JPS6252920A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔概　要〕 ＳＯＩ作成のためにシリコンの帯域溶融法を採用し、再
結晶シリコンの品質を向上させるために、シリコン基板
の一部を絶縁膜上に露出させ、かつ再結晶用シリコンの
堆積下地表面を平坦またはなだらかにする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に、帯域溶融
法によるＳ　ＯＩ　　（ＳｉＩｉｃｏｎ　Ｏｎ　ＩｎＪ
ｉｕｌ＆＋６ｒ）１素子の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

帯域溶融法を用いたＳｏｌ素子の形成方法を説名すると
、先ず、シリコン基板表面に方形の凹所を格子状に形成
する。次いで、こうして形成されたシリコン基板の凹凸
表面を酸化してＳｉＯア膜を形成する。　５ｉＯ１膜上
にＣＤＶ法でシリコンを堆積した後、その上にＳｉＯ□
／５ｉＪＬ膜などにより溶融曇時における表面の変形防
止その他の目的でキャップ層を形成する。そして、ラン
プ、カーボンヒータ等でＳｉＯ寞膜上のシリコンを帯状
に溶融し、再結晶化する。その後、シリコン基板あるい
はその上のＳ、ｉ０□膜の凸部の頂面が露出する高さま
で、キャップ層および再結晶化シリコン層を除去すると
、シリコン基板の凹部内に再結晶化シリコン領域がＳｉ
Ｏ□膜によって分離されて形成される。この分離された
再結晶化シリコン領域を活性領域としてＳｏｌ素子を形
成することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記帯域溶融法によるシリコンの溶融・再結晶化法では
、ＳｉＯ□膜上にＣＶＤ法で形成されるシリコンがどう
しても多結晶質になり、単結晶が形成されないために、
溶融・再結晶化した場合に得られる再結晶層の品質が劣
るという問題がある。

そこで、シリコン基板の凹部表面は素子分離のために５
ｉ０２が必要なので、シリコン基板の凸部表面のＳｉｎ
、膜を選択的に除去して、露出したシリコン基板凸部上
にシリコンをエピタキシャル成長すせ、このエピタキシ
ャル成長シリコン領域を再結晶化の種領域として利用す
ることにより、再結晶化シリコンの品質を高めることが
考えられる。しかし、シリコン基板の凸部上の５ｉ０２
膜を選択的に除去するために、レジストを用いたフォト
リソグラフ法を採用したところ問題を生じた。すなわち
、基板の凹部が深いとレジストが均一に塗布されず、ま
た凹凸の肩部でのレジストの密着性がよくないので、基
板の凸部上のＳｉｎｇをエツチングするときに、基板の
凹部の底あるいは側面の５ｉＯ１膜までが除去されてピ
ンホールが発生することが多々見られた。また、基板の
凸部上においても、ＳｉＯ２がエツチングされたその境
界領域にＳｉ０ｇ膜による段差が発生するため、溶融・
再結晶化の際にこの段差の部分に結晶欠陥が生ずること
があった。同様に、基板の凸部上のＳｉｎオの肩部がな
めらかでないために、この部分でも溶融・再結晶化の際
に結晶欠陥が発生するという問題があった。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
上記問題点を解決するために、減圧ＣＶＤ法で堆積され
る５ｉＯｚ膜が基板の凹部で薄く、凸部で厚いという性
質を利用し、所定の厚さに堆積した後、熱処理して凸部
上のより厚いＳｉＯ□膜を選択的に剥離除去する。５ｉ
Ｏｚ膜はシリコン基板と熱膨張係数が異なるので、Ｓｉ
ｎ、膜の厚さが特定の厚さ以上になると、熱処理により
基板から剥離されるようになる。そこで、熱処理により
凹部では剥離しないが凸部ではＨＩＭするような厚さに
減圧ＣＶＤ法でＳｉＯ□膜を堆積し、熱処理すれば、基
板の凸部上のＳｉＯ□膜が選択的に除去される。本発明
では、さらに、減圧ＣＶＤ法による５ｉ（ｈ膜の下のシ
リコン基板表面に薄く熱酸化５ｉＯ１膜を形成しておく
。熱処理により、凸部上の５ｉｆｔを剥離する時、熱酸
化５ｉｆｔ膜と減圧ＣＶＤ法による５ｉｆｔの境界で減
圧ＣＶＤ法による５ｔｏｔが剥離する。このことにより
、剥離の際に、シリコン基板の凸部がダメージを受けな
い効果がある。こうして凸部上の減圧ＣＶＤ法により形
成したＳｉｎ、膜を選択的に除去した後、凸部上に残る
熱酸化Ｓｉ０ｇ膜が除去されるまで５ｉＯＪｌをエツチ
ングすれば、露出したシリコン基板とＳｉＯ□膜との境
界部は平坦になり、また凸部の肩部上のＳｉＯ２膜は丸
味をおび、なだらかな表面となる。

