JPS61187224A - シリコン基板上に電界効果装置を製造する方法 - Google Patents

シリコン基板上に電界効果装置を製造する方法

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JPS61187224A
JPS61187224A JP61024240A JP2424086A JPS61187224A JP S61187224 A JPS61187224 A JP S61187224A JP 61024240 A JP61024240 A JP 61024240A JP 2424086 A JP2424086 A JP 2424086A JP S61187224 A JPS61187224 A JP S61187224A
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silicon
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layer
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ウイリアム・ベエーグ
チー・エイチ・テイン
テレンス・タイーリ・フワ
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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】 〔利用分野] 本発明に、MO8集積回路の分野、とくにシリコン基板
−ヒに分離されたシリコン領域を形成することに関する
ものである。
し従来技術〕 金属−酸化物一千導体(MOS)の製造においては、装
置間の寄生経路全解消または減少するために、ろる装置
を別の装置から電気的に分Nする工程がしばしば採用さ
れる。たとえば、電界効果トランジスタを分離すること
なしにシリコン基板上に形成するものとすると、2種類
のトランジスタからのソースまたはドレインの領域が、
望ましくないことに第3のトランジスタとして機能する
ことがめる。一方のトランジスタのソースト他方のトラ
ンジスタのドレインの間に配置されたアルミニウム線の
ような上部相互接続部はゲートとして機能し、寄生導通
をひき起すことかめる。
相補MO8(CMO8)集積回路においては、寄生経路
は一層大きな問題である。その場合には、基板と、相補
トランジスタのn+またはp+領領域、その中に成る導
電形のトランジスタが形成されるウェルすなわち井戸と
が一緒になって望1しくないトランジスタを形成するこ
とがある。それらの領域の間のトランジスタ作用により
寄生経路が形成されることがるり、それに19集積回路
は破壊される。この問題は[ラッチ・アップ(latc
h−up)J  と呼ばれることがろる。
寄生導通を減少させるために、いくつかの処理技術が現
任使用されている。たとえば、一方のトランジスタのソ
ースを別のトランジスタのドレインから分離するために
、フィールド酸化物領域が隣接するトランジスタ間で通
常使用される。それらの厚い酸化物は隣接するトランジ
スタ間で導電度が低い(長い)経路を生じ、更に、上方
の線は基板から距離が遠いから、それらの導電路の望ま
しくないゲートとしての効果に低下する。0M08回路
の場合には、典型的なn+からp+へのフィールド酸化
物の幅は6ミクロンでめるから、電界効果トランジスタ
を製造するために必要な面積と比較するとかなり広い基
板面積を占める。他の場合には、基板中にトレンチすな
わち溝が形成され、その中に絶縁物質が充される。この
技術に一層複雑な処理全必要とするが、効果的でめる上
に、間隔は1ミクロンと狭い。
ラッチ・アップを避ける他の技術も 0M08回路にお
いて用いられる。たとえば、高濃度にドープされている
基板上に成長するエピタキシャル層中に回路が形成され
る。他の回路においては、シリコン・オン会サファイア
(SO8)技術におけるように、絶縁体上に薄い膚が形
成される。
本発明は上記の工うな先行技術から離れたものに提供す
るものでめる。本発明においては、絶縁領域上に形成さ
れたエピタキシャル層に似た層の成長のためのシードす
なわち種として、基板の結晶構造音用いる。
種からエピタキシャル層に似た層を形成する別の方法も
知られている。一般に、それらの先行技術の方法は1個
の種を使用し、種の窓の上には装置を形成せず、または
最後の回路においては基板の電気的関与はない。本願発
明者が知っている最も密接な先行技術に次の通りである
。(1)エレクトo=ツク・ウィーク(Electro
nic We’ek)1984年8月6日号31頁「米
