JP4510707B2 - Epitaxial film forming method, thin film forming method using the same, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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本発明は、エピタキシャル膜の形成方法と、これを用いた薄膜形成方法、及び半導体装置の製造方法に関し、より詳細には、シリコンソースガスを用いるエピタキシャル膜の形成方法と、これを用いた薄膜形成方法、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming an epitaxial film, a method for forming a thin film using the same, and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, a method for forming an epitaxial film using a silicon source gas, and a method for forming a thin film using the same. The present invention relates to a method and a method for manufacturing a semiconductor device.
一般に、物質は、結晶構造によって、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶（ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ）、及び非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）に分類される。前記単結晶は一つの結晶構造で構成され、前記多結晶は多数個の結晶構造で構成され、前記非晶質は物質の内部が結晶ではない不規則な原子配列で構成される。 In general, materials are classified into single crystal, poly crystal, and amorphous depending on the crystal structure. The single crystal is composed of one crystal structure, the polycrystal is composed of a large number of crystal structures, and the amorphous is composed of an irregular atomic arrangement in which the substance is not a crystal.
前記多結晶は多数個の結晶構造で構成されるので、多くの結晶粒界を有する。そして、前記結晶粒界が多い場合、電子又は正孔（ｈｏｌｅ）のようなキャリアの移動と制御等を妨害する。従って、スタック構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を含む半導体装置又はＳＯＣ（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｃｈｉｐ）等の製造では、アクティブ領域に形成するためのチャンネル膜として単結晶シリコン膜を主に選択する。 Since the polycrystal is composed of a large number of crystal structures, it has many crystal grain boundaries. When there are many crystal grain boundaries, the movement and control of carriers such as electrons or holes are hindered. Therefore, in the manufacture of a semiconductor device including a stacked structure thin film transistor (TFT) or the like, or a SOC (system on chip) or the like, a single crystal silicon film is mainly selected as a channel film to be formed in an active region.
前記単結晶シリコン膜は、主に単結晶シリコンで構成される薄膜上に非晶質シリコン膜を形成した後、前記薄膜の単結晶シリコンをシードとして用いるエピタキシーを行って、前記非晶質シリコン膜の結晶構造を単結晶に転換させることによって得られる。 The single crystal silicon film is formed by forming an amorphous silicon film on a thin film mainly composed of single crystal silicon, and then performing epitaxy using the thin single crystal silicon as a seed to form the amorphous silicon film. Can be obtained by converting the crystal structure of
前記単結晶シリコン膜を形成する方法の例として、特許文献１に開示されているものがある。特に、前記特許文献１には、単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン膜を形成する方法が開示されている。そして、特許文献１に開示されたものによると、前記非晶質シリコン膜を形成する過程で窒素ガスを部分的に用いる。この際、前記窒素ガスは、シリコンソースガスより多く用いる。又、前記非晶質シリコン膜を単結晶シリコン膜に転換する時、熱処理を約６００〜６２０℃の温度条件で行う。 An example of a method for forming the single crystal silicon film is disclosed in Patent Document 1. In particular, Patent Document 1 discloses a method of forming an amorphous silicon film on a single crystal silicon substrate. And according to what was indicated by patent documents 1, nitrogen gas is partially used in the process of forming the amorphous silicon film. At this time, the nitrogen gas is used more than the silicon source gas. Further, when the amorphous silicon film is converted into a single crystal silicon film, a heat treatment is performed at a temperature of about 600 to 620 ° C.
このように、前記非晶質シリコン膜を形成する過程で窒素ガスを多く用いる場合には、前記単結晶シリコンで構成される薄膜の表面上に自然酸化膜が薄く形成される現象がよく発生する。そして、前記薄膜の表面上に自然酸化膜が薄く形成された状態で、前記非晶質シリコン膜の結晶構造を単結晶に転換させるためのエピタキシーを行う場合には、前記非晶質シリコン膜に無作為に核結晶形成が発生し、その結果、前記非晶質シリコン膜は単結晶シリコン膜で形成されず、多結晶シリコン膜で形成される。これは、前記薄膜上に形成された自然酸化膜が、前記薄膜の単結晶シリコンがシードとして作用することを妨害するためである。 As described above, when a large amount of nitrogen gas is used in the process of forming the amorphous silicon film, a phenomenon in which a natural oxide film is thinly formed on the surface of the thin film composed of the single crystal silicon often occurs. . In the case where epitaxy for converting the crystal structure of the amorphous silicon film into a single crystal is performed in a state where a natural oxide film is thinly formed on the surface of the thin film, the amorphous silicon film Nuclear crystal formation occurs randomly, and as a result, the amorphous silicon film is not formed of a single crystal silicon film but formed of a polycrystalline silicon film. This is because the natural oxide film formed on the thin film prevents the single crystal silicon of the thin film from acting as a seed.
従って、前記単結晶シリコン膜を形成するための工程では、前記自然酸化膜の形成を抑制するか、除去する方法が開発されている。例えば、前記非晶質シリコン膜を形成するためのチャンバー内の真空度を向上させて水蒸気（Ｈ２Ｏ）又は酸素ガス（Ｏ２）等の残留量を減少させるか、イオン投射を行って前記自然酸化膜を除去する方法等がある。しかし、前記方法は、真空度を高めるための装置又はイオン投射を行うための装置等を別に設けなければならない。 Therefore, in the process for forming the single crystal silicon film, a method for suppressing or removing the natural oxide film has been developed. For example, the degree of vacuum in the chamber for forming the amorphous silicon film is improved to reduce the residual amount of water vapor (H 2 O) or oxygen gas (O 2 ), or ion projection is performed to There is a method of removing a natural oxide film. However, in the method, a device for increasing the degree of vacuum or a device for performing ion projection must be provided separately.
このように従来では単結晶シリコン膜を形成する過程で、シードとして用いるための薄膜の表面上に形成される自然酸化膜による不良が発生する問題点がある。 As described above, in the conventional process of forming a single crystal silicon film, there is a problem that a defect due to a natural oxide film formed on the surface of a thin film for use as a seed occurs.
又、前記温度条件である約６００〜６２０℃で熱処理を行う場合には、サーマルバジェット（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｕｄｇｅｔ）が頻繁に発生する。このように、前記単結晶シリコン膜を形成する過程で発生するサーマルバジェットは、電気的信頼性に深刻な影響を及ぼす場合もある。
本発明の第１目的は、エピタキシーを実施する時、シードとして用いるためのエピタキシャル膜を容易に形成するための方法を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a method for easily forming an epitaxial film to be used as a seed when epitaxy is performed.
本発明の第２目的は、非晶質シリコン膜の結晶構造を単結晶に容易に転換させるための薄膜形成方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a thin film forming method for easily converting the crystal structure of an amorphous silicon film into a single crystal.
本発明の第３目的は、エピタキシャル膜を成長させる表面処理として電気的特性を向上させるための半導体装置の製造方法を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method for improving electrical characteristics as a surface treatment for growing an epitaxial film.
前記第１目的を達成するための本発明の一実施例によるエピタキシャル膜の形成方法は、酸素を含まず、シリコンを含む物質で構成された薄膜を準備した後、前記薄膜の上部にシリコンソースガスを提供する。その結果、前記薄膜上には自然酸化膜が形成されない状態でエピタキシャル膜の成長がなされる。 According to an embodiment of the present invention for achieving the first object, an epitaxial film is formed by preparing a thin film made of a material containing silicon and not containing oxygen, and then forming a silicon source gas on the thin film. I will provide a. As a result, the epitaxial film is grown without forming a natural oxide film on the thin film.
前記第２目的を達成するための本発明の一実施例による薄膜形成方法は、第１単結晶シリコン膜を部分的に露出させる絶縁膜パターンを形成した後、前記絶縁膜パターンを有する結果物上部にシリコンソースガスを提供する。その結果、前記単結晶シリコン膜上には、自然酸化膜が形成されない状態でエピタキシャル膜が成長され、前記絶縁膜パターン上には、非晶質シリコン膜が形成される。 According to an embodiment of the present invention for achieving the second object, a thin film forming method according to an embodiment of the present invention forms an insulating film pattern that partially exposes a first single crystal silicon film, and then forms an upper portion of the resultant structure having the insulating film pattern. Provide silicon source gas. As a result, an epitaxial film is grown on the single crystal silicon film without forming a natural oxide film, and an amorphous silicon film is formed on the insulating film pattern.
