JPS6060716A - 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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JPS6060716A
JPS6060716A JP16976383A JP16976383A JPS6060716A JP S6060716 A JPS6060716 A JP S6060716A JP 16976383 A JP16976383 A JP 16976383A JP 16976383 A JP16976383 A JP 16976383A JP S6060716 A JPS6060716 A JP S6060716A
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Akihiko Ishitani
石谷 明彦
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    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

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】 本発明は絶縁膜領域を有する単結晶基板上に選択的にシ
リコンエピタキシャル層を成長させるような半導体基板
の製造方法に関する。
従来の半導体デバイスでは、シリコン基板fこイオン注
入又は不純物拡散法を用いて所望のP型又はN型の伝導
型にして能動素子とし、能動素子間の分離はPN接合あ
るいは部分酸化(LOOO8)法を用いていた。しかる
に接合の浮遊容量の増大や部分酸化工程中の寸法変化が
あり、素子の高速化、高密度化の障害となっていた。
上記の欠点を補う技術として5O8(Si onSap
phire)を基板に用いる方法がある。基板が絶縁体
であるため浮遊容量が少なく、素子の高速化に有利であ
る。一方、基板とシリコンエピタキシャル層は異種接合
されているので格子定数の不整合による基板シリコン界
面の格子欠陥が多く、リーク電流の発生が欠点と7.i
′っていた。
さらに新しい絶縁基板上のシリコン膜の単結晶化技術と
してグラフオエピタキシィ技術とブリッジングエピタキ
シィ技術がある。
前者はアブライドフィズイックスレターズ第35巻第1
番71〜74頁1979年(Apl ied Phys
 icsLeMers、Vol、35.N011.pp
71〜74 1979)に記載されており、石英基板に
溝加工を施し、多結晶シリコンのOVD膜を基板全面に
成長しレーザー照射によって単結晶化しようとするもの
である。
後者はジャパンジャーナル オブ アプライドフィジイ
ックス第19巻第1頁T、 23〜L26頁1980年
(Japan Journal of Applid 
Physics。
Vol 、19.NO,1、ppL23〜L26 、1
980 ) lこ記載されており、それによると半導体
単結晶基板に部分的に絶縁膜を形放し、さらζこ多結晶
ソリコン膜を基板の全面に堆積し、レーザー照射により
基板上を種結晶とする再生結晶化を施し絶縁基板上にも
単結晶層を形成しようとするものである。しかしながら
いずれの方法も単結晶化の程度、絶縁膜上の結晶欠陥等
に問題があり実用に耐えるデバイス特性を得るまでζこ
至っていない。
これらの技術に対して選択エピタキシャル技術がある。
これは半導体単結晶基板に部分的に絶縁膜を形成し、そ
の絶縁膜上ζこは堆積しないで露出した基板領域のみに
エピタキシャル成長し素子の能動領域とするものである
。このエピタキシャル方法は同種接合であるため極めて
高品質な結晶性を示し、しかも簡便で量産性に富んだ優
れた特性をもつ。
しかし従来の選択エピタキシャルに用いられる基板は単
結晶基板上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜を部分的に開
口して形成していたので絶縁膜とエピタキシャル膜との
界面は界面張力の影響を強く受けてファセットが形成さ
れる。例えは(100)基板を用いると(113) 、
 (114)面を有する4回対称のファセットが生成さ
れる。このように従来構成による基板上に形成された絶
縁ゲート電界効果型トランジスタは表面の凹凸のためゲ
ート絶縁膜の耐圧が低く配線の断線も起り易いという欠
点があった。
本発明は単結晶基板方位に依存しないで極めて平坦な表
