JPS61113230A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS61113230A
JPS61113230A JP23648484A JP23648484A JPS61113230A JP S61113230 A JPS61113230 A JP S61113230A JP 23648484 A JP23648484 A JP 23648484A JP 23648484 A JP23648484 A JP 23648484A JP S61113230 A JPS61113230 A JP S61113230A
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法のうち、特にSOI構造
半導体装置における単結晶半導体層の形成方法に関する
半導体集積回路(I C”)は需要の拡大と共に、LS
I、VLSIと二次元(平面的)領域で微細化、高集積
化されてきたが、その微細化にも限度があって、それを
更に高集積化するための手段として、現在、立体的に積
み上げる三次元LSIが大きくクローズアップしてきた
このような三次元LSIの基礎になっているのが、S 
OI  (Silicon On In5ulator
)構造の半導体素子で、それは、絶縁基板上に非単結晶
性半導体層を被着し、ビームアニールして単結晶化し、
その単結晶半導体層に素子を形成する方法によって作成
される。
かくして、このような半導体素子が絶縁膜を介して多層
に積み上げられて三次元LSIに形成されるが、更に、
このSol構造の半導体素子は、従来の半導体基板上に
形成した半導体素子に比べて、一層高集積化・高性能化
される利点がある。
例えば、CMOS素子からなるICを形成する場合、半
導体領域が絶縁膜上にあるために、特性上からはランチ
アップの心配がなく、また、チャネルストッパが不要に
なって、集積度は更に高められる。
かように利点の多いSO■構造ではあるが、その製造方
法はできるだけ容易に、且つ、処理工数を少なくするこ
と、換言すればスループットを高くすることが要望され
ている。
[従来の技術] さて、従来の絶縁膜上に形成する単結晶半導体膜(単結
晶半導体層)の形成方法を説明すると2、第2図(al
ないしくC)にその工程順断面図を示している。まず、
同図(a)に示すように、シリコン基板1の上に選択的
に二酸化シリコン(Si02)lli2を形成し、その
上に多結晶シリコン膜3′を化学気相成長(CV D)
法によって被着させる。
次いで、第2図中)に示すように、その多結晶シリコン
膜31の上から連続アルゴンレーザ(CW−Ar La
5er)ビームをスキャンニング(走査)して加熱溶融
し、多結晶シリコン膜を単結晶シリコン基板1の結晶方
位に沿った単結晶シリコン膜3に変成させるにれをラテ
ラルシーデンジ法と云うが、本例はレーザビームを用い
て横方向に走査し、単結晶シリコン基板を種(シード)
として単結晶化するアニール方式で、このようなシード
を用いたラテラルシーデンジ法によれば結晶品質の良い
単結晶シリコン膜が形成される。
次いで、第2図(C1に示すように、5io2111i
2上の単結晶シリコン膜3の上面に、酸化防止マスク4
を形成し、その他のシリコン基板1と接した単結晶シリ
コン膜部分を露出させて、その露出部分を選択的に高温
酸化して5f02膜5を生成する。
この場合、酸化防止マスク4には例えば、膜厚の薄い5
i02膜を介した窒化シリコン(Si3 N4 )膜が
用いられ、このような選択酸化法をLOCO3法と云う
そうして、次に、酸化防止マスク4を除去すれば、単結
晶シリコン膜3領域がSiO□膜(絶縁膜) 2,5に
包囲された島状領域になり、この単結晶シリコン膜3領
域に半導体素子を形成すれば、その半導体素子は例えば
CuO2の場合にはランチアップが起こらない等、高性
能素子が形成される。
尚、この単結晶シリコンpJI3の島状領域は、例えば
面積10μm角、厚さ4000人程度0大きさで、この
ような領域が例えば、メツシュ状(市松模様状)に形成
される。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、この従来の単結晶シリコン膜領域の形成方法
のうち、第2図(C1に説明した選択的高温酸化工程(
LOGO3工程)は、膜厚の厚い単結晶シリコン膜3を
温度950℃程度の高湿雰囲気中で加熱して酸化させる
工程で、例えば膜厚4000人の単結晶シリコン膜3を
