JPS63136A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS63136A JPS63136A JP14322786A JP14322786A JPS63136A JP S63136 A JPS63136 A JP S63136A JP 14322786 A JP14322786 A JP 14322786A JP 14322786 A JP14322786 A JP 14322786A JP S63136 A JPS63136 A JP S63136A
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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。
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
本発明は絶縁膜上に形成された半導体装置、いワユるシ
リコン＝オン＝インシュレータ（ＳＯＩ）半導体装置の
製造方法に関するものである。
リコン＝オン＝インシュレータ（ＳＯＩ）半導体装置の
製造方法に関するものである。
従来の技術
集積回路は、近年高密度化、高速化、低消費電力化等々
の面で急速に改良が進みつつある。とりわけ、相補性Ｍ
ＯＳ型集積回路（０ＭＯ３ＩＣと以下略す）は高速性と
低消費電力性から集積回路のなかでも中心的地位を占め
る様になって来た。
の面で急速に改良が進みつつある。とりわけ、相補性Ｍ
ＯＳ型集積回路（０ＭＯ３ＩＣと以下略す）は高速性と
低消費電力性から集積回路のなかでも中心的地位を占め
る様になって来た。
こうした０ＭＯ３ＩＣを高密度化、高集積化する際に近
い将来有力な技術になると考えられているものＫＳＯＩ
−ＣＭＯ３技術カアル。コレはＣＭＯＳ ＩＣにＳＯ工
槽構造適用したもので、従来のバルクＣＭＯ３ＩＣで問
題となったラッチアップ現象をなくすことができ、また
寄生容量の低減により高速、低消費電力化が図れる等の
利点があるからである。
い将来有力な技術になると考えられているものＫＳＯＩ
−ＣＭＯ３技術カアル。コレはＣＭＯＳ ＩＣにＳＯ工
槽構造適用したもので、従来のバルクＣＭＯ３ＩＣで問
題となったラッチアップ現象をなくすことができ、また
寄生容量の低減により高速、低消費電力化が図れる等の
利点があるからである。
各種のＳＯＩＯ造形成技術のなかでも最も実用に近いと
されている技術の１つがＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔ
ｉｏｎ−ｂｙ−Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ−Ｏｘｙｇｅｎ）技
術でＰ、５９３）。この方法はシリコン基板に酸素イオ
ンを高濃度注入し、埋込み酸化膜層を形成することによ
り基板を絶縁物化する方法である。第３図Ａ。
されている技術の１つがＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔ
ｉｏｎ−ｂｙ−Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ−Ｏｘｙｇｅｎ）技
術でＰ、５９３）。この方法はシリコン基板に酸素イオ
ンを高濃度注入し、埋込み酸化膜層を形成することによ
り基板を絶縁物化する方法である。第３図Ａ。
Ｂはその製造工程を示す断面図である。
ｔａａ図Ａはシリコン基板１にエネルギー２００ＫｅＶ
。
。
ドーズ量１〜３×１０１８／ｃｒｄ程度の酸素イオンの
高濃度イオン注入を行い、不活性ガス中例えばＡｒガス
中で熱処理を行うことにより注入層を埋込み酸化膜層２
に変質し、シリコン単結晶基板１からシリコン単結晶薄
膜３を電気的に分離形成したものである。これによシ約
０．６μ厚θ睨み酸化膜２と約０．２μ厚の上部シリコ
ン層３が形成される。
高濃度イオン注入を行い、不活性ガス中例えばＡｒガス
中で熱処理を行うことにより注入層を埋込み酸化膜層２
