JPS63224218A - シリコン単結晶膜の改善方法 - Google Patents
シリコン単結晶膜の改善方法Info
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- JPS63224218A JPS63224218A JP5648687A JP5648687A JPS63224218A JP S63224218 A JPS63224218 A JP S63224218A JP 5648687 A JP5648687 A JP 5648687A JP 5648687 A JP5648687 A JP 5648687A JP S63224218 A JPS63224218 A JP S63224218A
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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]
この発明は選択エピタキシャル成長で形成したシリコン
単結晶膜の改善方法に関する。
単結晶膜の改善方法に関する。
[従来の技術]
従来のシリコン選択エピタキシャル成長は、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てシリ
コン基板表面を露出させ、5iH2G!2などの原料ガ
スに選択性を増す目的でHCRを加え、シリコンが露出
している部分だけに単結晶シリコンを形成している。第
5図および第6図は従来による場合の基板の部分断面図
を示したもので、シリコン基板21の上に形成された酸
化膜22よりもエピタキシャル・シリコン膜23が薄い
か同程度であれば第5図に示すように開口部24の中だ
けがシリコンで埋込まれる。一方、シリコン基板21の
上に形成された酸化膜22よりもエピタキシャル・シリ
コン膜25が厚いときは第6図に示すようにエピタキシ
ャル・シリコン膜は酸化膜22の上に横方向成長し、い
わゆる5OI(3i1icon−On −In5ula
tor)構造が形成される。どちらの例もシリコン素子
の微細分離を目的とした構造であり、シリコンと酸化膜
との界面の性質が素子そのものの特性および素子分離特
性に大きな影響を及ぼすことになる。
板上に形成された酸化シリコン膜に開口部を設けてシリ
コン基板表面を露出させ、5iH2G!2などの原料ガ
スに選択性を増す目的でHCRを加え、シリコンが露出
している部分だけに単結晶シリコンを形成している。第
5図および第6図は従来による場合の基板の部分断面図
を示したもので、シリコン基板21の上に形成された酸
化膜22よりもエピタキシャル・シリコン膜23が薄い
か同程度であれば第5図に示すように開口部24の中だ
けがシリコンで埋込まれる。一方、シリコン基板21の
上に形成された酸化膜22よりもエピタキシャル・シリ
コン膜25が厚いときは第6図に示すようにエピタキシ
ャル・シリコン膜は酸化膜22の上に横方向成長し、い
わゆる5OI(3i1icon−On −In5ula
tor)構造が形成される。どちらの例もシリコン素子
の微細分離を目的とした構造であり、シリコンと酸化膜
との界面の性質が素子そのものの特性および素子分離特
性に大きな影響を及ぼすことになる。
[発明が解決しようとする問題点]
シリコンの熱酸化で形成される3i/SiO2界面は、
界面準位が非常に少ないことが知られているが、選択エ
ピタキシセル成長で形成されるエピタキシャル・シリコ
ン膜23(あるいは25)と酸化膜22どの界面には熱
酸化に較べ多くの界面準位があるという問題がある。た
とえば、選択エビタキシャ/L/膜にMOSFET(M
etal OxideSemiconductor
Field Effect Transistor
)を形成しその特性を調べてみると、D−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のに
対し、n−MOSではサブスレッシュホールドのリーク
電流がLOCO3(LocalQXidation
of 3i1icon)を用いた場合に較べ多いとい
う結果が1qられている。側壁材として非晶MSi3N
4を用いた場合には格子欠陥の発生などがないにもかか
わらずリーク電流が6桁近く増えるという結果が得・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ざくなることから、
このリーク電流がグー1〜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わかる。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
殆ど変らないことから、格子欠陥とは関係なく、界面準
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3i/SiO2界面は、界面準位が非常に少ないが
、その場合の界面はシリコン中に形成される。一方、選
択エピタキシセ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
面より遥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3i/SiO2界面を改善することによるシリコン単
結晶膜の改善方法を提供することにある。
界面準位が非常に少ないことが知られているが、選択エ
ピタキシセル成長で形成されるエピタキシャル・シリコ
ン膜23(あるいは25)と酸化膜22どの界面には熱
酸化に較べ多くの界面準位があるという問題がある。た
とえば、選択エビタキシャ/L/膜にMOSFET(M
etal OxideSemiconductor
Field Effect Transistor
)を形成しその特性を調べてみると、D−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のに
