(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
Ｎｉ元素を前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成し、
前記酸化珪素層が形成された結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成し、
Ｎｉ元素を前記酸化珪素層が形成された結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
前記酸化珪素層が形成された結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
Ｎｉ元素を結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
Ｎｉ元素を前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成し、
前記酸化珪素層が形成された結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成し、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記酸化珪素層が形成された結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
前記酸化珪素が形成された結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
珪素の結晶化を助長する金属元素を結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングし、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に接して保持させた後、
加熱処理により前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記酸素がドーピングされた結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成し、
前記熱酸化層を除去することによって、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか一において、
珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、又はＡｕを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項３、４、７又は８において、
前記熱酸化層が形成される際に前記単結晶シリコン層は形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、ＳＯＩ(silicon-on-insulator)構造（単結晶シリコンを絶縁体上に形成した構造）、およびその構造を得るための技術に関する。
【０００２】
例えば、ＳＩＭＯＸ(separation-by-implanted oxygen)と称される単結晶シリコン層の作製方法に関する。またこのシリコン層を利用した半導体装置( 例えばトランジスタ）の作製方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、ＳＯＩ(silicon-on-insulator)構造（単結晶シリコンを絶縁体上に形成した構造）の一つとして、ＳＩＭＯＸ(separation-by-implanted oxygen)と呼ばれる技術が知られている。（例えば、丸善株式会社  志村史夫著  半導体シリコン結晶工学  平成５年９月３０日発行  p217以下参照）
【０００４】
これは、
（１）単結晶シリコン基板中に高濃度の酸素イオンを１０18／ｃｍ2 程度以上のドーズ量でもって注入する。
（２）熱アニールを行い、（１）で注入された酸素と単結晶シリコン基板中の珪素とを反応させて、埋め込み酸化層（酸化珪素膜の層）を単結晶シリコン基板中に形成する。
といった工程を経ることにより、埋め込み酸化層上に単結晶シリコン層を形成するものである。
【０００５】
上記ＳＩＭＯＸ技術で得られた単結晶シリコン層を利用して電子デバイスを作製すると以下のような優位性を得ることができる。
（１）２次元的な素子間分離を完全に行うことができる集積回路を得ることができる。
（２）素子と基板との間の寄生容量を大きく低減できるので、デバイス動作の高速化を実現することができる。また、基板を介しての寄生容量による素子間、あるいは素子と配線間のクロストークを軽減することができる。
（３）デバイス配置の３次元配置を可能する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＳＩＭＯＸ技術では以下のような問題がある。その一つは、埋め込み酸化層を形成する際の酸化反応時において、埋め込み酸化層とその下の単結晶シリコン層（基板）との界面近傍、及び埋め込み酸化層とその上の単結晶シリコン層（デバイスの活性層に利用される）との界面近傍において、欠陥が形成されてしまう問題である。
【０００７】
この欠陥は、格子間原子（格子の隙間に余分に入り込んだ原子）や珪素原子の不完全な結合に起因する。また転位等にも起因する。
【０００８】
この欠陥を減少させるには、
（１）１３００℃以上の高温熱処理を行う。
（２）酸素イオンの注入を分割して行い、その分割しての酸素イオンの注入を行う毎に高温熱処理を施す。
といった方法がある。（前述の半導体シリコン結晶工学参照）
【０００９】
しかしながら、このような方法は、高いプロセス温度が要求され、また工程が煩雑化するという問題がある。特に高温プロセスは、装置に対する負担が大きくなり、生産性の点から好ましいものではない。