国および日本のチップメーカーを追いこすために英国i
 SOI技術においても活動を進めている( Br1t
ain Getting Its Act Toget
her In SOI Technology In 
Bid To Get Jump On U、S。
And  Japanese  Chip  Make
rs )J、(2)エレクトClニック・ウィーク、1
984年8月6日号、32〜33頁[ケンブリッジ研究
所ウェハーを上下で加熱(Canbridge Lab
 Heals Wafer Topand Botto
m) J 、(3) IEDM82.16.4の433
−436頁1基本装置構造全製造することによるレーザ
ーSo I 二1S i能動層の特性化(C旧trae
terizat10n of La5er−8OI D
ouble 5tActive Layers By 
Fabricating Elementary De
vice 5tractures) J、(4)IED
M82.16.1の420〜423頁[ビーム再結晶化
のポリシリコンにおけるトランジスタ(Tran8is
lns  in Bean −Recrystalli
zed Po1Ysilicon ) J、(5)ジェ
イ電気化学会(J、Electrochem、Soc、
)、1981年9月号、1981〜1986ページ(1
28巻9号)[CWレーリ′の走査にJ:す誘導された
ラテラル・シーディング法による酸化物上の単結晶シリ
コン(Sjngle Crystal  5ilico
n −On −0xide By A Scannin
g CW  La5er  Induced Latp
ra]  Seeding Process ) J、
(6) I gDM 84.34.5の808〜811
頁[サブミクロンSOI技術の装置性能(Devtce
 Performance of A Submjcr
on SOI  Technology) J、(7)
ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース(Journ
al ofcry8talGrowth ) 63.1
983.453〜483頁ISi膜のグラファイトつス
トリップ・ヒーター・ゾーン・メルティング再結晶化(
Graphite−8trip−Heater −Zo
ne −MoltingRecrystallizat
10n of Si  Films ) J。
〔発明の概要〕
シリコン基板上の電界効果装置を互いに分離するために
絶縁領域を用いて、シリコン基板上に電界効果装置全製
造する改良した方法について説明する。基板上に絶縁領
域を形成し、それらの領域の間に開口部に設ける。それ
らの領域は[種窓2Jを基板に与える。絶縁領域の上に
、窓の中1で延ヒルシリコン層(たとえば、ポリシリコ
ンまたはアモルファスシリコン)を形成する。このI−
に、基板の結晶構造を、種窓を通してシリコン層の中1
で成長させる処理を施す。シリコン層の再結晶化を窓を
通じて種まきする。再結晶化されたシリコン層はホスト
層を形成し、そのホスト層の中ないし上に電界効果装置
を製造でき、それらの装置のチャネル領域全種窓の真上
に形成する。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図〜第9図は、本発明による相補MO8O8電界製
実装置くに電界効果トランジスタ)の製造を示すもので
ある。製造は、通常のp形単結晶シリコン基板10で始
まる(第1図)。pチャネル装置のだめのn形井戸34
會、周知の処理を用いて基板中に形成する。この井戸の
ためにヒ素、9んその他のn形ドーパント’に使用でき
る。基板10の上面に二酸化シリコン層の工つな保@層
12全形成する。シリコンの窒化物部材13を、通常の
マスキング工程とエツチング工程を用いて形成する。そ
れらの部材は、1つの部材が井戸34の上に形成されて
いるので示されているように、互いに離隔される。それ
らの部材の幅は本発明にとっては重要ではなく、たとえ
ばミクロンまたはそれ以下のオーダーにできる。
第2図に示すフィールド酸化物領域(F、0X)14を
形成するために通常使用される高温酸化工程上第1図の
基板に対して施す。(この工程は、井戸34を形成する
だめの「ドライブ」工程としても使用できる。)フィー
ルド酸化物領域14の厚さは、たとえば6000オング
ストロームにできる。
必要的なものではないが好1しくに、第2図の構造をプ
レーナー化する。すなわち、第3因の表面15の工すな
表面全形成する工程全行う。このプレーナー化のために
公知の処理を使用できる。
