JP3978873B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁基板上にエピタキシャル成長させた単結晶シリコン層を能動領域に用いる絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造に好適な方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、基板上に形成した単結晶シリコン層を用いたMOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)であるTFT(薄膜トランジスタ)は、ポリシリコン層を用いたものと比べて、数倍も大きい電子移動度を有し、高速動作に好適であることが知られている(文献,R.P.Zingg et al,"First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy". IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13,NO.5,MAY 1992 p294-6. 、特公平4-57098 号公報、松村 正清、" 薄膜トランジスタ" 応用物理、第65巻 第8 号(1996)pp842-848,参照) 。
【0003】
こうした半導体素子において、単結晶シリコン層を基板上に形成するために、以下の種々の成膜技術(1)〜(4)が知られている。
【0004】
(1)単結晶シリコン基板をシードにして、920〜930℃に加熱されたインジウム・シリコン溶液又はインジウム・ガリウム・シリコン溶液から、冷却処理によりシリコンエピタキシー層を形成し、この層の上にシリコン半導体層を作成する。(文献1,Soo Hong Lee,"VERY-LOW-TEMPERATURE LIQUID-PHASE EPITAXIAL GROWTH OF SILICON".MATERIALS LETTERS. Vol.9.No.2,3(Jan.,1990)pp53-56. 文献2,R.Bergmann et al,"MOS transistors with epitaxial Si,laterally grown over SiO/Sub 2/ by liquid phase epitaxy."J.Applied Physics A,vol.A54,no.1 p.103-5.文献3,R.P.Zingg et al,"First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy."IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13,NO.5,MAY 1992 p294-6.)
【0005】
(2)サファイア基板上にシリコンをエピタキシャル成長させる。(文献4,G.A.Garcia,R.E.Reedy,and M.L.Burger,"High-quality CMOS in thin (100nm)silicon on sapphire,"IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.9,pp32-34,Jan.1988.)
【0006】
(3)酸素イオン注入法により、絶縁基板上にシリコン層を形成する。(文献5,K.Izumi,M.Doken,and H.Ariyoshtl,"CMOS device fabrication on buried SiO2 layers formed by oxygen implantation into silicon,"Electron.Lett.,vol.14,no.18,pp593-594,Aug.1978.)
【0007】
(4)石英基板の上にステップを形成し、この上にポリシリコン層を形成し、次にこれをレーザー光やストリップヒータで1400℃以上に加熱する。加熱されたポリシリコン層は、石英基板上に形成されたステップを核にして、エピタキシャル成長層を形成する。(文献6,古川 静二郎,"グラフォエピタキシー" 、電子通信学会誌、Vol.66,No.5,pp486-489.(1983.May). 文献7,Geis,M.W.,et al.:"Crystallographic orientation of silicon on an amorphous substrate using an artificial-relief grating and laser crystallization",Appl.Phys.Letter,35,1,pp71-74(July 1979). 文献8,Geis,M.W.,et al.:"Silicon graphoepitaxy",Jpn.J.Appl.Phys.,Suppl.20-1,pp.39-42(1981).)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでの公知技術においては、歪点が比較的低く、しかも大型のガラス板上に、シリコンエピタキシー層を形成できる技術は存在しない。また、ガラス板上にステップを形成し、これをエピタキシャル成長の核にしてシリコンを成長させる技術において、シリコンを低温でかつ均一にエピタキシャル成長させることはできない。
【0008】
本発明の目的は、歪点が比較的低い大型のガラス基板であっても低温で均一にシリコン層をエピタキシャル成長させ、高速で大電流密度の半導体素子を作り込むことのできる方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
絶縁基板に段差を形成する工程を有し、
(a)前記段差を含む前記絶縁基板上にポリシリコン又はアモルファスシリコン層を 所定厚さに形成する工程と、
(b)前記絶縁基板上であって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上又は 下に、後述の低融点金属層を形成する工程とを行なうか、或いは、
(c)前記段差を含む前記絶縁基板上に、シリコンを含有する後述の低融点金属層を 形成する工程を行い、更に、
加熱処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層、又は前記低融点金 属層のシリコンを前記低融点金属層又は前記低融点金属の融液に溶解させる工程と、
次いで冷却処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層又は前記低融 点金属層のシリコンを前記段差をシードとしてエピタキシャル成長させ、単結晶シリコ ン層を析出させる工程と、
次いで前記単結晶シリコン層上に残る前記低融点金属の層を除去する工程と
を有する、単結晶シリコン層の形成方法を前提とするものである。
【0010】
即ち、本発明は、上記の前記単結晶シリコン層を析出させる工程に加えて、その後に、前記単結晶シリコン層上に残る前記低融点金属の層を除去する工程と、しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程とを更に有する半導体装置の製造方法を提供するものである。
【0011】
本発明の方法によれば、絶縁基板に形成した段差をシードにして、ポリシリコン又はアモルファスシリコン又はシリコンを低融点金属層に溶解させてからの単結晶シリコンの析出によってシリコンエピタキシャル層を形成しているので、次の(A)〜(C)に示す顕著な作用効果を得ることができる。
【0012】
(A)上記したポリシリコン又はアモルファスシリコン層は減圧CVD(化学的気相成長:基板温度500〜600℃)などの方法で形成でき、上記した低融点金属層はスパッタ法などの方法で形成でき、更に、上記したシリコンエピタキシャル成長時の加熱処理温度は930℃以下が可能であるから、絶縁基板上に低温(例えば920〜930℃)でシリコン単結晶膜を均一に形成することができる。
【0013】
(B)従って、歪点の比較的低いガラス基板やセラミックス基板などの入手し易く、低コストで物性も良好な基板を用いることができ、また基板の大型化も可能となる。
【0014】