【００１０】
本明細書で開示する発明は、ＳＩＭＯＸ技術を利用して、単結晶シリコン層を形成する技術において、上記の問題を解決することを課題とする。即ち、欠陥密度の低い単結晶シリコン層を得る技術を提供することを課題とする。
【００１１】
そしてそのことにより、高速動作が可能で高い信頼性を有する素子を得ることを課題とする。また、同時に複雑なプロセスや高温処理を行わずに上記課題を解決することを更なる課題とする。
【００１２】
さらに本明細書で開示する発明は、一般に酸化珪素層を単結晶シリコン層に接して形成した場合に界面に高密度に形成される欠陥の存在の影響を抑制する技術を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層と、
該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有した半導体装置の作製方法であって、
前記単結晶シリコン層の形成に際して、
意図的にニッケル元素を前記シリコン基板中に添加する工程と、
前記ニッケル元素を意図的に除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成における結晶シリコン基板というのは、一般に利用される単結晶シリコンウエハーを含み。また、素子形成に関係の無い領域結晶粒界が存在していたり、不純物の偏析があるようなものも含む。一般的には、最新の技術をもって作製された高純度で欠陥密度の小さい単結晶シリコンウエハーを上記結晶シリコン基板として利用することが好ましい。
【００１５】
ニッケル元素のゲッタリングはハロゲン元素を含んだ雰囲気中での加熱処理により行うことができる。この場合、ニッケル元素は雰囲気中にＮｉＣｌ2 やＮｉＦ2 として気化し除去される。
【００１６】
また上記雰囲気を酸化性のものとすることにより、加熱処理により熱酸化層を形成することは有効となる。この場合ハロゲン元素の作用もあり、ニッケル元素が熱酸化層（熱酸化膜）中にゲッタリングされる。この結果、１０18／ｃｍ3 以上の濃度で残留していたニッケル元素の濃度を１０17／ｃｍ3 台以下の濃度に減少させることができる。
【００１７】
ハロゲン元素は、Ｃｌ及び／またはＦを少なくとも含んだ気体を用いて導入すればよい。例えば、ＨＦ、ＮＦ3 、ＣｌＦ3 またはそれらのガスを含んだ気体を用いることができる。
【００１８】
また、ＨＣｌを酸素雰囲気中に混合させる場合は、１〜１０％、ＮＦ3 であれば酸素雰囲気中に0.1 〜１％含有させればよい。
【００１９】
なお、熱酸化層の形成は、７００℃〜１２００℃、好ましくは８００℃〜１２００℃の範囲の温度で行うことが好ましい。
【００２０】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層と、
該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有した半導体装置の作製方法であって、
前記単結晶シリコン層の形成に際して、
意図的に珪素の結晶化を助長する金属元素を前記シリコン基板中に添加する工程と、
前記金属元素を意図的に除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のものを用いることができる。
【００２２】
金属元素としては、Ｎｉを用いることがその再現性や効果の点から最も好ましい。
【００２３】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層と、
該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有した半導体装置の作製方法であって、
前記単結晶シリコン層の形成に際して、
ニッケル元素を意図的に導入する工程と、
前記意図的に導入したニッケル元素を熱酸化を利用することにより除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２４】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層と、
該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有した半導体装置の作製方法であって、
前記単結晶シリコン層の形成に際して、
珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する工程と、
前記意図的に導入した金属元素を熱酸化を利用することにより除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２５】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
Ｎｉ元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程と、
前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００２６】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程と、
Ｎｉ元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００２７】
他の発明の構成は、
Ｎｉ元素を結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００２８】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００２９】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程と、
