JPS6388821A - 気相成長方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は半導体装置の製造技術における単結晶半導体層
を気相成長させるための気相成長方法に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は、単結晶半導体層を気相成長させるための気相
成長方法において、単結晶半導体基板に溝部を形成し、
その溝部の側壁から気相成長させることにより、単結晶
半導体層の膜厚の制御性を高め、エッチハック等の処理
を容易にし、さらにその工程の簡略化等をも実現するも
のである。

Ｃ９従来の技術 半導体装置製造技術においては、例えばＴＰＴ（薄膜ト
ランジスタ；　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｅｒ）等の素子を形成するために単結晶半導体層を絶縁
層等の上に成長させる気相成長技術が用いられている。

ところで、従来、このような気相成長方法としては、次
に述べるような方法により行われており、ここで第３図
ａ〜第３図Ｃを参照しながら従来の気相成長方法につい
て簡単に説明する。

まず、第３図ａに示すように、単結晶半導体基板１０１
の主面上の所定の領域に絶縁層１０２を形成し、その露
出部１０３を種として、選択エビクキシャル成長が行わ
れる。そして、この選択エピタキシャル成長により形成
される％結晶半ｍ体層】０４は、気相成長を続けて行う
ほど縦方向（図中Ｌ　ｏ方向で示す。）及び横方向（図
中Ｉ−ａ方向で示す。）に徐々に成長し、第３図す及び
第３図Ｃに示すように、その膜厚ｔが厚くなる。

Ｄ６発明が解決しようとする問題点 半導体装置製造技術においては、種々の技術を駆使した
素子の高性能化が進められており、素子を形成するべき
半導体層の膜厚の精度を向上させる技術や、形成する各
層の平坦化を行う技術が、プロセス上、素子の高性能化
への主要な技術として検討されている。

しかしながら、上述のように単結晶半導体基板１０２の
主面に絶縁層１０２を形成して気相成長させる場合には
、上記露出面１０３からの縦方向の成長と横方向の成長
は概ね同程度の成長であり、デバイスとして例えば０．
５μｍ程度の厚みを求める場合であっても全面に単結晶
半導体層１０４を成長させる必要性から、余分に厚く膜
厚ｔを成長させることが必要とされる。また、エピタキ
シャル成長する単結晶半導体層１０２は、上記露出部１
０３の形状によって微妙に左右され、このようなことか
ら、精度の高い膜厚の制御は困難なものとなっている。

また、厚く形成した単結晶半導体層１０４の全面をエッ
チバックして、平坦化を図っているが、さらに高性能の
素子を狙う上では、その平坦性は十分なものであるとは
言い得ない。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、単結晶半導体層
の膜厚の制御性を高め、容易な工程による平坦化を実現
する気相成長方法を実現する。

Ｅ９問題点を解決するだめの手段 本発明は、単結晶半導体基板に溝部を形成し、該溝部側
壁を露出するように非単結晶層を形成し、該溝部側壁を
種として、単結晶半導体を気相成長させる気相成長方法
により上述の問題点を解決する。

Ｆ９作用 本発明の気相成長方法では、溝部側壁を利用して単結晶
半導体層の成長を行う。この溝部側壁は、当該溝部側壁
のみを露出するように非単結晶層が形成されて例えば横
方向の露出面となり、この溝部側壁では単結晶半導体基
板の一部が露出していることから、気相成長を行った場
合には主に横方向のエピタキシャル成長が起こることに
なる。そして、このような横方向の単結晶成長を主体と
した気相成長は、単結晶半導体層の膜厚を厚くするまで
もなく、所要の領域に亘って形成されるものであり、膜
厚の制御性の向上を図ることができ、さらに非単結晶層
を利用しての平坦化も容易となる。

Ｇ、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例 本発明の第１の実施例は、単結晶半導体基板に溝部を形
成し、その溝部側壁から横方向の単結晶成長を行い、制
御性に優れ且つ平坦化も容易な単結晶半導体層を得る気
相成長方法である。以下、本実施例を第１図ａ〜第１図
ｉを参照しながら説明する。