たとえば、プレーナ層形成のために、第2図の構造体の
上にポリメチメタアクリレート(polymethym
ethacrylate)またはスピン−オン・グラス
層を形成できる。それからこのプレーナ層に反応イオン
エツチングを施す。そのエツチングにプレーナ一層とフ
ィールド酸化物領域14の間に1−1の選択性を有する
。そのエツチングに工9第2図のフィールド酸化物N1
4’に薄くする。
その薄くされたものが第3図にフィールド酸化物−11
= 領域14a として示されている。
次に、フィールド酸化物領域14aの間でシリコン基板
を露出させるためにフッ化水素酸に浸す。
それから基板にポリシリコン層またはアモルファスシI
J :=’7ン層20全20全付Nこのシリコン層ハシ
リコン基板とフィールド酸化物領域14a との両方の
露出部分を被8する。第4図に示″rように窓すなわら
開口部24(・ζおいて上側のシリコン層20が基板1
0Vc接触する。すなわち、領域14aが基板10への
開口部を形成する。上側シリコン層20の上に二酸化シ
リコン層、筐たは二酸化シリコン/窒化シリコンの複合
層22を形成する。
上側シリコン層20と、その上の層22は周知の化学蒸
溜工程を用いて形成できる。ここで説明している実施例
に−・いては、層20の厚さは約5000オングストロ
ーム、上の層の厚さはたとえば1000オングストロー
ムにできる。
次に上側シリコンl1t20を再結晶してその層20に
基板の結晶構造をとらせる。すなわち、基板の結晶の向
きが(100)であれば、シリコン層20のポリシリコ
ンまたはアモルファスシリコンは構造の結晶の向き(1
00)’iとる。この再結晶化は走査レーザ(たとえば
CWアルゴンレーザ〕、走査電子ビーム、またはグラフ
ァイト片加熱器のような加熱源から第4図の構造?r7
111熱することにより行うことができる。第4図の再
結晶化された層20を第5図では層20a  として示
す。第4図の窓24は、基板の結晶構造を、様態を通じ
て層20へ伝え、またはその層20内で成長させるよう
にするための様態として機能する。様態の真上の、第5
図に矢印27で示されている層20中のシリコンは、シ
リコン基板の真上にめるから、最高品質の単結晶シリコ
ン構造である。しかし、基板の結晶構造は酸化物領域1
4aの上のシリコン層の中を横方向に伝わって、第5図
の矢印28で示されている領域に達する。この横方向結
晶化は、たとえば、様態の縁部をこえて数ミクロンの距
離の所で起るが、得られた結晶構造の品質は、様態の上
で得られるものほどは良くない。したがって、層20a
Uエピタキシャルシリコン層の性質を有し、結晶の成長
は、フィールド酸化物領域で隔てられている所定の様態
から起る。電界効果装置は層20aの上と中に形成され
る。
再結晶中に基板全裏面から加熱するために他の種々の方
法が用いられる。たとえば、再結晶中にウェハー全上昇
させた温度に保つために、ホット・チャックを使用でき
、−また(1この目的のために石英炉を使用できる。
選択した様態の上に貫通する開口部32′に形成したマ
スキング層30全形成する。9んまたはヒ素のようfi
n形不純物’jJi20aの中に入れる。
その不純物は層20aの中を拡散する。そうすると、開
口部32の所で層22全最初にエツチングする。1だに
不純物を層22を通じてイオン打込全行うことができる
。その不純物tま、間知の工うに、nチャネル装置のし
きい値電圧を調整するために用いられる。pチャネル装
置のしきい値電圧調整を行えるように、開口部(第6図
の層30に破線で示されている)全形成するために別の
マスキング工程を使用する。
別々の領域を形成するため、または再結晶化されている
シリコン層をパターン化するために次の処理工程を行う
。第6図の層22f:そのパターン化に使用でき、また
げその層が除去されているならば、第7図に示すように
、二酸化シリコンまたは窒化シリコンの別の層35を使
用できる。(現在でに窒化シリコンが好ましい。〕層3
5に開口部37を形成するためにマスキング部材36を
用いる。第8図の酸化物領域(OX)38’e形成する
ために局部的な酸化を行う。
このようにして得られた構造を第8図に示す。
この構造でに、再結晶されたシリコンの領域20bが酸
化物38に、1.9互いに分離される。シリコン領域2
0bは酸化物領域14a の土で互いに電気的に分離さ
れ、かつそれらの領域20b の間のシリコン基板を通
る(様態を通る〕経路は比較的長いことに注意されたい
。第8図に示すよう、に、高品質のゲート酸化物40’
![−シリコン領域20b の上に成長させることがで
きる。エツチングを使用するならば、シリコン領域7.
