JPH0563439B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコン薄膜結晶の製造方法に関する
ものである。

（従来技術とその問題点） 絶縁基板上や絶縁層上に形成されたシリコン薄
膜結晶（SOI：Silicon on Insulatorとも呼ばれ
る）は、集積回路用の新しい基板として注目され
ている。このシリコン薄膜結晶の形成方法の一つ
として固相エピタキシヤル成長法が知られてい
る。

従来、シリコンの固相エピタキシヤル成長を用
いた絶縁層上にシリコン薄膜結晶を形成する方法
においては、第３図に示す様に、シリコン単結晶
基板３１上に形成された絶縁膜３２に設けられた
開口３３（正方形、長方形、円形、直線状、もし
くは島状の絶縁層の周囲を取り囲んだ濠状等の）
部において該単結晶シリコン基板３１と接触する
均質な非晶質シリコン膜３４を形成した後、550
℃程度以上の温度で熱処理を行うことによりシリ
コン単結晶基板３１と接触する部分から固相エピ
タキシヤル成長機構によつて非晶質シリコン膜３
４を単結晶又は結晶粒径の大きい多結晶に結晶化
するものである。この際、非晶質シリコン膜３４
としては、不純物をドープしていないものかある
いは、トランジスタを形成する際に最低のドーピ
ング濃度となる領域のドーピング濃度以下（通常
10¹⁸cm^-3程度以下）の低濃度ドーピングしたもの
が用いられてきたが、最近故意にリン等のドーパ
ンド不純物を高濃度（10²⁰cm^-3台に導入した非晶
質シリコン膜を用いると、種結晶となる開口部か
らの横方向への単結晶化の距離は25μｍ程度にま
で拡大されることが明らかにされた（山本浩ほ
か、第31回応用物理学関係連合講演会講演予稿
集、P.447）。しかし、この方法では、ドーパント
不純物が非晶質シリコン膜中に、従つて、結晶化
したシリコン膜中に10²⁰cm^-3台という極めて高い
濃度で存在するので、この膜を用いて所望の特性
のトランジスタを形成することができないという
問題がある。

また、これらの従来法においては、非晶質シリ
コン膜は膜厚方向にもほぼ均一不純物濃度、従つ
て均一結晶化速度、のものが用いられているが、
これは、まず開口部で縦方向（膜厚方向）に固相
エピタキシヤル成長させた後、開口外の横方向へ
は膜厚方向で一定の結晶化速度で横方向固相エピ
タキシヤル成長させることを意図したものであ
る。しかし、実際には、非晶質シリコンと下地の
絶縁層との界面では固相エピタキシヤル成長速度
が遅いため界面近傍でフアセツト（Facet）が生
じ、横方向の単結晶化距離が長くならないという
問題や、界面での何らかの不均一性等に起因する
結晶核発生の影響を直接受けて多結晶化が生じる
という問題がある。

（発明の目的） 本発明は、この様な従来法の欠点を除去した新
規なシリコン薄膜結晶の製造方法を提供すること
である。

（発明の構成） 本発明によれば、単結晶シリコン基板上に形成
された絶縁膜に設けられた開口部において該単結
晶シリコン基板と接触し、かつ表面にｎ型または
ｐ型の不純物が高濃度にドープされた非晶質シリ
コン薄膜を前記絶縁膜上に形成する工程と、熱処
理することにより単結晶シリコン基板に接触する
領域により該単結シリコン基板を種として固相エ
ピタキシヤル成長させることにより非晶質シリコ
ン薄膜と結晶化する工程と、該結晶化されたシリ
コン薄膜における高濃度に不純物がドープされた
表面層をエツチング除去する工程、とを含むこと
を特徴とするシリコン薄膜結晶の製造方法が得ら
れる。

