JPS63278220A - Formation of single crystal film - Google Patents
Formation of single crystal filmInfo
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to an improved method of forming silicon single crystal films by selective epitaxial growth.
［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、５ｉＨ２０ρ２などの
原料ガスに選択性を増す目的でＨＣｌ２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。[Prior art] Conventionally, selective epitaxial growth
As seen in No. 83, an opening is provided in a silicon oxide film formed on a silicon substrate, and HCl2 is added to a source gas such as 5iH20ρ2 for the purpose of increasing selectivity. 3 and 4 show conventional examples. If the epitaxial silicon film 14 is thinner than or about the same thickness as the oxide film 13 formed on the silicon substrate 12, as shown in FIG. Only the inside of the opening 15 is filled with silicon.
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・シリコレ膜１６が厚いときは第４
図に示すようにエピタキシャル・シリコン膜１６は酸化
膜１３の上に横方向成長し、いわゆるＳＯＩ （Ｓｉ
ｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造が形成さ
れる。On the other hand, when the epitaxial silicone film 16 is thicker than the oxide film 13 formed on the silicon substrate 12, the fourth
As shown in the figure, an epitaxial silicon film 16 grows laterally on the oxide film 13, so-called SOI (Si
A silicon-on-insulator structure is formed.
［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。[Problems to be Solved by the Invention] However, the interface between the epitaxial silicon film 14 or 16 grown in this manner and the oxide film 13 has the following problems.
即ち、選択エピタキシャル膜にＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａ
ｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅ
ｌｄ ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓ ｔ ５ｔｏｒ）を形成
しその特性を調べてみると、ｐ−ＭＯＳではザブスレッ
シュホールドのリーク電流か非常に少ないが、ｎ−ＭＯ
Ｓではサブスレッシュホールドのリーク電流がＬ ＯＣ
ＯＳ （ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ５ｉｌ
ｉｃｏｎ）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
うことか原因と考えられた。シリコンの熱酸化で形成さ
れるＳｉ／Ｓ！０２界面は、界面準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
性かあると考えられる。本発明の目的は、選択エピタキ
シャル成長で形成されるＳｉ／Ｓ！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。That is, a MOSFET (Meta
l Oxide Sem1conductor Fie
When forming a LD Effect Trans t 5tor and examining its characteristics, it was found that in p-MOS, the leakage current is very small at the sub-threshold, but in n-MOS
In S, the subthreshold leakage current is LOW.
OS (Local Oxidation of 5ils)
The results show that the number of cases is higher than when using the icon). The magnitude of leakage current in this n-MOS does not depend on the channel width, and the ring transistor has a structure in which the current path does not touch the interface between the epitaxial silicon film and the sidewall oxide film (the gate is in the ring). Since the leakage current becomes very small in the case of the oxide film shown in FIG. In addition, this leakage current hardly changes whether or not lattice defects occur in the sidewalls, so an n-channel is formed at the interface due to the large number of interface states, regardless of lattice defects. This was thought to be due to the fact that the problem occurred. Si/S formed by thermal oxidation of silicon! Although it is known that the 02 interface has very few interface states, the interface in this case is formed in silicon. On the other hand, in selective epitaxial growth, the growing silicon is formed by coming into contact with the silicon oxide film that has already been formed, so there are many dangling bonds at the interface, it is easily affected by contamination, and Si/SiO2 due to thermal oxidation. It is thought that there is a possibility that there are far more interface states than interfaces. The object of the present invention is to form Si/S! by selective epitaxial growth! An object of the present invention is to provide a method for forming a silicon single crystal film with an improved 02 interface.
［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マグネシア・スピネ
ルをシリコン基板上に部分的に形成する工程と、前記シ
リコン基板か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、前記マグネシア・スピネル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ある。[Means for Solving the Problems] The present invention includes a step of partially forming magnesia spinel coated with an amorphous insulating film on a silicon substrate, and selectively forming a magnesia spinel coated with an amorphous insulating film on an exposed area of the silicon substrate. The method is characterized by comprising the steps of: growing a silicon film on the silicon film; coating the surface of the silicon film; and exposing at least a portion of the magnesia spinel surface and heat-treating it in an oxygen-containing atmosphere. This is a method for forming a single crystal film.