(C)ガラス基板等の上に低温で形成したシリコン単結晶薄膜の電子移動度は、540cm2 /v・sec(前述の文献3)であって、シリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトップゲート型、ボトムゲート型、デュアルゲート型のLCD(液晶表示装置)用TFTをはじめ、EL(エレクトロルミネセンス素子)、FED(電界放出型表示素子)用のトランジスタや、高性能のダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等の半導体素子、或いはこれらを集積した電子回路をガラス基板等の上に作成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の方法においては、前記段差をリアクティブイオンエッチングなどのドライエッチングによって形成し、前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を減圧CVD法(基板温度約500〜650℃)、プラズマCVD法又はスパッタ法(基板温度約100〜400℃)といった低温成膜技術で例えば数μm〜0.005μmの厚みに形成し、更に前記低融点金属層を前記ポリシリコン層の例えば数10〜数100倍の厚さにスパッタ法などで堆積させた後、前記加熱処理を行うのがよい。
【0016】
また、前記絶縁基板としてガラス基板を使用することができるが、前記低融点金属層をインジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種によって形成する。
【0017】
この場合、前記低融点金属層を金属インジウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、850〜1100℃(望ましくは900〜950℃)で行ってインジウム・シリコン溶融液となし、前記低融点金属層を金属インジウム・ガリウム又はガリウムで形成するときには前記加熱処理を水素雰囲気下、300〜1100℃(望ましくは350〜600℃)又は400〜1100℃(望ましくは420〜600℃)で行ってインジウム・ガリウム・シリコン溶融液又はガリウム・シリコン溶融液となすことができる。基板の加熱は、電気炉やランプ等を用いて基板全体を均一に加熱する方法の他、光レーザー、電子ビーム等によって、所定の場所のみを局部的に加熱する方法も可能である。
【0018】
このようにシリコンを含有する低融点金属は、図11に示す状態図から明らかなように、低融点金属の割合に応じて融点が低下する。インジウムを用いるときには、シリコンを含有(例えば1重量%含有)するインジウム溶融液層を850〜1100℃の基板温度で形成するのは、1100℃程度までは基板として石英板ガラスを使用でき、1100℃〜850℃まではそれよりも耐熱性が低いガラスでも使用できることになる。但し、850℃〜600℃は、アルミノシリケートガラスの最高使用温度(殆んど歪点と同じ)から決められる。ガリウムを用いるときにも、上記と同様の理由から、シリコンを含有(例えば1重量%含有)するガリウム溶融液層を400〜1100℃の基板温度で形成することができる。
【0019】
いずれも、基板として、歪点の低いガラス基板を用い得るので、大型ガラス基板(1m2 以上)上に半導体結晶層を作成することが可能であるが、エピタキシー温度が上記した350〜600℃と一層低い場合は、ガラス基板として、歪点が470〜670℃と低いガラスを用いることができる。これは、安価で、薄板化が容易であり、長尺ロール化されたガラス板を作製できる。これを用いて、長尺ロール化ガラス板上に、上記手法を用いて、薄いエピタキシー層を連続して又は非連続に作製することができる。
【0020】
このように、歪点が低いガラスの上層へは、このガラスから、その構成元素が拡散し易いので、これを抑える目的で、拡散バリア層の薄膜(例えばシリコンナイトライド:厚さ10〜1000Å程度)を形成するのがよい。
【0021】
上記したシリコンを溶かした低融点金属から、徐冷によって、上記段差をシードとして前記単結晶シリコン層を析出させた後に、この上の前記低融点金属層を塩酸などで溶解除去し、しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して半導体素子を作製することができる。
【0022】
このように、冷却後に単結晶シリコン層の上に析出した金属インジウムなどの低融点金属薄膜は塩酸等を用いて溶解除去するが、金属インジウム等はシリコン層中に微量(1016atoms/cc程度)しか残留しないよう作成できるので、作成直後はP型半導体が作成される。従って、これはNチャネルMOSトランジスタの作製にとって都合が良い。しかし、適量のリン原子などのN型不純物をイオン注入することによって、N型半導体結晶層を作成することができるので、PチャネルMOSトランジスタを作成することができる。このため、CMOSトランジスタも作成できることになる。ポリシリコン成膜又は低融点金属層の成膜時に、溶解度が大きい3族又は5族元素(B、P、Sb、Asなど)を別途適量ドープしておけば、成長するシリコンエピ層のP型/N型及び/又はキャリア濃度を任意に制御することができる。
【0023】
このように、基板上にエピタキシャル成長した前記単結晶シリコン層を絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域に適用し、これら各領域の不純物種及び/又はその濃度を制御することができる。
【0024】
次に、本発明を好ましい実施の形態について更に詳細に説明する。
【0025】
<第1の実施の形態>
図1〜図6について、第1の実施の形態を説明する。
【0026】
まず、図1の(1)に示すように、石英ガラス基板1の一主面に、フォトレジスト2を所定パターンに形成し、これをマスクとして例えばCF4 プラズマのF+ イオン3を照射し、リアクティブイオンエッチング(RIE)によって基板1に段差4を複数個形成する。この場合、段差4は、後述の単結晶シリコンのエピタキシャル成長時のシードとなるものであって、深さd0.1μm、幅w1.5〜1.9μmであってよい。
【0027】
次いで、図1の(2)に示すように、フォトレジスト2の除去後に、公知の減圧CVD法(基板温度約500〜650℃)やプラズマCVD法によって、段差4を含む全面にポリシリコン膜5を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0028】
次いで、図1の(3)に示すように、ポリシリコン膜5上に、金属インジウム膜6をスパッタ法や真空蒸着法によってポリシリコン膜5の数10〜数100倍の厚さ(例えば10〜15μm)に形成する。
【0029】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下、特に920〜930℃に約5分間保持する。これによって、ポリシリコン5は金属インジウム6の融液に溶解する。
【0030】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解していたシリコンは、段差4をシード(種)として図1の(4)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0031】
この場合、単結晶シリコン層7は(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものであるが、これは、グラフォエピタキシーと称される公知の現象によるものである(前述の文献6、7、8参照)。これについては、図5に示すように、非晶質基板(ガラス)1に上記の段差4の如き垂直な壁を作り、この上にエピタキシー層を形成すると、図5(a)のようなランダムな面方位であったものが図5(b)のように(100)面が段差4の面に沿って結晶成長する。この単結晶粒の大きさは、温度・時間に比例して大きくなるが、温度・時間を低く、短くする時は、上記段差の間隔を短くしなければならない。また、上記段差の形状を図6(a)〜(e)のように種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。MOSトランジスタを作成する場合は、(100)面が最も多く採用されている。
【0032】
こうして、グラフォエピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、図2の(5)のように、表面側の金属インジウム6を塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をチャネル領域とするMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0033】
即ち、図2(6)に示すように、酸化処理(950℃)によって単結晶シリコン層7の表面に厚さ350Åのゲート酸化膜8を形成する。
【0034】
次いで、図2の(7)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、PチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト9でマスクし、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば10kVで2.7×1011 atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7の導電型を更にP型化したシリコン層11とする。