前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００３０】
他の発明に構成は、
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成する工程と、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００３１】
他の発明の構成は、
珪素の結晶化を助長する金属元素を結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
前記結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００３２】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に酸素をドーピングする工程と、
珪素の結晶化を助長する金属元素を前記結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程と、
加熱処理により前記結晶シリコン基板中に酸化珪素層を形成すると同時に前記結晶シリコン基板表面に熱酸化層を形成する工程と、
前記熱酸化層を除去する工程と、
を有し、
前記酸化珪素層上に単結晶シリコン層を得ることを特徴とする。
【００３３】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層と、
該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有し、
前記単結晶シリコン層を利用して少なくとも一つの素子の活性層が形成されており、
前記活性層中においては前記酸化珪素層と反対の界面に向かって金属元素が高い濃度分布を有して存在していることを特徴とする。
【００３４】
上記構成において、
金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類のものから選択される。
【００３５】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中に形成された酸化珪素層と、
該酸化珪素層上に形成された単結晶シリコン層と、
を有した半導体装置を備えた電子機器であって、
前記単結晶シリコン層を利用して少なくとも一つの素子の活性層が形成されており、
前記活性層中においては前記酸化珪素層と反対の界面に向かって金属元素が高い濃度分布を有して存在していることを特徴とする。
【００３６】
電子機器としては、パーソナルコンピューターや携帯型のビデオカメラ、さらに各種情報端末を挙げることができる。
【００３７】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中またはその表面に単結晶シリコン層に隣接した酸化珪素層を形成する工程を有し、
前記酸化珪素層の形成前において、
ニッケル元素の意図的な導入工程を有し、
前記酸化珪素層の形成時または後において、
前記ニッケル元素の意図的な除去工程を有することを特徴とする。
【００３８】
他の発明の構成は、
結晶シリコン基板中またはその表面に単結晶シリコン層に隣接した酸化珪素層を形成する工程を有し、
前記酸化珪素層の形成前において、
珪素の結晶化を助長する金属元素の意図的な導入工程を有し、
前記酸化珪素層の形成時または後において、
前記金属元素の意図的な除去工程を有することを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１に示すように本明細書で開示する発明の具体的な構成例を一つは、
単結晶シリコン基板１０１中に酸素をドーピングする工程（図１（Ａ））と、
Ｎｉ元素を前記単結晶シリコン基板表面に接して保持させる工程（図１（Ｂ））と、
加熱処理により前記単結晶シリコン基板中に酸化珪素層１０５を形成する工程（図１（Ｃ））と、
前記単結晶シリコン基板表面に熱酸化層１０７を形成する工程（図１（Ｄ））と、
前記熱酸化層を除去する工程（図１（Ｅ））と、
を有し、
前記酸化珪素層１０５上に単結晶シリコン層１０８を得ることを特徴とする。
【００４０】
上記工程において、Ｎｉ元素の作用により単結晶シリコン層１０８中の欠陥を減少させることができ、また熱酸化層１０７の形成によって、上記欠陥の減少とＮｉ元素のゲッタリング（単結晶シリコン層１０８中からの除去）を促進させることができる。
【００４１】
特に酸化珪素層との界面近傍の単結晶シリコン層中に形成される欠陥を大きく減少させることができる。
【００４２】
一般に酸化珪素層の形成に際しては、ＳｉＯ2 層とＳｉ層の界面にＳｉＯx （０＜Ｘ＜２）で示されるような結合手が余っているような不完全な結合状態を有する層が形成される。
【００４３】
図１４に上記モデルを模式的に示す。図１４において、（Ａ）は不完全な接合状態を有するＳｉＯx （０＜Ｘ＜２）で示される層が酸化珪素層（ＳｉＯ2 ）層と単結晶シリコン層（Ｓｉ層）との間に形成されている状態を示している。
【００４４】
一般に図１の１０５で示されるような酸化珪素層を形成すると、上記ＳｉＯx （０＜Ｘ＜２）で示される層が形成されてしまう。この層には、不完全な結合に起因する歪エネルギーが蓄えられている。
【００４５】
当然のことながら、この層中には、ＳｉＯ2 でその組成が示されるほぼ完全な組成構造を有する酸化珪素層や単結晶シリコン層に比較して高密度に欠陥を含んでいる。そしてそれに対応して高密度に準位が形成されている。この欠陥の分布は図１４（Ｂ）に示すような分布になる。図１４（Ｂ）は相対的な欠陥の分布を判りやすいように図表化したものである。
【００４６】