本発明において、マグネシア・スピネル表面を露出させ
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。In the present invention, the heat treatment after exposing the magnesia spinel surface is preferably carried out at a temperature of 850 to 1050'C, and the oxygen-containing atmosphere is, for example, an atmosphere containing only oxygen or a mixture of oxygen and other inert gas. A gas atmosphere is mentioned.
［作 用］
マグネシア・スピネル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マグネシア・ス
ピネル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
長で形成されたＳｔ／Ｓ ｉ ０２界面だけに酸素を供
給することができる。即ち、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。[Function] Since magnesia spinel has the property of allowing oxygen ions to pass through easily, selective epitaxial growth can be achieved by creating a structure in which silicon is not oxidized and oxygen ions are supplied to magnesia spinel, and then annealing it in an oxygen atmosphere. Oxygen can be supplied only to the St/S i 02 interface formed by . That is, only the Si/SiO2 interface formed by selective epitaxial growth can be selectively oxidized, and since that interface can be replaced by an interface formed by thermal oxidation, the interface level can be significantly reduced.
［実施例］ 次に本発明を実施例によって説明する。[Example] Next, the present invention will be explained by examples.
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。Example 1 FIG. 1 is a partial sectional view of a substrate for explaining an example of the method of the present invention.
シリコン基板１の上には薄い酸化膜２を介してマグネシ
ア・スピネル膜３があり、マグネシア・スピネル膜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。A magnesia spinel film 3 is provided on the silicon substrate 1 via a thin oxide film 2, and the side surfaces and surface of the magnesia spinel film 3 are covered with a thin oxide film 4. An epitaxial silicon film 6 is formed in the opening 5 of the silicon substrate 1 by selective epitaxial growth.
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マグネシア・スピネル膜
の堆積、
３）マグネシア・スピネル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！ｔ−（４やＳ ｉ Ｈ２Ｃ，Ｉ） ２ （十
ＨＣρ）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。Such a structure is created by 1) oxidation of the silicon substrate surface, 2) deposition of a magnesia spinel film by sputtering, etc., 3) deposition of an oxide film on the surface of the magnesia spinel film, 4) etching of the opening by reactive ion etching, etc. formation, 5) deposition of a thin oxide film, 6) exposure of the silicon substrate using reactive (anisotropic) ion etching, and 7) S! It can be formed by selective epitaxial growth of silicon using t-(4 or S i H2C, I) 2 (10HCρ).
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。Although the thin oxide film 2 on the surface of the silicon substrate is not necessarily necessary, it was effective in suppressing the occurrence of defects in the subsequent heat treatment process.
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ＳｉＯ２膜をＣＶＤ法により形成した。次い
でマグネシア・スピネル膜３の表面にある薄い酸化膜４
の一部に開口部を設け、１気圧の酸素雰囲気中でアニー
ルを行った。After forming the structure shown in FIG. 1, a SiO2 film was formed on the epitaxial silicon film 11 by CVD. Next, a thin oxide film 4 on the surface of the magnesia spinel film 3
An opening was provided in a part of the wafer, and annealing was performed in an oxygen atmosphere of 1 atm.
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’Ｃとした膜にｎ−ＭＯＳＦＥＴを形成
した。Since the thermal oxide film formed at the interface between the target silicon film 6 and the sidewall oxide film is effective even if it is very thin (for example, several nanometers), the oxidation temperature does not need to be very high. An n-MOSFET was formed on a film whose selective epitaxial growth temperature and annealing temperature in an oxygen atmosphere were set at 950'C.
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１０庫のｎ−ＭＯＳでのサブスレッシュホールドの
リーク電流は５Ｘ１０−１３Ａ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１ｘ
ｌＯ−１４Ａと改善された。In the case of a film that is not annealed in an oxygen atmosphere, the subthreshold leakage current in an n-MOS with a channel length of 10 is 5X10-13A, whereas in the case of a film that is annealed in an oxygen atmosphere, the subthreshold leakage current is 5 Leakage current is 1x
It was improved with IO-14A.