 Ob  も互いに分離される。
次に、第8図の構造の上に多結晶シリコン層を形成して
、パターン化し、第9図に示すゲート部材42.43’
に形成する。次に、ドーピング工程を行ってソースおよ
びドレイン領域44とソースお工びドレイン領域45を
形成する。周知のように、たとえば初めにpチャネル装
置の領域をフォトレジストで覆い、n形不純物をゲート
42に整列させて導入し、ソースおよびドレイン領域4
4を形成する。それからnチャネル領域をフォトレジス
トで覆って、p形不純物をゲート43に整列させて導入
し、ソースお工びドレイン領域45金形成する。通常(
L−1、周知のパツシペーショ7層(図示せず)と金属
化層を形成して第9図のトランジスタを完成する。
第10図には第9図に示す構造とは異なる実施例が示さ
れている。第9図におけるものと同様な領域には第10
図では第9図の参照符号の後に0會付加して示す。たと
えば、第10図の電界効果装置が基板100 の上に形
成され、nチャネル装置はゲート420 ffi有し、
pチャネル装置はゲート430 を有する。第10図の
装置の処理は、第10図に矢印46で示されている領域
においては、再結晶されたシリコン領域200bが別々
の領域に分離されていることを除き、第1図〜第9図に
ついて説明したのとほぼ同じでめる。(たとえば、これ
には第7図のマスキング層36を通じて示されている中
心の開口部37企なくすことを必要とする。)第1O図
の構造では、nチャネル装置のソース領域またはドレイ
ン領域の一方が、pチャネル装置のソース領域またはド
レイン領域の一方に接触する。これにJニジ、それらの
トランジスタの間に共通の接合部が得られる。このこと
はCMOSインバータの製造においてとくに有用でろる
(それらの領域を接続するために金属シャントが用いら
れていることに注意されたい。)第9図お工び第10図
に示す集積回路には、従来の分離法音用いている回路と
比較していくつかの利点かめる。たとえば、第9囚にお
いて、p+領域45とこれに最も近いn+領域44とは
酸化動領域14a上で相互に十分に分離されている。
したがって、それらの領域の間隔は、突き抜けのおそれ
なしに、マスキングの許容誤差が許す限度内で狭くでき
る。基板中の窓を通り、かつ酸化物領域14a の下側
を通るそれらの領域の間の経路は比較的長く(たとえば
3ミクロン)、したがって問題が起る余地がないほど長
い。前記のように第9図のl窓24の所に電照品質の再
結晶化が起る。この最高品質のシリコンは、それが最も
必要であるトランジスタのチャネルの所である。ソース
お工びドレイン領域の外縁部へ向って配置される低品質
の再結晶化は、それがチャネル領域において起る場合ニ
ジも問題に少い。第9図および第1O図の回路では、装
Rは下側の基板に接触している(井戸34と340の内
側と外側で)1.これにより、ホットエレクトロンから
の基板漏れt流の制御をより良く行うことができる。更
に、ソース・ドレイン接合がほとんど酸化物領域の上に
めるから、接合容置は小さく、接合漏れ電流は少い。
基板へのコンタクト漏れ(たとえば金属コンタクトから
の〕は従来の構造よ!llハるかに少い。というのは、
コンタクトは酸化物領域14a または140aの上の
ソースおよびドレイン領域に対して行われるからでめる
。したがって「スパイキング」全阻止するために従来し
ばしば用因られていた拡散プラグは不要である。
以上、電界効果装置をその上に製造するシリコン基板の
処理i/cついて説明した。酸化物領域の上に、離隔さ
れた、再結晶されたシリコン領域が形成される。酸化物
領域の間に形成されだ様態から再結晶化が行われる。様
態の上に電界効果装置が形成される。
【図面の簡単な説明】
第1図はn形井戸と二酸化シリコン層および窒化シリコ
ンマスキング部材ヲサむシリコン基板の一部の横断面図
、第2図は酸化工程上行い、窒化シリコンマスキング部
材を除去した後の第1図の基板を示し、第3図はブレー
ナ一工程後の第2図の基板を示す図、第4図は基板上へ
のシリコン層の形成後の第3図の基板を示す図、第5図
は基板の結晶構造が上側のシリコン層へ伝えられた後の
第4図の基板金示す図、第6図は装置の電圧しきい値調
整のために用いられるドーピング工程中の第5図の基板
を示す図、第7図は(=j加マスキング工程中の第6図
の基板を示す図、第8図に隣接する2つのトランジスタ
領域を分離するためにシリコン層を処理した後の第7図
の基板を示す図、第9図は上側]のシリコン層の上と内
部にCMO8トランジスタが形成された後の第8図の基
板を示す図、第1O図[CMO8インバータの製造にと
くに有用な本発明の別の実施?ilを示す基板の横断面
図で必る。 10・・・・シリコン基板、13・二・・窒化シリコン
層、14・・・・フィールド酸化物領域、20・・・・
再結晶化シリコン層、24・・・・開口部、36・・・
・マスキング#44,45・・・・ソースおよびドレイ
