JPH0653313A - 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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JPH0653313A
JPH0653313A JP3315881A JP31588191A JPH0653313A JP H0653313 A JPH0653313 A JP H0653313A JP 3315881 A JP3315881 A JP 3315881A JP 31588191 A JP31588191 A JP 31588191A JP H0653313 A JPH0653313 A JP H0653313A
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JP
Japan
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single crystal
film
silicon film
crystal silicon
junction
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JP3315881A
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English (en)
Inventor
Koji Hamada
耕治 浜田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】900℃で分離絶縁酸化膜2の2倍の厚さにま
で選択エピタキシャル成長法により単結晶シリコン膜3
を成長させる。エチレン・ジアミン・ピロカテコールと
シリカの微粉末を含む研磨液を用いてポリウレタン系の
研磨パッドで、絶縁膜2上にとび出た単結晶シリコン膜
3を削りとり平坦化する。 【効果】単結晶シリコン膜3をその結晶欠陥を著しく少
なくして形成することができる。したがって、PN接合
を有しこのPN接合を逆バイアスして用いる素子のため
に、本発明によって製造された半結晶シリコン膜3を用
いると、リーク電流の増大を著しく抑制することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に単結晶シリコン膜の選択エピタキシャル成長
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、誘電体分離領域を有する半導体装
置を選択エピタキシャル成長法を用いて製造方法するに
は、例えば学術誌「アン・インタナショナル・ジャーナ
ル・オブ・セミコンダクー・マニュファクチュアリング
・テクノロジイ(An International
Journal of SemiconductorM
anufacturing Technology,V
olume 4,No.1 May1986,PP3〜
33)」が記載するように、単結晶シリコン膜は温度9
50℃以上の条件で、選択成長される。
【0003】図5は従来の選択エピタキシャル法によっ
て製造されたN型単結晶シリコン膜の断面図を示す。す
なわち、N型単結晶シリコン膜3はP型シリコン基板1
上に形成された絶縁膜パターン2の開口部を埋めるよう
に絶縁膜の高さと等しい膜厚に堆積される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置の製造方法では、選択エピタキシャ
ル成長された単結晶シリコン膜の分離絶縁酸化膜の近傍
に多くの結晶欠陥が発生したり、或いは成長膜のコーナ
部に異なる結晶面、すなわち、ファセット5が形成され
段差を生じるので、分離絶縁酸化膜に接するようにPN
接合を形成すると、この接合のリーク電流は大きくな
る。ここで、この様子を図面を用いて具体的に説明す
る。
【0005】図6の分図(a)(b)はそれぞれ上記N
型単結晶シリコン膜上にNPNトランジスタのベース領
域を形成した場合の平面図およびそのA−A′断面図を
示す。すなわち、P型シリコン基板1の表面に砒素(A
s)を注入してN+ 埋込層4を形成し、この表面を選択
酸化して1.5μmの絶縁膜パターン2を形成する。つ
ぎに適当な前処理を行なった後、絶縁膜上にはシリコン
を析出せず、露出しているシリコン基板表面のみにシリ
コンを析出させる所謂選択エピタキシャル成長をこの面
上に行なう。
【0006】従来の代表的な成長条件は以下の通りであ
る。
【0007】
【表1】
【0008】上記の条件でフォスフィン・ガス(P
3 )を適当に添加しながら成長させると、抵抗率0.