前記第２目的を達成するための本発明の他の実施例による薄膜形成方法は、第１単結晶シリコン膜上に前記第１単結晶シリコン膜の表面を部分的に露出させる開口部を有する第１絶縁膜パターンを形成した後、前記開口部によって露出された第１単結晶シリコン膜上に単結晶シリコンで構成された第１シード膜を形成する。そして、前記第１シード膜が形成された結果物上部にシリコンソースガスを提供して、前記第１シード膜上にエピタキシャル膜を成長させながら、前記第１絶縁膜パターン上に非晶質シリコン膜を形成する。その後、前記非晶質シリコン膜の結晶構造を単結晶に転換させて、前記エピタキシャル膜と非晶質シリコン膜から第２単結晶シリコン膜を獲得する。 According to another embodiment of the present invention for achieving the second object, a thin film forming method according to the present invention includes an opening that partially exposes the surface of the first single crystal silicon film on the first single crystal silicon film. After forming one insulating film pattern, a first seed film made of single crystal silicon is formed on the first single crystal silicon film exposed by the opening. Then, an amorphous silicon film is formed on the first insulating film pattern while providing a silicon source gas on the resultant structure on which the first seed film is formed and growing an epitaxial film on the first seed film. Form. Thereafter, the crystal structure of the amorphous silicon film is converted to a single crystal, and a second single crystal silicon film is obtained from the epitaxial film and the amorphous silicon film.
前記第３目的を達成するための本発明の一実施例による半導体装置の製造方法は、下部膜上に前記下部膜（例えば、シリコン基板）を部分的に露出させる開口部を有する絶縁膜パターンを形成した後、前記絶縁膜パターンが形成された結果物上部にシリコンソースガスを提供する。その結果、前記部分的に露出された下部膜の表面上にエピタキシャル膜が成長する。従って、前記エピタキシャル膜が前記下部膜の表面上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することにより、前記部分的に露出された下部膜の表面処理が行われる。 In order to achieve the third object, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention provides an insulating film pattern having an opening partly exposing the lower film (for example, a silicon substrate) on the lower film. After the formation, a silicon source gas is provided on the resultant structure where the insulating film pattern is formed. As a result, an epitaxial film grows on the surface of the partially exposed lower film. Accordingly, the epitaxial film sufficiently prevents the natural oxide film from being formed on the surface of the lower film, whereby the surface treatment of the partially exposed lower film is performed.
このように、本発明では、非晶質シリコン膜を形成する時、シリコンソースガスのみを用いる。その結果、エピタキシーを行う時、シードとして用いるための単結晶シリコンで構成される薄膜上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することができる。従って、本発明では、シードの役割が充分に行われることにより、非晶質シリコン膜を単結晶シリコン膜に容易に転換させることができる。 Thus, in the present invention, only the silicon source gas is used when forming the amorphous silicon film. As a result, when epitaxy is performed, it is possible to sufficiently prevent a natural oxide film from being formed on a thin film made of single crystal silicon for use as a seed. Therefore, in the present invention, the amorphous silicon film can be easily converted into the single crystal silicon film by sufficiently performing the role of the seed.
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（実施例１）
図１及び図２は、本発明の実施例１によるエピタキシャル膜の形成方法を概略的に示す断面図である。
Example 1
1 and 2 are cross-sectional views schematically showing a method of forming an epitaxial film according to Example 1 of the present invention.
図１を参照すると、エピタキシャル膜を形成するための対象物として、酸素を含まず、シリコンを含む物質で構成された薄膜１０を準備する。前記薄膜１０の例としては、単結晶シリコン膜が挙げられる。特に、前記単結晶シリコン膜の例としては、シリコン基板又はシリコン−オン−インシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ＳＯＩ）基板等が挙げられる。又、前記単結晶シリコン膜の他の例としては、単結晶シリコンをシードとして用いる選択的エピタキシャル成長を行って獲得するエピタキシャル膜が挙げられる。
Referring to FIG. 1, a
本実施例では、前記薄膜１０を準備した後、前記薄膜１０の表面を平坦化させる工程を更に行うこともできる。この際、前記平坦化は、主に化学機械的研磨を行うことが好ましい。又、本実施例では、ＨＦ溶液等を用いて更に前記薄膜１０の表面処理を行うこともできる。このように、前記薄膜１０の表面処理を行うことは、先行工程によって前記薄膜１０の表面に薄く形成されている自然酸化膜を除去しながら、前記薄膜１０の表面に水素パシベーション処理をするためである。
In this embodiment, after the
図２を参照すると、前記薄膜１０の上部にシリコンソースガスを提供する。前記シリコンソースガスの例としては、ＳｉｘＨｙ、ＳｉｘＨｙＣｌｚ、ＳｉｘＣｌｙ等が挙げられる。これは単独で用いることが好ましいが、場合によって、二つ以上を混合して用いることもできる。本実施例では、前記シリコンソースガスとしてＳｉＨ４を主に用いる。
Referring to FIG. 2, a silicon source gas is provided on the
又、本実施例では、前記シリコンソースガスと共にキャリアガスを提供することが好ましい。そして、前記キャリアガスの例としては、Ｎ２ガスが挙げられる。特に、前記キャリアガスは、前記シリコンソースガスから分離されたシリコン原子が前記薄膜の表面で拡散されることを妨害する範囲内で提供されなければならない。従って、前記キャリアガスが提供される流量は、前記シリコンソースガスが提供される流量を超過しないことが好ましい。具体的に、前記シリコンソースガスとキャリアガスが提供される工程チャンバーの大きさ等を考慮する時、前記シリコンソースガスは約２０〜２００ｓｃｃｍで提供し、前記キャリアガスは約０．０１〜２００ｓｃｃｍで提供することが好ましい。特に、前記シリコンソースガスを約１００ｓｃｃｍで提供する時、前記キャリアガスを約０．０１〜１００ｓｃｃｍで提供することがより好ましい。 In this embodiment, it is preferable to provide a carrier gas together with the silicon source gas. An example of the carrier gas is N 2 gas. In particular, the carrier gas must be provided within a range that prevents silicon atoms separated from the silicon source gas from diffusing on the surface of the thin film. Therefore, it is preferable that the flow rate at which the carrier gas is provided does not exceed the flow rate at which the silicon source gas is provided. Specifically, when considering the size of a process chamber in which the silicon source gas and the carrier gas are provided, the silicon source gas is provided at about 20 to 200 sccm, and the carrier gas is about 0.01 to 200 sccm. Preferably it is provided. In particular, when the silicon source gas is provided at about 100 sccm, it is more preferable that the carrier gas is provided at about 0.01-100 sccm.