に変質し、シリコン単結晶基板１からシリコン単結晶薄
膜３を電気的に分離形成したものである。これによシ約
０．６μ厚θ睨み酸化膜２と約０．２μ厚の上部シリコ
ン層３が形成される。
イオン注入後、通常はイオン注入による損傷の比較的小
さい表面の極く薄い領域を種領域として例えば１１６０
°Ｃアルゴンガス中でアニールし、上部シリコン領域３
を再結晶化する。
さい表面の極く薄い領域を種領域として例えば１１６０
°Ｃアルゴンガス中でアニールし、上部シリコン領域３
を再結晶化する。
次に従来のＬＳＩ製造工程を用いて選択酸化法によシリ
コン単結晶基板３の一部分を酸化し、シリコン基板から
分離されたシリコン単結晶領域６を得、ここにトランジ
スタ等必要な素子を形成する（第３図Ｂ）。
コン単結晶基板３の一部分を酸化し、シリコン基板から
分離されたシリコン単結晶領域６を得、ここにトランジ
スタ等必要な素子を形成する（第３図Ｂ）。
発明が解決しようとする問題点
こうして得られたＳＯＩ構造に形成された０ＭＯ８ＩＣ
はラフチアツブがなくまた寄生容量が低減され高速動作
するが、他方ンース・ドレイン間リーク電流が大きく、
またチャネルのキャリア移動度がバルク素子のものに比
べて１〜７割小さいという問題点を有していた。
はラフチアツブがなくまた寄生容量が低減され高速動作
するが、他方ンース・ドレイン間リーク電流が大きく、
またチャネルのキャリア移動度がバルク素子のものに比
べて１〜７割小さいという問題点を有していた。
この様な問題点を生じる原因としては注入した酸素とシ
リコンとが高温熱処理で反応して埋込み酸化膜層２が形
成される際、シリコンと酸化膜との熱膨張係数の違いに
よりシリコン単結晶薄膜３と埋込み酸化膜２との間に強
いストレスを生じ、シリコン単結晶薄膜３中に高密度の
欠陥を生じることや、イオン注入した酸素が熱処理で充
分に外向拡散せずシリコン単結晶薄膜３中に析出してし
まうからであると考えられる。
リコンとが高温熱処理で反応して埋込み酸化膜層２が形
成される際、シリコンと酸化膜との熱膨張係数の違いに
よりシリコン単結晶薄膜３と埋込み酸化膜２との間に強
いストレスを生じ、シリコン単結晶薄膜３中に高密度の
欠陥を生じることや、イオン注入した酸素が熱処理で充
分に外向拡散せずシリコン単結晶薄膜３中に析出してし
まうからであると考えられる。
問題点を解決するための手段
本発明はこの様な従来のイオン注入によるＳＯＩ構造形
成技術の問題点に鑑みてなされたもので、シリコン基板
に埋込み絶縁膜を形成するためイオン注入を行った後、
イオン注入した元素の外向拡散を抑制した領域を局所的
に設けて熱処理することを特徴としている。
成技術の問題点に鑑みてなされたもので、シリコン基板
に埋込み絶縁膜を形成するためイオン注入を行った後、
イオン注入した元素の外向拡散を抑制した領域を局所的
に設けて熱処理することを特徴としている。
作 用
シリコン表面に局所的に外向拡散を抑制した領域を設け
て熱処理を行うとその領域にはイオン注入した元素が過
剰に存在するためイオン注入した元素の析出が生じる。
て熱処理を行うとその領域にはイオン注入した元素が過
剰に存在するためイオン注入した元素の析出が生じる。
この析出物には近接領域の重金属元素が過剰なイオン注
入した元素等が集中する性質があり、周辺の外向拡散を
抑制していないデバイス形成領域ではイオン注入した元
素のうち埋込み絶縁膜とならない不要な元素や重金属元
素、等が極めて少ない良質の結晶になる。！た析出物自
体は結晶欠陥であるから熱処理等の際に生じるストレス
を緩和する働きを有している。この様な現象はバルクシ
リコンでいわゆるイントリンシックゲッタリングとして
知られているものである。
入した元素等が集中する性質があり、周辺の外向拡散を
抑制していないデバイス形成領域ではイオン注入した元
素のうち埋込み絶縁膜とならない不要な元素や重金属元
素、等が極めて少ない良質の結晶になる。！た析出物自
体は結晶欠陥であるから熱処理等の際に生じるストレス
を緩和する働きを有している。この様な現象はバルクシ