8ΩcmのN型単結晶シリコン膜3がエピタキシャル成
長する。ついで、ボロン(B)をイオン注入でエピタキ
シャル層表面に打ち込み活性化熱処理を行ない面積15
μm×19μm,深さ0.4μmのP型ベース領域6を
形成した。ついで、このP型ベース領域6とコレクタと
なるべきN型単結晶シリコン膜3とからそれぞれ電極を
引出し、これに10Vの逆バイアス電圧をかけてコレク
タ/ベース接合(以下CB接合という)の逆方向特性を
調べると、接合のリーク電流は接合と絶縁膜との離間距
離×(μm)が1.5μmより小さくなると急激に増大
することが確かめられた。すなわち、接合が絶縁膜の近
傍に形成されるに従いリーク電流は10-14 台から10
-12 台にまで2桁以上も増加することが実験上明らかと
なった。また、実験結果を更に分析すると、温度100
0℃で成長した単結晶シリコン膜にはファセットの成長
はきわめて低く抑えられているが、分離絶縁酸化膜2の
近傍に多くの結晶欠陥が発生しており、CB接合がこの
結晶欠陥の多い分離絶縁酸化膜2の近傍に近づくと、リ
ーク電流が急激に増加することが明らかとなり、また、
成長温度を例えば900℃まで低くすると、結晶欠陥が
少なくなる代わりに逆にファセットの成長度合が増加す
ることが認められた。すなわち、結晶欠陥とファセット
成長とは単結晶シリコン膜の選択成長温度にそれぞれ深
く依存しており、1000℃以上の高温では結晶欠陥
が、また、900℃近傍の低温度ではファセット成長が
より多く発生し、接合のリーク電流の増大にそれぞれ深
く関わり合っていることが確められた。
【0009】本発明の目的は、上記の情況に鑑み、分離
絶縁酸化膜との近傍領域における結晶欠陥およびファセ
ットの生成をきわめて有効に抑止することのできる単結
晶シリコン膜の選択エピタキシャル成長工程を備えた半
導体装置の製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、シリコン基板上に絶縁膜のパターンを形
成し、選択エピタキシャル成長法を用いて前記絶縁膜パ
ターンの開孔部内に選択的に単結晶シリコン膜を堆積す
る半導体装置の製造方法において、前記単結晶シリコン
膜を880℃以上980℃以下の温度で、前記開口部内
に絶縁膜パターンの表面を越える膜厚にまで選択成長せ
しめる工程と、前記単結晶シリコン膜の選択成長膜を前
記絶縁膜パターンの高さに平坦化する単結晶シリコン膜
の研磨工程とを含むことを特徴としている。
【0011】本発明では単結晶シリコン膜の成長温度を
880℃以上980℃以下の範囲に設定するのが好まし
い。980℃を越える成長温度では、単結晶シリコン膜
3の速い成長速度のためにその内部に結晶欠陥が生じや
すくその表面も荒れたものになってしまう。また880
℃未満の成長温度では、結晶欠陥は少ないが分離絶縁酸
化膜2の内壁の近くにもファセットが生じやすくなり、
ここにPN接合を形成し逆バイアスを印加すると、リー
ク電流の増加を招いてしまう。
【0012】
【実施例】以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【0013】図1及び図2は本発明の一実施例を示す工
程順序図である。本実施例によれば、P型シリコン基板
1上にN+ 埋込層4がまず形成され、ついで膜厚1.5
μmの分離絶縁酸化膜パターン2がN+ 埋込層4上に開
口部を設けて形成される〔図1の分図(a)参照〕。つ
ぎに、この開口部内のシリコン表面を適当な前処理によ
り清浄化しN型シリコン単結晶膜3を選択成長せしめ
る。成長温度の一例として900℃のときの成長条件は
次の通りである。
【0014】
【表2】
【0015】この際、単結晶シリコン膜3はコーナー部
に発生するファセット5が図1の分図(b)に示すよう
に、膜厚1.5μmの分離絶縁酸化膜3の表面より上に
なるように、例えば3μmの厚さに成長される。またこ
のとき、抵抗率が0.8Ωcmになるようにフォスフィ
ン・ガス(PH3 )が添加される。ついでエチレン・ジ
アミン・ピロカテコール〔NH(CH2 4 NH〕とシ
リカの微粉末を含む水溶液を研磨液として、ポリウレタ
ン系の研磨パッドに圧力100g/cm2 でウェハー表
面を押しつけ、ウェハーを回転させながら研磨を行ない
分離絶縁酸化膜2より上に出ているファセット5を含む
単結晶シリコン膜3の部分をけずり落とす〔図2の分図
(a)参照〕。以上の工程を経た単結晶シリコン膜3に
は既に述べた理由により結晶欠陥とファセットとが何れ
も生成されていないので、この領域内にP型ベース領域
6,N型エミッタ領域7をそれぞれ形成し、更に多結晶
シリコン電極をそれぞれ形成すれば、CB接合リーク電
流の極めて小さな図2の分図(b)の如きベース領域6
が分離絶縁酸化膜2に接する所謂ウォールド・ベース
(Walled Base)構造のNPNトランジスタ
を得ることができる。
【0016】図3は本発明の効果を示す上記実施例にお