そして、前記シリコンソースガスを提供する時、温度が約３５０℃未満であると、エピタキシャル膜１２の成長が殆どなされないので好ましくなく、約５３０℃を超過すると、エピタキシャル膜１２の成長が持続的になされて前記エピタキシャル膜１２の厚さ制御が容易ではないので好ましくない。従って、前記シリコンソースガスを提供する時、温度は約３５０〜５３０℃であることが好ましい。又、本実施例では、前記温度を約３５０℃から約５３０℃に上昇させながら、前記シリコンソースガスを提供することもできる。前記温度の上昇は、１分当たり約５〜１０℃であることが好ましく、１分当たり約７〜８℃であることがより好ましく、１分当たり約７．５℃であることが最も好ましい。又、前記温度範囲内で前記シリコンソースガスを提供する時の圧力は約０．２〜０．６Ｔｏｒｒを維持することが好ましい。又、前記圧力は約０．３〜０．５Ｔｏｒｒを維持することがより好ましく、約０．４Ｔｏｒｒを維持することが最も好ましい。
When the silicon source gas is provided, if the temperature is less than about 350 ° C., it is not preferable because the growth of the
このように、前記温度及び圧力を有する条件で前記シリコンソースガスを提供することにより、前記薄膜１０の表面に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止しながら、エピタキシャル膜１２の成長がなされる。又、前記シリコンソースガスと共に前記薄膜１０上にシリコン原子の拡散を抑制するキャリアガスを提供することにより、非晶質シリコン膜の形成を充分に抑制した状態でエピタキシャル膜を成長させることができる。従って、前記非晶質シリコン膜の形成による積層欠陥や結晶方位が捩れるツイン境界等のような不良を容易に制御することができる。従って、本実施例では、結晶性がより向上されたエピタキシャル膜を提供することにより漏洩電流がより減少され、電子及びホールの移動度がより向上されるトランジスタを製造することができる。
As described above, by providing the silicon source gas under the conditions having the temperature and the pressure, the
前記自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することができる理由は、前記薄膜１０の周辺に存在するＨ２Ｏ又はＯ２等が前記薄膜１０の表面に結合されることを、前記シリコンソースガスが妨害するためである。即ち、前記温度が約４００℃以上である場合、前記薄膜１０の表面に処理されている水素パシベーションが破壊されるが、前記シリコンソースガスの提供によって前記薄膜１０の表面にシリコン−シリコン結合を形成することにより、前記Ｈ２Ｏ又はＯ２等が結合されることを阻止する。仮に、前記Ｈ２Ｏ又はＯ２等が結合されることを阻止しない場合には、前記薄膜の表面上に薄い厚さを有する自然酸化膜が更に形成される。
The reason why the formation of the natural oxide film can be sufficiently prevented is that H 2 O or O 2 or the like existing around the
しかし、本実施例では、前記シリコンソースガスを提供しながら、前記エピタキシャル膜１２の成長を行うので、前記薄膜１０上には自然酸化膜の形成を充分に阻止した状態で前記エピタキシャル膜１２の成長がなされる。この際、前記エピタキシャル膜１２は、前記薄膜１０のシードとして用いた成長がなされるので、前記エピタキシャル膜１２は単結晶シリコンで構成される。
However, in this embodiment, since the
本実施例では、前記酸素を含まず、シリコンを含む物質で構成された単結晶シリコン膜のような薄膜１０上にエピタキシャル膜１２を成長させる時、シリコンソースガスを提供する。その結果、前記薄膜１０上に自然酸化膜が薄く形成されることを充分に阻止しながら、エピタキシャル膜１２の成長を行うことができる。従って、前記薄膜１０とエピタキシャル膜１２の界面に不純物が存在しないので、前記エピタキシャル膜１２を固相エピタキシャルのような後続工程を行う時、シードとして充分に用いることができる。
In this embodiment, a silicon source gas is provided when the
（実施例２）
図３乃至図７は、本発明の実施例２による薄膜形成方法を概略的に示す断面図である。
(Example 2)
3 to 7 are cross-sectional views schematically showing a thin film forming method according to Embodiment 2 of the present invention.
図３を参照すると、第１単結晶シリコン膜２２を部分的に露出させる絶縁膜パターン２０を形成する。前記絶縁膜パターン２０は、酸化物で構成されることが好ましい。従って、前記絶縁膜パターン２０は、酸化膜パターンであることが好ましい。そして、前記第１単結晶シリコン膜２２の例としては、シリコン基板、シリコン−オン−インシュレータ基板等が挙げられる。又、前記第１単結晶シリコン膜２２の例としては、単結晶シリコンをシードとして用いる選択的エピタキシャル成長を行って得られるエピタキシャル膜が挙げられる。特に、前記第１単結晶シリコン膜２２がエピタキシャル膜である場合、前記第１単結晶シリコン膜２２は、シリコン基板、シリコン−オン−インシュレータ基板上に形成することができる。
Referring to FIG. 3, an insulating
本実施例では、前記第１単結晶シリコン膜２２を部分的に露出させる絶縁膜パターン２０を形成した後、実施例１と同じ平坦化工程及びＨＦ溶液を用いた表面処理を更に行うこともできる。従って、前記絶縁膜パターン２０を有する結果物の表面に薄く形成されている自然酸化膜を除去しながら、前記結果物の表面に水素パシベーション処理が行われる。
In this embodiment, after the insulating
図４及び図５を参照すると、前記絶縁膜パターン２０を有する結果物の上部にシリコンソースガスを提供する。前記シリコンソースガスの例としては、ＳｉｘＨｙ、ＳｉｘＨｙＣｌｚ、ＳｉｘＣｌｙ等が挙げられる。これは単独で用いることが好ましいが、場合によって、二つ以上を混合して用いることもできる。本実施例では、前記シリコンソースガスとしてＳｉＨ４を主に用いる。
4 and 5, a silicon source gas is provided on the resultant structure having the insulating
このように、前記絶縁膜パターン２０の上部にシリコンソースガスを提供することにより、前記第１単結晶シリコン膜２２の表面上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止した状態で、前記第１単結晶シリコン膜２２上には、エピタキシャル膜２４の成長がなされ、前記絶縁膜パターン２０上には非晶質シリコン膜２６が形成される。
As described above, the silicon source gas is provided on the insulating
具体的に、図４に示すように、前記第１単結晶シリコン膜２２上に第１エピタキシャル膜２４ａを成長させる。
Specifically, as shown in FIG. 4, a
前記第１エピタキシャル膜２４ａの成長では、第１温度から第２温度に上昇させながら、前記シリコンソースガスを第１流量で提供する。前記第１温度が約３５０℃未満であると、前記第１エピタキシャル膜２４ａの成長が容易になされないので好ましくない。従って、前記第１温度は約３５０℃以上であることが好ましく、５３０℃を超過しないことがより好ましい。
In the growth of the
そして、前記第１温度から第２温度への上昇は、１分当たり約５〜１０℃であることが好ましく、１分当たり約７〜８℃であることがより好ましく、１分当たり約７．５℃であることが最も好ましい。そして、前記第２温度が約５００℃未満であると、図５に示すように、前記絶縁膜パターン２０上に非晶質シリコン膜２６が容易に形成されないので好ましくない。又、前記第２温度が５５０℃を超過すると、前記非晶質シリコン膜２６の形成に影響を及ぼすため、好ましくない。特に、前記固相エピタキシャル成長で前記第２温度が５５０℃を超過すると、前記絶縁膜パターン２０上に多結晶シリコン膜が形成されるためである。従って、前記第２温度は約５００〜５５０℃であることが好ましく、約５００〜５４０℃であることがより好ましい。特に、前記第２温度は、約５２０〜５４０℃であることがより好ましく、約５３０℃であることが最も好ましい。
The increase from the first temperature to the second temperature is preferably about 5 to 10 ° C. per minute, more preferably about 7 to 8 ° C. per minute, and about 7 per minute. Most preferred is 5 ° C. If the second temperature is less than about 500 ° C., the
又、前記第１温度から第２温度に上昇させる時の圧力は約０．２〜０．６Ｔｏｒｒを維持することが好ましい。又、前記圧力は約０．３〜０．５Ｔｏｒｒを維持することがより好ましく、約０．４Ｔｏｒｒを維持することが最も好ましい。特に、前記温度及び圧力条件を満足しない場合、前記絶縁膜パターン２０上に非晶質シリコン膜２６ではない多結晶シリコン膜が形成される虞があり、その結果、後続の固相エピタキシャル工程を妨害して、満足する結晶性を有する単結晶シリコン膜を獲得することができない。
Further, it is preferable that the pressure when the temperature is raised from the first temperature to the second temperature is maintained at about 0.2 to 0.6 Torr. The pressure is more preferably maintained at about 0.3 to 0.5 Torr, and most preferably about 0.4 Torr. In particular, if the temperature and pressure conditions are not satisfied, a polycrystalline silicon film other than the
このように、本実施例では前記第１温度から第２温度に上昇させながら前記第１流量でシリコンソースガスを提供することにより、前記第１単結晶シリコン膜２２上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止しながら、前記第１エピタキシャル膜２４ａを成長させることができる。そして、本実施例で提供されるシリコンソースガスの反応メカニズムは実施例１と同じなので、その重複説明は省略する。
Thus, in the present embodiment, a natural oxide film is formed on the first single
