JPS60752A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS60752A
JPS60752A JP10867883A JP10867883A JPS60752A JP S60752 A JPS60752 A JP S60752A JP 10867883 A JP10867883 A JP 10867883A JP 10867883 A JP10867883 A JP 10867883A JP S60752 A JPS60752 A JP S60752A
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JP
Japan
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substrate
silicon
layer
insulating film
single crystal
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JP10867883A
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English (en)
Inventor
Nobuhiro Endo
遠藤 伸裕
Naoki Kasai
直記 笠井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60752A publication Critical patent/JPS60752A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76294Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using selective deposition of single crystal silicon, i.e. SEG techniques

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法、特に選択エピタキシャ
ル膜を形成するだめの基板の形成方法に関する。
従来の半導体デバイスでは、シリコン基板上にイオン注
入または不純物拡散法を用いて所望の1型またはN型伝
導体忙して゛能動素子とし、能動素子間の分離はPN接
合あるいは部分酸化(LOCO8)。
法鷺用〆ていた。しかるに接合浮遊石の」?1犬や部分
酸化工程中の寸法変化(バーズビークの形成)があシ、
素子の高速化・高密度化の障害となっていたつ 上記の欠点を改善する技術の一つとして選択エピタキシ
ャルを用いた素子分離方法がある。これは半導体単結晶
基板上に部分的に絶縁膜を形成し、その絶縁膜上には堆
積しないで露出した基板領域のみ基板と同種の半導体単
結晶をエピタキシャル成長し、それを素子の能動磨領域
とするものである。
従来の選択エピタキシャルに用いられる基板は単結晶基
板上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜を部分的に開口して
形成するため絶4t IFJと門ピタキシャル膜との界
面は用いる単結晶基板の面方位の影響を受ける。つまシ
エピぞキシャル層の表面ば平滑ではあるが、結晶成長が
結晶面にょシ異なるためにファセット等が生じ、凹凸の
ない平坦な面が得られなかった。これを平坦化する目的
で開口部の絶縁膜側壁にのみ多結晶まだ、は非晶質シリ
コン薄膜を形成し、つづいてシリコンをエピタキシギル
成長させることで基板結晶面によらず平坦な構造を形成
する半導体基板の製造方法が特祇昭57−153766
に記載されている。
上記方法により得られる半導体基板の構造を説明する。
第1図(a)はエピタキシャル成長する前の断面を模式
的に示したもので、 St単結晶基板1上。
に絶縁膜2を形成し所ソの部分に開口部を設け、つづい
て絶縁膜側壁に多結晶シリコン薄膜3を形成したもので
ある。この際St単結晶基板1と多結晶シリコン薄膜3
とはつながっておらず、薄い消縁層4が介在している。
急咳な絶縁膜側壁にのみシリ・ンノ得を形成するために
反応性4オン=・チング等のイオン衝撃の受ける面のみ
エツチングが起こる方向性の強いエツチング方法が一般
に用いられるが、基板表面にはイオン衝撃効果による結
晶損傷層や不純物汚染層が形成される。これはその後堆
積されるエピタキシャル成長層の結晶性に好ましくない
結果を与える疵のである。これらの問題点を避けるため
に、厚さ5ooX程度の薄い絶縁膜を残すか又は形成し
ておき、基板シリコン層のエツチングストッパーの役割
をもたせ、次にフッ酸を含む湿式エツチング法で薄い絶
縁膜層が元金に除去され第1図(、)の形状が得られる
第1図(b)は同図(a)が形成された後、選択的なエ
ピタキシャル成長を施した場合の、模式的な断面図で、
開口部に平坦なエピタキシャル層5が得られる。しかし
第1図(、)において絶縁膜側壁を被覆したシリコン層
4は単結晶シリコン基板と接触していなりので、エピタ
キシャル成長中に良質な却結晶に再配列することは困難
であシ、絶縁膜近傍に結晶欠陥の多い層6が形成される
。こうしたエピタキシャルシリコン層K例えばn −p
接合が設けられるとリーク電流が発生したシ、絶縁耐圧
が低下する原因となり、製造歩留DTh著しく低下する
欠点があった。また第1図(C5)はシリコン基板のス
トッパーの役割をする絶縁膜4を介さずにシリコン薄膜
を形成し、反応性イオンエツチングによシ絶縁膜側壁2