リコンでいわゆるイントリンシックゲッタリングとして
知られているものである。
実施例
本発明の半導体装置の製造方法について実施例音用いて
説明する。
説明する。
（第１の実施例）
第１図Ａ−Ｅは本発明による半導体装置の製造工程を示
゛し工程断面図である。まず、シリコン基板１を熱酸化
し、表面に数１０ｎｍの熱酸化膜６を形成した（第１図
Ａ）。これは次工程の散票イオン注入の際のスパッタリ
ングやコンタミネーシ曹ンを防止するためのものである
。続いて加速エネルギー１００〜ａｏｏＫｅＶ、 ド
ーズ量１〜３ｘ１０”／ｃｔＡ程度の酸素イオン注入を
行った。試料は酸素イオンビームによる自己加熱及びヒ
ータによる基板加熱により４５０’Ｃから６００．’Ｃ
程度に保たれた（第１図Ｂ）。イオン注入の結果、深さ
０．１〜０．３μｍのシリコン単結晶領域３が表面に残
りその下にほぼストイキオメトリ−のシリコン酸化膜に
近い酸素濃度のイオン注入領域７が形成される。
゛し工程断面図である。まず、シリコン基板１を熱酸化
し、表面に数１０ｎｍの熱酸化膜６を形成した（第１図
Ａ）。これは次工程の散票イオン注入の際のスパッタリ
ングやコンタミネーシ曹ンを防止するためのものである
。続いて加速エネルギー１００〜ａｏｏＫｅＶ、 ド
ーズ量１〜３ｘ１０”／ｃｔＡ程度の酸素イオン注入を
行った。試料は酸素イオンビームによる自己加熱及びヒ
ータによる基板加熱により４５０’Ｃから６００．’Ｃ
程度に保たれた（第１図Ｂ）。イオン注入の結果、深さ
０．１〜０．３μｍのシリコン単結晶領域３が表面に残
りその下にほぼストイキオメトリ−のシリコン酸化膜に
近い酸素濃度のイオン注入領域７が形成される。
次に気相成長法により１ｏｏ〜２００ ｎｍ 、１１度
のシリコン窒化膜を堆積しフォトリングラフイーとプラ
ズマエツチングを用いて選択的にシリコン窒化膜８を残
す。こうして１１００℃から１０００°Ｃの不活性ガス
雰囲気中にて熱処理を行った。シリコン窒化膜中の酸素
の拡散係数はシリコン中のそれに比べてはるかに小さい
からシリコン窒化膜８亘下のシリコン単結晶領域３には
固溶度を超える酸素が存在し酸素がシリコン中に析出し
て欠陥。
のシリコン窒化膜を堆積しフォトリングラフイーとプラ
ズマエツチングを用いて選択的にシリコン窒化膜８を残
す。こうして１１００℃から１０００°Ｃの不活性ガス
雰囲気中にて熱処理を行った。シリコン窒化膜中の酸素
の拡散係数はシリコン中のそれに比べてはるかに小さい
からシリコン窒化膜８亘下のシリコン単結晶領域３には
固溶度を超える酸素が存在し酸素がシリコン中に析出し
て欠陥。
析出物の多い領域９が形成された。′″！たシリコン窒
化膜８のないシリコン単結晶領域１ｏは、埋込み酸化膜
形成に寄与しなかった酸素は外向拡散するとともに隣接
した析出物の多い領域９へ集まる傾向があること、さら
にイオン注入領域７が完全な埋込み酸化膜１１に変わる
際にシリコン単結晶領域１０にかかる歪も析出物の多い
領域９で緩和されること等のために良質の結晶となった
（第１図Ｃ）。イオン注入した元素を効率よく領域９に
捕集するため、外向拡散防止膜として機能するシリコン
窒化膜８のパターン間距離Ｌ（第１図Ｃ中に図示）は熱
処理温度と処理時間で決まるイオン注入した元素の拡散
長以下に設定することが望ましい。例えば１１００°Ｃ
２時間の熱処理ならば１幡μｍ以下である。
化膜８のないシリコン単結晶領域１ｏは、埋込み酸化膜
形成に寄与しなかった酸素は外向拡散するとともに隣接
した析出物の多い領域９へ集まる傾向があること、さら
にイオン注入領域７が完全な埋込み酸化膜１１に変わる
際にシリコン単結晶領域１０にかかる歪も析出物の多い
領域９で緩和されること等のために良質の結晶となった
（第１図Ｃ）。イオン注入した元素を効率よく領域９に
捕集するため、外向拡散防止膜として機能するシリコン
窒化膜８のパターン間距離Ｌ（第１図Ｃ中に図示）は熱
処理温度と処理時間で決まるイオン注入した元素の拡散
長以下に設定することが望ましい。例えば１１００°Ｃ
２時間の熱処理ならば１幡μｍ以下である。