面が得られる選択エピタキシャル成長基板を得る方法を
提供するものであり、本発明は次の3つの原理に基づく
ものである。
ファセットの大きさはエビ成長膜厚ζこ比例する。
そのメカニズムは、(100)基板の場合第1図に示す
ように、開口部の低面から(100)面が成長速度で成
長し、側壁近傍では成長開始と同時ζこ成長速度βの遅
いファセット面が発生して、以後それらの交点である点
(x、y)が成長と共ζこ右上方に移動して、ファセッ
トの発達をもたらすものである。実際、第1図1こおい
て、(100)面をy=αtとし、ファセット面をy=
(−θ)X+βt/cosθとすると、ファセット幅W
とエビ成長膜厚αtの関係は となり、ファセット幅Wとエビ成長膜αtが比例関係に
ある実験結果第2図と一致する。
ファセットの大きさは注入するHOI量lこ依存する。
(1)式に示すようζこ、ファセットの大きさは成長速
度の結晶方位依存性を示すβ/αに依存する。同時に、
成長速度の比β/αはHOI注入量に依存する。(10
0)基板と(111)基板でβ/αのHOI注入量依存
性を調べると、第3図に示すように、(HOI注入量)
=0の場合はβ/α−0,5であるが、(HOI注入量
) = 1.3.A / minの場合はβ/α−01
とHOI注入量を増すほどβ/αは小さくなる。従って
、HOI注入量を増すほどファセットは大きくなる。
S i H2O12/H,/HCl lこおける選択エ
ピタキシャル成長では、ウェーハー全面積に対する開口
部の合計面積の割合いによって必要y、(MCI注入量
が異る。Hotを注入しなくてもS i H2C12/
H。
糸では開口部近傍ζこはSiは核発生しない。この理由
は、一つには、5iH2012から分解してできるHo
tが存在するので、もともとある程度の選択性があるこ
と、もう一つには、開口部付近とフィールド酸化膜上と
は反応腫である5ill、の濃度勾配があると考られる
ことである。いずれにしても、HOIの注入は、開口部
から離れたフィールド酸化膜上の81の核発生を抑制す
るために必要であり、開口部面積が増してフィールド酸
化膜の部分が少くなれば、注入HO1iは少くてよいの
である。実際第4図1こ示すように、横軸にウェーハー
全面積に対する開口部の合計面積の比σをさり、縦軸ζ
こ選択エピタキシャル成長する(フィールド酸化膜上に
Siの核が発生しない)最少HOI注入量をとると、比
σの値が大きいほどHOI注入量は少なくても選択エピ
タキシャル成長が可能である。比σが約0.8以上であ
れば、HOIの注入は必9ない。
実際のデバイス作成用選択エピタキシャル成長において
は、エピタキシャル成長膜厚はある程度欲しいが、ファ
セットはできるだけ小さくしたい。
また、開口部面積は基板全体の面積に比べてそれほど大
きくないという場合が多い。上述の知見に基くデバイス
を作成する目的で設けた開口部の他ζこデバイス作成を
目的としない開口部を設けて比σを増し、HOI注入量
をできるだけ減らせばファセットを許容される大きさに
まで抑制でき、平坦な選択エピタキシャル成長を実現で
きる。すなわち、ウェーハー全面積に対する開口部の合
計面積の比σとファセットの幅Wの関係は第5図のよう
な関係にある。エピタキシャル成長膜厚を変えるとファ
セット幅は大きくなるが、比σを増してHOI注入量を
減らせば、ファセットの大きさはデバイス作成上はとん
ど無視できる程度にまで小さくなる。例えば0MO8を
目的として選択エピタキシャル成長する場合、膜厚はせ
いぜい2μmである。実用上ファセット幅は、ゲート配
線が断線しないために、3000 A程度以下にしたい
。このとき、比σを50%以上にし、HOI注入量を0
、321J/ mi n に減らせば所望の選択エピタ
キシャル成長ができる。以下に本発明を実施例に従って
詳細ζこ説明する、 第6図(a) 、 (b) 、 (C) 、 (d)は
本発明による半導体基板の製造方法をその製造工程を順
を追って示した模式的断面図である。
ます、例えは1Ω・α程度の比抵抗を有する( 100
 )シリコン基板1の上ζこ1000℃で熱酸化し、約
2μmの膜厚の5i02膜を堆積した後通常の写真蝕刻
技術を反応性イオンエツチング法ζこよって500A程
度の5in2膜を残し、且つ垂直壁面をもつSiO□絶
縁膜パターン2を形成する。((a)図)。
500八程度のS j 02膜は後の多結晶シリコン3
のエツチングマスクに用いられる。
次に多結晶シリコン3をOVD法で約50OAの膜厚で