このような状態において、Ｎｉ元素を意図的に導入し、加熱処理を行った場合、ＳｉとＯとＮｉとが反応し、原子の再配列が進行する。
【００４７】
この結果、図１４（Ｃ）に示すように、ＳｉＯx （０＜Ｘ＜２）で示される層はその幅（厚さ）が小さくなり、場合によって消滅する。この際、歪エネルギーも開放され、図１４（Ｄ）に示すように、欠陥密度は著しく減少する。
【００４８】
一方、上記加熱処理によって、Ｎｉ元素が界面に過剰に集中した状態となる。そこで、ハロゲン元素を含んだ雰囲気中での加熱処理（この加熱処理は上記ＳｉＯx を消滅させるための加熱処理と同時に行ってもよい）を行うことにより、Ｎｉ元素の除去（ゲッタリング）が行われる。具体的には、Ｎｉ元素とハロゲン元素とが結合し気化する。ここで熱酸化を行えば、形成される熱酸化膜中にＮｉ元素はゲッタリングされる。また、ハロゲン元素と結合したＮｉ元素は気化し、離脱する。
【００４９】
図１４（Ａ）に示すようなＳｉＯX 層が存在すると、酸化珪素層によって素子分離された素子の動作は、ＳｉＯX 層中に高密度に含まれる欠陥に起因する準位の悪影響を受ける。このことは、素子の微細化が進行するほど顕著になる。従って、本明細書に開示する発明を利用し、上記ＳｉＯX 層中に含まれる欠陥を減少させることは有用なものとなる。
【００５０】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本実施例の作製工程を示す。本実施例は、Ｎｉ元素を利用して欠陥の少ない高い品質を有する単結晶シリコン層を形成するものである。
【００５１】
まず図１（Ａ）に示すように単結晶シリコン基板１０１を用意する。そして、この単結晶シリコン基板１０１中に酸素イオンの注入を行う。ここでは酸素イオンの注入は、イオンドーピング法によって行う。
【００５２】
この工程は公知のＳＩＭＯＸ技術と同じである。ここでは、ドーズ量を１×１０18／ｃｍ2 とする。加速電圧は、埋め込み酸化珪素層の形成位置（深さ位置）に従って決定する。
【００５３】
この酸素イオンの注入工程は基板１０１を５００℃に加熱した状態で行う。これは、酸素イオンの注入によって、単結晶結晶シリコン基板１０１の最表面が損傷し、その結晶性が著しく損なわれることを防ぐためである。この加熱は、４００℃〜６００℃程度とすることが好ましい。
【００５４】
酸素イオンの注入により、１０２で示される酸化イオン注入層が単結晶シリコン基板１０１中に形成される。この状態では、酸素イオン注入層１０２は安定なＳｉＯ2 となっていない。即ち、結合状態が不安定なＳｉ−Ｏ化合物が高い割合で含まれている。当然、この状態では酸素イオン注入層は高い欠陥密度を有している。
【００５５】
また、この図１（Ａ）に示す状態においては、１０３で示される領域（単結晶シコン基板１０１の最表面）が残存シリコン層となる。
【００５６】
注入条件を慎重に設定しないと、この残存シリコン層１０３の結晶性が損なわれてしまうので注意が必要である。
【００５７】
ここでは、残存シリコン層１０３には酸素イオンの注入に従って生成された欠陥が存在している。また一部では結晶性も損なわれていると考えられる。（この点に関しては、酸素イオンの注入条件に依存する）
【００５８】
こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。次にＮｉ元素の導入を行う。ここでは、溶液を用いてニッケル元素の導入を行う。具体的には、所定の濃度にＮｉ元素を含有した酢酸ニッケル塩溶液を塗布することにより、ニッケル元素が残存シリコン層１０３の表面に接して保持された状態を得る。こうして図１（Ｂ）に示すように、１０４で示されるＮｉ含有層１０４を形成する。
【００５９】
Ｎｉ元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法以外にスパッタ法やプラズマＣＶＤ法、さらにニッケルを含有した電極を利用したプラズマ処理（電極に含有されたＮｉが雰囲気中に放出されることを利用する）、イオン注入法等々の手段を利用することができる。
【００６０】
しかしこれらの方法は、溶液を用いる方法に比較して制御性や生産性に難点がある。特に大面積に対する均一な処理は溶液を用いる方法が最も優れている。
【００６１】
上記の溶液を用いる方法で得られたＮｉ含有層１０４から後の工程において、Ｎｉ元素が残存シリコン層１０３中に拡散して行く。
【００６２】
上記残存シリコン層１０３中に拡散して行くニッケル元素の量、またニッケル元素が拡散した後にシリコン層中に残存するニッケル元素の濃度は、ニッケル酢酸塩溶液中に含まれるニッケル元素の濃度を調整することによって決めることができる。（この点が溶液を用いるこの最大の利点と言える）
【００６３】
図１（Ｂ）に示すＮｉ元素の導入を行ったら、非酸化性雰囲気での加熱処理を行う。ここでいう非酸化性雰囲気というのは、実質的に（または意図的に）酸素を含ませていない雰囲気ということである。
【００６４】
ここでは窒素雰囲気（常圧）の中において、１１５０℃の加熱処理を２時間行う。この加熱処理を行うことによって、１０５で示される酸化珪素層が形成される。また同時に酸化珪素層１０５上のシリコン層が単結晶シリコン層１０６となる。
【００６５】
この加熱処理は９００℃〜１３５０℃程度で行う。一般には装置の負担を考慮して、９００℃〜１２００℃程度とすることが好ましい。
【００６６】
本実施例においては、酸化珪素層１０５の膜厚を４０００Å、単結晶シリコン層１０６の膜厚を２０００Åとする。
【００６７】
具体的には、図１（Ａ）における酸素イオンの注入条件、図１（Ｂ）のＮｉ元素の導入条件、図１（Ｃ）の加熱条件を適時選択（実験的に決める必要がある）することにより、各層の膜厚を上記ような値に設定する。
【００６８】
