲイト型の電界効
果トランジスタを同一基板中に作り込むことができる。

【０１６０】次に公知のエピタキシャル成長法を利用し
て、Ｎ型単結晶シリコン層８０３を成長させる。このＮ
型単結晶シリコン層８０３を活性層として利用してバイ
ポーラトランジスタが形成される。こうして図８（Ｂ）
に示す状態を得る。

【０１６１】次に熱酸化層８０４を形成し、素子分離の
ためのフィールド酸化層（選択的な熱酸化により形成さ
れる）を形成するためのマスクパターン８０５を窒化珪
素膜でもって形成する。こうして図８（Ｃ）に示す状態
を得る。

【０１６２】次に熱酸化を行うことにより、図９（Ａ）
に示すように、フィールド酸化層８０６を形成する。こ
の工程の結果、Ｎ⁺型単結晶シリコン層８０７とＮ型単
結晶シリコン層８０８とでなる積層パターンが酸化珪素
膜中に孤立した状態が得られる。

【０１６３】図９（Ａ）に示す状態を得たら、窒化珪素
膜パターン８０５を除去する。そして、選択的な不純物
の拡散を行うことにより、図９（Ｂ）に示すようなＮＰ
Ｎ型のバイポーラトランジスタを形成する。

【０１６４】図９において、８１２がＮ⁺型を有するエ
ミッタ領域であり、８０９がＮ⁺型を有するコレクタ領
域であり、８１１がＰ型を有するベース領域である。８
１０はコレクタへ移動するキャリアの伝導するＮ型領域
である。８０７は埋没層と呼ばれるＮ⁺型領域であり、
コレクタへ移動するキャリアをより伝導し易くするため
の領域である。

【０１６５】ここでは、バイポーラトランジスタ単体を
形成する例を示したが、同じ基板中に絶縁ゲイト型電界
効果トランジスタを形成することも可能である。また各
種抵抗やコンデンサを形成することも可能である。

【０１６６】〔実施例９〕本実施例は、実施例８に示す
工程と同時に抵抗とコンデンサを形成する例である。図
１０（Ａ）に抵抗の構造例を示す。また図１０（Ｂ）に
コンデンサの構造例を示す。

【０１６７】図１０（Ａ）に示す抵抗は、Ｐ型拡散層１
００３を抵抗体として利用したものである。即ち、電極
１００４と１００５との間における抵抗体としてＰ型拡
散層を利用した構造を有している。

【０１６８】図１０（Ａ）に示す構造においては、Ｎ⁺
型層１００１やエピタキシャル成長により形成されたＮ
型層１００２は特に機能しない。

【０１６９】図１０（Ｂ）に示すコンデンサは、熱酸化
膜１０１２を誘電体として利用したＭＯＳ（Metal-Oxid
e-Semiconductor)構造を有している。即ち、金属（Meta
l)でなる電極１０１１とＮ⁺型半導体層１００９とで熱
酸化膜１０１２を挟んだ構造とすることにより、コンデ
ンサを形成している。

【０１７０】この構造においても、Ｐ型半導体層１００
８、Ｎ型半導体層１００７、Ｎ⁺型半導体層１００８は
特に機能していない。

【０１７１】他の実施例と本実施例に示す構成を組み合
わすことにより、同一単結晶シリコン基板中（基板表
面）に必要とする機能を有する集積回路を形成すること
ができる。

【０１７２】この集積回路は、各素子（能動素子及び受
動素子）が絶縁物（酸化珪素）でもって完全に分離（電
気的及び物理的に）されているので、高分離耐圧を有
し、かつ相互干渉の極めて少ない構成とすることができ
る。特に基板を介しての容量結合を著しく低くできる。

【０１７３】このことは、集積回路そのもの、及び集積
回路を利用した装置の信頼性を極めて高くする。またこ
のような構成は、高周波特性に優れたものとなるので、
画像信号を取り扱う回路等には極めて有用なものとな
る。

【０１７４】また、実施例１乃至実施例４、及び／また
は図７に示す実施例７の構成を利用した場合、素子の活
性層を構成する単結晶シリコン層中及び／またはその周
辺界面近傍における欠陥密度を低いものとすることがで
き、このことも素子の高速動作や信頼性に大きな寄与を
する。