【0035】
次いで、図2の(8)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、今度はNチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト12でマスクし、N型不純物イオン(例えばP+ )13を例えば10kVで1×1011atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7のP型を補償したシリコン層14とする。
【0036】
次いで、図3の(9)に示すように、ゲート電極材料としてのリンドープドポリシリコン層15を例えば、CVD法(620℃)によって厚さ4000Åに堆積させる。
【0037】
次いで、図3の(10)に示すように、フォトレジスト16を所定パターンに形成し、これをマスクにしてポリシリコン層15をゲート電極形状にパターニングし、更に、フォトレジスト16の除去後に図3の(11)に示すように、例えば900℃で60分間、O2 中での酸化処理でゲートポリシリコン15の表面に酸化膜17を形成する。
【0038】
次いで、図3の(12)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト18でマスクし、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば20kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、950℃で40分間、N2 中でのアニールによって、NチャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域20及びドレイン領域21をそれぞれ形成する。
【0039】
次いで、図4の(13)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト22でマスクし、P型不純物である例えばB+ イオン23を例えば10kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、900℃で5分間、N2 中でのアニールによって、PチャネルMOSトランジスタのP+ 型ソース領域24及びドレイン領域25をそれぞれ形成する。
【0040】
次いで、図4の(14)に示すように、全面にCVD法によって、SiO2 膜26を例えば750℃で500Åの厚みに、SiN膜27を例えば420℃で2000Åの厚みに積層し、更に、ボロン及びリンドープドシリケートガラス(BPSG)膜28をリフロー膜として例えば450℃で6000Åの厚みに形成し、このBPSG膜28を例えば900℃でN2 中でリフローする。
【0041】
次いで、図4の(15)に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これをパターニングして、PチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETのそれぞれのソース又はドレイン電極29(S又はD)とゲート取出し電極又は配線30(G)を形成し、各MOSトランジスタを完成する。
【0042】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、次の如き顕著な作用効果が得られる。
【0043】
(a)ガラス基板1上に、920〜930℃と低温でシリコン単結晶薄膜7を均一に形成することができる。
【0044】
(b)従って、ガラス基板のみならず、セラミック基板などの絶縁基板上に、シリコン単結晶薄膜を形成できるため、歪点が低く、低コストで物性も良好な基板材質を任意に選択でき、また、基板の大型化も可能となる。
【0045】
(c)ガラス基板等の上に形成したシリコン単結晶薄膜7の電子移動度は、540cm2 /v・secとシリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトランジスタを作成することができる。トランジスタ以外にも、ダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等や、これらを集積した電子回路をガラス基板上に作成することができる。MOSトランジスタ等のシリコン半導体素子を形成するプロセスは、従来公知のポリシリコンTFT作製プロセスと殆んど変わらない。
【0046】
<第2の実施の形態>
図7〜図8について、第2の実施の形態を説明する。
【0047】
本実施の形態では、上述の第1の実施の形態と比べて、図1の(1)に示す工程で、基板1として、歪点が例えば670℃程度と低いガラスを用いるので、安価でかつ大型化が容易であり、薄板化(例えば50μm厚さ)すればロール化/長尺化が可能であり、このようなガラス板を採用する。もちろん、石英基板も採用することができる。
【0048】
そして、上述と同様に段差4を形成した後、図1の(2)に示す工程で、公知のプラズマCVD法やスパッタ法(基板温度約100〜400℃)又は公知の減圧CVD法(基板温度約500〜600℃)によって、段差4を含む全面にポリシリコン膜5(又はアモルファスシリコン膜)を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0049】
次いで、図1の(3)に示す工程で、ポリシリコン膜5上に、金属インジウム・ガリウム膜(又は金属ガリウム膜)をスパッタ法や真空蒸着法によってポリシリコン膜5の数10〜数100倍の厚さ(例えば10〜20μm)に形成する。
【0050】
次いで、基板1を水素雰囲気下で350〜450℃(又は450〜600℃)に約5分間保持する。これによって、ポリシリコン5(又はアモルファスシリコン)は金属インジウム・ガリウムの融液又は金属ガリウムの融液に溶解する。
【0051】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウム・ガリウム(又は金属ガリウム)に溶解していたシリコンは、段差4をシード(種)として図1の(4)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0052】
この場合、単結晶シリコン層7は上述したと同様に(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものであるが、上記段差の形状を図6(a)〜(e)のように種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。
【0053】
こうして、グラフォエピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、図2の(5)のように、表面側の金属インジウム・ガリウム(又は金属ガリウム)を塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0054】
即ち、図7の(6)に示すように、例えば400℃でのプラズマCVDによって、単結晶シリコン層7の表面に厚さ2000ÅのSiO2 膜40と厚さ500ÅのSiN膜41からなるゲート絶縁膜を形成する。
【0055】
次いで、図7の(7)に示すように、NチャネルMOSトランジスタ用のチャネル領域の不純物濃度制御のために、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば10kVで2.7×1011 atoms/cm2 のドーズ量で打込み、単結晶シリコン層7の導電型を更にP型化したシリコン層11とする。
【0056】
次いで、図7の(8)に示すように、ゲート電極材料としてのMoTa層42(Mo15%、Ta85%)を例えば、スパッタ法によって厚さ5000Åに堆積させる。
【0057】
次いで、図7の(9)に示すように、フォトレジスト43を所定パターンに形成し、これをマスクにしてMoTa層42をゲート電極形状にパターニングする。
【0058】
次いで、図8の(10)に示すように、フォトレジスト43の除去後に、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば20kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、1000℃で10秒間、ランプアニールすることによって、NチャネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域44及びドレイン領域45をそれぞれ形成する。