対し、n−MOSではサブスレッシュホールドのリーク
電流がLOCO3(LocalQXidation
of 3i1icon)を用いた場合に較べ多いとい
う結果が1qられている。側壁材として非晶MSi3N
4を用いた場合には格子欠陥の発生などがないにもかか
わらずリーク電流が6桁近く増えるという結果が得・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ざくなることから、
このリーク電流がグー1〜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わかる。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
殆ど変らないことから、格子欠陥とは関係なく、界面準
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3i/SiO2界面は、界面準位が非常に少ないが
、その場合の界面はシリコン中に形成される。一方、選
択エピタキシセ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
面より遥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3i/SiO2界面を改善することによるシリコン単
結晶膜の改善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]
本発明はシリコン中でキャリアを発生する不純物を含み
、かつ非晶質絶縁膜で被覆された物質をシリコン基板上
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単結晶シリコン膜を成長させる工
程と、熱処理を行う工程とを具備してなることを特徴と
するシリコン単結晶膜の改善方法である。
、かつ非晶質絶縁膜で被覆された物質をシリコン基板上
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単結晶シリコン膜を成長させる工
程と、熱処理を行う工程とを具備してなることを特徴と
するシリコン単結晶膜の改善方法である。
ここで非晶質絶縁膜とは、たとえばS i 02があげ
られ、この非晶質絶縁膜で被覆された物質とは多結晶シ
リコンやサファイア等があげられる。
られ、この非晶質絶縁膜で被覆された物質とは多結晶シ
リコンやサファイア等があげられる。
なお、被覆する非晶質絶縁膜の厚さは、たとえば5iO
zの場合、50〜100Å以上であればよい。
zの場合、50〜100Å以上であればよい。
、この程度の厚さがあれば、成長中にSiO2が揮発性
のSiOとなって絶縁膜が消失することを防ぐことがで
きる。
のSiOとなって絶縁膜が消失することを防ぐことがで
きる。
[作 用]
n−MOSFETのリーク特性から判断すると、選択エ
ピタキシャル成長で形成されるSi/SiO2界面は、
選択エピタキシャル成長で形成されるSi/Si3N4
界面に較べるとずっと界面単位が少ないため、界面だけ
にp型不純物をドープできれば界面に発生するn型のチ
ャンネル発生は抑制することができる。不純物を部分的
にドープするためにはイオン注入が用いられているが、
特に第5図に示すような選択エピタキシャル成長の場合
に、Si/SiO2界面だけにイオン注入で不純物をド
ープすることは不可能である。
ピタキシャル成長で形成されるSi/SiO2界面は、
選択エピタキシャル成長で形成されるSi/Si3N4
界面に較べるとずっと界面単位が少ないため、界面だけ
にp型不純物をドープできれば界面に発生するn型のチ
ャンネル発生は抑制することができる。不純物を部分的
にドープするためにはイオン注入が用いられているが、
特に第5図に示すような選択エピタキシャル成長の場合
に、Si/SiO2界面だけにイオン注入で不純物をド
ープすることは不可能である。
本発明の構造はSi/5iOz界面の近くに拡散源を形
成しであるため比較的低温・短時間の熱処理、で界面に
不純物をドープすることができる。
成しであるため比較的低温・短時間の熱処理、で界面に
不純物をドープすることができる。
[実施例]
次に本発明を実施例によって説明する。
実施例1〜2
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で被覆された多結晶シリコン3があり、多結晶シリ
コン3中には不純物としてボロンがドープされている。
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で被覆された多結晶シリコン3があり、多結晶シリ
コン3中には不純物としてボロンがドープされている。
シリコン基板1の開口部4には選択エピタキシャル成長
により単結晶シリコン膜5が形成されている。
により単結晶シリコン膜5が形成されている。
このにうな構造は
1)シリコン基板表面の酸化、
2) CVD (Chemical Vapor D
eposition)などによる多結晶シリコンの堆積
、 3)多結晶シリコン表面の酸化、 4)反応性イオンエツチングなどによる開口部の形成、 5)薄い酸化膜の形成、 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 i t−14や5iH2Cβ2 (+HC
β)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。
eposition)などによる多結晶シリコンの堆積
、 3)多結晶シリコン表面の酸化、 4)反応性イオンエツチングなどによる開口部の形成、 5)薄い酸化膜の形成、 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 i t−14や5iH2Cβ2 (+HC