【０１７５】〔実施例１０〕本実施例では、ＩＣ回路を
構成する基本的な回路構成であるＣＭＯＳ回路を作製す
る場合の例を示す。図１１に本実施例の作製工程を示
す。

【０１７６】まず、単結晶シリコン基板１０１上に酸化
珪素層１０５とその上の単結晶シリコン層１０８を形成
する。この工程は他の実施例の作製工程に従う行う。こ
うして図１１（Ａ）に示す状態を得る。

【０１７７】次に熱酸化膜形成する。さらに、Ｎチャネ
ル型のトランジスタ（絶縁ゲイト型電界効果トランジス
タ）とＰチャネル型のトランジスタ（絶縁ゲイト型電界
効果トランジスタ）とを作製する領域を窒化珪素膜１１
０２、１１０３でもってマスクする。こうして図１１
（Ｂ）に示す状態を得る。

【０１７８】次に熱酸化法により、フィールド酸化層１
１０４を形成することにより、孤立した単結晶シリコン
層１１０５と１１０６とを得る。

【０１７９】ここで、１１０５はＮチャネル型のトラン
ジスタを構成する活性層である。また、１１０６がＰチ
ャネル型のトランジスタを構成する活性層である。

【０１８０】こうして図１１（Ｃ）に示す状態を得る。
次に窒化珪素膜でなるパターン１１０２と１１０３とを
除去し、さらに熱酸化膜１１０１を除去する。

【０１８１】そして再度熱酸化膜１１０７と１１０８を
形成する。これらの熱酸化膜は、それぞれ、Ｎ及びＰチ
ャネル型のトランジスタのゲイト電極として機能する。

【０１８２】次にゲイト電極１１０９と１１１０を形成
する。そしてそれぞれのトランジスタ部をレジストでマ
スクして選択的に導電型を付与するための不純物イオン
の注入を行う。

【０１８３】この結果、Ｎチャネル型の薄膜トランジス
タのソース領域１１１１、チャネル領域１１１２、ドレ
イン領域１１１４、さらにはＰチャネル型の薄膜トラン
ジスタのソース領域１１１６、チャネル領域１１１５、
ドレイン領域１１１３が自己整合的に形成される。

【０１８４】導電型を付与する不純物のドーピングが終
了したら、加熱処理を行いアニールを行う。こうして図
１１（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１８５】次に層間絶縁膜１１１７を形成し、コンタ
クトホールの形成う。そしてＮチャネル型のトランジス
タのソース電極１１１８、共通のドレイン電極１１１
９、Ｐチャネル型のトランジスタのソース電極１１２０
を形成する。こうしてＣＭＯＳ回路が完成する。

【０１８６】〔実施例１１〕本実施例は、本明細書に開
示する発明を利用して作製された半導体素子を用いた電
子機器について説明する。

【０１８７】図１２に示すのは、携帯型のパーソナルコ
ンピュターまたはワードプロセッサーと呼ばれる電子機
器である。

【０１８８】図において、３００１は本体であり、３０
０２は液晶ディスプレイ３００４を備えた開閉可能な蓋
（カバー）である。３００３はキーボード及び操作パネ
ルである。

【０１８９】このような電子機器においては、各種集積
回路（ＩＣチップ）３００５が内蔵されている。３０１
１で示されるのは、３００５で示されるようなＩＣチッ
プの一つである。

【０１９０】ＩＣチップには必要とする機能を有するも
のがある。ここでは、３０１１で示されるＩＣチップを
液晶ディスプレイ３００４に表示される画像の信号（画
像信号やビデオ信号と呼ばれる）を扱うためのものとす
る。

【０１９１】図１２に示すような電子機器（単なるコン
ピューターではなく、携帯情報端末とも称される）は、
通信回線（例えば電話回線）に接続して、画像情報を含
む各種情報を取り扱うことが要求されている。