【0059】
次いで、図8の(11)に示すように、全面にCVD法によって、SiO2 膜46を例えば2000Åの厚みに、リンシリケートガラス(PSG)膜47を例えば5000Åの厚みに積層する。
【0060】
次いで、図8の(12)に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これをパターニングして、NチャネルMOSFETのそれぞれのソース又はドレイン電極48(S又はD)とゲート取出し電極49(G)を形成し、各NチャネルMOSトランジスタを完成する。
【0061】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、次の如き顕著な作用効果が得られる。
【0062】
(a)ガラス基板1上に、350〜600℃と更に低温でシリコン単結晶薄膜7を均一に形成することができる。
【0063】
(b)従って、低歪点ガラス基板のみならず、セラミック基板、有機基板などの絶縁基板上に、シリコン単結晶薄膜を形成できるため、歪点が低く、低コストで物性も良好な基板材質を任意に選択でき、また、基板の大型化も可能となる。ガラス基板や有機基板は、石英基板に比べて、安価に作成することができ、さらに薄板化/長尺化/ロール化が可能であるので、シリコン単結晶薄膜を形成した薄板を長尺/ロール化した大型ガラス基板などを生産性良く、安価に作製することができる。ガラス基板として、歪点が低い(例えば670℃)ガラスを用いると、この上層へガラスからその構成元素が拡散して、トランジスタ特性に影響する場合には、これを抑制する目的で、バリア層薄膜(例えばシリコンナイトライド:厚さ10〜1000Å程度)を形成すればよい。
【0064】
(c)ガラス基板等の上に形成したシリコン単結晶薄膜7の電子移動度は、540cm2 /v・secとシリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトランジスタを作成することができる。トランジスタ以外にも、ダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等や、これらを集積した電子回路をガラス基板上に作成することができる。MOSトランジスタ等のシリコン半導体素子を形成するプロセスは、従来公知のポリシリコンTFT作製プロセスと殆んど変わらない。
【0065】
<第3の実施の形態>
図9は、第3の実施の形態を示すものである。
【0066】
本実施の形態では、上述の第1の実施の形態と比べて、図1の(1)の工程後に、図9の(2)に示すように、段差4を含む全面にまず、例えばインジウム膜6をスパッタ法又は真空蒸着法で例えば10〜20μmの厚みに形成する。
【0067】
次いで、図9の(3)に示すように、公知のプラズマCVD法によって、インジウム膜6上にアモルファスシリコン膜5を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに堆積させる。
【0068】
この場合、シリコン膜の形成温度は、低融点金属6の融点(インジウムは融点156℃、ガリウムの場合は融点29.77℃)を大幅に越えないようにすべきであるから、ポリシリコン膜形成(600〜650℃)は困難である。従って、プラズマCVDにより、アモルファスシリコン膜5をインジウム膜6上に形成する。
【0069】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下(特に920〜930℃)に約5分間保持する。これによって、アモルファスシリコン5は金属インジウムの融液に溶解する。
【0070】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解したシリコンは、段差4をシード(種)として図9の(4)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0071】
この場合、単結晶シリコン層7は上述したと同様に(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものであるが、上記段差の形状を図6(a)〜(e)のように種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。
【0072】
こうして、グラフォエピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、上述したように、表面側の金属インジウムを塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0073】
本実施の形態では、段差4上に低融点金属層6を形成し、この上にアモルファスシリコン層5を形成した後、加熱溶融、冷却処理しているが、低融点金属の溶融液からのシリコンのエピタキシャル成長は、既述した実施の形態と同様に生じる。
【0074】
<第4の実施の形態>
図10は、第4の実施の形態を示すものである。
【0075】
本実施の形態では、上述の第1の実施の形態と比べて、図1の(1)の工程後に、図10の(2)に示すように、段差4を含む全面に、所定量(例えば約1重量%)のシリコンを含有する例えばインジウム膜6Aをスパッタ法又は真空蒸着法で例えば10〜20μmの厚みに形成する。
【0076】
次いで、基板1を水素雰囲気下で1000℃以下(特に920〜930℃)に約5分間保持する。これによって、上記のシリコンは金属インジウムの融液に溶解する。
【0077】
次いで、徐々に冷却することによって、金属インジウムに溶解したシリコンは、段差4をシード(種)として図10の(3)に示すようにエピタキシャル成長し、厚さ例えば0.1μm程度の単結晶シリコン層7として析出する。
【0078】
この場合、単結晶シリコン層7は上述したと同様に(100)面が基板上にエピタキシャル成長したものであるが、上記段差の形状を図6(a)〜(e)のように種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。
【0079】
こうして、グラフォエピタキシーによって基板1上に単結晶シリコン層7を析出させた後、上述したように、表面側の金属インジウムを塩酸などによって溶解除去し、単結晶シリコン層7をパターニングしてMOSトランジスタ(TFT)の作製を行う。
【0080】
本実施の形態では、段差4上にシリコンを含有する低融点金属層6Aを形成した後、加熱溶融、冷却処理しているが、低融点金属の溶融液からのシリコンのエピタキシャル成長は、既述した実施の形態と同様に生じる。
【0081】
以上に述べた本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想に基いて種々変形が可能である。
【0082】
【発明の作用効果】
本発明の方法によれば、絶縁基板に形成した段差をシードにしてポリシリコン又はアモルファスシリコンを溶解した低融点金属層からの単結晶シリコンの析出によってシリコンエピタキシャル層を形成しているので、上記したポリシリコン又はアモルファスシリコン層、低融点金属層は低温で形成でき、更には、上記したシリコンエピタキシャル成長時の加熱処理温度は低温でよいことから、絶縁基板上に低温でシリコン単結晶膜を均一に形成することができる。
【0083】
従って、歪点の比較的低いガラス基板やセラミックス基板などの入手し易く、低コストで物性も良好な基板を用いることができ、また基板の大型化も可能となり、また、シリコン単結晶薄膜の電子移動度は、540cm2 /v・secであって、シリコン基板並の大きな値が得られるため、高速で大電流密度のトランジスタをはじめ、高性能のダイオード、太陽電池、キャパシタ、抵抗等の半導体素子、或いはこれらを集積した電子回路をガラス基板等の上に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図5】非晶質基板上のシリコン結晶成長の状況を説明するための概略斜視図である。
【図6】グラフォエピタキシー技術における各種段差形状とシリコン成長結晶方位を示す概略断面図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図10】本発明の第4の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図11】Si−In状態図(A)及びSi−Ga状態図(B)である。
【符号の説明】
1…ガラス(又は石英)基板、4…段差、
5…ポリシリコン(又はアモルファスシリコン)膜、6…金属インジウム膜、
7…単結晶シリコン層、8…ゲート酸化膜、10、23…P型不純物イオン、