こうして、本発明の方法によれば、シリコン基板の凸部
が５ｉｎｚ膜上に選択的に露出し、かつ露出シリコン基
板と５ｉＯｚ膜の境界部や凸部肩部分の５ｉ（ｈ膜が平
坦またはなだらかな表面になるので、溶融・再結晶化さ
れるシリコンは、シリコン基板の凸部上のエピタキシャ
ル成長単結晶を種として良好に成長でき、かつ下地に急
峻な段差や鋭角部が存在しないので不所望な結晶欠陥が
入ることも防止され、高品位の再結晶シリコンが得られ
る。

〔実施例〕

第１図を参照すると、シリコン基板１　（面方位：（１
００）”）を熱酸化し、表面および裏面にに厚さ３００
ｎｍ程度の５ｉ（ｈ膜２を形成する。

第２図を参照すると、フォトリソグラフ法により５ｉＯ
ｚ膜２に方形の開ロバターン３を格子状に配して形成す
る。方形パターン３の各辺はシリコン基板１の＜１１０
　＞方向に直角または平行とし、１辺の大きさは例えば
５００μｍとする。格子状に残されたＳｉｎｇ膜２をマ
スクとして８０℃のＫＯＨ溶液によりシリコン基板１を
選択的にエツチングし、深さ３０〜４０μｍ程度の凹部
４を形成する。

第３図を参照すると、シリコン基板１の凹凸表面を熱酸
化して厚さ５０〜５００ｎｍのＳｉｎｇ膜５を形成する
。次いで、減圧ＣＶＤ法（例えば、供給ガスＳｉＨｍ　
、　Ｎｔ　、　Ｏｘ　、圧力１００トル、反応温度５０
０℃）によりＳｉＯ□膜６を堆積する。この５ｉｆｔ膜
６は凹部において厚さが２〜３μｍになるまで堆積させ
る。このとき凸部上ではＳｉＯ□膜６の厚さは４μｍ程
度になる。

第４図を参照すると、窒素雰囲気中で１１００℃、１時
間熱処理すると、凸部上のＳｉｎ、膜６が選択的に剥離
し、除去され、凹部の底および側面の５ｉＯｚ膜６は剥
離されずに残る。この剥離は、前述のように、Ｓｉｎｇ
とシリコンの熱膨張率の相違に基づくものであり、この
熱処理により凸部上の減圧ＣＶＤ法によるＳｉＯ□膜６
だけが選択的に剥離されるのは、ＳｉＯ□膜６の膜厚の
相違と、熱酸化によるＳｉｎｇ膜５と減圧ＣＶＤ法によ
るＳｉＯ□膜６の間に境界面が存在することすなわち、
この境界面で、剥離がおこることに基づくものである。

第５図を参照するとＨＦ　＋ＮＨ，Ｆの溶液を用いて凸
部上に残った熱酸化５ｉ（ｈ膜５が完全に除去されるま
でエツチングする。このエツチングにより、凸部におい
て露出したシリコン基板ｌと５ｉ（ｈ膜５および６との
境界部は平坦になり、また凸部の肩部のＳｉＯ□膜６は
角がとれてなだらかな表面になる。

このとき、凹部の底や側面ではＳｉＯ□膜にピンホール
を生じることはない。

第６図を参照すると、Ｓｉｎｇ膜６（および５）および
シリコン基板１の上にリンをドープしたシリコンを成長
させると、Ｓｉｎ、膜６　（および５）上では多結晶質
のｎ°形シリコン層７が成長するが、シリコン基板１が
露出した凸部上では単結晶領域８がエピタキシャル成長
する。ｎ９形シリコン層７および８は３〜２０μｍ程度
の厚さに成長させる。ｎ０形シリコン層７および８上に
、例えば、表面を熱酸化した後ＣＶＤ法でさらに、５ｔ
（ｈおよびＳｉ３Ｎ４を堆積して厚さ２〜３μｍ程度の
５ｉｆｔ／Ｓｉ３Ｎ４からなるキャップ層９を形成する
。

第７図を参照すると、キャップ層９を形成後、ランプ、
カーボンヒータ、タングステンヒータ等の棒状加熱源で
ｎ３形シリコン層７および８を帯状に溶融し、再結晶化
させる（再結晶層１０）。