酸化するためには約10時間と云う長い酸化処理時間を
要する。
ここに、加熱温度を950℃程度とするのは、Si3N
4膜の耐熱性から決められているもので、更に高温度に
するとSi3 N4膜が損傷する恐れがあるからである
しかし、上記のような長時間処理は、当然多くの工数と
費用がかかる問題であり、又、膜厚4000人の単結晶
シリコン膜3を酸化して約8000人の厚い5i02膜
5を生成すれば、横方向にも酸化が進んで、結晶シリコ
ン膜3領域の面積など、ディメンジョン(寸法)の精度
の良い制御が難しくなる欠点がある。
本発明は、このような問題点の多い長時間酸化処理工程
を除去した単結晶シリコン膜の形成方法を提案するもの
である。
E問題点を解決するための手段] その目的は、選択的に第1の絶縁層が設けられた単結晶
半導体基板上に、非単結晶半導体層を気相成長し、更に
ビームアニールして、前記単結晶半導体基板の結晶方位
に沿った単結晶半導体層に形成した後、バイアススパッ
タ法によって、前記単結晶半導体基板と接している単結
晶半導体層部分の上面に、選択的に第2の絶縁層を被着
させる工程、次いで、前記第1の絶縁層上に表出して存
在する単結晶半導体層の上面に、選択的に単結晶半導体
層をエピタキシャル成長する工程、次いで、前記第2の
絶縁層と、該第2の絶縁層下の前記単結晶半導体層を除
去し、バイアススパッタ法によって第3の絶縁層を選択
的に被着して、表面を平坦化する工程が含まれる半導体
装置の製造方法によって達成することができる。
[作用] 即ち、本発明は、ビームアニールして、厚い膜厚を有す
る単結晶半導体層(単結晶半導体膜)を形成した後、バ
イアススパッタ法および選択エピタキシャル成長法を通
用して、フォトプロセスを用いることなく、セルファラ
インによって第1の絶縁層上の単結晶半導体層(半導体
素子形成領域)の周囲を第3の絶縁層で埋めて、表面を
平坦化させるものである。
そうすれば、高温度における酸化処理が不要となり、工
数を減少させて、且つ、表面が平坦化される。更に、セ
ルファラインによる製造方法であるから、IC全体を高
密度化できる効果も得られる。
[実施例] 以下2図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図(a)〜(g)は本発明にかかる形成方法の工程
順断面図を示している。まず、第1図fatに示すよう
に、選択的に5i02膜12(第1の絶縁層)が形成さ
れたシリコン基板11の上面に、モノシランガスを分解
して被着するCVD法によって、膜厚4000人の多結
晶シリコン膜13°を被着する。
次いで、第1図(blに示すように、連続アルゴンレー
ザビームを走査し、表面の多結晶シリコン膜を加熱熔融
して、すべて単結晶シリコン膜13に変成する。この時
、シリコン基板は約450℃に加熱し、レーザアニール
条件はレーザ出力を10W、ビームスポット径を30〜
50μmφ、走査速度を10CIII/sec程度にす
る。そうすると、単結晶シリコン基板11の結晶方位に
沿った結晶品質の良い単結晶シリコン膜13が形成され
る。
次いで、第1図(C)に示すように、単結晶シリコン膜
13の上面に、バイアススパッタ法によって選択的に5
i02膜14(第2の絶縁層)を被着し、表面を平坦化
する。即ち、5i02膜14は凸部のみに被着(堆積)
し、凹部には被着せずに表面が平坦化する。従って、5
i02膜12上の凸状の単結晶シリコン膜13には堆積
せずに表出したままとなり、シリコン基板11と接した
単結晶シリコン膜13部分は、上記5i02膜14で埋
められた状態となる。
ここに、バイアススパッタ法とは平坦化技術として注目
されている手法であって、凹凸のある面上に、例えばS
iO2膜をバイアススパッタ法で被着すると、凸部に被
着した5i02膜は膜堆積と同時にスパッタエツチング
が行なわれ、結果として表面の凹部のみに5i02膜が
堆積して平坦化される。それは、凸部に堆積した5i0
2膜の傾斜側面からエツチングされ、そのエツチングは
凸部側面の傾斜角度に依存性があって、′バイアス電圧
を加減して、工、チング速度と堆積速度とを平衡させる
と、凸部への堆積を零にすることができる。尚、バイア
スは堆積基板の側に負バイアスを印加するもので、その
ためにバイアススパッタ法と名付けられている。
次いで、第1図(d)に示すように、表出した単結晶シ
リコン膜13上に、選択的に膜厚4000Å以上の単結
晶シリコン膜15をエピタキシャル成長する。