その後、図５に示すように、前記第１エピタキシャル膜２４ａ上には第２エピタキシャル膜２４ｂを成長させながら、前記絶縁膜パターン２０上には非晶質シリコン膜２６を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5, an
前記第２エピタキシャル膜２４ｂの成長と非晶質シリコン膜２６の形成では、前記第２温度を維持しながら前記シリコンソースガスを第２流量で提供する。従って、約５００〜５５０℃を維持した状態で前記シリコンソースガスを提供することが好ましい。特に、約５３０℃を維持した状態で前記シリコンソースガスを提供することが最も好ましい。又、前記第２温度を維持した状態で圧力は約０．２〜０．６Ｔｏｒｒを維持することが好ましく、０．３〜０．５Ｔｏｒｒを維持することがより好ましく、約０．４Ｔｏｒｒを維持することが最も好ましい。
In the growth of the second epitaxial film 24b and the formation of the
特に、前記第２流量は前記第１流量の約２〜４倍であることが好ましく、約２．５〜４倍であることがより好ましく、約３倍であることが最も好ましい。従って、本実施例では前記第１エピタキシャル膜２４ａを成長させる時、約５０ｃｃの流量でシリコンソースガスを提供し、前記第２エピタキシャル膜２４ｂの成長と非晶質シリコン膜２６を形成する時、約１５０ｃｃの流量でシリコンソースガスを提供する。
In particular, the second flow rate is preferably about 2 to 4 times the first flow rate, more preferably about 2.5 to 4 times, and most preferably about 3 times. Accordingly, in this embodiment, when the
このように、本実施例では前記第２温度を維持しながら、前記第２流量でシリコンソースガスを提供することにより、前記第１エピタキシャル膜２４ａ上には第２エピタキシャル膜２４ｂが成長され、前記絶縁膜パターン２０上には非晶質シリコン膜２６が形成される。
As described above, in this embodiment, the second epitaxial film 24b is grown on the
そして、前記第１エピタキシャル膜２４ａと第２エピタキシャル膜２４ｂで構成されるエピタキシャル膜２４及び前記非晶質シリコン膜２６を形成した後、前記第２温度から第１温度に下降を行う。前記第２温度から第１温度への下降は、１分当たり約５〜１０℃であることが好ましく、１分当たり約５〜８℃であることが好ましく、１分当たり約５．５℃であることが最も好ましい。前記第２温度から第１温度への下降は、工程の安定化を図るために行う。特に、前記第２温度から第１温度に下降させる前に、窒素ガスを前記エピタキシャル膜２４と非晶質シリコン膜２６が形成された結果物の上部に提供することもできる。前記窒素ガスは、単にパージの役割を果たす。
Then, after forming the
図６を参照すると、前記非晶質シリコン膜２６の結晶構造を単結晶に転換させる。その結果、前記エピタキシャル膜２４と非晶質シリコン膜２６から第２単結晶シリコン膜２８ａを獲得する。
Referring to FIG. 6, the crystal structure of the
本実施例では、熱処理による固相エピタキシーを行って前記非晶質シリコン膜２６の結晶構造を単結晶に転換させる。この際、前記第１単結晶シリコン膜２２上に形成されたエピタキシャル膜２４がシードとして作用するので、前記非晶質シリコン膜２６の結晶構造は単結晶に転換される。特に、前記熱処理を行う温度が約５７０℃未満であると、円滑な工程がなされないので好ましくなく、約６５０℃を超過すると、単結晶に転換される結晶構造に影響を及ぼすので好ましくない。従って、前記熱処理は約５７０〜６５０℃の温度で行うことが好ましく、約５８０〜６２０℃の温度で行うことがより好ましく、約６００℃の温度で行うことが最も好ましい。又、前記熱処理は通常の炉で行う。
In this embodiment, solid phase epitaxy by heat treatment is performed to convert the crystal structure of the
又、前記図５で説明した前記第２温度から第１温度に下降させず、前記第２温度から前記熱処理のための温度に上昇させて前記固相エピタキシャル工程を連続的に行うこともできる。即ち、前記第２温度から第１温度へ下降させず、連続される熱処理によって約５７０〜６５０℃に上昇させて、前記固相エピタキシャル工程を行うこともできる。 Further, the solid phase epitaxial process can be continuously performed by raising the temperature from the second temperature to the temperature for the heat treatment without lowering the temperature from the second temperature described in FIG. 5 to the first temperature. That is, the solid phase epitaxial process can be performed by raising the temperature to about 570 to 650 ° C. by continuous heat treatment without lowering the second temperature to the first temperature.
図７を参照すると、前記第２単結晶シリコン膜２８ａを獲得した後、前記第２単結晶シリコン膜２８ａの表面を平坦化させる。この際、前記平坦化は化学機械的研磨を行うことが好ましい。前記平坦化は、前記第２単結晶シリコン膜２８ａが前記エピタキシャル膜２４によって多少突出される形態を有するために、主に行うものであって、突出された形態を有する場合、それの上部にゲートパターンのような半導体構造物を容易に積層することができないためである。従って、前記平坦化を行って平坦な表面を有する第２単結晶シリコン膜２８を形成する。
Referring to FIG. 7, after obtaining the second single
このように、前記工程を行った結果、前記第１単結晶シリコン膜２２を部分的に露出させる絶縁膜パターン２０を有する結果物上に、平坦な表面を有する第２単結晶シリコン膜２８が形成される。特に、前記シリコンソースガスを提供しながら、前記第１単結晶シリコン膜２２上に前記エピタキシャル膜２４を成長させるので、前記第１単結晶シリコン膜２２上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することができる。
As described above, as a result of the above process, the second single
従って、本実施例の単結晶シリコン膜はトランジスタの漏洩電流の減少と共に電子及びホールの移動度を向上させることができるので、電気的特性が向上されたスタック構造を有する半導体装置の製造に活用することができる。 Therefore, since the single crystal silicon film of this embodiment can improve the mobility of electrons and holes as well as decrease the leakage current of the transistor, it can be used for manufacturing a semiconductor device having a stack structure with improved electrical characteristics. be able to.
（実施例３）
図８乃至図１３、及び図１６は、本発明の実施例３による薄膜形成方法を概略的に示す断面図であり、図１４は、本発明の実施例３による薄膜形成方法を概略的に示す構成図である。
(Example 3)
8 to 13 and 16 are sectional views schematically showing a thin film forming method according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 14 schematically shows a thin film forming method according to the third embodiment of the present invention. It is a block diagram.
図８を参照すると、第１単結晶シリコン膜３０上に前記第１単結晶シリコン膜３０の表面を部分的に露出させる開口部３４を有する絶縁膜パターン３２を形成する。前記絶縁膜パターン３２は、主に絶縁膜を形成した後、パターニングを行うことにより形成する。
Referring to FIG. 8, an insulating
ここで、前記第１単結晶シリコン膜３０の例としては、シリコン基板、シリコン−オン−インシュレータ基板等が挙げられる。又、前記第１単結晶シリコン膜３０の例としては、単結晶シリコンをシードとして用いる選択的エピタキシャル成長を行って得られるエピタキシャル膜等が挙げられる。本実施例では、前記第１単結晶シリコン膜３０としてシリコン基板を選択する。そして、前記絶縁膜パターン３２は、実施例２と同様に酸化物で構成されることが好ましい。
Here, examples of the first single
特に、前記第１単結晶シリコン膜３０としてシリコン基板を選択することにより、前記シリコン基板上には半導体構造物としてゲート電極、金属配線、ロジック素子等が形成されていることが好ましい。又、前記シリコン基板上には半導体装置の設計に基づいた構造物を多様に形成することもできる。
In particular, it is preferable that a gate electrode, a metal wiring, a logic element, and the like are formed as a semiconductor structure on the silicon substrate by selecting a silicon substrate as the first single
図９を参照すると、選択的エピタキシャル成長を行う。この際、前記選択的エピタキシャル成長は約７００〜９００℃の温度で行うことが好ましく、約７５０〜８５０℃の温度で行うことがより好ましく、約８００℃の温度で行うことが最も好ましい。このように、前記選択的エピタキシャル成長を行った結果、前記開口部３４によって露出された第１単結晶シリコン膜３０の表面から前記第１単結晶シリコン膜３０と結晶構造が同じ単結晶シリコンで構成される第１シード膜３６が成長される。特に、前記第１シード膜３６を形成するための選択的エピタキシャル成長は、前記開口部３４の入口まで行うことが好ましい。