（ａ）　　まず、本実施例の気相成長方法は、単結晶半
導体基板として単結晶シリコン基板１を用い、全面に所
定の膜厚でシリコン酸化膜２を被着形成する。このシリ
コン酸化膜２は、溝部の形成のためのマスクとして用い
るものである。ここでシリコン酸化膜２は、フォトレジ
ストや他の絶縁膜等であっても良い。

次に、シリコン酸化膜２を上記単結晶シリコン基板１の
全面に形成した後、第１図ａに示すように、所定の領域
をフォトリソグラフィ技術を用いて開口し、この開口さ
れたシリコン酸化膜２をマスクとして、上記単結晶シリ
コン基板１の主面に臨む開口部分を例えばＲＩＥ　（反
応性イオンエツチング）等の手段により一部除去して、
溝部３を形成する。ここでその溝部３の断面形状は、溝
部側壁３ａと底部３ｂを存する形状となり、その溝部側
壁３ａの寸法が後述するように略単結晶半導体層の厚み
となる。したがって、この溝部側壁３ａの厚めを精度良
く制御することによっては、形成すべき単結晶半導体層
の厚みを精度良く制御することも可能となる。

（ｂ１次に、マスクとして用いた上記シリコン酸化膜２
を第１図すに示すように除去し、そのシリコン酸化膜２
が除去され、且つ上記溝部３を有してなる上記単結晶シ
リコン基板１の全面に、例えば低圧のＣＶＤ法等の手段
によりシリコン窒化膜４を形成する。このシリコン窒化
膜４は、所定の膜厚で形成され、上記溝部３の溝部側壁
３ａの側部に所定の膜厚で被着することになる。

（ｃ）上記溝部３を含む単結晶シリコン基板１の全面に
被着形成された上記シリコン窒化膜４を、シリコン窒化
膜に対して選択性が高くなる工・ノチング手段を用いて
エツチングする。このエツチングは例えば異方性エツチ
ングであり、この工・ノチング処理によっては、第１図
Ｃに示すように、上記シリコン窒化膜４は上記溝部３の
溝部側壁３ａの側部でのみ残存することになる。

（ｃｌｌ上記溝部側壁３ａの側部に残存したシリコン窒
化膜４をマスクとして、上記単結晶シリコン基板１の主
面及び上記溝部３の底部３ｂを酸化する。

この酸化によって、第１図ｄに示すように、それぞれ主
面酸化膜５と底部酸化膜６が形成されることになる。こ
こで、上記主面酸化膜５は、非単結晶層として溝部側壁
３ａのみを露出させるためのものであり、後述するよう
に平坦化の処理の際に用いて便宜なものである。また、
底部酸化膜５は、同様に非単結晶層として溝部側壁３ａ
のみを露出させるためのものであり、縦方向のエピタキ
シャル成長を抑制して横方向のエピタキシャル成長を促
進させ、さらに構造を５ｏｌ（シリコン・オン・インシ
ュレーター）構造とするためのものである。

（ｅ）続いて、主面酸化膜５と底部酸化膜６の形成のた
めに用いた上記シリコン窒化膜４をエツチングして除去
する。このエツチングによっては、第１図ｅに示すよう
に、横方向（図中Ｌａ方向で示す。

）に開口した溝部側壁３ａのみが露出することになる。

（ｆｌシリコン窒化膜４の除去後、第１図ｆに示すよう
に、選択エピタキシャル成長が行われる。このｉｌＩ沢
エピタキシャル成長は、形成すべき単結晶半導体層７を
堆積する性質を有しているＳｉＨ４ガス及び５ｉＨｘＣ
ｆｆ４−ｘ等をソースガスとして用い、さらにエツチン
グして除去して行く性質を有しているＨ　ＣＩＩ！ガス
やＨ２ガス等を用いることにより行われる。そして、こ
のようなガスを用いて行われる気相成長によって、上記
露出されてなる溝部側壁３ａを種（シーズ）とし、結晶
成長が主に横方向になされる。すなわち、第１図ｆに示
すように、それぞれ露出され結晶の種となる溝部側壁３
ａから、当該溝部３の中心方向に向かって横方向に上記
底部酸化膜６上をそれぞれ単結晶半導体層７が徐々に成
長する。なお、図中、破線は、より結晶成長が進んだ時
点での単結晶半導体層７の形状を示している。