（構成の詳細な説明） 本発明は上述の方法をとることにより従来技術
の問題点を解決した。従来の方法においては、結
晶化すべき非晶質シリコン膜として均質な非晶質
シリコンが用いられていたのに対し、本発明によ
る方法は、トランジスタ製作への応用に適した不
純物をゾープしていないかもしくは低濃度しかド
ープしていない非晶質シリコン層の上に、結晶化
速度の大きい高濃度にドーパント不純物をドープ
した非晶質層を重ねて堆積した、あるいは非晶質
シリコン層の表面にイオン注入法等でドープして
形成した２層構造を用いることを特徴としてい
る。第１図に断面略図を示したその様な構造を用
い、望ましくは550〜700℃程度で熱処理を行うこ
とにより、先ず単結晶シリコン基板１１と絶縁膜
１２との接する部分（開口13部）において非晶質
シリコン膜１４，１５の単結晶化が始まり、単結
晶化が膜厚方向の表面側に進み表面にまで達する
と、表面にはリン等のドーパント不純物を高濃度
にドープ結晶化速度の大きい非晶質シリコン層１
５があるので、結晶化は主として表面の高濃度不
純物ドープ層１５中を横方向に進行する。次いで
この結晶化した高濃度ドープ層１５を種として表
面から深さ方向に向つて非ドープ又は低濃度ドー
プ層１４の結晶化が進む。従つて、従来法におい
て述べた結晶化において生じる非晶質シリコン膜
と絶縁膜との界面に起因する問題が著しく軽減さ
れる。結晶化は550℃より低い温度でも行うこと
ができるが長い時間が必要である。この様にして
非晶質シリコン薄膜１４，１５の結晶化を行つた
後、トランジスタ等のデバイス製造に不適切な表
面の高濃度不純物ドープ層１５をエツチング除去
することにより結晶化した非ドープ又は低濃度ド
ープシリコン層１４を得ることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を第２図を参照して説明す
る。

第２図ａの断面略図に示された様に、抵抗率数
Ω・cm、面方位（100）のｐ型（100）シリコン単
結晶基板２１の表面を標準的な選択酸化
（LOCOS）法を用いて熱酸化し、島状のシリコン
酸化膜２２を形成する。この際、シリコン酸化膜
の島２２とシリコン単結晶の露出部（開口）２３
との境界は＜110＞方向となる様に島２２の方向
を選び、かつ島２２の大きさを20μｍ角、島２２
を取り囲むシリコン単結晶基板の露出部２３の幅
を5μｍとした。

次いで第２図ｂに示した様にシラン（SiH₄）
ガスを成長ガスとして用い基板温度575℃とし、
標準的な化学蒸着（CVD）法により膜厚0.4μｍ
の不純物をドープしていない非晶質シリコン層２
４及びこの上に膜厚0.1μｍのリンを高濃度（５×
10²⁰cm^-3）にドープした非晶質シリコン層２５を
連続的に堆積した。リンのドーピングガスとして
は、フオスフイン（PH₃）ガスを用いた。次に第
２図ｂに示した構造を600℃の窒素ガス雰囲気中
で８時間熱処理を行い非晶質シリコン層２４，２
５を結晶化させ、酸化シリコン膜２２上のシリコ
ン膜を単結晶、又は大粒径の多結晶とした。次に
標準的なエツチング法（湿式又は乾式）を用いて
表面のリンを高濃度に含む結晶層２５をエツチン
グ除去することにより、第２図ｃに示した様な、
絶縁膜上に不純物をドープしていないシリコン結
晶薄膜を形成した構造を形成することができた。

本実施例においては、非晶質シリコン膜の結晶
化を促進するためにドープした不純物としてリン
の場合について述べたが、ヒ素やアンチモンやホ
ウ素を用いた場合にも同様の効果が得られた。ま
たこれらの不純物のドープ法としては、イオン注
入法で非晶質シリコン膜表面に注入する方法でも
よい。

（発明の効果） 上述の実施例において示された如く、本発明に
よる方法を用いることにより、トランジスタ等の
デバイスの製作に必要な不純物をドープしていな
いか、又は低濃度に不純物をドープした高品質の
単結晶又は大粒径のシリコン結晶粒を絶縁膜上に
再現性良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施する場合の試
料断面略図。第２図ａ〜ｃは、本発明による方法
の実施例における主要工程での試料断面略図。第
３図は、従来法における試料断面略図。図中の番
号はそれぞれ以下のものを示す。 １１，２１，３１……シリコン単結晶基板、１
２，２２，３２……絶縁膜、１３，２３，３３…
…開口、１４，２４……非ドープ又は低濃度ドー
プ非晶質シリコン層、１５，２５……高濃度ドー
プ非晶質シリコン層、３４……非晶質シリコン
層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 単結晶シリコン基板上に形成された絶縁膜に
   設けられた開口において該単結晶シリコン基板と
   接触し、かつ表面にｎ型またはｐ型の不純物が高
   濃度にドープされた非晶質シリコン薄膜を前記絶
   縁膜上に形成する工程と、熱処理することにより
   単結晶シリコン基板に接触する領域より該単結晶
   シリコン基板を種として固相エピタキシヤル成長
   させることにより非晶質シリコン薄膜を結晶化す
   る工程と、該結晶化されたシリコン薄膜における
   高濃度に不純物がドープされた表面層をエツチン
   グ除去する工程、とを含むことを特徴とするシリ
   コン薄膜結晶の製造方法。