すると、シリコン基板１の凸部上に単結晶領域８が存在
するために、その単結晶が種の役割をして再結晶シリコ
ン層１０の結晶品質が向上する。また、ｎ＋形シリコン
層７および８の下地基板は平坦またはなだらかな表面で
あり、急峻な段差や鋭角の部分が存在しないので、それ
らに起因して再結晶シリコン層１０中に結晶欠陥が発生
することもない。こうして再結晶ｎ゛形シリコン層１０
が形成された後、ｎ゛形シリコン層１０上にはｎ−形シ
リコン層１１をエピタキシャル成長することができる。

第８図を参照すると、シリコン基板１の凸部の頂面が露
出した後、５ｉｆｔ膜５および６が僅かに除去されるま
で、従来のＳｉウェーハ鏡面研磨装置により、表面を研
磨し、平坦化する。こうして、第８図に見られる如＜　
、ＳｉＯ２膜５および６で分離された単結晶（再結晶）
シリコン領域１０および１１がシリコン基板１上に多数
形成され、単結晶シリコン領域１０および１１は素子形
成用活性領域として使用できる。この例では、活性領域
にｎ゛形シリコン領域１０とｎ゛形シリコン領域１０に
包囲されたｎ−形シリコン領域１１を形成することによ
って、ｎ゛形シリコン領域１０にいわゆる埋込層の役割
を担わせている。このｎ゛形シリコン領域１０は、単に
ｎ−形シリコン領域１１の下部に埋め込まれているだけ
でなく、外部表面まで延長しているので、電極に直接接
続できる利点がある。

しかしながら、本発明は、このように活性領域に２種類
あるいはそれ以上の単結晶までは再結晶シリコン領域を
形成する態様に限定されるわけではなく、第６図におい
てシリコン層７および８を十分に厚く形成することによ
って、第７図のシリコン層１１の成長を省略し、単一の
再結晶シリコン領域のみからなる活性領域を形成するよ
うにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シリコン基板の凹部内に絶縁膜を介し
てシリコン溶融・再結晶化領域を形成するに当って、シ
リコン基板の凸部上にエピタキシャル成長したシリコン
領域を再結晶化の種とすることにより再結晶化シリコン
の品質を向上し、絶縁膜として熱酸化によるＳｉＯ□膜
と減圧ＣＶＤによる５ｔ（ｈ膜の両方を形成することに
よりシリコン基板の凸部上の絶縁膜除去による段差の発
生および、剥離の際にうけるシリコン基板の凸部のダメ
ージをなくし、シリコン基板の凸部の肩部の絶縁膜をな
めらかにすることにより、再結晶化シリコンに結晶るこ
とを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の方法を実施する１連の工程を
説明する断面図である。 １・・・シリコン基板、　　　２・・・Ｓｉ０ｇ膜、３
・・・開口、　　　　　　　　４・・・凹部、５・・・
熱酸化Ｓｉ０ｇ膜、 ６・・・ＣＶＤによる５ｉＯ２Ｉｌ！、７・・・多結晶
シリコン堆積層、 ８・・・エピタキシャル成長シリコン領域、９・・・キ
ャップ層、 １０・・・再結晶ｎ゛形シリコン層、 １１・・・ｎ−形シリコン層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン基板上に多数の凹部を穿設し、こうして形
   成された該シリコン基板上の凹凸表面を熱酸化して第１
   の二酸化シリコン膜を形成し、該第１の二酸化シリコン
   膜上に減圧化学気相成長法で第２の二酸化シリコン膜を
   堆積し、その際、上記凹部の底および側面における該第
   ２の二酸化シリコン膜は後記熱処理により剥離しないが
   上記凸部上の該第２の二酸化シリコン膜は該後記熱処理
   により剥離するような厚さに該第２の二酸化シリコン膜
   を堆積し、 熱処理を行って上記凸部上の該第２の二酸化シリコン膜
   を選択的に剥離除去させ、 上記第１の二酸化シリコン膜および上記第２の二酸化シ
   リコン膜を上記凸部上に残る該第１の二酸化シリコン膜
   が除去されるまでエッチングして、該凸部において上記
   シリコン基板を選択的に露出させると共に、上記第２の
   二酸化シリコン膜の表面、とりわけ上記凸部の肩部の表
   面、および該第２の二酸化シリコン膜と該露出シリコン
   基板との境界部を平坦またはなだらかな表面となし、該
   第２の二酸化シリコン膜上および該露出シリコン基板上
   にシリコン層を堆積し、その際少なくとも該露出シリコ
   ン基板上ではエピタキシャル成長を行なわしめ、 該シリコン堆積上にキャップ層を形成し、そして、 加熱して該シリコン堆積層のシリコンを溶融し、再結晶
   化する 工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。