本実施例で特徴とするのは、Ｎｉを利用している関係で、上記の加熱処理を１３００℃というような高温で行う必要が必ずしも無いということである。換言すれば、Ｎｉを導入することで、１３００℃あるいはそれ以上というような高温での加熱処理を越える効果が得られることが、ここで示す技術の特徴である。
【００６９】
こうして図１（Ｃ）に示す状態を得る。即ち、酸化珪素層１０５が形成され、その上に単結晶シリコン層１０６が形成された状態を得る。即ち、この工程においては、酸化珪素層が形成されるとともに酸素イオンの注入により結晶性の損なわれた（一般にはそうなる）残存シリコン層１０３が単結晶化される。この状態においては、単結晶シリコン層１０６中にニッケル元素が比較的高濃度に含まれ、また酸化珪素層１０５の形成に従い発生する欠陥も無視できない濃度で存在している。
【００７０】
図１（Ｃ）に示す状態を得たら、次に酸化雰囲気中において、再度の加熱処理を行う。この加熱処理は、雰囲気として、ＨＣｌを３体積％含んだ酸素雰囲気（常圧）中において、１１５０℃の温度で行う。この工程において、１０７で示される熱酸化層（熱酸化膜）を１０００Åの厚さに形成する。
【００７１】
この工程の結果、図１（Ｄ）に示されるように、１５００Å厚の単結晶シリコン層１０８を得ることができる。
【００７２】
この工程において、Ｎｉ元素の作用により、酸化珪素層１０５の形成時に形成された欠陥が修復される。また、同時にＮｉ元素は熱酸化層１０７中に塩素の作用によりゲッタリングされる。
【００７３】
またこのゲッタリング効果の関係で、得られた単結晶シリコン層１０６はその表面に向かうに従って、Ｎｉの存在濃度が高くなる傾向がＳＩＭＳ（２次イオン分析方法）を用いた観察から確認される。この傾向は、本明細書で開示するＮｉを利用した工程を利用したことの証拠となる。
【００７４】
この工程におけるメカニズムは明らかでないが、本発明者らは以下のようなモデルを考えている。
【００７５】
まず、図１（Ｃ）の工程において、埋め込み酸化層でなる酸化珪素層１０５が形成されるのと同時に単結晶結晶シリコン層１０６が形成される。この際、特に酸化珪素層１０５と単結晶シリコン層との界面近傍（主に単結晶シリコン層側近傍）において、欠陥が形成される。これは、主に格子間Ｓｉ原子によるものと考えられる。
【００７６】
またこの格子間Ｓｉ原子による影響で単結晶シリコン層１０６の他の部分においても欠陥が形成される。
【００７７】
そして図１（Ｄ）の工程における熱酸化層１０７の形成時に単結晶シリコン層１０６（この段階では１０８として形成されていないと考える）中にＮｉ原子が拡散する。
【００７８】
この際、単結晶シリコン層１０６中に拡散したＮｉ元素の作用により、Ｓｉ原子同士の結合が促進され、結晶性の改善が行われる。
【００７９】
また、単結晶シリコン層１０６中に拡散したＮｉ元素がＯ（酸素）元素及びＳｉ元素と結合する。この際、上記格子間Ｓｉ原子が利用される。この結果、格子間Ｓｉ原子が減少する。
【００８０】
また、熱酸化膜の形成に単結晶シリコン層１０６中のＳｉ原子が利用されるので、このことによっても格子間Ｓｉ原子が減少する。
【００８１】
こうして、単結晶シリコン層１０６中において珪素原子同士の結合が促進され、また格子間原子の存在に起因する欠陥が修復される。そして単結晶シリコン層１０８が得られる。
【００８２】
また、この工程（熱酸化層１０７）の形成工程においては、塩素の作用により、Ｎｉ元素が熱酸化層１０７中にゲッタリングされる。即ち、結晶性の向上、欠陥の減少に寄与したＮｉ元素は、それらの作用を果たすとともに熱酸化層１０７中にゲッタリングされる。
【００８３】
このようにして、欠陥密度が低減された単結晶シリコン層１０８を得る。この状態（図１（Ｄ）の状態）においては、熱酸化層１０７中にゲッタリングされたＮｉ元素が高濃度に含まれている。
【００８４】
そこで、図１（Ｅ）に示すように、熱酸化層１０７を除去する。こうして、Ｎｉ元素の影響も無く、また欠陥密度も低い高品質な単結晶シリコン層１０８を得る。
【００８５】
後は公知の方法により、この単結晶シリコン層１０８を利用して所望のデバイスを形成する。
【００８６】
また各層の厚さの設定は各工程の条件の組み合わせによって、適時決めることができる。即ち、ここで示した条件に限定されることなく、必要とする層の厚さを各条件を変更することによって設定することができる。
【００８７】
〔実施例２〕
本実施例の作製工程を図２に示す。特に詳述しない条件等は実施例１（図１参照）に準ずるものとする。また図１と同じ符号も実施例１の記載に準ずる。
【００８８】
まず図２（Ａ）に示すように単結晶シリコン基板１０１中に酸素イオンを注入することにより、酸素イオン注入層１０２を形成する。この工程で１０３で示される２０００Å厚の残存シリコン層１０３が形成される。
【００８９】
次に非酸化性雰囲気（ここでは窒素雰囲気）中で１１５０℃の加熱処理を行い、酸素イオン注入層１０２を４０００Å厚の酸化珪素層１０５に変成する。またこの加熱処理工程において、単結晶結晶シリコン層１０６を形成する。こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。
【００９０】
この状態で一応、酸化珪素層１０５上に単結晶シリコン層１０６が形成された状態を得る。この状態は、従来から公知のＳＩＭＯＸ構造と呼ばれる状態に対応する。この状態においては、単結晶シリコン層１０６中には無視できない濃度の欠陥が含まれている。
【００９１】
次に、本明細書で開示する発明が特徴とするＮｉ元素の導入を行う。ここでは、所定の濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布することにより、１０４で示されるＮｉ含有層を形成する。こうして図２（Ｃ）に示す状態を得る。