【０１９２】しかし画像情報を取扱うには、回路に高速
動作が要求される。また、回路以外に配線等による信号
の遅延も大きな問題となる。このような問題を解決する
手段としては、１チップ内に必要とする処理回路を集積
化し、配線の延在による遅延の影響を極力抑える構成が
採用される。

【０１９３】図１２にはそのような構成を有するＩＣチ
ップ３０１１が示されている。即ち、ＩＣチップ３０１
１は、単結晶基板３０１６上に本明細書で開示する発明
を利用することによって得た単結晶シリコン層を備え、
この単結晶シリコン層でもって必要とする素子が集積化
された構成を有している。

【０１９４】３０１３で示されるのはボンディング部で
あり、ＩＣチップのリード３０１２に接続されている。

【０１９５】図１２に示すＩＣチップは、画像情報を取
り扱うメモリー回路３０１５と演算回路３０１４を備え
ている。

【０１９６】本明細書で開示する発明を利用した場合、
高速動作が可能が回路を構成できるので、画像情報を取
り扱う必要があるＩＣチップを構成することは有用なこ
ととなる。

【０１９７】〔実施例１２〕本実施例は、携帯型であっ
て、ビデオ撮影を行うことができる機能を有する電子機
器（一般にビデオカメラと称される）に図１２の３０１
１で示されるようなＩＣチップを利用する例を示す。

【０１９８】一般に画像を取り扱う携帯電子機器にあっ
ては、画像をデジタル処理する機能が要求される。

【０１９９】例えば、手ぶれ防止機能であるとか、色彩
補正であるとか、ズーム機能等にデジタル技術が利用さ
れる。このような機能を実現するために必要とされる回
路に本明細書で開示する発明を利用して得られた素子を
利用することは有用である。

【０２００】〔実施例１３〕本実施例では、Ｎｉ元素以
外の金属元素を利用する場合の例について示す。本明細
書で開示する発明においては、Ｎｉを利用することが最
も効果的であり、かつまたそのプロセスの再現性等も優
れている。しかし、原理的には他の元素利用することも
できる。ここでは、Ｃｕ（銅）を利用する場合の例を示
す。

【０２０１】Ｃｕを利用する場合には、酢酸第２銅（Cu
(CH₃COO)₂)溶液を利用して、Ｎｉと同様な方法により、
利用することができる。しかし、酢酸第２銅は劇薬であ
るので、取扱に注意が必要である。

【０２０２】〔実施例１４〕本実施例は、従来から公知
のＩＣプロセスに本明細書に開示する発明を利用した場
合の例である。

【０２０３】図１３に本実施例のＣＭＯＳ作製プロセス
を示す。本実施例では、ＳＩＭＯＸプロセスではなく、
従来から公知のＩＣプロセスを基本とした例を示す。

【０２０４】まず図１３（Ａ）に示すように、単結晶シ
リコン基板１３０１を容易する。そしてその表面に熱酸
化膜１３０２を形成する。さらに選択的にフィールド酸
化層を形成するための窒化珪素膜パターン１３０３と１
３０４とを形成する。

【０２０５】窒化珪素膜パターン１３０３と１３０４と
を形成したら、ニッケル酢酸塩溶液を塗布し、ニッケル
元素を含んだ層１３０５を形成する。即ち、窒化珪素膜
１３０３と１３０４とが形成された領域以外において
は、ニッケル元素が単結晶シリコン基板１３０１の表面
に接して保持された状態を得る。こうして図１３（Ｂ）
に示す状態を得る。

【０２０６】熱酸化を行うことにより、１３０８で示さ
れるフィールド酸化層を形成する。このフィールド酸化
層１３０８によって各素子領域が他部より分離される。
こうして図１３（Ｃ）に示す状態を得る。

【０２０７】この際、１３０９で示される単結晶シリコ
ン基板１３０１中の単結晶領域とフィールド酸化層１３
０８との界面近傍において、ＳｉＯ_x（０＜Ｘ＜２）で
示されるような不完全な接合状態に起因する欠陥の修復
が酸素とニッケルの作用により行われる。