Referring to FIG. 9, selective epitaxial growth is performed. At this time, the selective epitaxial growth is preferably performed at a temperature of about 700 to 900 ° C., more preferably at a temperature of about 750 to 850 ° C., and most preferably at a temperature of about 800 ° C. As described above, as a result of the selective epitaxial growth, single crystal silicon having the same crystal structure as that of the first single
仮に、図１５に示すように、第１シード膜３６ａが前記開口部３４の入口より高い部位まで成長する場合には、前記開口部３４の入口部位が露出されるまで前記第１シード膜３６ａの除去を行う。この際、前記第１シード膜３６ａの除去は、化学機械的研磨を行うことが好ましい。
As shown in FIG. 15, if the
本実施例では、前記第１シード膜３６を形成した後、実施例１と同じＨＦ溶液を用いた表面処理を更に行うこともできる。従って、前記第１シード膜３６を有する結果物の表面に薄く形成されている自然酸化膜を除去しながら、前記結果物の表面に水素パシベーション処理が行われる。
In the present embodiment, after the
図１０及び図１１を参照すると、前記第１シード膜３６が形成された結果物の上部にシリコンソースガスを提供する。前記シリコンソースガスの例としては、ＳｉｘＨｙ、ＳｉｘＨｙＣｌｚ、ＳｉｘＣｌｙ等が挙げられる。これは単独で用いることが好ましいが、場合によって二つ以上を混合して用いることもできる。本実施例では、前記シリコンソースガスとしてＳｉＨ４を主に用いる。
Referring to FIGS. 10 and 11, a silicon source gas is provided on the resultant structure where the
このように、前記第１シード膜３６が形成された結果物の上部にシリコンソースガスを提供することにより、前記第１シード膜３６の表面上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止した状態で前記第１シード膜３６上にはエピタキシャル膜３８の成長がなされ、前記絶縁膜パターン３２上には非晶質シリコン膜４０が形成される。
As described above, by providing the silicon source gas on the resultant structure where the
具体的に、図１０に示すように、前記第１シード膜３６上に第１エピタキシャル膜３８ａを成長させる。この際、前記第１エピタキシャル膜３８ａの成長では、第１温度から第２温度に上昇させながら、前記シリコンソースガスを第１流量で提供する。特に、本実施例での前記第１温度から第２温度への上昇は、実施例２のそれと同じである。又、前記第１流量と圧力も実施例２のそれと同じである。従って、図１４に示すように、本実施例では約４００℃の温度で１分当たり約７．５℃で約５３０℃まで上昇させながら、約５０ｃｃの流量で前記シリコンソースガスを提供する。又、圧量は約０．４ｔｏｒｒを維持するように調節する。そして、本実施例において、前記第１温度から第２温度への上昇に所要される時間ｔ１は約２０分である。
Specifically, as shown in FIG. 10, a
このように、本実施例では、前記第１温度から第２温度に上昇させながら、前記第１流量でシリコンソースガスを提供することにより、前記第１シード膜３６上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止しながら、前記第１エピタキシャル膜３８ａを成長させることができる。そして、本実施例で提供されるシリコンソースガスの反応メカニズムは、実施例１のそれと同じなので、その重複説明は省略する。
As described above, in this embodiment, a natural oxide film is formed on the
図１１に示すように、前記第１エピタキシャル膜３８ａ上には、第２エピタキシャル膜３８ｂを成長させながら前記絶縁膜パターン３２上には、非晶質シリコン膜４０を形成する。この際、前記第２エピタキシャル膜３８ａの成長と非晶質シリコン膜４０の形成では、第２温度を維持しながら、前記シリコンソースガスを第２流量で提供する。特に、本実施例での前記第２温度は実施例２のそれと同じである。又、前記第２流量と圧力も実施例２のそれと同じである。従って、図１４に示すように、本実施例では約５３０℃の温度を維持しながら、約１５０ｃｃの流量で前記シリコンソースガスを提供する。又、圧力は約０．４ｔｏｒｒを維持するように調節する。そして、本実施例において、前記第２エピタキシャル膜３８ｂの成長と非晶質シリコン膜４０を形成するための第２温度を維持する時間ｔ２は約２５分〜６０分である。
As shown in FIG. 11, an
このように、本実施例では前記第２温度を維持しながら、前記第２流量でシリコンソースガスを提供することにより、前記第１エピタキシャル膜３８ａ上には第２エピタキシャル膜３８ｂが成長され、前記絶縁膜パターン３２上には非晶質シリコン膜４０が形成される。
As described above, in this embodiment, the second epitaxial film 38b is grown on the
そして、前記第１エピタキシャル膜３８ａと第２エピタキシャル膜３８ｂで構成されるエピタキシャル膜３８及び前記非晶質シリコン膜４０を形成した後、前記第２温度から第１温度に下降を行う。特に、本実施例での前記第１温度から第２温度への下降は、実施例２のそれと同じである。従って、図１４に示すように、本実施例では約５３０℃の温度で１分当たり約５．５℃で約４００℃まで下降させる。そして、本実施例において、前記第２温度から第１温度への下降に所要される時間ｔ３は約２５分である。又、本実施例では、前記第２温度から第１温度に下降させる前に窒素（Ｎ２）ガスを前記エピタキシャル膜３８と非晶質シリコン膜４０を結果物の上部に提供することもできる。
Then, after the
図１２を参照すると、前記非晶質シリコン膜４０の結晶構造を単結晶に転換させる。その結果、前記エピタキシャル膜３８と非晶質シリコン膜４０から第２単結晶シリコン膜４２ａを獲得する。本実施例での非晶質シリコン膜４０の結晶構造を単結晶に転換させる工程は、実施例２のそれと同じである。従って、本実施例では約５７０〜６５０℃の温度を有する熱処理による固相エピタキシャルを行って、前記非晶質シリコン膜４０の結晶構造を単結晶に転換させる。
Referring to FIG. 12, the crystal structure of the
又、前記図１０及び図１１で説明した前記第２温度から第１温度に下降させず、前記第２温度から前記熱処理のための温度に上昇させて前記固相エピタキシャル工程を連続的に行うこともできる。 Further, the solid phase epitaxial process is continuously performed by increasing the temperature from the second temperature to the temperature for the heat treatment without decreasing the temperature from the second temperature described in FIGS. 10 and 11 to the first temperature. You can also.
図１３を参照すると、前記第２単結晶シリコン膜４２ａを獲得した後、前記第２単結晶シリコン膜４２ａの表面を平坦化させる。この際、前記平坦化は、実施例２と同じ化学機械的研磨を行うことが好ましい。従って、前記平坦化を行って平坦な表面を有する第２単結晶シリコン膜４２を形成する。
Referring to FIG. 13, after obtaining the second single
このように、本実施例では前記シリコンソースガスを提供しながら、前記第１シード膜３６上に前記エピタキシャル膜３８を成長させるため、前記第１シード膜３６上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することができる。
As described above, in this embodiment, since the
図１６を参照すると、前記第２単結晶シリコン膜４２をアクティブ領域であるチャンネル膜として活用する。従って、前記第２単結晶シリコン膜４２上にも、ゲート電極、金属配線、ロジック素子等のような半導体構造物を形成することができる。
Referring to FIG. 16, the second single
その後、本実施例と同じ方法で前記第２単結晶シリコン膜４２上に前記第１絶縁膜パターン３２と同じ第２絶縁膜パターン６２を形成し、前記第１シード膜３６と同じ第２シード膜６６を形成し、第２単結晶シリコン膜４２と同じ第３単結晶シリコン膜６８を形成する。その後、前記第３単結晶シリコン膜６８上に第ｎ絶縁膜パターン、第ｎシード膜、第ｎ＋１（ｎは３以上の自然数）単結晶シリコン膜を互いに反復して積層することができる。
Thereafter, a second
従って、本実施例によると、結晶性がより向上された単結晶シリコン膜を容易に形成することができるので、スタック構造を有する半導体装置の製造に活用することができる。これは、前記非晶質シリコン膜の結晶構造を単結晶に転換させる時、シードとして用いる薄膜の表面に自然酸化膜のような不純物が形成されないためである。又、積層欠陥や結晶方位が多少捩れるツイン境界等のような不良を容易に制御することができる。従って、本実施例では結晶性がより向上されたエピタキシャル膜を提供することによって漏洩電流がより減少され、電子及びホールの移動度がより向上されるトランジスタを製造することができる。 Therefore, according to this embodiment, a single crystal silicon film with improved crystallinity can be easily formed, and can be used for manufacturing a semiconductor device having a stack structure. This is because when the crystal structure of the amorphous silicon film is converted into a single crystal, impurities such as a natural oxide film are not formed on the surface of the thin film used as a seed. Also, defects such as stacking faults and twin boundaries where the crystal orientation is somewhat twisted can be easily controlled. Therefore, in this embodiment, by providing an epitaxial film with improved crystallinity, it is possible to manufacture a transistor in which leakage current is further reduced and mobility of electrons and holes is further improved.