【００９２】
次に熱酸化層１０７の形成を行う。ここでは、ＨＣｌを３％含んだ酸素雰囲気中において１１５０℃の加熱を行うことにより、熱酸化層１０７を１０００Åの厚さに形成する。この工程で単結晶シリコン層１０６はより高品質な単結晶シリコン層１０８に変成される。
【００９３】
この工程において得られる単結晶シリコン層１０８は、熱酸化膜の形成とニッケル元素の作用により、内部の欠陥を減少させたものとして得られる。また塩素（熱酸化層の形成雰囲気中に含まれる）の作用により、ニッケル元素が熱酸化層１０７中にゲッタリングされる。こうして図２（Ｄ）に示す状態を得る。
【００９４】
次に熱酸化層１０７を除去することにより、図２（Ｅ）に示す状態を得る。
【００９５】
〔実施例３〕
本実施例の作製工程を図３に示す。特に断らない条件やパラメータは実施例１の場合と同じである。
【００９６】
まず図３（Ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１０１上にニッケル酢酸塩溶液を塗布し、Ｎｉ元素を含有した層１０４を形成する。
【００９７】
次に単結晶シリコン基板１０１に対して、酸素イオンの注入を行い酸素イオン注入層１０５を形成する。この工程で単結晶シリコン基板１０１の表面に残存シリコン層１０３が形成される。こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。
【００９８】
次に酸化性雰囲気（ＨＣｌを３％含んだ酸素雰囲気）中での加熱処理を行うことにより、熱酸化層１０７の形成を行う。この工程において、単結晶シリコン層１０８が得られる。こうして図３（Ｃ）に示す状態を得る。
【００９９】
次に熱酸化層１０７を除去することにより、図３（Ｄ）に示す状態を得る。
【０１００】
〔実施例４〕
本実施例の作製工程を図４に示す。特に断らない条件やパラメータは実施例１の場合と同じである。
【０１０１】
まず図４（Ａ）に示すように、酸素イオンの注入を行うことにより、単結晶シリコン基板１０１中に酸素イオン注入層１０２を形成する。この状態で残存シリコン層１０３が形成される。
【０１０２】
次に図４（Ｂ）に示されるように、ニッケル酢酸塩溶液を塗布し、Ｎｉ元素を含有した層１０４を形成する。
【０１０３】
次に酸化性雰囲気（ＨＣｌを３％含んだ酸素雰囲気）中での加熱処理を行うことにより、熱酸化層１０７を形成する。この工程で単結晶シリコン層１０８が形成される。こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１０４】
次に熱酸化層１０７を除去することにより、図４（Ｄ）に示す状態を得る。
【０１０５】
〔実施例５〕
本実施例では、本明細書で開示する発明を利用してＩＣ回路を構成するＮチャネル型のトランジスタを作製する工程を示す。
【０１０６】
図５に本実施例の作製工程を示す。図５（Ｄ）に示すが本実施例で示すトランジスタ（絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ）の断面図である。図５（Ｅ）に示すのが、（Ｄ）に示す薄膜トランジスタの上面図である。図５（Ｅ）のＢ−Ｂ’で切った断面が図５（Ｄ）に対応する。
【０１０７】
以下に図５（Ｄ）及び（Ｅ）に示すトランジスタの作製工程を説明する。まず実施例１乃至実施例４に示す方法を用いて、図５（Ａ）に示すような単結晶シリコン層１０８を得る。図において、１０５は酸素イオンの注入、さらにその後のアニールにより形成された酸化珪素層である。
【０１０８】
次に熱酸化層（熱酸化膜）５０１を１００Åの厚さに形成する。この熱酸化層５０１の形成手段としては通常の方法を用いればよい。
【０１０９】
次に窒化珪素膜でもって５０２で示されるマスクパターンを形成する。こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。
【０１１０】
次に再度の熱酸化を行うことにより、５０３で示されるフィールド酸化層（２次元方向における素子分離用の選択酸化層）を形成する。この工程は、一般にＬＯＣＯＳ(local oxidation of silicon)プロセスとして知られているものと基本的に同じである。
【０１１１】
ただし、素子分離を行わんとする領域において、単結晶シリコン層１０８を残存させないようにフィールド酸化層５０３を形成する点に注意する必要がある。即ち、単結晶シリコン層１０８はフィールド酸化層５０３によって完全に分離、孤立化される。この点は、従来のＩＣ技術におけるＬＯＣＯＳ(local oxidation of silicon)プロセスと異なる点である。
【０１１２】
こうして図５（Ｂ）に示すように酸化珪素で回りが覆われた単結晶シリコン層５０４を得る。即ち、この状態では酸化珪素によって周囲から完全に絶縁された（孤立化された）単結晶シリコン層５０４が得られる。
【０１１３】
ここで重要なのは、単結晶シリコン層５０４が単結晶シリコン基板１０１から完全に絶縁され、従来のＩＣにおいて問題であった基板を介しての容量結合の問題を大きく低減できる点である。後にこの単結晶シリコン層５０４でもってトランジスタの活性層を構成する。
【０１１４】
次に窒化珪素膜でなるマスク５０２を除去する。そして熱酸化層５０１を除去し、再度の熱酸化を行うことにより、ゲイト絶縁膜となる熱酸化膜５１を形成する。
【０１１５】
さらに、適当な金属または金属シリサイドまたはＮ型のヘビードーピングが行われたシリコンによりゲイト電極５００を形成する。
【０１１６】
この状態でＰ（リン）イオンの注入を行うことにより、自己整合的にソース領域５０５とドレイン領域５０７とを形成する。またこの工程で自己整合的にチャネル領域５０６が画定する。
【０１１７】
