JPS62118513A - 半導体層の固相成長方法 - Google Patents

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〕 本発明は半導体層の固相成長方法に関するものであり、
基板の一部を露出させた露出部からの固相成長によって
単結晶シリコン層を形成し得るものである。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体基板の少なくとも一部が露出するよう
に絶縁層を選択的に形成し該絶縁層の窓部からの固相成
長によって半導体層を単結晶化して行く半導体層の固相
成長方法において、予め窓部内の半導体基板を絶縁層と
略同−の面にして固相成長させることにより、残存する
多結晶シリコンを種とする成長を防止して良好な単結晶
シリコン層を固相成長させるものである。

〔従来の技術〕

一般に、絶縁層上に形成された単結晶シリコン層に、ト
ランジスタ等の半導体素子を形成する５Ｏｆ（シリコン
・オン・インシュレーター）構造が半導体装置の３次元
化、高密度化において注目されている。

ところで、上記Ｓｏｌ構造を形成するに好適な半導体層
の固相成長方法として、即し先行する技術として、本件
出願人は、先に特願昭６０−１８８８９４号に記載され
るところの半導体層の固相成長方法を提案している。

この半導体層の固相成長方法は、半導体基板の一部に窓
部を形成し、表面が平坦な単結晶半導体層を上記窓部か
らの同相成長等を用いた簡単な工程で形成する方法であ
り、ここで、このような単結晶シリコン層等の単結晶半
導体層を固相成長させる方法について、第２図ａ〜第２
図Ｃを参照しながら工程順に概ね説明する。

（ａ）先ず、第２図ａに示すように、シリコン基板２１
を熱酸化し、酸化シリコン膜２２を形成する。この酸化
シリコン膜２２を選択的にエツチングして開口し、窓部
２３を形成する。この窓部２３から上記シリコン基板２
１が露出することになる。

（ｂ）次に、第２図すに示すように、シリコンの気相エ
ピタキシャル成長を行い、シリコン材料からなる層を上
記酸化シリコン膜２２上及び上記窓部２３を含む全面に
形成する。シリコン材１４からなる層のうち、上記窓部
２３内の上記シリコン基板２１と接続する部分は、単結
晶シリコン層２４となるが、上記酸化シリコン膜２２」
二に延在する部分は多結晶シリコン層２５となる。

（Ｃ）　レジス１一層を形成して、ドライエツチング等
によって平坦化を図った後、第２図Ｃに示すように、イ
オン注入により表面の上記多結晶シリコン層２５を非晶
質化させて非晶質化［２６を形成する。このとき非晶質
化さ−Ｉる深さＸは、上記酸化シリコン膜２２−にに延
在する部分では多結晶シリコン層２５の膜厚より深くな
っている。

そして、」二記窓部２３内の一１〕記シリコン基板２１
と接続する単結晶シリニ１ンＴＦｉ　２４を種として非
晶質化層２６を固相成長させ、単結晶シリコン層を上記
酸化シリコン膜２２１に形成する。

以上の工程によってｊ１′Ｌ結晶シリコン層が絶縁層で
ある酸化シリコン膜」二に形成され、Ｓ○■構造の半導
体装置が製造されるごとになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような簡単な工程によってＳＯＩ構造に用いて好
適な単結晶シリコン層を絶縁層上に形成することができ
る。

しかしながら、このような方法を用いて半導体層の同相
成長を行った場合には、完全な横方向成長が得に＜＜、
未だ改良の余地が有り、この点が本発明の目的とすると
ころとなっている。

即ち、第２図すに示すように、上記窓部２３内の上記シ
リコン基板２１と接続する単結晶シリコン層２４の形状
は、上記酸化シリコン膜２２の窓部２３を形成する側壁
部に接続したものではなく、当該窓部２３内には、多結
晶シリコン層２５の一部２５ａが存在することになる。

このため上記イオン注入を施した場合には、第２図Ｃに
示すように、この窓部２３内において、非晶質化の深さ
Ｘより深い領域の多結晶シリコン層２５ａが残存するこ
とになる。