（ｇ＋このような気相成長では、その種となる上記溝部
側壁３ａが横方向に開口されているため、主に横方向の
単結晶の成長がなされ、ある程度の選択エピタキシャル
成長が行われたところで、第１図ｇに示すように単結晶
シリコン基板１に形成された溝部３は単結晶半導体層７
により充填されることになる。このとき特に上記単結晶
半導体層７は、従来の如く開口部の形状等には微妙に左
右されず、また主に横方向からの成長によって確実に充
填されることになる。このように単結晶半導体層７の膜
厚を厚くするまでもなく、所定の部分すなわち溝部３に
当該単結晶半導体Ｎ７が形成されることから、その制御
は特に困難なく行われ、寸法の精度は向上することにな
る。

そして、このようにそれぞれの溝部側壁３ａから単結晶
半導体層７が横方向に成長していった場合には、その中
心部分で両方からの単結晶半導体層７がぶつかり合うご
とになるが、上述のように本実施例の気相成長方法では
、主に横方向の気相成長からなるため、そのぶつかり合
うところでは、従来のように縦方向と横方向の２方向の
結晶成長が混在したものではなく、したがって、条件等
を調整することにより結晶の欠陥も有効に減少させるこ
とができる。

ｆｈ１次に、さらに気相成長を進めて、第１図りに示す
ように、最終的に形成する単結晶半導体層７の厚みより
も厚く単結晶半導体層７を形成する。

（１）そして、厚く形成された上記単結晶半導体層７を
第１図ｉに示すように、エッチバックして平坦化する。

このとき上記主面酸化膜６は、単結晶半導体層７の部分
とは、エツチングレートが異なるため、当該主面酸化膜
６の縦方向の位置でエッチバック処理を止めることは容
易であり、従って、単結晶半導体層７を有する全面の平
坦化は困難なく行うことができることになる。

以上のように本実施例の気相成長方法では、溝部側壁３
ａからの主に横方向の単結晶半導体層７の成長を行わせ
ることができ、このような横方向の結晶成長によっては
、従来に比べて制御性良く単結晶半導体層７を形成する
ことができ、また、平坦化も容易に行うことができるこ
とになる。

第２の実施例 本実施例は、溝部側壁の開口のために、ＥＣＲ（電子ザ
イクロトロン共鳴”）−ＣＶＤ法等により形成したＣＶ
Ｄ膜を非単結晶層として用い、制御性の良い気相成長を
行い且つ平坦化を容易に行うことのみならず、その工程
の簡略化を実現する方法である。以下、本実施例を第１
図ａ〜第１図ｉを参照しながら説明する。

（ａｌまず、本実施例の気相成長方法は、単結晶半導体
基板として単結晶シリコン基板２１を用い、第２図ａに
示すように、所定の領域をマスクを用いて例えばＲＩＥ
（反応性イオンエツチング）等の手段により一部除去し
て、溝部２３を形成する。

ここで、その溝部２３の断面形状は、側壁２３ａと底部
２３ｂを有する形状となる。

（ｂ１次に、第１の実施例とは異なり、溝部２３が形成
されている単結晶シリコン基板２１に、第２図すに示す
ように、直接非単結晶層であり溝部側壁２３ａ以外を被
覆するためのシリコン酸化膜２４を形成する。ここで、
このシリコン酸化膜２４は、例えばＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）−ＣＶＤ法により得られるシリコン酸化
膜とすることができ、このようなＥ　ＣＲ−ＣＶ　Ｄ法
等により得られるシリコン酸化膜２４は、所謂オーバー
ハング形状となり、その段差部では断面上大きく突き出
したような形状となる。そして、突き出した凸部２５の
下部であり、上記溝部側壁２３ａの側方部分では当該シ
リコン酸化膜２４は、膜質等の点で容易に除去され得る
性質の脆弱部２６であって、次の工程で困難なく除去さ
れることになる。

なお、シリコン酸化膜２４は、特にＥＣＲ−ＣＶＤ法に
より形成されるものに限定されず、他の方法によって上
記溝部側壁２３ａの側部のみが、容易に除去されるもの
であれば良い。また、シリコン酸化膜に限定されず、他
の非単結晶層であっても良い。さらに、多結晶シリコン
層を全面に被着して、イオン注入を行って不純物をドー
ピングし、酸化の速度に差異を持たせて、その結果とし
て溝部側壁２３ａの側部のみが容易に除去されるように
しても良い。