次に析出物の多い領域９を含む領域を公知の選択酸化法
により酸化し、５００〜７００ｎｍのフィールド酸化膜
１２を形成した（第１図Ｄ）。こうして得たＳＯＩ構造
体中に通常のＣＭＯＳプロセスによりＭＯＳ Ｆ Ｅ
Ｔを形成した（第１図Ｅ）。１３゜１４はそれぞれドレ
イン及びソース、１６はゲート、１６はＣＶＤ酸化膜、
１７は金属配線である。
により酸化し、５００〜７００ｎｍのフィールド酸化膜
１２を形成した（第１図Ｄ）。こうして得たＳＯＩ構造
体中に通常のＣＭＯＳプロセスによりＭＯＳ Ｆ Ｅ
Ｔを形成した（第１図Ｅ）。１３゜１４はそれぞれドレ
イン及びソース、１６はゲート、１６はＣＶＤ酸化膜、
１７は金属配線である。
こうして作成したＭＯＳＦＥＴはキャリア移動度もバル
クに形成した場合と殆んど変らず、また接合でのリーク
も極めて小さいことが確認されている。
クに形成した場合と殆んど変らず、また接合でのリーク
も極めて小さいことが確認されている。
（第２の実施例）
第２図は本発明による半導体装置の製造方法の第２の実
施例を示す工程断面図である。イオン注入の際の表面保
護のための酸化膜６を形成したのち、基板＠度を４００
’Ｃから６００”Ｃに保ッテ、窒素イオンを２００〜ａ
ｏｏＫｅＶ、 ドーズ量１〜２ Ｘ １０” ／ｃｄ
ｌ 注入した。続いてＣＶＤ法によシ酸化膜を３００
〜６００ｎｍ堆積しフォトリソグラフィーと、プラズマ
エツチングを用いてパターン間距離し、窒素の外向拡散
防止マスクとなる酸化膜１８を形成した次に窒素ガスあ
るいはアルゴンガス雰囲気中で１１ｏＯ６Ｃ〜１４ｏＯ
″Ｃでアニールした。こうして深さ０．２〜０．３μｍ
の所に厚さ０．３〜０．５μｍのシリコン窒化膜１９
が形成された。また、酸化膜１８の直下には第１の実施
例同様窒素を含む析出物が多く発生し、ストレスの緩和
と過剰な窒素のシンクとして機能する。こうして良質な
シリコン単結晶領域１０が形成された。
施例を示す工程断面図である。イオン注入の際の表面保
護のための酸化膜６を形成したのち、基板＠度を４００
’Ｃから６００”Ｃに保ッテ、窒素イオンを２００〜ａ
ｏｏＫｅＶ、 ドーズ量１〜２ Ｘ １０” ／ｃｄ
ｌ 注入した。続いてＣＶＤ法によシ酸化膜を３００
〜６００ｎｍ堆積しフォトリソグラフィーと、プラズマ
エツチングを用いてパターン間距離し、窒素の外向拡散
防止マスクとなる酸化膜１８を形成した次に窒素ガスあ
るいはアルゴンガス雰囲気中で１１ｏＯ６Ｃ〜１４ｏＯ
″Ｃでアニールした。こうして深さ０．２〜０．３μｍ
の所に厚さ０．３〜０．５μｍのシリコン窒化膜１９
が形成された。また、酸化膜１８の直下には第１の実施
例同様窒素を含む析出物が多く発生し、ストレスの緩和
と過剰な窒素のシンクとして機能する。こうして良質な
シリコン単結晶領域１０が形成された。
発明の効果
本発明は埋込み絶縁膜の種類に応じてシリコン窒化膜ま
たは酸化膜を選択的に形成して熱処理を行い、局所的に
析出物、欠陥の多い領域を形成してデバイス形成領域の
結晶性を改良しようとするもので、比較的簡単な工程を
追加することで極めて効果のあることが確認されている
。なお、実施例では外向拡散防止膜として、シリコン窒
化膜又は酸化膜の単層マスクの場合を示したが、これら
の複合膜又は同様の性質を有する膜を適用しても効果の
あることは言うまでもない。
たは酸化膜を選択的に形成して熱処理を行い、局所的に
析出物、欠陥の多い領域を形成してデバイス形成領域の
結晶性を改良しようとするもので、比較的簡単な工程を
追加することで極めて効果のあることが確認されている
。なお、実施例では外向拡散防止膜として、シリコン窒
化膜又は酸化膜の単層マスクの場合を示したが、これら
の複合膜又は同様の性質を有する膜を適用しても効果の
あることは言うまでもない。
第１図、第２図は本発明の一実施例による半導体装置の
製造方法を示す工程断面図、第３図は従来の酸素イオン
注入による埋込み酸化膜形成方法についての工程断面図
である。 １・・・・・・シリコン基板、８・・・・・・シリコン