この選択エピタキシャル成長法は、反応ガスとして塩素
系ガスを含むガス、例えばジクロールシラン(SiH2
C12)を用いると、単結晶シリコン上には成長するが
、5i02膜などの上には成長しない成長方法で、既に
良く知られている方法である。
理由は、塩素ガスによるエツチングが起こるからで、単
結晶シリコンと多結晶シリコンとのエツチング比が異な
るために、このような選択的な成長が可能なものである
次いで、第1図fe)に示すように、Si○2膜14を
ウェットエツチング法によって弗酸(HF) fg液で
エツチング除去する。この場合、エツチング比が相異す
るため、単結晶シリコン膜13は殆どエツチングされな
い。
次いで、第1図ff)に示すように、全面を四塩化炭素
(CF4)ガスによるドライエツチング法を用い、単結
晶シリコン膜15.13をコントロールエッチして、5
i02膜12上の単結晶シリコン膜13のみ残存させ、
他の単結晶シリコン膜をエツチング除去する。これは、
5i02膜12の上には単結晶シリコン膜15が堆積し
ており、そのシリコン膜15がエツチング除去されると
同時に、シリコン基板11に接した単結晶シリコン膜1
3部分がエツチング除去されるから、エツチング時間の
凋整によって5i02膜12上の単結晶シリコン膜13
のみを残存することができるものである。
次いで、第1図(勢に示すように、前記第1図(C)に
説明した工程と同様に、バイアススバッタ法によって5
i021116 (第3の絶縁層)を被着して、凸部の
単結晶シリコン膜13の周囲にのみ堆積させ、単結晶シ
リコン膜13を表出させて、全面を平坦化させる。
以下の工程は、その単結晶シリコン膜13領域に半導体
素子を形成して、ICが完成する。
このようにすれば、酸化処理工程が不要であるから、処
理時間が削減されて、工数が減少する他、フォトプロセ
スを用いないために、形成方法は簡略化できる。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明によれば三次元
LSIの誘電体分離工程において、処理時間と工数が著
しく減少し、製造コストが低下してスループットが向上
すると共に、セルファラインによる形成方法であるから
、高集積化が図れる効果も得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(沿は本発明にかかる形成方法を説明す
るための工程順断面図、 第2図(a)〜Ic)は従来の形成方法を説明するため
の工程順断面図である。 図において、 1.11は単結晶シリコン基板、 2、 5.12.14.16は5i02膜、3′、13
:は多結晶シリコン膜、 3、13.15は単結晶シリコン膜、 4は酸化防止マスク(Si 02膜を介したSi3N4
膜からなるマスク) を示している。 第1図 第 1 図 第2!l!J

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  選択的に第1の絶縁層が設けられた単結晶半導体基板
    上に、非単結晶半導体層を気相成長し、更にビームアニ
    ールして、前記単結晶半導体基板の結晶方位に沿った単
    結晶半導体層に形成した後、バイアススパッタ法によつ
    て、前記単結晶半導体基板と接している単結晶半導体層
    部分の上面に、選択的に第2の絶縁層を被着させる工程
    、次いで、前記第1の絶縁層上に表出して存在する単結
    晶半導体層の上面に、選択的に単結晶半導体層をエピタ
    キシャル成長する工程、次いで、前記第2の絶縁層と、
    該第2の絶縁層下の前記単結晶半導体層を除去し、バイ
    アススパッタ法によつて第3の絶縁層を選択的に被着し
    て、表面を平坦化する工程が含まれてなることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63213336A (ja) * 1987-02-28 1988-09-06 Canon Inc 半導体基材の製造方法
JPS63306618A (ja) * 1987-06-08 1988-12-14 Sanyo Electric Co Ltd Soi構造の形成方法
KR100678465B1 (ko) * 2005-02-03 2007-02-02 삼성전자주식회사 선택적인 에피택셜 반도체층의 형성방법

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