なお前）ホしたように選択エピタキシャル膜でのリーク
電流はチャンネル長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
のうち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。As mentioned above, the leakage current in the selective epitaxial film did not depend on the channel length, but in the sample annealed in an oxygen atmosphere, the wider the channel width, the larger the leakage current. This indicates that the component of current flowing through the interface between the epitaxial film and the sidewall oxide film was drastically reduced.
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。Example 2 FIG. 2 shows another example of the method of the invention. In the figure, parts having the same structure as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
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を介してマ
グネシア・スピネル膜３があり、マグネシア・スピネル
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＋マグネシア
・スピネル膜３の厚さ＋マグネシア・スピネル膜３の表
面におる薄い酸化膜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一／−
酸化膜４上のシリコン膜１１と、゛マグネシア・スピネ
ル膜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おり、このままではシリコン
膜１１に形成したｒｌ−ＭＯＳＦＥＴのリーク電流は非
常に大きい。The substrate structure before selective epitaxial growth is the same as that shown in FIG. 1, with a magnesia spinel film 3 on the silicon substrate 1 via a thin oxide film 2, and a thin oxide film on the sides and surface of the magnesia spinel film 3. Covered with 4. When the silicon film thickness exceeds the thickness of the thin oxide film 2 + the thickness of the magnesia spinel film 3 + the thickness of the thin oxide film 4 on the surface of the magnesia spinel film 3, the selective epitaxial silicon film 11 becomes The SOI structure is formed by growing laterally. The interface between the silicon film 11 on the 1/- oxide film 4 formed in this way and the thin oxide film 4 on the surface of the magnesia spinel film 3 also has many interface states as shown in FIG. If this continues, the leakage current of the rl-MOSFET formed in the silicon film 11 will be extremely large.
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５ｉ０２膜で被覆し、
次いでマグネシア・スピネル膜３の表面にある薄い酸化
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。After forming the structure shown in FIG. 2, the epitaxial silicon film 11 is coated with a 5i02 film in the same manner as in Example 1.
Next, an opening was formed in a part of the thin oxide film 4 on the surface of the magnesia spinel film 3, and annealing was performed in an oxygen atmosphere. As a result, the interface between the epitaxial silicon film and the oxide film was formed as in Example 1. Improved.
［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。[Effects of the Invention] Using the present invention, by supplying oxygen only to the Si/SiO2 interface formed by selective epitaxial growth, that interface can be replaced with an interface by thermal oxidation,
The interface level can be significantly reduced.
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・・・マグネシア・スピネル膜
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
１〉リコ）都４及
第３図
第２図
１１エピタキンヤ１しウリコン用建
１ンリコフ基版
第４図
１２ンリコン厚４反FIG. 1 is a partial sectional view of a substrate for explaining one embodiment of the method of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of a substrate for explaining another embodiment, and FIG. 3 is a conventional method. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a substrate according to another example. 1.12...Silicon substrate 2, 4.13...Oxide film 3...Magnesia spinel film 5.15...Opening 6, 11.14.16...Epitaxial silicon film agent Patent Attorney Chieko Tateno Fig. 1 1〉 Riko) To 4 and 3
Claims (1)
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
、前記マグネシア・スピネル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。(1) a step of partially forming magnesia spinel coated with an amorphous insulating film on a silicon substrate; a step of selectively growing a silicon film on the exposed region of the silicon substrate; A method for forming a single crystal film, comprising the steps of: coating a silicon film surface; and exposing at least a portion of the magnesia/spinel surface and heat-treating it in an oxygen-containing atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2965287A JPS63278220A (en) | 1987-02-13 | 1987-02-13 | Formation of single crystal film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2965287A JPS63278220A (en) | 1987-02-13 | 1987-02-13 | Formation of single crystal film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63278220A true JPS63278220A (en) | 1988-11-15 |
Family
ID=12282038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2965287A Pending JPS63278220A (en) | 1987-02-13 | 1987-02-13 | Formation of single crystal film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63278220A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105079027A (en) * | 2015-08-13 | 2015-11-25 | 上海工程技术大学 | Porous Se-SiO2 nanoparticle as well as preparation method and application thereof |
-
1987
- 1987-02-13 JP JP2965287A patent/JPS63278220A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105079027A (en) * | 2015-08-13 | 2015-11-25 | 上海工程技术大学 | Porous Se-SiO2 nanoparticle as well as preparation method and application thereof |
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