β)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。
多結晶シリコン中への不純物のドーピングは、多結晶シ
リコン形成時のドーピングや、多結晶シリコン形成後の
イオン注入を用いることができる。
リコン形成時のドーピングや、多結晶シリコン形成後の
イオン注入を用いることができる。
第1図の構造を形成した後、N2雰囲気でアニールを行
うことによって3i/5io2界面近くだけにボロンを
拡散させることができた。
うことによって3i/5io2界面近くだけにボロンを
拡散させることができた。
5iH2Cβ2にHCfを加えて900°Cで選択成長
を行う場合には薄い酸化膜2の厚さは100人程度あれ
ば多結晶シリコンが露出(その場合には多結晶シリコン
の粒成長が起る)することはなかった。この方法で3
i /3 i Q2界面を改善した必とn−MOSFE
Tを形成してリーク電流を測定したところ、リーク電流
は2桁近く改善されていた。
を行う場合には薄い酸化膜2の厚さは100人程度あれ
ば多結晶シリコンが露出(その場合には多結晶シリコン
の粒成長が起る)することはなかった。この方法で3
i /3 i Q2界面を改善した必とn−MOSFE
Tを形成してリーク電流を測定したところ、リーク電流
は2桁近く改善されていた。
一方、p−MOSFETの場合、一般にはリーク電流は
低い。この方法を用いて0MO3を形成するような場合
にはn−MOSの特性を改善する一方でp−MOSの特
性を悪化ざUる可能性がある。従って0MO3の場合に
はml−MOSに隣接する多結晶シリコン中にはボロン
などのn型不純物を、p−MOSに隣接する多結晶シリ
コン中にはリンやヒ素などのn型不純物をドーピングし
ておくことが望ましい。このような場合には本発明の第
二の実施例として第2図に示すような構造とすることが
できる。すなわち、シリコン基板6の上にはボロンがド
ープされた多結晶シリコン7とビ素がドープされた多結
晶シリコン8がパターニングされて配置されており、そ
れぞれの多結晶シリコンは薄い酸化膜9で被覆されてお
り、シリコン基板6の開口部10aおよび10bには選
択エピタキシャル成長により単結晶シリコン膜11が形
成されている。
低い。この方法を用いて0MO3を形成するような場合
にはn−MOSの特性を改善する一方でp−MOSの特
性を悪化ざUる可能性がある。従って0MO3の場合に
はml−MOSに隣接する多結晶シリコン中にはボロン
などのn型不純物を、p−MOSに隣接する多結晶シリ
コン中にはリンやヒ素などのn型不純物をドーピングし
ておくことが望ましい。このような場合には本発明の第
二の実施例として第2図に示すような構造とすることが
できる。すなわち、シリコン基板6の上にはボロンがド
ープされた多結晶シリコン7とビ素がドープされた多結
晶シリコン8がパターニングされて配置されており、そ
れぞれの多結晶シリコンは薄い酸化膜9で被覆されてお
り、シリコン基板6の開口部10aおよび10bには選
択エピタキシャル成長により単結晶シリコン膜11が形
成されている。
実施例3
第3図は本発明の方法の第三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第1図と同一
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で被覆された多結晶シリコン3があり、多結晶
シリコン3の中には不純物としてボロンがドープされて
いる。
中、第1図と同一の構造のものについては第1図と同一
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で被覆された多結晶シリコン3があり、多結晶
シリコン3の中には不純物としてボロンがドープされて
いる。
シリコン基板1の開口部4には選択エピタキシャル成長
により単結晶シリコン膜12が形成されている。
により単結晶シリコン膜12が形成されている。
シリコンの膜厚が酸化膜2の部分を含む多結晶シリコン
3の厚さを越えると、単結晶シリコン膜12は横方向に
成長するようになり5oil造が形成される。こうして
形成された酸化膜上のシリコン膜12と、多結晶シリコ
ン3の上に市る薄い酸化膜2との界面ら第1図と同じよ
うに多くの界面準位がおり、シリコン膜12に形成した
n−MOSFETのリーク電流は非常に大ぎい。第3図
の構造を形成した後、N2雰囲気でアニールを行ったと
ころ、第一の実施例と同じようにエピタキシャル膜と酸
化膜との界面が改善された。
3の厚さを越えると、単結晶シリコン膜12は横方向に
成長するようになり5oil造が形成される。こうして
形成された酸化膜上のシリコン膜12と、多結晶シリコ
ン3の上に市る薄い酸化膜2との界面ら第1図と同じよ
うに多くの界面準位がおり、シリコン膜12に形成した
n−MOSFETのリーク電流は非常に大ぎい。第3図
の構造を形成した後、N2雰囲気でアニールを行ったと
ころ、第一の実施例と同じようにエピタキシャル膜と酸
化膜との界面が改善された。
実施例4
第4図は本発明の第四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第1図と同
一符号を付している。選択エピタキシャル成長までの基
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で被覆された多結晶シリコン3があり、多
結晶シリコン3の中には不純物としてボロンがドープさ
れている。シリコン基板1の開口部4には選択エピタキ
シャル成長により単結晶シリコン膜5が形成されている
。
一符号を付している。選択エピタキシャル成長までの基
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で被覆された多結晶シリコン3があり、多
結晶シリコン3の中には不純物としてボロンがドープさ
れている。シリコン基板1の開口部4には選択エピタキ