を被覆しだシリコン層3が基板結晶1に接触して形成し
た半導体基板を模式的に示したもので、前述したように
結晶損傷層もしくは不純物汚染層7が基板表面に形成さ
れる。これらの損傷層や汚染層は900℃以上の熱処理
によって一応回復させることはできるが、絶縁膜側壁を
被覆したシリコン層の結晶粒が加熱工程中に増大し、や
はシ単結晶への再配列比を困Mlにしていた。
以上のような欠点を回避するために第2図(−)の模式
図で示されたように基板表面9と絶縁膜側壁部とを含む
ように同一材料、例えば多結晶シリコン層8で被覆する
方法が考えられる。
第2図(−)の基板構造を用いると、シリコン単結晶基
板表面9にパターン化における不純物汚染層を形成する
こともなく、しかも基板表面と絶縁膜側壁部はシリコン
層8が連続的に被着されているためエピタキシャル成長
中の単結晶化、再配列化が極めて容易で、結晶欠陥のな
い平坦なエピタキシャルシリコン層を得ることができ、
それ相当の効果を発揮する。しかし多結晶シリコン層8
を基板表面9に理想的に接融させることは容易ではなく
、自然酸化膜がその間に介在し、均一な単結晶化を妨げ
、素子歩留シを低下させていた。
本発明の目的はシリコン単結晶層上に形成した絶縁膜パ
ターンの側壁近傍にも結晶欠陥のない均一で良質な結晶
性を有する選択エピタキシャル層を有した半導体装置の
製造方法を提供することにある。
本発明によれば、半導体装置の製造方法において少なく
とも表面にシリコン単結晶層を備えだ基板上に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜の所望の部分に開口部を設ける工程、
次いで該絶縁膜側壁および露出した該単結晶基板表面を
含むように多結晶シリコンもしくは非晶質シリコン薄膜
を被着する工程、次いで少くとも該多結晶シリコンもし
くは非晶質シリコンと該単結晶基板との界面に到達する
ようにイオン注入する工程、次いで選択エピタキシャル
成長を施こす工程を具備したことを特徴とする。
本発明の構成を図を用いてさらに説明する。第2図(b
)は同図(、)を形成した後、例えばシリコンイオンを
I X 10”cm−’程度のドーズ量で露出シリコン
基板界面に少くとも到達するような加速エネルギーを用
いて注入した時の模式的断面図である。
この場合注入された領域1oは非晶質化し、しかもシリ
コン基板表面とシリコン層8が均一に界面混合され、薄
い自然酸化膜は界面から消失する結果第2図(c)で示
されたように選択エピタキシャル成長によって基板内部
の結晶にしたがって領域化した領域は均一に再記タルて
良°質な単結晶層11が得られる。
本発明を用いることによシ、肥緑膜側壁にも結晶欠陥の
ない優れた結晶層が得られるので、その結晶層の表面お
よび内部に設けられた半導体デバイスは極めて良好な特
性を有する。注入イオンとしてシリコンを用いた例を示
したが、これは基板内部に不純物を残さないためで、他
にアルゴン等の不活性ガスイオンを用いてもその効果は
変らない。また故意にボロン等の■族不純物やリン、ヒ
素、アンチモン等のV族不純物イオンを用いると埋込み
接合やチャネルストッパーを形成できる利点もある。
次に、図を用いて本発明の詳細な説明する。
第3図(a) 、 (b) 、 (c) 、(d) 、
(e) 、 (f>は本発明の実施例としてnチャネル
MO8型電界効果トランジスタを説明するための図で、
製造工程を順を追って示した模式的な断面図である。(
100)面をもつシリコン単結晶基板21上に1000
℃で熱酸化して厚さ約1μ風のS to、膜を形成した
後、通常の写真蝕刻技術と反応性イオンエツチング法に
よって垂直断面をもつS i02絶縁膜パターン22を
形成すると第3図(、)を得る。次に、希釈したシラン
ガスを原料とし基板温度200℃、電力密度約0.2w
10+! 、堆積速1200A/分でプラズマCVD法
によシ非晶質シリコン膜23を膜厚約30OAで堆積す
ると第3図(b)を得る。次に有機レジスト24をスピ
ン塗布し表面を平坦化し、加熱硬化して第3図(e)が
得られる。
次1/C,CC1,あるいはCF4 +Oxでプラズマ
エツチング法を用いて5i02パターン上の非晶質シリ
コン表面が露出するまで有機レジスト膜24をエツチン
グすると第3図(d)/F−得られる。次に、CCt4
ガスを用いた反応性イオンエツチング法によp 5i0
4パターン上の非晶質シリコンをエツチングし、I X
 10”on”’程度のボロンをイオン注入するとチャ
ネルストッパ領域25が形成され、第3図(、)が得ら
れる。次にレジスト膜の剥離を行うとS i02パター
ン側面およびシリコン単結晶−白板上に厚さaooXの
非晶質シリコン薄膜管形成できる。次にシリコンを30
KeVの加atN出で、I X 101Scm−”のド
ーズ量でイオン注入するとシリコン基板内に非晶質層2
6が形成され、第3図(f)が得られる。
次にSiH,C4,とH2から構成されるガス系にHC
Aを約1vo1%程度加え、900℃から1100℃の
範四の温度で選択的にエピタキシャル成長させるとSi
n、膜上には堆積しないで、露出したシリコン表面にの
みエビクキシャルシリコン27が堆積され、成長膜厚が
1μmのときに非常に平坦で且つ前述した非晶質シリコ
ンが再結晶化し、エピタキシャルシリコン層27の一部
にとシ込まれる。また先に示しだボロン不純物導入層2
5は絶縁膜111@、に局在し、チャネルストッパーの
役割全有する。ζうして第2図ω)が得られる。次にゲ
ート酸化膜2Bを熱酸化で形成した後、リンドープ多結
晶シリコン膜を通常のCVD法で堆積し、通常の写:!