そして、このように多結晶シリコン層２５ａを窓部２３
内に残存させたまま固相成長を行った時には、上記単結
晶シリコン層２４からの横方向成長のみならず、上記多
結晶シリコン層２５ａからの固相成長も生じ、種々の結
晶面を有するような層になり、完全な小結晶シリコン層
の形成を図れない等の影響がでることになる。

そこで、本発明は、」−述のような改良すべき点に鑑み
案出されたものであり、残存する多結晶シリコンを種と
する成長を防止して良好な単結晶シリコン層を固相成長
させる半導体層の固相成長方法を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、表面が略同一面とされる半導体基板の露出部
及び該半導体基板の露出部以外の領域を覆う絶縁層に半
導体層を被着形成し、上記半導体基板の露出部上のエピ
タキシャル層を種として他領域の上記半導体層を固相成
長させる半導体層の同相成長方法により上述の目的を達
成する。

〔作用〕

シリコン基板等の半導体基板の露出部を、上記絶縁層の
表面と略同−の表面を有して形成する。

このため半導体層をエピタキシャル成長させた場合には
、露出部上の領域で単結晶シリコン層が形成され、上記
絶縁層上の領域では当該半導体層は多結晶シリコン層に
なるが、上記絶縁層の側壁部では、多結晶シリコン層が
存在しないことになる。

従って、平坦化、非晶質化等の工程後、固相成長させた
場合には、横方向成長は露出部上の領域の単結晶シリコ
ン層のみを種として行われることになり、良好な単結晶
シリコン層を絶縁層上に形成することができる。

〔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。

本実施例の半導体層の固相成長方法は、半導体基板とし
てシリコン基板を用いたものであり、絶縁層は酸化シリ
コン膜である。そして、本実施例の半導体層の同相成長
方法は、単結晶シリコン層のみを種として固相成長を行
い、多結晶シリコン層を種として固相成長させることが
ない為、良好な単結晶シリコン層を絶縁層上に形成する
ものである。尚、小文字の英字の見出しは、第１図の分
図記号に対応する。

（ａ）先ず、第１図ａに示すように、半導体基板として
のシリコン基板ｌの露出部２を絶縁層３の表面３ａと略
同−の面となるように形成する。

例えば、このような形状とするためには、シリコン基板
１の露出部２となる部分に窒化シリコン膜等の耐酸化膜
を形成し、絶縁層３をその後形成する部分を予めある程
度掘り下げ、上記耐酸化膜を用いた選択酸化を施して絶
縁層３を形成し、さらに、表面が平坦になるようなエッ
チバック等の平坦化を行うようにして形成することがで
きる。

また、予め、露出部２を凸部とするような段差を形成し
、これにＣＶＤ法により絶縁層３を堆積させてエッチバ
ック等の平坦化を行うようにしても良い。

（ｂ）このようにシリコン基板１の露出部２を上記絶縁
層３の表面３ａと略同−な面を有するようにした後、第
１図すに示すように、ＳｉＨ４ガス（シランガス）を反
応ガスとして用い気相エピタキシャル成長を行うことに
より、全面にシリコン材料からなる半導体層４を形成す
る。この場合、半導体層４は、シリコン基板１の露出部
２上でエピタキシャル成長をしてエピタキシャル層５と
なり、一方、上記絶縁層３上では、多結晶シリコン層６
となる。尚、通常、半導体層４の表面は、凹凸を有して
いる。

（ｃ）ＳｉＨ４ガスによる気相成長の後、第１図Ｃに示
すように、レジスト層７を形成して、平坦化を図る。即
ち、上記半導体層４上にレジスト層７を形成し、このレ
ジスト層７及び上記半導体層４を上記表面３ａ等と垂直
方向にドライエツチング法等によってエッチバックし、
第１図Ｃ中、一点鎖線で示す位置まで除去する。このよ
うにして平坦化を図り、不均一なイオン注入、不要な部
分へのイオン注入等を防止する。