（Ｃ１次に、第２図Ｃに示すように、緩衝フッ酸（ＢＨ
Ｆ　；　ｂｕｆｆｅｒｅｄ　　ＨＦ　）等の脆弱部除去
手段を用いて、上記シリコン酸化膜２４の脆弱部２６を
除去する。このようにシリコン酸化膜２４の脆弱部２６
を除去した場合には、上記単結晶シリコン基板２１のう
ち、上記溝部側壁２３ａのみが露出することになる。

（ｄｌこのように緩衝フッ酸等の脆弱部除去手段を用い
てシリコン酸化膜２４の脆弱部２６を除去した後、第２
図ｄに示すように、露出した溝部側壁２３ａを種として
、選択エピタキシャル成長を行う。

ここで、この気相成長は、第１の実施例と同様に、形成
すべき単結晶半導体層２７を堆積する性質を有している
ＳｉＨ４ガス及び５ｉＨｘＣｆｆ４−ｘ等をソースガス
として用い、さらにエツチングして除去して行く性質を
有しているＨ　Ｃｊ！ガスやＨ２ガス等を用いることに
より行われる。そして、このような気相成長によっては
、上記緩衝フッ酸等の脆弱部除去手段を用いて容易に露
出された上記溝部側壁２３，１から、主に横方向に単結
晶半導体層２７が形成されて行く。なお、第２図ｄ中、
破線はさらに結晶成長が進んだときの単結晶半導体層２
７の形状を示している。

（ｅｌこのような気相成長を進めることにより、第２図
ｅに示すように、単結晶シリコン基板２１に設けられた
溝部２３は、上記単結晶半導体層２７で充填される。こ
のとき単結晶半導体層２７の厚みは、上記溝部側壁２３
ａの寸法に応して精度良く制御することも可能である。

（ｆ）そして、さらに工程を進めて単結晶半導体層２７
を厚く形成し、第１の実施例と同様に、工・ノチハノク
して平坦化することができ、工・ノチングレートの違い
を利用して全面の平坦化を困難なく行うことができる。

また、」二連の緩衝フ・ノ酸等を用いて単結晶シリコン
基板２１の主面に存在するシリコン酸化膜２４を除去す
ることもできる。

以上の工程により第２の実施例の気相成長方法は行われ
、この第２の実施例によっては、第１の実施例と同様に
、制御性良く単結晶半導体層が形成でき平坦化も容易に
行うことができる。また、さらに上述のようなシリコン
酸化膜２４と脆弱部除去手段の組み合わせによっては、
容易に単結晶シリコン基板２１を溝部側壁部分で露出さ
せることができ、工程の簡略化を実現できる。また、こ
のような方法では、熱酸化によるエツジ部分でのストレ
スの悪影響も緩和されるため、特に素子の高性能化を図
った場合に有利である。

Ｈ９発明の効果 本発明の気相成長方法は、上述のように溝部側壁部を露
出して該溝部側壁部を種として主に横方向のエピタキシ
ャル成長を行う。このため、単結晶半導体層の制御性は
優れたものとなり、また、平坦化等も容易である。さら
に、脆弱部除去手段を用いたときには、工程の簡略化を
実現でき、これらの技術によっては素子の高性能化が容
易に実現されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｉは本発明の第１の実施例の気相成長
方法をその工程に従って説明するための半導体基板等の
それぞれ断面図、第２図ａ〜第２図ｆは本発明の第２の
実施例の気相成長方法をその工程に従って説明するため
の半導体基板等のそれぞれ断面図である。 また、第３図ａ〜第３図Ｃは従来の気相成長方法を説明
するためのそれぞれ半導体基板等の断面図である。 １．２１・・・単結晶シリコン基板 ３．２３・・・溝部 ３ａ、２３ａ・・・溝部側壁 ７．２７・・・単結晶半導体層 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社代理人　　　弁
理士　　　　　手漉　見回　　　　　　　　　田村榮−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単結晶半導体基板に溝部を形成し、該溝部側壁を露出す
   るように非単結晶層を形成し、該溝部側壁を種として、
   単結晶半導体を気相成長させる気相成長方法。