JPS63198319A - 単結晶膜の形成方法 - 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］ この発明は選択エピタキシャル成長による改善されたシ
リコン単結晶膜の形成方法に関する。

［従来の技術］ 従来、選択エピタキシャル成長は特願昭５６−１０５８
８３号に見られるように、シリコン基板上に形成された
酸化シリコン膜に開口部を設け、５ｉＨ２Ｃ，Ｉ１２な
どの原料ガスに選択性を増す目的でＨＣＩを加えて行っ
ている。第３図と第４図は従来例を示したもので、シリ
コン基板１２の上に形成された酸化膜１３よりもエピタ
キシャル・シリコン膜１４が薄いか同程度であれば第３
図に示すように開口部１５の中だけがシリコンで埋込ま
れる。

一方、シリコン基板１２の上に形成された酸化膜１３よ
りもエピタキシャル・シリコン膜１６が厚いときは第４
図に示すようにエピタキシャル・シリコンＩ！１１６は
酸化膜１３の上に横方向成長し、いわゆるＳＯＩ　　（
Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造が形
成される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このようにして成長させたエピタキシャ
ル・シリコン膜１４あるいは１６と酸化膜１３との界面
には以下に述べるような問題があった。

即ち、選択エピタキシセル膜にＭＯＳＦＥＴ（）ｌｅｔ
ａｌ　０ｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉ
ｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔｒｒａｎｓｌｓｔｏｒ）を形成し
その特性を調べてみると、ｐ−ＭＯＳではサブスレッシ
ュホールドのリーク電流が非常に少ないが、ｎ−ＭＯＳ
ではサブスレッシュホールドのリーク電流がＬ　ＯＣＯ
Ｓ　（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｉｌｉ
ｃｏｎ）を用いた場合に較べ多いという結果が得られて
いる。このｎ−ＭＯＳでのリーク電流の大きさはチャン
ネル幅に依存しないこと、および電流のパスがエピタキ
シャル・シリコン膜と側壁酸化膜との界面に接しないよ
うな構造となるリング・トランジスタ（ゲートがリング
状）ではリーク電流が非常に小さくなることから、この
リーク電流がゲート酸化膜直下を流れるのではなくエピ
タキシャル・シリコン膜と側壁酸化膜との界面を流れる
ものであることが分かる。また側壁部に格子欠陥が発生
していても発生していなくてもこのリーク電流はほとん
ど変らないことから、格子欠陥とは関係無く、界面単位
が多いために界面にｎ−チャンネルが形成されてしまう
ことが原因と考えられた。シリコンの熱酸化で形成され
るＳｉ／ＳｉＯ２界面は、界面単位が非常に少ないこと
が知られているが、その場合の界面はシリコン中に形成
される。一方、選択エピタキシャル成長では成長するシ
リコンが既に形成されていた酸化シリコン膜に接するこ
とにより形成されるために、界面にダングリング・ボン
ドが多いとか、汚染の影響を受けやすく、熱酸化による
Ｓｉ／Ｓｉｏ２界面よりはるかに界面準位が多い可能性
があると考えられる。本発明の目的は、選択エピタキシ
ャル成長で形成されるＳ　ｉ　／Ｓ　ｉ　０２界面が改
善されたシリコン単結晶膜の形成方法を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は非晶質絶縁膜で被覆された安定化ジルコニアを
シリコン基板上に部分的に形成する工程と、前記シリコ
ン基板が露出している領域に選択的にシリコン膜を成長
させる工程と、前記シリコン膜表面を被覆する工程と、
前記安定化ジルコニア表面を少なくとも一部露出させ、
酸素含有雰囲気中で熱処理する工程とを有してなること
を特徴とする単結晶膜の形成方法でおる。

本発明において、安定化ジルコニア表面を露出させた後
の熱処理は８５０〜１０５０’Ｃの温度で行うのが好ま
しく、酸素含有雰囲気とは例えば酸素のみの雰囲気ある
いは酸素と他の不活性ガスとの混合ガス雰囲気があげら
れる。

［作　用］ 安定化ジルコニアは酸素イオンを通しやすいという性質
があるため、シリコンが酸化されず安定化ジルコニア中
に酸素イオンが供給されるような構造にした後、酸素雰
囲気中でアニールすると選択エピタキシャル成長で形成
したＳｉ　／３　ｉ　０２界面だけに酸素を供給するこ
とができる。すなわち、選択エピタキシャル成長で形成
されたＳｉ／ＳｉＯ２界面だけを選択的に酸化すること
ができ、その界面が熱酸化による界面に置換ねるため界
面準位を格段に減少させることができる。

［実施例］ 次に本発明を実施例によって説明する。

実施例１ 第１図は本発明の方法の一実施例を説明するための基板
の部分断面図である。

シリコン基板１の上には薄い酸化膜２を介して安定化ジ
ルコニア膜３があり、安定化ジルコニア膜３の側面およ
び表面は薄い酸化膜４で被覆されている。シリコン基板
１の開口部５には選択エピタキシャル成長によりエピタ
キシャル・シリコン膜６が形成されている。