11…P型不純物注入層、13、19…N型不純物イオン、
14…N型不純物注入層、15、42…ゲート電極(材料)、17…酸化膜、
20、21、44、45…N+ 型ソース又はドレイン領域、
24、25…P+ 型ソース又はドレイン領域、
26、27、28、40、41、46、47…絶縁膜、
29、30、48、49…電極又は配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method suitable for manufacturing an insulated gate field effect transistor using a single crystal silicon layer epitaxially grown on an insulating substrate as an active region.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a TFT (thin film transistor), which is a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) using a single crystal silicon layer formed on a substrate, has an electron transfer several times larger than that using a polysilicon layer. And is known to be suitable for high-speed operation (Reference, RPZingg et al, “First MOS transistors on Insulator by Silicon Saturated Liquid Solution Epitaxy”. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.VOL.13, NO. 5, MAY 1992, p294-6., Japanese Patent Publication No. 4-57098, Masayoshi Matsumura, "Thin Film Transistor" Applied Physics, Vol. 65, No. 8 (1996) pp 842-848).
[0003]
In such a semiconductor element, in order to form a single crystal silicon layer on a substrate, the following various film formation techniques (1) to (4) are known.
[0004]
(1) Using a single crystal silicon substrate as a seed, a silicon epitaxy layer is formed by cooling from an indium silicon solution or an indium gallium silicon solution heated to 920 to 930 ° C., and a silicon semiconductor is formed on this layer Create a layer. (
[0005]
(2) Silicon is epitaxially grown on the sapphire substrate. (
[0006]
(3) A silicon layer is formed on the insulating substrate by oxygen ion implantation. (
[0007]
(4) A step is formed on a quartz substrate, a polysilicon layer is formed thereon, and this is then heated to 1400 ° C. or higher with a laser beam or a strip heater. The heated polysilicon layer forms an epitaxial growth layer with the step formed on the quartz substrate as a nucleus. (
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the known techniques so far, there is no technique that can form a silicon epitaxy layer on a large glass plate with a relatively low strain point. Further, silicon cannot be epitaxially grown at a low temperature and uniformly in a technique in which steps are formed on a glass plate and silicon is grown using this as a nucleus for epitaxial growth.
[0008]
An object of the present invention is to provide a method capable of epitaxially growing a silicon layer uniformly at a low temperature even in a large glass substrate having a relatively low strain point, and thereby forming a semiconductor element having a high current density at a high speed. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention
A step of forming a step on the insulating substrate;
(A) forming a polysilicon or amorphous silicon layer with a predetermined thickness on the insulating substrate including the step;
(B) on the insulating substrate and on or under the polysilicon or amorphous silicon layer;See belowForming a low melting point metal layer, or
(C) Silicon is contained on the insulating substrate including the step.See belowA step of forming a low melting point metal layer,
The polysilicon or amorphous silicon layer or the silicon of the low melting point metal layer is transformed into the low melting point metal layer by heat treatment.Or a melt of the low melting point metalA step of dissolving in
Next, a step of epitaxially growing the polysilicon or the amorphous silicon layer or the silicon of the low-melting-point metal layer by the cooling process using the step as a seed to deposit a single crystal silicon layer;,
A step of removing the low melting point metal layer remaining on the single crystal silicon layer;
For forming a single crystal silicon layerAssumingIs.