ン領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)シリコン基板上の電界効果装置を絶縁領域を用い
    て分離する、シリコン基板に電界効果装置を製造する方
    法において、 前記絶縁領域の間に窓を形成するように、前記基板上に
    前記絶縁領域を形成する工程と、 前記絶縁領域の上と窓の上にシリコン層を形成する工程
    と、 前記シリコン層を前記窓を通じて再結晶化させる再結晶
    処理工程と、 前記再結晶化されたシリコン層中の前記窓の上に電界効
    果装置を形成する工程と を備え、それにより、その中に前記電界効果装置を形成
    できる層を前記シリコン層から形成することを特徴とす
    るシリコン基板上に電界効果装置を製造する方法。 (2)特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、前記
    再結晶化されたシリコン層内に、前記絶縁領域の上部で
    互いに分離される、分離された領域を形成する工程を含
    むことを特徴とする方法。 (3)特許請求の範囲第2項記載の方法であつて、前記
    装置のチャネルは全体として前記窓の上に存在し、前記
    装置のソース領域とドレイン領域は前記絶縁領域の上部
    に延在することを特徴とする方法。 (4)特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、前記
    シリコン基板は単結晶シリコンであり、前記再結晶化さ
    れたシリコンの層は、エピタキシャルに似た上部シリコ
    ン層を形成するように前記基板の結晶の向きをとること
    を特徴とする方法。 (5)特許請求の範囲第4項記載の方法であつて、前記
    シリコン層を形成する前記工程は、ポリシリコン層を形
    成する工程を含むことを特徴とする方法。 (6)特許請求の範囲第4項記載の方法であつて、シリ
    コン層を形成する前記工程は、アモルファスシリコンの
    層を形成する工程を含むことを特徴とする方法。 (7)特許請求の範囲第1項記載の前記絶縁領域は前記
    基板から成長させられた、成長した二酸化シリコン領域
    であることを特徴とする方法。 (8)特許請求の範囲第7項記載の方法であつて、前記
    シリコン層を形成する前記工程の前に、前記成長させら
    れた二酸化シリコン領域をプレーナ化する工程を含むこ
    とを特徴とする方法。 (9)特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、前記
    再結晶化された領域を形成するために前記シリコン層を
    処理する前記工程は前記シリコン層を加熱する工程を含
    むことを特徴とする方法。 (10)シリコン基板上に離隔された酸化物領域を形成
    する工程と、 前記離隔された酸化物領域の間で前記基板に接触するシ
    リコン層を前記酸化物領域の上に形成する工程と、 前記シリコン層が前記基板の結晶構造をとるように、前
    記シリコン層を再結晶させる処理を前記シリコン層に施
    す工程と、 前記離隔されている酸化物領域の上の前記再結晶化され
    た層の内部に電界効果トランジスタを形成する工程と を備え、前記再結晶化は、前記シリコン層が前記基板に
    接触する場所である前記離隔されている酸化物領域の間
    から前記シリコン層中へ伝わり、それにより電界効果ト
    ランジスタが製造されることを特徴とするシリコン基板
    上に電界効果トランジスタを製造する方法。 (11)特許請求の範囲第10項記載の方法であつて、
    前記シリコン層を形成する工程はポリシリコン層の形成
    を含むことを特徴とする方法。 (12)特許請求の範囲第10項記載の方法であつて、
    前記シリコン層を形成する工程は、アモルファスシリコ
    ン層を形成する工程を含むことを特徴とする方法。 (13)特許請求の範囲第11項または第12項記載の
    方法であつて、離隔された酸化物領域を形成する前記工
    程は、前記基板から酸化物領域を成長させる工程を含む
    ことを特徴とする方法。 (14〕特許請求の範囲第13項記載の方法であつて、
    前記シリコン層を再結晶化させる処理を前記シリコン層
    に施す前記工程は、前記シリコン層を加熱することを含
    むことを特徴とする方法。 (15)特許請求の範囲第14項記載の方法であつて、
    前記シリコン層の形成前に、前記酸化物領域をプレーナ
    化することを特徴とする方法。 (16)特許請求の範囲第10項記載の方法であつて、
    前記再結晶化されたシリコン層中に分離された領域を形
    成する工程を含むことを特徴とする方法。
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