（実施例４）
図１７乃至図２０は、本発明の実施例４による半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
Example 4
17 to 20 are sectional views schematically showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
図１７を参照すると、下部膜７０上に前記下部膜７０を部分的に露出させる開口部７５を有する絶縁膜パターン７４を形成する。ここで、前記下部膜７０はシリコンを含む物質で構成されることが好ましく、シリコン基板であることがより好ましい。そして、前記絶縁膜パターン７４は、層間絶縁膜パターンとして酸化物で構成されることが好ましい。
Referring to FIG. 17, an insulating
従って、本実施例ではゲートパターン７２が形成された下部膜７０であるシリコン基板上に前記ゲートパターン７２間の表面を露出させる開口部７５を有する絶縁膜パターン７４を形成する。ここで、前記絶縁膜パターン７４は、主に前記シリコン基板上に絶縁膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程のようなパターニングを行って形成する。
Therefore, in this embodiment, the insulating
図１８を参照すると、前記絶縁膜パターン７４が形成された結果物の上部にシリコンソースガスを提供する。前記シリコンソースガスの例としては、ＳｉｘＨｙ、ＳｉｘＨｙＣｌｚ、ＳｉｘＣｌｙ等が挙げられる。これは単独で用いることが好ましいが、場合によって二つ以上を混合して用いることもできる。本実施例では、前記シリコンソースガスとしてＳｉＨ４を主に用いる。その結果、前記部分的に露出された下部膜７０であるシリコン基板の表面上に薄い厚さを有する第１エピタキシャル膜７６が成長する。
Referring to FIG. 18, a silicon source gas is provided on the resultant structure where the insulating
このように、前記第１エピタキシャル膜７６が形成されることによって、前記露出された下部膜７０であるシリコン基板の表面上に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することができる。
Thus, the formation of the
図１９を参照すると、前記第１エピタキシャル膜７６が形成された結果物上部に実施例２と類似の条件でシリコンソースガスを提供する。その結果、前記第１エピタキシャル膜７６上には第２エピタキシャル膜７８の成長がなされ、前記開口部７５によって露出された絶縁膜パターン７４の側壁では非晶質シリコン膜８０が形成される。特に、前記非晶質シリコン膜８０を形成する時、温度が約４００℃未満であると、前記非晶質シリコン膜８０の積層速度が非常に遅いので好ましくなく、約５５０℃を超過すると、前記非晶質シリコン膜の代わりに多結晶シリコン膜が形成されるので好ましくない。従って、前記非晶質シリコン膜８０の形成は、約４００〜５５０℃の温度で行うことが好ましく、約４５０〜５４０℃の温度で行うことがより好ましく、約５３０℃の温度で行うことが最も好ましい。特に、前記温度範囲内で工程を実施する場合、約２５〜１５０Ｐａの圧力で良好な積層速度を示す。
Referring to FIG. 19, a silicon source gas is provided on the resultant structure where the
図２０を参照すると、実施例２の図６と同じ工程を行って前記非晶質シリコン膜８０の結晶構造を単結晶に転換させる。その結果、前記第１及び第２エピタキシャル膜７６、７８と非晶質シリコン膜８０から単結晶シリコン膜８２を獲得する。
Referring to FIG. 20, the same process as in FIG. 6 of the second embodiment is performed to convert the crystal structure of the
このように、本実施例は多様なパターンを有する半導体装置にも活用することができる。 Thus, the present embodiment can also be used for semiconductor devices having various patterns.
（実施例５）
図２１乃至図２３は、本発明の実施例５による半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
(Example 5)
21 to 23 are sectional views schematically showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
図２１を参照すると、実施例４の図１７と同じ工程を行って下部膜８５上に前記下部膜８５を部分的に露出させる開口部９１を有する絶縁膜パターン８９を形成する。従って、本実施例ではゲートパターン８７が形成された下部膜８５であるシリコン基板上に前記ゲートパターン８７間の表面を露出させる開口部９１を有する絶縁膜パターン８９を形成する。
Referring to FIG. 21, an insulating
図２２を参照すると、実施例４の図１８と同じ工程を行って、前記部分的に露出された下部膜８５であるシリコン基板の表面上に薄い厚さを有する第１エピタキシャル膜９３を成長させる。このように、前記露出された下部膜８５であるシリコン基板の表面上に前記第１エピタキシャル膜９３を形成することにより、前記表面に自然酸化膜が形成されることを充分に阻止することができる。
Referring to FIG. 22, a
図２３を参照すると、前記第１エピタキシャル膜９３が形成された開口部９１に前記シリコンソースガスの熱分解を通じて第２エピタキシャル膜９４及びポリシリコン膜９５を同時に形成する。前記ポリシリコン膜９５を形成する時、温度が約５００℃未満であると、前記ポリシリコン膜９５が積層される速度が非常に遅いので好ましくなく、約６５０℃を超過すると、前記シリコンソースガスの枯渇が発生し、前記ポリシリコン膜９５の積層均一度が悪くなるので好ましくない。従って、前記熱分解を通じたポリシリコン膜９５の形成は、約５００〜６５０℃の温度で行うことが好ましく、約５５０〜６２０℃の温度で行うことがより好ましく、約６００℃の温度で行うことが最も好ましい。特に、前記温度範囲内で工程を実施する場合、約２５〜１５０Ｐａの圧力で良好な積層速度を示す。
Referring to FIG. 23, a
その後、前記第２エピタキシャル膜９４とポリシリコン膜９５を形成した後、前記開口部９１の入口部位が露出されるまで、前記ポリシリコン膜９５を除去して、前記開口部９１にのみ前記ポリシリコン膜９５を埋め立てる。これによって、前記ポリシリコン膜９５は以後に形成されるビットライン又はキャパシタの下部電極と連結されるプラグで形成される。従って、前記開口部９１は、電気的に連結されるプラグを形成するための部位として定義することができる。
Thereafter, after the
本実施例では、前記プラグとして用いるためのポリシリコン膜９５を形成する前に、前記シリコンソースガスを提供して前記ポリシリコン膜９５を形成するための部分に第１エピタキシャル膜９３を薄く成長させる。又、前記ポリシリコン膜９５を形成する時には、第２エピタキシャル膜９４が成長される。その結果、前記第１エピタキシャル膜９３と第２エピタキシャル膜９４が、自然酸化膜が形成されることを妨害する。
In this embodiment, before forming the
従って、本実施例を半導体装置の製造に適用する場合、前記自然酸化膜の形成によるコンタクト抵抗を充分に減少させることができる。従って、半導体装置の電気的特性が向上される。 Therefore, when this embodiment is applied to the manufacture of a semiconductor device, the contact resistance due to the formation of the natural oxide film can be sufficiently reduced. Therefore, the electrical characteristics of the semiconductor device are improved.
（結晶構造に対する評価）
実施例３と同じ方法で工程を行って単結晶シリコン膜を獲得した。特に、８００℃の温度で選択的エピタキシャル成長を行ってシード膜を形成した。そして、第１エピタキシャル膜の成長では、約４００℃の温度で１分当たり約７．５℃で約５３０℃までの温度に上昇させながら約５０ｃｃのＳｉＨ４を提供し、第２エピタキシャル膜の成長及び非晶質シリコンの形成では約５３０℃の温度を維持しながら約１５０ｃｃのＳｉＨ４を提供した。又、前記非晶質シリコン膜の結晶構造の転換は約６００℃の温度で行った。
(Evaluation for crystal structure)
A single crystal silicon film was obtained by performing the same process as in Example 3. In particular, the seed film was formed by selective epitaxial growth at a temperature of 800 ° C. In the growth of the first epitaxial film, about 50 cc of SiH 4 is provided while the temperature is raised to about 530 ° C. at about 7.5 ° C. per minute at a temperature of about 400 ° C. And amorphous silicon formation provided about 150 cc of SiH 4 while maintaining a temperature of about 530 ° C. The crystal structure of the amorphous silicon film was changed at a temperature of about 600 ° C.
そして、前記非晶質シリコン膜の結晶構造を転換させて得られた単結晶シリコン膜の結晶構造を走査電子顕微鏡で拡大した。その結果、図２４のように前記単結晶シリコン膜の結晶構造は稠密で且つ規則的な配列を有することを確認した。 Then, the crystal structure of the single crystal silicon film obtained by changing the crystal structure of the amorphous silicon film was enlarged with a scanning electron microscope. As a result, as shown in FIG. 24, it was confirmed that the crystal structure of the single crystal silicon film had a dense and regular arrangement.