[0010]
That isIn addition to the step of depositing the single crystal silicon layer described above, the present invention further includes:Remain inRemoving the low melting point metal layer, and then subjecting the single crystal silicon layer to a predetermined treatment.Forming a constituent layer of an insulated gate field effect transistor having the single crystal silicon layer existing inside the step as a channel region and having a source region and a drain region on both sides thereofSemiconductor device manufacturing method further comprising the step of:TheIt is to provide.
[0011]
According to the method of the present invention, a step formed on an insulating substrate is used as a seed, and a silicon epitaxial layer is formed by depositing single crystal silicon after dissolving polysilicon, amorphous silicon, or silicon in a low melting point metal layer. Therefore, the remarkable effects shown in the following (A) to (C) can be obtained.
[0012]
(A) The above polysilicon or amorphous silicon layer can be formed by a method such as low pressure CVD (chemical vapor deposition: substrate temperature 500 to 600 ° C.), and the above low melting point metal layer can be formed by a method such as sputtering. Furthermore, since the heat treatment temperature during the above-described silicon epitaxial growth can be 930 ° C. or less, a silicon single crystal film can be uniformly formed on the insulating substrate at a low temperature (eg, 920 to 930 ° C.).
[0013]
(B) Accordingly, a glass substrate or a ceramic substrate having a relatively low strain point can be easily obtained, a substrate with low cost and good physical properties can be used, and the size of the substrate can be increased.
[0014]
(C) The electron mobility of a silicon single crystal thin film formed on a glass substrate or the like at a low temperature is 540 cm.2/ V · sec (
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method of the present invention, the step is formed by dry etching such as reactive ion etching, and the polysilicon or amorphous silicon layer is formed by a low pressure CVD method (substrate temperature of about 500 to 650 ° C.) or a plasma CVD method.OrSputtering method (substrate temperature about 100-400 ° C)such asAfter forming the low melting point metal layer to a thickness of, for example, several μm to 0.005 μm by a low temperature film formation technique, and further depositing the low melting point metal layer to a thickness of, for example, several ten to several hundred times the polysilicon layer by a sputtering method, The heat treatment is preferably performed.
[0016]
Also, a glass substrate is used as the insulating substrateCanAnd at least one selected from the group consisting of indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and aluminum.ByForm.
[0017]
In this case, when the low melting point metal layer is formed of metallic indium, the heat treatment is performed at 850 to 1100 ° C. (preferably 900 to 950 ° C.) in a hydrogen atmosphere to form an indium / silicon melt, and the low melting point metal is formed. When the layer is formed of metal indium gallium or gallium, the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 300 to 1100 ° C. (preferably 350 to 600 ° C.) or 400 to 1100 ° C. (preferably 420 to 600 ° C.). It can be a gallium-silicon melt or a gallium-silicon melt. In addition to a method of heating the entire substrate uniformly using an electric furnace, a lamp, or the like, the substrate can be heated by a method of locally heating only a predetermined place with an optical laser, an electron beam, or the like.
[0018]
As is apparent from the state diagram shown in FIG. 11, the melting point of the low melting point metal containing silicon is lowered according to the proportion of the low melting point metal. When indium is used, an indium melt layer containing silicon (for example, containing 1% by weight) is formed at a substrate temperature of 850 to 1100 ° C. Quartz plate glass can be used as the substrate up to about 1100 ° C. Up to 850 ° C., glass having lower heat resistance can be used. However, 850 ° C. to 600 ° C. is determined from the maximum use temperature (mostly the same as the strain point) of the aluminosilicate glass. Even when gallium is used, a gallium melt layer containing silicon (for example, containing 1% by weight) can be formed at a substrate temperature of 400 to 1100 ° C. for the same reason as described above.
[0019]
In either case, a glass substrate with a low strain point can be used as the substrate, so a large glass substrate (1 m2It is possible to form a semiconductor crystal layer on the above, but when the epitaxy temperature is as low as 350 to 600 ° C., glass having a low strain point of 470 to 670 ° C. should be used as the glass substrate. it can. This is inexpensive, can be easily made into a thin plate, and can produce a long rolled glass plate. By using this, a thin epitaxy layer can be continuously or discontinuously produced on a long rolled glass plate using the above method.
[0020]
Thus, since the constituent elements easily diffuse from the glass into the upper layer of the glass having a low strain point, a thin film of the diffusion barrier layer (for example, silicon nitride: about 10 to 1000 mm thick) is used for the purpose of suppressing this. ).
[0021]
After the single crystal silicon layer is deposited from the low melting point metal in which the silicon is dissolved by slow cooling, using the step as a seed, the low melting point metal layer is dissolved and removed with hydrochloric acid or the like, and then the A semiconductor element can be manufactured by performing predetermined treatment on the single crystal silicon layer.
[0022]
As described above, the low melting point metal thin film such as metal indium deposited on the single crystal silicon layer after cooling is dissolved and removed using hydrochloric acid or the like.16(Atoms / cc and so on) can be made to remain, so that a P-type semiconductor is produced immediately after the production. This is therefore convenient for the fabrication of N-channel MOS transistors. However, since an N-type semiconductor crystal layer can be formed by ion-implanting an appropriate amount of N-type impurities such as phosphorus atoms, a P-channel MOS transistor can be formed. For this reason, a CMOS transistor can also be produced. If a suitable amount of a
[0023]
As described above, the single crystal silicon layer epitaxially grown on the substrate is applied to the channel region, the source region, and the drain region of the insulated gate field effect transistor, and the impurity species and / or the concentration of each region can be controlled. it can.