【０２０８】次にゲイト電極１３１０と１３１１を形成
する。そして、図示しないレジストマスクを用いて、ま
ず１３１２と１３１３の領域にＰイオンの注入を行う。
さらに別のレジストマスクを利用して１３１４と１３１
５の領域にＢイオンの注入を行う。

【０２０９】不純物イオンの注入後、加熱処理を行うこ
とにより、不純物イオンの注入された領域の活性化を行
う。

【０２１０】こうして、図１３（Ｄ）に示すように、図
面左側に形成されるＮチャネル型の薄膜トランジスタの
ソース領域１３１２とドレイン領域１３１３、さらに図
面右側に形成されるＰチャネル型の薄膜トランジスタの
ソース領域１３１４とドレイン領域１３１５が自己整合
的に形成される。

【０２１１】次に層間絶縁膜１３１６を成膜する。そし
てコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１３１７
と１３１９、共通のドレイン電極１３１８を形成する。
こうしてＣＭＯＳ構造を得る。

【０２１２】本実施例に示す構成を採用した場合、フィ
ールド酸化層の形成に際して形成されてしまう欠陥の影
響を抑制することができる。この技術は、集積度や高速
動作がさらに要求されているＩＣ回路において有効なも
のとなる。

【０２１３】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
により、ＳＩＭＯＸ技術を利用して、単結晶シリコン層
を形成する技術において、欠陥密度の低い単結晶シリコ
ン層を得ることができる。

【０２１４】そして、高速動作が可能で高い信頼性を有
した半導体素子、及びそのような半導体素子を利用した
各種装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上
に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。

【図２】単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上
に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。

【図３】単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上
に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。

【図４】単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上
に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。