堆積し、堆積中あるいは堆積後にP型不純物であるボロ
ンを10Ω・α程度ドープする。((b)図)続いて、
反応性イオンエツチング技術等を用いて異方的ζこ多結
晶シリコンをエツチングすると8i02膜2の側壁にの
み多結晶シリコンが初期の膜厚で残る。この基板におい
て、能動領域として用いるための開口部の合計面積は、
ウェーハ全面積に対して19.6%であった。比σを増
すためにデバイス作成を目的としない100μm X 
100μmの矩2:!!開ロ部を全面に分布させて設け
、比σを約55%とした。次に、通常の希釈されたフッ
酸液で5i02膜をエツチングする((C)図)とシリ
コン基板表面4が露出し、続いてSiH,01tと水素
から構成されるガス糸ζこHOIを凡そ1vo1%程度
加え、900℃から1100℃の範囲の温度で選択的ζ
こエピタキシャル成長すると8i02膜2の表面には堆
積しないで露出したシリコン領域41このみSi単結晶
膜5が成長する。((d)図)エピタキシャル成長後フ
ァセット幅を測定したところ、約200OAであった。
第6図の製造工程において、多結晶シリコンのかわりに
8 i HN4を用いることもできる。
この場合、エピタキシャル成長シリコンとの不連続性の
ために、ファセットは多結晶シリコンより大きく、本実
施例と同じ工程によれば、ファセットの大きさは約25
0OAであった。
以上述べたように、本発明は基板の全面積に対する開口
部面積の割合を50%以上にすることにまって従来得ら
れなかった平坦な選択エピタキシャル成長膜が得られる
方法を提供するものであり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はファセットの形成過程を説明するための模式図
である。第2図はエピタキシャル膜厚とファセット幅W
の関係の実験結果を示す図である。 第3図は成長速度の比の結晶方位依存性を示す図で、H
ot注入をしない場合と、HOIを1.31膜min注
入した場合を示すものである。第4図はウェーハー全面
積に対する開口部の合計面積の比と選択エピタキシャル
成長する最少HOI注入量の関係を示す図である。第5
図は面積比とファセット幅Wの関係を示す図で、Hot
注入量は第4図における比に対する最少HCl量である
。第6図(a)、(b)、(C)、(d)は本発明ζこ
おける半導体基板の製造工程を説明するための概略断面
図で、1は(100)シリコン基板、2は5i02絶縁
膜パターン、3は多結晶シリコン側壁、4はシリコン基
板表面、512Mt択−r−ヒタキシャル成長した単結
晶シリコンである。 エピ膜厚 (μm) (+00) (If) と5晶才1ユ(度) 0 0.5 1.0 面頂比σ 面頂比 σ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリコン単結晶基板上に絶縁膜を設け、次に該絶縁膜に
    開口部を設けて基板単結晶シリコンを露出させ、欠にこ
    の開口部にシリコン膜をエピタキシャル成長させる半導
    体の製造方法において、基板の全面積に対する開口部面
    積の割合いを50%以上ζこすることを特徴とした半導
    体基板の製造方法。
JP16976383A 1983-09-14 1983-09-14 半導体基板の製造方法 Granted JPS6060716A (ja)

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JPS6060716A true JPS6060716A (ja) 1985-04-08
JPH0470771B2 JPH0470771B2 (ja) 1992-11-11

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6358921A (ja) * 1986-08-29 1988-03-14 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPH02142117A (ja) * 1988-11-22 1990-05-31 Mitsubishi Electric Corp 半導体集積回路の製造方法
JP2013258257A (ja) * 2012-06-12 2013-12-26 Takehide Shirato 半導体装置の製造方法

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