c蝕刻技術を用いてゲート電極29を形成する。次にし
きい値電圧を所定の値にするだめの、通常のチャ多ルド
ープを行なう。糾いてヒ素を高濃度イオン注入して、洩
いpn接合をもつソース・ドレイン領域30を形成する
と第3図(h)が得られる。絖いてCVD法を用いてS
 i01静の1だ聞納縁膜31を堆ぴし、コンタクトホ
ール32を開口し、シリコン2チを含むアルミニウムを
スパッタg5着し、同杵に写真蝕亥1技術を用いてソー
ス・ドレインおよびゲートのアルミニウム電極33を形
成する。450℃程度の熱死ンジスタが形成されたが、
l)n接合部のリーク電流は非′帛に小さく、トランジ
スタの41!方向リーク電流も観測されない。これは側
壁を含めたエピタキシャルシリコン層27全体の結晶性
が非常に均一で良好であることを示している。
また、非晶質シリコンまたは多結晶シリコン薄膜の堆積
における実施例ではプラズマCVD法を用いたが、これ
に限定するものではなく、減圧CVD法、光CVD法、
真壁蒸着法、スパッタリング法等を用いてもよい。また
前記実施例では選択エピタキシャルを行なう基板として
シリコン単結晶基板を用いたが、これに限る必要はなく
少なくとも表面に単結晶シリコン層が形成されていれば
よい。
また、前記実施例で、選択エピタキシャル成長に用いる
ガスとしてSiH2’C72、HCl 、 H2混合ガ
スを用いたが、これに限定するものでなく、5iHC4
゜HCl 、 H,混合ガス+ 5iCt4 、 HC
t + H2混合ガス。
SiH4,HCL 、 H,、混合ガス等を用すてもよ
い。またこれらの混合ガスにAsH2,PH,、B2H
6等のドーピング用ガスを含ませておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b) 、 (e)は従来方法にお
ける選択エピタキシャル工程を施す前後の半導体基板の
構造を示した模式的断面図である。 第2図(a) 、 (b) 、’ (c)は本発明の特
徴を示すだめの半導体基板の製造工程を工程順に示した
模式的断面図である。 第3図(a) 、(b) 、(c) 、(d) 、(e
) 、 (f) 、 (g) 、(h) 、(i)は本
発明の実施例としてnチャネルMO8型電界効果トラン
ジスタの製造工程を説明するための模式的断面図で、主
な工程順に示しである。 図中の番号は以下のものをそれぞれ示す。 1.21・・・シリコン単結晶基板。 2.22 厚い絶縁膜、 3.23・・・多結晶シリコン。 4・・・薄い絶縁膜。 5.11.27・・・エピタキシャルシリコン層。 6・・・結晶欠陥の多いシリコン層。 7・・・反応性イオンエツチングによって受けたシリコ
ン基内表面の損傷領域。 8・・・絶縁膜1lII壁とシリコン基板表面を含むよ
うに形成された多結晶又は非晶質シリコン層9・・・シ
リコン基板表面 10.26・・・非晶質化したシリコン基板界面領域2
4・・・有機レジスト膜 25・・・ボロン導入したチャネルストッパー領域28
・・・ゲート酸化膜 29・・・リンドープ多結晶シリコンゲート電極30・
・・ソース・ドレイン領域 31・・・層間絶縁膜 32・・・コンタクトホール 33・・・アルミニウム電極 代理人 ヅL環士 )へi 、弓(晋 ・71 図 72 図 73 図 (d) 73 、匿 6

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも表面にシリコン単結晶層を備えだ基板上に絶
    縁膜を形成し、既約縁膜の所望の部分に開口部を設ける
    工程、次いで該絶縁膜側壁および露出しだ該単結晶基板
    表面を含むように多結晶シリコンもしくは非晶質シリコ
    ン薄膜を被着する工程、次いで少くとも該多結晶シリコ
    ンもしくは非晶質シリコンと該単結晶基板との界面に到
    達するようにイオン注入する工程、次いで選択エピタキ
    シャル成長を飾こす工程を具備したことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
JP10867883A 1983-06-17 1983-06-17 半導体装置の製造方法 Pending JPS60752A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63288010A (ja) * 1987-05-20 1988-11-25 Sanyo Electric Co Ltd 固相エピタキシヤル成長方法
US5837592A (en) * 1995-12-07 1998-11-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for stabilizing polysilicon resistors

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63288010A (ja) * 1987-05-20 1988-11-25 Sanyo Electric Co Ltd 固相エピタキシヤル成長方法
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