（ｄ）平坦化され、エピタキシャル層５及び多結晶シリ
コン層６の平坦な表面を有する半導体層４に、第１図ｄ
に示すようにイオン注入を施して該半導体層４の非晶質
化を図る。例えば、導入するイオンは、シリコンイオン
であり、エネルギー５０　Ｋ　ｅ　Ｖ、　　ドーズ量５
×１０１５ＣＩ１１４の条件でイオン注入することによ
り、半導体層４の非晶質化を図ることができる。

このとき、多結晶シリコンＮ６は上記絶縁層３上に存在
し、これらの多結晶シリコン層６は、すべてイオン注入
によって非晶質化されることになる。このため、従来は
、絶縁層３の開口部の側壁部等に多結晶シリコン層が残
存するようなことがあったが、本実施例においては、多
結晶シリコン層６は多結晶のまま残存することがない。

（ｅ）イオン注入による非晶質化の後、所定の熱処理に
よって横方向の固相成長を行い、絶縁Ｎ３上の半導体Ｎ
４を単結晶化して、第１図ｅに示すような単結晶シリコ
ン層８を形成する。熱処理は、例えば窒素雰囲気中、６
００℃、２０時間等の条件で行うことができる。この場
合には、上記エピタキシャルＮ５は種として用いること
が可能であり、これを種とした横方向の成長によって、
上記半導体層４の単結晶化が行われ、所望の単結晶シリ
ヨン層８を得ることができる。そして、このとき、上述
したように残存する多結晶シリコン層がないため、種々
の結晶面をもつような不完全な単結晶シリコン層の形成
は有効に防止され、ＳＯＩ構造の半導体装置を信頼性も
高く製造できることになる。

以上のような工程を経て、本実施例の半導体層の固相成
長方法を実施することができる。本実施例によれば、多
結晶シリコン層を種として固相成長することが防止され
、完全な単結晶シリコン層を絶縁層」―に形成すること
ができ、また、このためトランジスタ等の素子を形成し
た場合には、安定した特性の素子となる。

尚、上記実施例において、半導体層４の形成をＳｉＨ４
ガスを用いた気相エピタキシャル成長により行ったが、
モレキュラー・ビーム・デポジション（ＭＢＤ）法を用
いても良い。

〔発明の効果〕

本発明の半導体層の固相成長方法は、基板の露出部を絶
縁層の表面と略同−の面とすることにより、非晶質化の
工程後の多結晶シリコン層の残存を抑えることができ、
このため固相成長さ−Ｕた場合には、残存する多結晶シ
リ７１７層による悪影響を除去して、完全な屯結晶シリ
コン層を絶縁層上に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｅは本発明の半導体層の固相成長方法
を工程順に示す断面図であり、第２図ａ〜第２図Ｃは先
行する技術に係る半導体層の固相成長方法を説明するた
めの断面図である。 １・・・シリコン基板（半導体基板） ２・・・露出部 ３・・・絶縁層 ４・・・半導体層 ５・・・エピタキシャル層 ６・・・多結晶シリコン層 ７・・・レジスト層 ８・・・単結晶シリコン層 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社代理人　　　弁
理士　　　　　小池　見回　　　　　　　　　田村榮− ８に同一の表面形成・ 第１図ａ 第１図ｂ Δヒ　４咥ゴ　イヒ 非晶質イヒ 第１図ｄ 判−向央長 第１図ｅ ％饅名倭 第２図ａ 工２ピタ紮シギ＋　ｗ　ｆｉＪ艮 第２図す 非＆１「イ乙 口【

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面が略同一面とされる半導体基板の露出部及び該半導
   体基板の露出部以外の領域を覆う絶縁層に半導体層を被
   着形成し、上記半導体基板の露出部上のエピタキシャル
   層を種として他領域の上記半導体層を固相成長させる半
   導体層の固相成長方法。