又、従来のように窒素ガスを提供しながら非晶質シリコン膜を形成した後、前記非晶質シリコン膜の結晶構造を転換させて得られた薄膜の結晶構造を走査電子顕微鏡で拡大した。その結果、図２５のように不規則的な配列を有することを確認した。 Further, after forming an amorphous silicon film while providing nitrogen gas as in the prior art, the crystal structure of the thin film obtained by changing the crystal structure of the amorphous silicon film was enlarged by a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed to have an irregular arrangement as shown in FIG.
従って、ＳｉＨ４のようなシリコンソースガスを提供しながら形成した非晶質シリコン膜から稠密で且つ規則的な配列の結晶構造を有する単結晶シリコン膜を容易に獲得することができる。 Therefore, a single crystal silicon film having a dense and regular crystal structure can be easily obtained from an amorphous silicon film formed while providing a silicon source gas such as SiH 4 .
本発明は、シリコンソースガスを提供しながらシードとして用いる単結晶の薄膜上にはエピタキシャル膜を成長させ、絶縁膜パターン上には非晶質シリコン膜を形成する。そして、前記エピタキシャル膜をシードとして用いる固相エピタキシャルを行って、前記エピタキシャル膜と非晶質シリコン膜から単結晶シリコン膜を獲得する。 In the present invention, an epitaxial film is grown on a single crystal thin film used as a seed while providing a silicon source gas, and an amorphous silicon film is formed on an insulating film pattern. Then, solid phase epitaxy using the epitaxial film as a seed is performed to obtain a single crystal silicon film from the epitaxial film and the amorphous silicon film.
従って、本発明はスタック構造を有する単結晶シリコン膜を容易に形成することができる。従って、スタック構造を有する半導体装置を容易に形成することができる効果がある。 Therefore, the present invention can easily form a single crystal silicon film having a stack structure. Therefore, there is an effect that a semiconductor device having a stack structure can be easily formed.
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments, and as long as it has ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, without departing from the spirit and spirit of the present invention, The present invention can be modified or changed.
１０ 薄膜
１２、２４ エピタキシャル膜
２０、３２ 絶縁膜パターン
２２、３０ 第１単結晶シリコン膜
２４ａ 第１エピタキシャル膜
２４ｂ 第２エピタキシャル膜
２６ 非晶質シリコン膜
２８ａ 第２単結晶シリコン膜
３６ 第１シード膜
DESCRIPTION OF
Claims (19)
第１圧力を有する第１雰囲気で３５０℃未満の第１温度で前記単結晶シリコン薄膜を加熱する段階と、
第２圧力と前記第１温度から上昇させた３５０〜５３０℃の第２温度を有する第２雰囲気で前記単結晶シリコン薄膜上部にシリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第２雰囲気を充分に維持して前記単結晶シリコン薄膜上に第１厚さを有する単結晶シリコンのエピタキシャル膜を成長させる段階と、を含み、
前記キャリアガスが提供される流量は、前記シリコンソースガスが提供される流量を超過しないことを特徴とするエピタキシャル膜の形成方法。 Providing a single crystal silicon film substantially free of oxygen;
A step of heating the single crystal silicon thin film at a first temperature of less than 350 ° C. In a first atmosphere having a first pressure,
And providing a carrier gas containing no divorced source gas and oxygen into the single crystal silicon thin film upper second atmosphere having a second temperature of 350 to 530 ° C. has been raised from the second pressure and the first temperature,
See containing and a step of growing an epitaxial film of a single crystal silicon having a first thickness on the single crystal silicon thin film to maintain sufficiently the second atmosphere,
The method for forming an epitaxial film , wherein a flow rate at which the carrier gas is provided does not exceed a flow rate at which the silicon source gas is provided .
前記Ｚはハロゲンを含み、
前記キャリアガスは窒素、アルゴン、及びヘリウムで構成されるグループから選択される少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル膜の形成方法。 The silicon source gas is SiH x Z y (where x and y are natural numbers of 4 or less and their sum is 4), Si 2 H x ′ Z y ′ (where x Each of ', y' is a natural number of 6 or less, and their sum is 6.) and Si 3 H x " Z y" (where x ", y" are each a natural number of 8 or less And the sum of them is 8) includes at least one selected from the group consisting of:
Z includes halogen,
2. The method for forming an epitaxial film according to claim 1, wherein the carrier gas includes at least one selected from the group consisting of nitrogen, argon, and helium.
前記キャリアガスは窒素ガスを含み、
前記キャリアガスが提供される流量が前記シリコンソースガスが提供される流量を超過しないことを特徴とする請求項２記載のエピタキシャル膜の形成方法。 The silicon source gas includes at least one selected from the group consisting of SiH 4 , SiH 3 Cl, SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 , and Si 2 H 6 ;
The carrier gas includes nitrogen gas,
3. The method of forming an epitaxial film according to claim 2, wherein a flow rate at which the carrier gas is provided does not exceed a flow rate at which the silicon source gas is provided.
前記キャリアガスは窒素ガスであり、
前記シリコンソースガスの流量と前記キャリアガスの流量は１〜１０００：１であり、
前記第２圧力は２００〜６００ｍＴｏｒｒであることを特徴とする請求項３記載のエピタキシャル膜の形成方法。 The silicon source gas is SiH 4 ;
The carrier gas is nitrogen gas;
The flow rate of the silicon source gas and the flow rate of the carrier gas is 1-1000: 1,
4. The method of forming an epitaxial film according to claim 3, wherein the second pressure is 200 to 600 mTorr.
前記単結晶シリコン薄膜の表面から自然酸化膜を除去しながら、水素パッシベーション処理を行って前記単結晶シリコン薄膜の表面上に水素パッシベーション薄膜を形成することを更に含むことを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル膜の形成方法。 The step of preparing the single crystal silicon thin film includes:
The hydrogen passivation thin film is further formed on the surface of the single crystal silicon thin film by performing a hydrogen passivation process while removing a natural oxide film from the surface of the single crystal silicon thin film. Method for forming an epitaxial film.
前記単結晶シリコン薄膜を部分的に露出させる絶縁膜パターンを準備する段階と、
第１圧力を有する第１雰囲気で３５０℃未満の第１温度で前記絶縁膜パターンが形成された前記単結晶シリコン薄膜を加熱する段階と、
第２圧力と前記第１温度から上昇させた３５０〜５３０℃の第２温度を有する第２雰囲気で前記絶縁膜パターンが形成された前記単結晶シリコン薄膜上部にシリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第２雰囲気を充分に維持して、前記単結晶シリコン薄膜上に第１厚さを有する単結晶シリコンの第１エピタキシャル膜を成長させる段階と、
第３圧力と前記第２温度から上昇させた５３０℃を超過する第３温度を有する第３雰囲気で前記エピタキシャル膜が成長された単結晶シリコン薄膜上部に前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第３雰囲気を充分に維持して、前記第１エピタキシャル膜上に第２厚さを有する単結晶シリコンの第２エピタキシャル膜を成長させながら、同時に前記絶縁膜パターンの表面上に第３厚さを有する非晶質シリコン膜を形成する段階と、
充分な温度で熱処理を行って、第１及び第２エピタキシャル膜をシードとして前記非晶質シリコン膜を単結晶シリコン薄膜に転換させる段階と、を含む薄膜形成方法。 Providing a single crystal silicon film substantially free of oxygen;
Providing an insulating film pattern for partially exposing the single crystal silicon thin film;
A step of heating the single crystal silicon thin film where the insulating film pattern is formed at a first temperature of less than 350 ° C. In a first atmosphere having a first pressure,
Not including divorced source gas and oxygen into the single crystal silicon thin film upper portion the insulating film pattern is formed in the second atmosphere having a second temperature of 350 to 530 ° C. has been raised from the second pressure first temperature Providing a carrier gas; and
Growing a first epitaxial film of single crystal silicon having a first thickness on the single crystal silicon thin film while maintaining the second atmosphere sufficiently;
A carrier gas not containing the silicon source gas and oxygen on the single-crystal silicon thin film on which the epitaxial film is grown in a third atmosphere having a third temperature and a third temperature exceeding 530 ° C. raised from the second temperature. Providing a stage;
While maintaining the third atmosphere sufficiently, while growing a second epitaxial film of single crystal silicon having a second thickness on the first epitaxial film, a third thickness is simultaneously formed on the surface of the insulating film pattern. Forming an amorphous silicon film having:
Performing a heat treatment at a sufficient temperature to convert the amorphous silicon film into a single crystal silicon thin film using the first and second epitaxial films as seeds .