けるNPNトランジスタのCB接合リーク電流の実測図
である。図3には上記実施例の測定データAが従来法に
よる測定データB,Cとの比較において示されている。
ここで、データBは成長温度1000℃の従来法による
もの、また、データCは成長温度900℃の同じく従来
法による測定値である。これから分るように、従来法に
よって選択成長された単結晶シリコン膜が結晶欠陥(デ
ータB)またはファセット(データC)の影響を受け、
接合が分離絶縁酸化膜の近傍に形成された場合、接合の
リーク電流をそれぞれ急激に増大させている。反対に、
本発明によるものは分離絶縁酸化膜との離間距離に全く
依存しないことがわかる。すなわち、接合面が絶縁酸化
膜と密着した場合でも接合のリーク電流はデータAが示
すように常に一定できわめて小さい。
【0017】図4は本発明によって製造されたN−ch
MOSトランジスタの断面図を示す。N型シリコン基
板1′上に分離絶縁酸化膜2が膜厚1.5μm成長さ
れ、窓開けされた後、この開口部にP型単結晶シリコン
膜8が900℃の成長温度で膜厚3μmに選択エピタキ
シャル成長される。ついでP型単結晶シリコン膜8を研
磨して平坦化すれば、開口部内には結晶欠陥とファセッ
トがない平坦なP型単結晶シリコン膜を形成することが
できる。従って、通常の技術に従いゲート酸化膜上に多
結晶シリコンゲート電極9およびソース,ドレイン1
0,11のN+ 拡散領域をそれぞれ形成すれば、リーク
電流のきわめて小さいN−ch MOSトランジスタを
得ることができる。
【0018】なお、上述の実施例では単結晶シリコン膜
3を分離絶縁膜2の厚みの2倍だけ成長させたが、1.
5倍から2.5倍までの間の厚みまで成長させたのち、
絶縁膜2上にとび出た部分を削り取っても、リーク電流
の増大を抑制することができる。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、PN接合のリーク電流の増大を招くことなく、分離
絶縁酸化膜の開口部内に単結晶シリコン膜をPN接合が
分離絶縁酸化膜に接するように選択エピタキシャル成長
できるので、信頼性高き半導体装置の生産に顕著なる効
果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す工程順序図である。
【図2】本発明の一実施例を示す工程順序図である。
【図3】CB接合電流の実測図である。
【図4】本発明を適用して製造されたN−ch MOS
トランジスタの断面図である。
【図5】従来の選択エピタキシャル法によって製造され
たN型単結晶シリコン膜の断面図である。
【図6】NPNトランジスタのベース領域が形成された
半導体装置の平面図及びA−A′断面図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 1′ N型シリコン基板 2 分離絶縁酸化膜パターン 3 N型単結晶シリコン膜 4 N+ 埋込層 5 ファセット 6 P型ベース領域 7 エミッタ領域 8 P型単結晶シリコン膜 9 多結晶シリコン・ゲート電極 10 ソース領域 11 ドレイン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/331 29/73

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に絶縁膜のパターンを形
    成し、選択エピタキシャル成長法を用いて前記絶縁膜パ
    ターンの開孔部内に選択的に単結晶シリコン膜を堆積す
    る半導体装置の製造方法において、前記単結晶シリコン
    膜を880℃以上980℃以下の温度で前記開口部内に
    絶縁膜パターンの表面を越える膜厚にまで選択成長せし
    める工程と、前記単結晶シリコン膜の選択成長膜を前記
    絶縁膜パターンの高さに平坦化する単結晶シリコン膜の
    研磨工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP3315881A 1990-11-30 1991-11-29 半導体装置の製造方法 Pending JPH0653313A (ja)

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JP3315881A JPH0653313A (ja) 1990-11-30 1991-11-29 半導体装置の製造方法

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JP2-340908 1990-11-30
JP34090890 1990-11-30
JP3315881A JPH0653313A (ja) 1990-11-30 1991-11-29 半導体装置の製造方法

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