【図５】単結晶シリコン層を用いて絶縁ゲイト型電界
効果トランジスタを作製する工程を示す図。

【図６】単結晶シリコン層を用いて低濃度不純物領域
を配置した絶縁ゲイト型電界効果トランジスタを作製す
る工程を示す図。

【図７】単結晶シリコン層を用いて絶縁ゲイト型電界
効果トランジスタを作製する工程を示す図。

【図８】単結晶シリコン層を用いてバイポーラトラン
ジスタを作製する工程を示す図。

【図９】単結晶シリコン層を用いてバイポーラトラン
ジスタを作製する工程を示す図。

【図１０】単結晶シリコン層を用いて作製された抵抗お
よびコンデンサを示す図。

【図１１】ＣＭＯＳデバイスの作製工程を示す図。

【図１２】発明を利用した電子装置の概略を示す図。

【図１３】ＣＭＯＳデバイスの作製工程を示す図。

【図１４】酸化珪素層と単結晶シリコン層の界面状態を
示す模式図。

【図１５】加熱状態を示す図。

【符号の説明】

１０１単結晶シリコン基板１０２酸素イオン注入層１０３残存シリコン層１０４Ｎｉ含有層１０５酸化珪素層１０６単結晶シリコン層１０７熱酸化層１０８単結晶シリコン層５０１熱酸化層５０２窒化珪素膜５０３フィールド酸化層５０４単結晶シリコンでなる活性層５００ゲイト電極５０５ソース領域５０６チャネル領域５０７ドレイン領域５０８層間絶縁膜（酸化珪素膜）５０９ソース電極５１０ドレイン電極６０１サイドウォールスペーサー形成用の酸化珪
素膜６０２サイドウォールの形成位置６０３ソース領域６０４低濃度不純物領域６０５チャネル領域６０６低濃度不純物領域６０７ドレイン領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素
層と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法であって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、意図的にニッケル元素を前記シリコン基板中に添加する
工程と、前記ニッケル元素を意図的に除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素
層と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法であって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、意図的に珪素の結晶化を助長する金属元素を前記シリコ
ン基板中に添加する工程と、前記金属元素を意図的に除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】請求項２において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕから選ばれた一種または複数種類のものを用いること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、酸化珪素層の形成は、結晶シリコン基板に対する酸素ド
ーピングとその後の加熱処理によることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項５】請求項１または請求項２において、金属元素の利用は、ハロゲン元素を含有した雰囲気中で
の加熱により行われることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項６】結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素
層と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法であって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、ニッケル元素を意図的に導入する工程と、前記意図的に導入したニッケル元素を熱酸化を利用する
ことにより除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素
層と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、を有した半導体装置の作製方法であって、前記単結晶シリコン層の形成に際して、珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する工
程と、前記意図的に導入した金属元素を熱酸化を利用すること
により除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】請求項７において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕから選ばれた一種または複数種類のものを用いること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】請求項６または請求項７において、酸化珪素層の形成は、結晶シリコン基板に対する酸素ド
ーピングとその後の加熱処理により形成されることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】請求項６または請求項７において、熱酸化工程はハロゲン元素を含有した雰囲気中で行われ
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】結晶シリコン基板中に酸素をドーピング
する工程と、Ｎｉ元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させ
る工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成する工程と、前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程
と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】結晶シリコン基板中に酸素をドーピング
する工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成する工程と、Ｎｉ元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させ
る工程と、前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程
と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】Ｎｉ元素を結晶シリコン基板表面に接し
て保持させる工程と、前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程
と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層
を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】結晶シリコン基板中に酸素をドーピング
する工程と、珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基
板表面に接して保持させる工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層
を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】結晶シリコン基板中に酸素をドーピング
する工程と、珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基
板表面に接して保持させる工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成する工程と、前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程
と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】結晶シリコン基板中に酸素をドーピング
する工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成する工程と、珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基
板表面に接して保持させる工程と、前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程
と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】珪素の結晶化を助長する金属元素を結晶
シリコン基板表面に接して保持させる工程と、前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程
と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層
を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】結晶シリコン基板中に酸素をドーピング
する工程と、珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基
板表面に接して保持させる工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層
を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有し、前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】請求項１４乃至請求項１８において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕから選ばれた一種または複数種類のものを用いること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】結晶シリコン基板中に形成された酸化珪
素層と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、を有し、前記単結晶シリコン層を利用して少なくとも一つの素子
の活性層が形成されており、前記活性層中においては前記酸化珪素層と反対の界面に
向かって金属元素が高い濃度分布を有して存在している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２１】請求項２０において、金属元素がニッケルであることを特徴とする半導体装
置。
【請求項２２】請求項２０において、金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類のものであることを特徴とする半導体装置。
【請求項２３】結晶シリコン基板中に形成された酸化珪
素層と、該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、を有した半導体装置を備えた電子機器であって、前記単結晶シリコン層を利用して少なくとも一つの素子
の活性層が形成されており、前記活性層中においては前記酸化珪素層と反対の界面に
向かって金属元素が高い濃度分布を有して存在している
ことを特徴とする電子機器。
【請求項２４】請求項２３において、金属元素がニッケルであることを特徴とする電子機器。
【請求項２５】請求項２３において、金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類のものであることを特徴とする電子機器。
【請求項２６】結晶シリコン基板中またはその表面に単
結晶シリコン層に隣接した酸化珪素層を形成する工程を
有し、前記酸化珪素層の形成前において、ニッケル元素の意図的な導入工程を有し、前記酸化珪素層の形成時または後において、前記ニッケル元素の意図的な除去工程を有することを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２７】結晶シリコン基板中またはその表面に単
結晶シリコン層に隣接した酸化珪素層を形成する工程を
有し、前記酸化珪素層の形成前において、珪素の結晶化を助長する金属元素の意図的な導入工程を
有し、前記酸化珪素層の形成時または後において、前記金属元素の意図的な除去工程を有することを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項２８】請求項２７において、金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複
数種類のものであることを特徴とする半導体装置の作製
方法。
【請求項２９】結晶シリコン基板中に酸素イオンの注入
を行う工程と、ニッケル元素を意図的に導入する工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成するとともに該酸化珪素層上に単結晶シリコン層を
形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３０】結晶シリコン基板中に酸素イオンの注入
を行う工程と、ニッケル元素を意図的に導入する工程と、加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を
形成するとともに該酸化珪素層上に単結晶シリコン層を
形成する工程と、前記単結晶シリコン層上にハロゲン元素を含んだ酸化性
雰囲気中の加熱処理により熱酸化層を形成する工程と、前記熱酸化層を除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。