[0024]
Next, the present invention will be described in more detail with respect to preferred embodiments.
[0025]
<First Embodiment>
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0026]
First, as shown in FIG. 1A, a
[0027]
Next, as shown in FIG. 1B, after the
[0028]
Next, as shown in FIG. 1 (3), a
[0029]
Next, the
[0030]
Then, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown as shown in FIG. 1 (4) using the
[0031]
In this case, the (100) plane of the single
[0032]
Thus, after depositing the single
[0033]
That is, as shown in FIG. 2 (6), a
[0034]
Next, as shown in FIG. 2 (7), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N-channel MOS transistor, the P-channel MOS transistor portion is masked with a
[0035]
Next, as shown in FIG. 2 (8), in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOS transistor, this time, the N-channel MOS transistor portion is masked with the
[0036]
Next, as shown in FIG. 3 (9), a phosphorus-doped
[0037]
Next, as shown in FIG. 3 (10), a photoresist 16 is formed in a predetermined pattern, and using this as a mask, the
[0038]
Next, as shown in FIG. 3 (12), the P-channel MOS transistor portion is masked with a
[0039]
Next, as shown in FIG. 4 (13), the N-channel MOS transistor portion is masked with a
[0040]
Next, as shown in (14) of FIG.2The film 26 is laminated to a thickness of 500 mm at, for example, 750 ° C., the
[0041]
Next, as shown in (15) of FIG. 4, a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like. Then, this is patterned to form the source or drain electrode 29 (S or D) and the gate extraction electrode or wiring 30 (G) of each of the P-channel MOSFET and N-channel MOSFET, thereby completing each MOS transistor.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the following significant operational effects can be obtained.
[0043]
(A) The silicon single crystal
[0044]
(B) Therefore, since a silicon single crystal thin film can be formed not only on a glass substrate but also on an insulating substrate such as a ceramic substrate, a substrate material having a low strain point, low cost and good physical properties can be arbitrarily selected. Also, the substrate can be enlarged.
[0045]
(C) The electron mobility of the silicon single crystal
[0046]
<Second Embodiment>
A second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0047]
In this embodiment, as compared with the first embodiment described above, glass having a low strain point of about 670 ° C. is used as the
[0048]
And after forming the level |
[0049]
Next, in the step shown in FIG. 1 (3), a metal indium / gallium film (or metal gallium film) is deposited on the
[0050]
Next, the
[0051]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium gallium (or metal gallium) is epitaxially grown as shown in FIG. It is deposited as a single
[0052]
In this case, the single
[0053]
Thus, after depositing the single
[0054]
That is, as shown in FIG. 7 (6), the surface of the single
[0055]
Next, as shown in FIG. 7 (7), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N-channel MOS transistor, P-type impurity ions (for example, B+) 10 for example 2.7 × 10 at 10 kV11 atoms / cm2Then, the
[0056]
Next, as shown in FIG. 7 (8), a MoTa layer 42 (
[0057]
Next, as shown in FIG. 7 (9), a
[0058]
Next, as shown in FIG. 8 (10), after removing the
[0059]
Next, as shown in FIG. 8 (11), the entire surface is made of SiO by the CVD method.2The
[0060]
Next, as shown in FIG. 8 (12), a contact window is opened at a predetermined position of the insulating film, and an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like. Then, this is patterned to form each source or drain electrode 48 (S or D) and gate extraction electrode 49 (G) of the N channel MOSFET, thereby completing each N channel MOS transistor.
[0061]
As described above, according to the present embodiment, the following significant operational effects can be obtained.
[0062]
(A) The silicon single crystal
[0063]
(B) Therefore, since a silicon single crystal thin film can be formed not only on a low strain point glass substrate but also on an insulating substrate such as a ceramic substrate or an organic substrate, a substrate material having a low strain point, low cost and good physical properties can be obtained. It can be arbitrarily selected, and the substrate can be enlarged. Glass substrates and organic substrates can be made at a lower cost than quartz substrates, and can be made thinner / longer / rolled. Large-sized glass substrates and the like can be manufactured with high productivity and at low cost. When glass having a low strain point (for example, 670 ° C.) is used as the glass substrate, if the constituent elements diffuse from the glass to the upper layer and affect the transistor characteristics, the barrier layer thin film is used for the purpose of suppressing this. (For example, silicon nitride: thickness of about 10 to 1000 mm) may be formed.
[0064]
(C) The electron mobility of the silicon single crystal
[0065]
<Third Embodiment>
FIG. 9 shows a third embodiment.
[0066]
In this embodiment, as compared with the first embodiment described above, after the step (1) in FIG. 1, as shown in (2) in FIG. 6 is formed to a thickness of, for example, 10 to 20 μm by sputtering or vacuum deposition.
[0067]
Next, as shown in FIG. 9 (3), an
[0068]
In this case, the formation temperature of the silicon film should not greatly exceed the melting point of the low melting point metal 6 (melting point 156 ° C. for indium and melting point 29.77 ° C. for gallium). (600-650 ° C.) is difficult. Therefore, the
[0069]
Next, the
[0070]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown as shown in FIG. 9 (4) using the
[0071]
In this case, the single
[0072]
Thus, after depositing the single
[0073]
In the present embodiment, the low melting
[0074]
<Fourth embodiment>
FIG. 10 shows a fourth embodiment.