前記単結晶シリコン薄膜上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜をパターニングして、前記単結晶シリコン薄膜を部分的に露出させる開口部を有する絶縁膜パターンを形成する段階と、
選択的エピタキシャル工程を行って、酸素を実質的に含まず、前記開口部を充分に埋め立てる単結晶シリコンのプラグを形成する段階と、
第１圧力と３５０〜５３０℃の温度を有する第１雰囲気で前記プラグが形成された結果物上部に前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第１雰囲気を充分に維持して、前記プラグ上に第１厚さを有する第１エピタキシャル膜を成長させる段階と、
第２圧力と５３０℃を超過する温度を有する第２雰囲気で前記第１エピタキシャル膜が成長された結果物上に、前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第２雰囲気を充分に維持して、前記第１エピタキシャル膜上に第２厚さを有する単結晶シリコンの第２エピタキシャル膜を成長させながら、同時に前記絶縁膜パターンの表面上に第３厚さを有する非晶質シリコン膜を形成する段階と、
充分な温度で熱処理を行って、第１及び第２エピタキシャル膜をシードとして前記非晶質シリコン膜を単結晶シリコン薄膜に転換させる段階と、を含む薄膜形成方法。 Providing a single crystal silicon film substantially free of oxygen;
Forming an insulating film on the single crystal silicon thin film;
Patterning the insulating film to form an insulating film pattern having an opening that partially exposes the single crystal silicon thin film; and
Performing a selective epitaxial process to form a single crystal silicon plug substantially free of oxygen and sufficiently filling the opening;
Providing the silicon source gas and oxygen-free carrier gas on the resultant structure where the plug is formed in a first atmosphere having a first pressure and a temperature of 350 to 530 ° C .;
Growing a first epitaxial film having a first thickness on the plug while maintaining the first atmosphere sufficiently;
Providing the silicon source gas and a carrier gas not containing oxygen on the resultant structure in which the first epitaxial film is grown in a second atmosphere having a second pressure and a temperature exceeding 530 ° C .;
While maintaining the second atmosphere sufficiently, a second epitaxial film of single crystal silicon having a second thickness is grown on the first epitaxial film, and at the same time, a third thickness is formed on the surface of the insulating film pattern. Forming an amorphous silicon film having:
Performing a heat treatment at a sufficient temperature to convert the amorphous silicon film into a single crystal silicon thin film using the first and second epitaxial films as seeds .
前記絶縁膜パターンの上部表面上に成長されたエピタキシャル膜を除去して、前記開口部内に前記絶縁膜パターンの上部表面と同一線上に位置する上部表面を有するプラグを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２記載の薄膜形成方法。 Growing a single crystal epitaxial film on an upper surface of the insulating film pattern including the opening by the selective epitaxial growth;
Removing the epitaxial film grown on the upper surface of the insulating film pattern, and forming a plug having an upper surface located in the same line as the upper surface of the insulating film pattern in the opening. The thin film forming method according to claim 12 .
前記単結晶シリコン薄膜上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜をパターニングして前記単結晶シリコン薄膜を部分的に露出させる開口部を有する絶縁膜パターンを形成する段階と、
選択的にエピタキシャル工程を行って、酸素を実質的に含まず、前記開口部を充分に埋め立てる単結晶シリコンのプラグを形成する段階と、
第１圧力と３５０〜５３０℃の温度を有する第１雰囲気で前記プラグが形成された結果物上部に前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第１雰囲気を充分に維持して、前記プラグ上に第１厚さを有する第１エピタキシャル膜を成長させる段階と、
第２圧力と５３０℃を超過する温度を有する第２雰囲気で前記第１エピタキシャル膜が成長された結果物上に前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第２雰囲気を充分に維持して、前記第１エピタキシャル膜上に第２厚さを有する単結晶シリコンの第２エピタキシャル膜を成長させながら、同時に前記絶縁膜パターンの表面上に第３厚さを有する非晶質シリコン膜を形成する段階と、
充分な温度で熱処理を行って、第１及び第２エピタキシャル膜をシードとして前記非晶質シリコン膜を単結晶シリコン薄膜に転換させる段階と、
前記非晶質シリコン膜から転換させた単結晶シリコン薄膜を用いて、前記単結晶シリコン薄膜上に多層構造を有する単結晶シリコン薄膜を形成する段階と、を含む多層薄膜形成方法。 Providing a single crystal silicon film substantially free of oxygen;
Forming an insulating film on the single crystal silicon thin film;
Patterning the insulating film to form an insulating film pattern having an opening that partially exposes the single crystal silicon thin film; and
Selectively performing an epitaxial process to form a single crystal silicon plug substantially free of oxygen and sufficiently filling the opening;
Providing the silicon source gas and oxygen-free carrier gas on the resultant structure where the plug is formed in a first atmosphere having a first pressure and a temperature of 350 to 530 ° C .;
Growing a first epitaxial film having a first thickness on the plug while maintaining the first atmosphere sufficiently;
Providing the silicon source gas and an oxygen-free carrier gas on the resultant structure in which the first epitaxial film is grown in a second atmosphere having a second pressure and a temperature exceeding 530 ° C .;
While maintaining the second atmosphere sufficiently, a second epitaxial film of single crystal silicon having a second thickness is grown on the first epitaxial film, and at the same time, a third thickness is formed on the surface of the insulating film pattern. Forming an amorphous silicon film having:
Performing a heat treatment at a sufficient temperature to convert the amorphous silicon film into a single crystal silicon thin film using the first and second epitaxial films as seeds ;
Forming a single crystal silicon thin film having a multilayer structure on the single crystal silicon thin film using a single crystal silicon thin film converted from the amorphous silicon film.
前記第１単結晶シリコン薄膜上に第２厚さを有する第２単結晶シリコン薄膜を形成し、前記第１単結晶シリコン薄膜と前記第２単結晶シリコン薄膜との間には絶縁膜パターンが介在され、前記第１単結晶シリコン薄膜と前記第２単結晶シリコン薄膜は、前記絶縁膜パターンに形成される単結晶のプラグによって連結されることを特徴とする請求項１４記載の多層薄膜形成方法。 Forming a first single crystal silicon thin film having a first thickness;
A second single crystal silicon thin film having a second thickness is formed on the first single crystal silicon thin film, and an insulating film pattern is interposed between the first single crystal silicon thin film and the second single crystal silicon thin film. 15. The method of forming a multilayer thin film according to claim 14 , wherein the first single crystal silicon thin film and the second single crystal silicon thin film are connected by a single crystal plug formed in the insulating film pattern.
前記単結晶シリコン薄膜上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜をパターニングして、前記単結晶シリコン薄膜を部分的に露出させる開口部を有する絶縁膜パターンを形成する段階と、
第１圧力と３５０〜５３０℃の温度を有する第１雰囲気で前記開口部の底面上部に前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第１雰囲気を充分に維持して、前記開口部の底面上に第１厚さを有する第１エピタキシャル膜を成長させる段階と、
第２圧力と５００℃以上の温度を有する第２雰囲気で前記第１エピタキシャル膜の上部に前記シリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスを提供する段階と、
前記第２雰囲気を充分に維持して、前記第１エピタキシャル膜上に第２厚さを有し前記開口の下部を埋める単結晶の第２エピタキシャル膜を成長させながら、同時に前記開口を完全に埋める前記第２エピタキシャル膜及び前記絶縁膜パターン上に第３厚さを有するポリシリコン薄膜を形成する段階と、を含む薄膜形成方法。 Providing a single crystal silicon film substantially free of oxygen;
Forming an insulating film on the single crystal silicon thin film;
Patterning the insulating film to form an insulating film pattern having an opening that partially exposes the single crystal silicon thin film; and
Providing the silicon source gas and a carrier gas not containing oxygen on the bottom of the opening in a first atmosphere having a first pressure and a temperature of 350 to 530 ° C .;
Growing a first epitaxial film having a first thickness on a bottom surface of the opening while maintaining the first atmosphere sufficiently;
Providing the silicon source gas and an oxygen-free carrier gas above the first epitaxial film in a second atmosphere having a second pressure and a temperature of 500 ° C. or higher;
While maintaining the second atmosphere sufficiently, a single crystal second epitaxial film having a second thickness and filling the lower portion of the opening is grown on the first epitaxial film, and at the same time, the opening is completely filled. thin film forming method comprising the steps of forming a polysilicon thin film having a third thickness in the second epitaxial Maku及 beauty the insulating layer pattern.
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