Ｐイオンの注入が終了したら、９００℃の加熱処理を行うことにより、ソース領域５０５及びドレイン領域５０７の活性化を行う。こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１１８】
図５（Ｃ）に示す状態を得たら、層間絶縁膜として酸化珪素膜５０８をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもって、ソース電極５０９とドレイン電極５１０を形成する。
【０１１９】
こうして絶縁層（酸化珪素層）上に形成された単結晶シリコン層５０４を活性として利用したトランジスタが形成される。
【０１２０】
このような構造を有するトランジスタは、基板との間の容量を小さくすることができるので高速動作が可能であるという特徴を有している。また基板を介しての隣合う素子や配線との容量結合の影響を低減できるという特徴も有している。
【０１２１】
本実施例では、Ｎチャネル型のトランジスタの作製工程を示したが、導電型を付与する不純物を変更すれば、同様な工程によりＰチャネル型のトランジスタを得ることができる。
【０１２２】
〔実施例６〕
本実施例は、ホットキャリア効果による劣化の抑制に効果のある低濃度不純物領域を配置したトランジスタの作製工程に関する。この低濃度不純物領域は、ソース／ドレイン間、特にチャネル／ドレイン間の耐圧を高めるために不純物を段階的に分布させ、チャネル／ドレイン間における電界強度を緩和させる機能を有している。
【０１２３】
図６に本実施例の作製工程を示す。まず、図６（Ａ）に示すように、実施例１乃至実施例４に示す作製工程に従って、単結晶シリコン基板１０１上に酸化珪素層１０５を介して、単結晶シリコン層１０８を形成する。
【０１２４】
そして、熱酸化膜５０１を形成し、さらに窒化珪素膜５０２でなるマスクパターンを形成する。こうして図６（Ａ）に示す状態を得る。
【０１２５】
次に再度熱酸化を行うことにより、５０３で示されるフィールド酸化層を形成する。この工程で酸化珪素層で上面、下面、周辺が囲まれ、電気的及び物理的にも孤立した単結晶シリコン層５０４を得る。この単結晶シリコン層５０４はトランジスタの活性層となる。こうして図６（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１２６】
次に熱酸化層５０１を除去し、再度の熱酸化を行うことにより、ゲイト絶縁膜として機能する熱酸化層５１を形成する。
【０１２７】
さらに、適当な金属材料やシリサイド材料により、ゲイト電極５００を形成する。この技術は通常のＩＣで利用されている技術を利用すればよい。
【０１２８】
ゲイト電極５００を形成したら、Ｐイオンの注入を行う。この工程においては、低濃度不純物領域を形成するための工程であるから、一般のソース／ドレイン領域を形成するための条件よりも低ソーズ量でＰイオンを注入する。イオンの注入方法は、イオン注入法を用いればよい。
【０１２９】
次に酸化珪素膜６０１をプラズマＣＶＤ法により成膜する。この酸化珪素膜６０１は低濃度不純物領域を形成するためのサイドウォールスペーサーの形成に利用される。この酸化珪素膜６０１はステップカバレージ（段差被覆性）に優れた成膜手段を用いることが好ましい。
【０１３０】
酸化珪素膜６０１を成膜した段階で図６（Ｃ）に示すような状態を得る。この状態で垂直異方性を有するエッチング（ＲＩＥ法による方法が好ましい）により、酸化珪素膜６０１を表面から垂直方向にエッチングする。こうすると、６０２で示されるようにゲイト電極５００の側面に酸化珪素材料が残存する。この酸化珪素材料の残存部分は、サイドウォールスペーサーと称される。
【０１３１】
この状態で不純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の絶縁ゲイト型電界効果トランジスタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。このＰイオンの注入条件は、通常のソース及びドレイン領域を形成するための条件とする。
【０１３２】
従って、この工程におけるドーピングは、６０２の部分に形成されるサイドウォールスペーサー６０２の形成前に行ったライトドーピングに比較して、高いドーズ量でもって行われる。
【０１３３】
上記Ｐイオンの注入により、図６（Ｄ）に示される６０３の領域がソース領域、６０７の領域がドレイン領域として形成される。これらの領域は６０４や６０６の領域に比較して高濃度にＰ元素がドーピングされるので、高濃度不純物領域（Ｎ+ 型領域）と称される。他方、６０４や６０６の領域は低濃度不純物領域と称される。
【０１３４】
また、６０５の領域は、ゲイト電極５００が存在する関係でＰイオンが注入されず、チャネル領域として画定する。
【０１３５】
ソース領域６０３とドレイン６０７の領域を形成するための不純物イオンの注入工程の終了後、加熱処理を行うことにより、注入されたＰ元素の活性化とイオン注入時に生じた損傷のアニールとを行う。
【０１３６】
次に層間絶縁膜として酸化珪素膜５０８（窒化珪素膜でもよい）を成膜し、さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極５０９とドレイン電極５１０とを形成する。
【０１３７】
図６（Ｄ）に示す構成において、６０６で示されるドレイン領域６０７側の低濃度不純物領域が一般にＬＤＤ（Lightly Doped Dorain）領域と称されている。
【０１３８】
〔実施例７〕
本実施例は、活性層の側面に形成される準位の密度を軽減した構成に関する。図５（Ｂ）に示すような工程により、素子分離のためのフィールド酸化層５０３を形成すると、図７（Ｂ）の７０２で示される部分に欠陥が形成され易い。即ち、活性層となるべき単結晶シリコン層パターンの側面に欠陥が形成され易い。