[0075]
In the present embodiment, as compared with the first embodiment described above, after the step (1) in FIG. 1, as shown in (2) in FIG. For example, an
[0076]
Next, the
[0077]
Next, by gradually cooling, the silicon dissolved in the metal indium is epitaxially grown as shown in FIG. 10 (3) using the
[0078]
In this case, the single
[0079]
Thus, after depositing the single
[0080]
In this embodiment, after the low melting
[0081]
The embodiment of the present invention described above can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
[0082]
[Effects of the invention]
According to the method of the present invention, the silicon epitaxial layer is formed by the precipitation of single crystal silicon from the low melting point metal layer in which polysilicon or amorphous silicon is dissolved using the step formed on the insulating substrate as a seed. Polysilicon or amorphous silicon layer and low melting point metal layer can be formed at low temperature, and furthermore, since the heat treatment temperature during the above-mentioned silicon epitaxial growth may be low, a silicon single crystal film is uniformly formed on an insulating substrate at low temperature can do.
[0083]
Therefore, a glass substrate or a ceramic substrate having a relatively low strain point can be easily obtained, and a substrate having good physical properties can be used at a low cost, and the substrate can be increased in size. Mobility is 540cm2/ V · sec, which is as large as a silicon substrate, so high-speed, high-current density transistors, high-performance diodes, solar cells, capacitors, resistors, and other semiconductor elements, or these are integrated. Electronic circuits can be created on glass substrates and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in order of steps.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention in the order of steps.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention in the order of steps.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention in the order of steps.
FIG. 5 is a schematic perspective view for explaining a situation of silicon crystal growth on an amorphous substrate.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing various step shapes and silicon growth crystal orientations in the graphoepitaxy technique.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 11 is a Si—In phase diagram (A) and a Si—Ga phase diagram (B).
[Explanation of symbols]
1 ... Glass (or quartz) substrate, 4 ... Step,
5 ... polysilicon (or amorphous silicon) film, 6 ... metal indium film,
7 ... single crystal silicon layer, 8 ... gate oxide film, 10, 23 ... P-type impurity ions,
11 ... P-type impurity implantation layer, 13, 19 ... N-type impurity ions,
14 ... N-type impurity implantation layer, 15, 42 ... Gate electrode (material), 17 ... Oxide film,
20, 21, 44, 45 ... N+Type source or drain region,
24, 25 ... P+Type source or drain region,
26, 27, 28, 40, 41, 46, 47 ... insulating film,
29, 30, 48, 49 ... electrodes or wiring
Claims (14)
前記段差を含む前記絶縁基板上にポリシリコン又はアモルファスシリコン層を所定厚 さに形成する工程と、
前記絶縁基板上であって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層上又は下に、 インジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムから なる群より選ばれた少なくとも1種からなる低融点金属層を形成する工程と、
加熱処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層を前記低融点金属層 に溶解させる工程と、
次いで冷却処理によって前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン層のシリコンを 前記段差をシードとしてエピタキシャル成長させ、単結晶シリコン層を析出させる工程 と、
前記単結晶シリコン層の析出後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程 と、
しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する 前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を 有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。Forming a step in the insulating substrate;
Forming a polysilicon or amorphous silicon layer on the insulating substrate including the step to a predetermined thickness;
Wherein the lower or on the polysilicon or amorphous silicon layer even on the insulating substrate, indium, gallium, tin, bismuth, lead, zinc, antimony and a low melting point metal Do that at least one selected from the group consisting of aluminum Forming a layer;
Dissolving the polysilicon or amorphous silicon layer in the low melting point metal layer by heat treatment;
Next, a step of epitaxially growing silicon of the polysilicon or amorphous silicon layer by the cooling process using the step as a seed, and depositing a single crystal silicon layer;
Removing the low melting point metal layer remaining thereon after deposition of the single crystal silicon layer;
Thereafter, the single crystal silicon layer is subjected to a predetermined treatment, the single crystal silicon layer existing inside the step is used as a channel region, and an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region on both sides of the channel region. And a step of forming a layer .
前記段差を含む前記絶縁基板上に、シリコンを含有しかつインジウム、ガリウム、ス ズ、ビスマス、鉛、亜鉛、アンチモン及びアルミニウムからなる群より選ばれた少なく とも1種からなる低融点金属層をスパッタ法又は真空蒸着法によって形成する工程と、
加熱処理によって前記低融点金属を融解させ、この融液に前記シリコンを溶解させる 工程と、
次いで冷却処理によって前記シリコンを前記段差をシードとしてエピタキシャル成長 させ、単結晶シリコン層を析出させる工程と、
前記単結晶シリコン層の析出後に、この上に残る前記低融点金属の層を除去する工程 と、
しかる後に前記単結晶シリコン層に所定の処理を施して、前記段差の内側に存在する 前記単結晶シリコン層をチャネル領域とし、この両側にソース領域及びドレイン領域を 有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構成層を形成する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。Forming a step in the insulating substrate;
On the insulating substrate including the step, silicon-containing vital indium, gallium, scan's, bismuth, lead, zinc, antimony and the low melting point metal layer Do that from least one member selected from the group consisting of aluminum Forming by sputtering or vacuum deposition ;
It melted the low melting point metal by the heat treatment, a step of dissolving the silicon in the melt,
Next, the step of epitaxially growing the silicon with the step as a seed by cooling treatment to deposit a single crystal silicon layer;
Removing the low melting point metal layer remaining thereon after deposition of the single crystal silicon layer;
Thereafter, the single crystal silicon layer is subjected to a predetermined treatment, the single crystal silicon layer existing inside the step is used as a channel region, and an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region on both sides of the channel region. And a step of forming a layer .
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