窒化膜、９．２０・・・・・・析出物の多い領域、１０
・川・・シリコン単結晶領域、１１・・・・・・埋込み
酸化膜、１９・・・・・・埋込みシリコン窒化膜、１８
・・・・・・酸化膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第１図
製造方法を示す工程断面図、第３図は従来の酸素イオン
注入による埋込み酸化膜形成方法についての工程断面図
である。 １・・・・・・シリコン基板、８・・・・・・シリコン
窒化膜、９．２０・・・・・・析出物の多い領域、１０
・川・・シリコン単結晶領域、１１・・・・・・埋込み
酸化膜、１９・・・・・・埋込みシリコン窒化膜、１８
・・・・・・酸化膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第１図
Claims (4)
- （１）シリコン基板に酸素または窒素をイオン注入して
埋込み絶縁膜を形成する工程と、前記イオン注入した元
素の外向拡散防止膜を前記シリコン基板表面に選択的に
設けて熱処理する工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - （２）酸素イオン注入して埋込み絶縁膜を形成し、外向
拡散防止膜として窒化シリコン膜を用いることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方
法。 - （３）窒素イオン注入して埋込み絶縁膜を形成し、外向
拡散防止膜としてシリコン酸化膜を用いることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方
法。 - （４）外向拡散防止膜間距離を熱処理工程により決まる
イオン注入した元素の拡散長以下とすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14322786A JPS63136A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14322786A JPS63136A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63136A true JPS63136A (ja) | 1988-01-05 |
Family
ID=15333854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14322786A Pending JPS63136A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63136A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144761A (ja) * | 1991-03-27 | 1993-06-11 | Mitsubishi Materials Corp | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP14322786A patent/JPS63136A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144761A (ja) * | 1991-03-27 | 1993-06-11 | Mitsubishi Materials Corp | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
| US5891265A (en) * | 1991-03-27 | 1999-04-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | SOI substrate having monocrystal silicon layer on insulating film |
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