シャル成長により単結晶シリコン膜5が形成されている
。
このような構造を形成したあとアニールとしては炭酸ガ
スレーザ光13を照射した。炭酸ガスレーザの波長は約
10珈と長いためシリコンには吸収されず、薄い酸化膜
2と多くのキャリアを含んでいる多結晶シリコン3が7
JO熱される。従って、ボロンの拡散は特にS!/Si
O2界面で顕著になり、不純物は界面から離れるほど急
激に少ないという傾向を示した。
スレーザ光13を照射した。炭酸ガスレーザの波長は約
10珈と長いためシリコンには吸収されず、薄い酸化膜
2と多くのキャリアを含んでいる多結晶シリコン3が7
JO熱される。従って、ボロンの拡散は特にS!/Si
O2界面で顕著になり、不純物は界面から離れるほど急
激に少ないという傾向を示した。
ざらに、多結晶シリコン3の代りにスパッタリングで形
成した4ノフアイアを用い、炭酸ガスレーザ光を照射し
たところサファイア中のアルミニウムが3i/SiO2
界面へ拡散し、やはり界面近くのシリコンをp型にする
ことができた。
成した4ノフアイアを用い、炭酸ガスレーザ光を照射し
たところサファイア中のアルミニウムが3i/SiO2
界面へ拡散し、やはり界面近くのシリコンをp型にする
ことができた。
[発明の効果]
以上説明したように、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5i/SiO2界面近くだけに
不純物を供給することによって、望ましくないチャンネ
ルの形成を抑制することができ、素子特性、特に界面準
位に起因するリーク電流を格段に減少させることができ
た。
シャル成長で形成される5i/SiO2界面近くだけに
不純物を供給することによって、望ましくないチャンネ
ルの形成を抑制することができ、素子特性、特に界面準
位に起因するリーク電流を格段に減少させることができ
た。
第1図〜第4図はそれぞれ本発明の方法の実施例を示す
ための基板の部分断面図、第5図および第6図はそれぞ
れ従来例による場合の基板の部分断面図でおる。 1.6.21・・・シリコン基板 2.9.22・・・酸化膜 3・・・多結晶シリコン 4、10a、 iob、 24・・・開口部5、11.
12・・・単結晶シリコン膜7・・・ボロンがドープさ
れた多結晶シリコン8・・・ヒ素がドープされた多結晶
シリコン13・・・炭酸ガスレーザ光 23、25・・・エピタキシャル・シリコン膜代理人弁
理士 舘 野 千恵子 13應ブスレープ゛光 第4図 21″/リコシ基本プ 第5図 第6図
ための基板の部分断面図、第5図および第6図はそれぞ
れ従来例による場合の基板の部分断面図でおる。 1.6.21・・・シリコン基板 2.9.22・・・酸化膜 3・・・多結晶シリコン 4、10a、 iob、 24・・・開口部5、11.
12・・・単結晶シリコン膜7・・・ボロンがドープさ
れた多結晶シリコン8・・・ヒ素がドープされた多結晶
シリコン13・・・炭酸ガスレーザ光 23、25・・・エピタキシャル・シリコン膜代理人弁
理士 舘 野 千恵子 13應ブスレープ゛光 第4図 21″/リコシ基本プ 第5図 第6図
Claims (1)
- (1)シリコン中でキャリアを発生する不純物を含み、
かつ非晶質絶縁膜で被覆された物質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単結晶シリコン膜を成長させる工程
と、熱処理を行う工程とを具備してなることを特徴とす
るシリコン単結晶膜の改善方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5648687A JPS63224218A (ja) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | シリコン単結晶膜の改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5648687A JPS63224218A (ja) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | シリコン単結晶膜の改善方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63224218A true JPS63224218A (ja) | 1988-09-19 |
Family
ID=13028431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5648687A Pending JPS63224218A (ja) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | シリコン単結晶膜の改善方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63224218A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5378644A (en) * | 1990-04-13 | 1995-01-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing a semiconductor device |
-
1987
- 1987-03-13 JP JP5648687A patent/JPS63224218A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5378644A (en) * | 1990-04-13 | 1995-01-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing a semiconductor device |
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