このような構造は １）シリコン基板表面の酸化、 ２）スパッタリングなどによる安定化ジルコニア膜の堆
積、 ３）安定化ジルコニア膜表面への酸化膜の堆積、４）反
応性イオンエツチングなどによる開口部の形成、 ５）薄い酸化膜の堆積、 ６）反応性（異方性）イオンエツチングを用いた開口部
だけのシリコン基板の露出、 ７）Ｓ！Ｈ４やＳ　ｉ　Ｈ２Ｃ，Ｑ　２　　（＋ＨＣ，
Ｉｌ　）を用いたシリコンの選択エピタキシャル成長の
順に行うことによって形成することができる。

シリコン基板表面の薄い酸化膜２は必ずしも必要ではな
いが、後の熱処理プロセスで欠陥発生を抑制するために
は効果があった。

第１図の構造を形成した後、エピタキシャル・シリコン
膜１１上にＳ　ｉ　０２膜をＣＶＤ法により形成した。

次いで安定化ジルコニア膜３の表面にある薄い酸化膜４
の一部に間口部を設け、１気圧の酸素雰囲気中でアニー
ルを行った。

目的とするシリコン膜６と側壁酸化膜との界面に形成さ
れる熱酸化膜は非常に薄くても（たとえば数ｎｍ）有効
であるため、酸化温度はそれほど高い必要はない。選択
エピタキシャル成長の温度および酸素雰囲気でのアニー
ル温度を９５０℃とした膜にｎ−ＭＯＳＦＥＴを形成し
た。

酸素雰囲気でのアニールを行わない膜の場合、チャンネ
ル長１０ＪＪＩｎのｎ−ＭＯＳでのサブスレッシュホー
ルドのリーク電流は５ｘｌＯ−１３Ａであるのに対し、
酸素雰囲気でのアニールを行った膜の場合のリーク電流
は１ｘｌＯ−１４Ａと改善された。

なお前述したように選択エピタキシャル膜でのリーク電
流はチャンネル幅に依存しなかったが、酸素雰囲気での
アニールした試料ではチャンネル幅が広いほどリーク電
流が大きいという傾向を示すようになり、リーク電流の
うらエピタキシャル膜と側壁酸化膜との界面を流れる成
分が激減したことを示していた。

実施例２ 第２図は本発明の方法の他の実施例を示している。図中
、第１図と同一の構造のものについては同一符号を付し
ている。

選択エピタキシャル成長前の基板構造は第１図と同じで
あり、シリコン基板１の上には薄い酸化膜２を介して安
定化ジルコニア膜３がおり、安定化ジルコニア膜３の側
面および表面は薄い酸化膜４で被覆されている。シリコ
ンの膜厚が、薄い酸化膜２の厚さ十安定化ジルコニア膜
３の厚さ十安定化ジルコニア膜３の表面にある薄い酸化
膜４の厚さを越えると、選択エピタキシャル・シリコン
膜１１は横方向に成長するようになりＳＯＩ構造が形成
される。こうして形成された酸化膜４上のシリコン膜１
１と、安定化ジルコニア膜３の表面にある薄い酸化膜４
との界面も第１図と同じように多くの界面準位があり、
このままではシリコン膜１１に形成したｎ−ＭＯＳＦＥ
Ｔのリーク電流は非常に大きい。

第２図の構造を形成した後、実施例１と同様にしてエピ
タキシャル・シリコン膜１１上をＳｉＯ２膜で被覆し、
次いで安定化ジルコニアＦＪ３の表面におる薄い酸化膜
４の一部に開口部を設け、酸素雰囲気でアニールを行っ
たところ、実施例１と同じようにエピタキシャル・シリ
コン膜と酸化膜との界面が改善された。

［発明の効果］ 本発明を用いれば、選択エピタキシャル成長で形成され
るＳｉ／ＳｉＯ２界面だけに酸素を供給することによっ
てその界面を熱酸化による界面に置換えることができ、
界面準位を格段に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例を説明するための基板
の部分断面図、第２図は他の一実施例を説明するための
基板の部分断面図、第３図は従来の方法の一例による基
板の部分断面図、第４図は他の一例による基板の部分断
面図である。 １．１２・・・シリコン基板 ２、４．１３・・・酸化膜 ３・・・安定化ジルコニア膜 ５．１５・・・開口部 ６、１１．１４．１６・・・エピタキシャル・シリコン
膜代理人弁理士　　舘　　野　　千惠子 第１図 １５リコラ邦４に 第２図 １１工ビタＡ″／ヤル・ンリコン用趣 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶質絶縁膜で被覆された安定化ジルコニアをシ
   リコン基板上に部分的に形成する工程と、前記シリコン
   基板が露出している領域に選択的にシリコン膜を成長さ
   せる工程と、前記シリコン膜表面を被覆する工程と、前
   記安定化ジルコニア表面を少なくとも一部露出させ、酸
   素含有雰囲気中で熱処理する工程とを有してなることを
   特徴とする単結晶膜の形成方法。