【０１３９】
この部分では、フィールド酸化層５０３の酸化進行最前部、酸化珪素層１０５の界面、所定のパターンとして残存する単結晶シリコン層５０４の界面のそれぞれが隣接する。従って、この部分（７０２で示される部分）では、酸化に従う格子間原子の発生やシリコン原子の結合異常といった状態が発生し易い。
【０１４０】
具体的には、ＳｉＯX （０＜Ｘ＜２）で示される不完全な結合状態を有した層が単結晶シリコン層とフィールド酸化層との界面に形成されてしまう。このＳｉＯX （０＜Ｘ＜２）で示される不完全な結合状態を有した層の厚さは１０〜２０Å程度以下であると考えられる。
【０１４１】
この層中の欠陥の存在によって、ナローチャネル効果と呼ばれる好ましく無い現象生じる。この現象は、チャネル以外に活性層側面に存在する上記ＳｉＯX （０＜Ｘ＜２）層を経由して（当該層中の準位を経由して）キャリアが移動してしまう現象である。
【０１４２】
この現象は、トランジスタ特性の劣化、トランジスタ特性の不安定性、高周波特性の低下、といった問題の要因となる。
【０１４３】
本実施例では、上記の問題を解決する技術を提供するものである。図７に本実施例のトランジスタの作製工程の一部を示す。
【０１４４】
まず、実施例１乃至実施例４に記載した工程に従って、単結晶シリコン層１０８を得る。そして、熱酸化層５０１の形成、さらに窒化珪素膜５０２でなるマスクパターンを形成して、図７（Ａ）に示す状態を得る。
【０１４５】
本実施例においては、この状態において、７０１で示されるニッケル元素を含有した層を形成する。ここでは、所定の濃度に調整されたニッケル酢酸塩溶液をスピンコート法を用いて塗布することにより、ニッケル元素を含有した層７０１を形成する。こうして図７（Ａ）に示す状態を得る。
【０１４６】
なお、本実施例においては、図７（Ｄ）のＡ−Ａ’で切った断面の作製工程を示す。なお、図７（Ｄ）は図５（Ｅ）に対応する。
【０１４７】
次に熱酸化法により、素子分離に利用されるフィールド酸化層５０３の形成を行う。（図７（Ｂ））
【０１４８】
この際、ニッケル元素の作用により、７０２で示される部分において酸素と珪素との結合が促進される。即ち、ＳｉＯX （０＜Ｘ＜２）で示されるような電気的に不安定な層を消滅またはその存在を無力化することができる。こうして図７（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１４９】
次に窒化珪素膜５０２を除去し、さらに熱酸化層５０１を除去する。そして、ゲイト絶縁膜として機能する熱酸化層５１を形成する。さらにゲイト電極５００を形成する。こうして図７（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１５０】
ここでは、図７（Ｄ）のＡ−Ａ’で切った断面を示しているので、図７（Ｃ）に示す状態においては、ソース領域５０５及びドレイン領域５０７は示されていない。
【０１５１】
図７（Ｃ）で示される断面は、図５（Ｃ）で示される断面に対応する。両者の違いは、図７（Ｄ）のＡ−Ａ’で切った断面なのか、Ｂ−Ｂ’で切った断面なのかに起因する。
【０１５２】
図７（Ｃ）に示す状態を得たら、図５（Ｄ）以下の工程に従って、トランジスタの作製を行う。
【０１５３】
本実施例に示す構成を採用した場合、活性層の側面における欠陥の形成を抑制することができる。そしてトランジスタ特性の劣化、トランジスタ特性の不安定性、ＯＦＦ電流値の増大、高周波特性の低下、といった問題の発生を抑制することができる。
【０１５４】
本実施例に示す構成を実施する場合の加熱温度と加熱タイミングの関係の他の一例を図１５に示す。
【０１５５】
図１５に示す場合は、Ａの部分でニッケルの拡散を行わせ、Ｂの部分で熱酸化を行わせる。
【０１５６】
〔実施例８〕
本実施例は、バイポーラトランジスタを作製する場合の例を示す。図８以下に本実施例の作製工程を示す。まず、実施例１乃至実施例４に示す作製工程を利用して、Ｎ+ 型を有する単結晶シリコン層を酸化珪素層８０１上に形成する。図示されてはいないが、酸化珪素層下には単結晶シリコン基板が存在している。こうして図８（Ａ）に示す状態を得る。
【０１５７】
本実施例においては、実際例１乃至実施例４に示した作製工程を利用してＮ+ 型を有する単結晶シリコン層を形成し、それを利用する。
【０１５８】
この場合、必要とする導電型及び導電型の程度とするためにＰまたはＡｓを出発材料である単結晶シリコン基板中に含有させる。または最初からＮ+ 型を有する単結晶シリコン基板を利用する。
【０１５９】
なお、選択的に単結晶シリコン基板中にＮ+ 型層を形成すれば、実施例５に示すような構成と組み合わせことも可能となる。即ち、絶縁ゲイト型の電界効果トランジスタを同一基板中に作り込むことができる。
【０１６０】
次に公知のエピタキシャル成長法を利用して、Ｎ型単結晶シリコン層８０３を成長させる。このＮ型単結晶シリコン層８０３を活性層として利用してバイポーラトランジスタが形成される。こうして図８（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１６１】
次に熱酸化層８０４を形成し、素子分離のためのフィールド酸化層（選択的な熱酸化により形成される）を形成するためのマスクパターン８０５を窒化珪素膜でもって形成する。こうして図８（Ｃ）に示す状態を得る。
【０１６２】
次に熱酸化を行うことにより、図９（Ａ）に示すように、フィールド酸化層８０６を形成する。この工程の結果、Ｎ+ 型単結晶シリコン層８０７とＮ型単結晶シリコン層８０８とでなる積層パターンが酸化珪素膜中に孤立した状態が得られる。
【０１６３】
図９（Ａ）に示す状態を得たら、窒化珪素膜パターン８０５を除去する。そして、選択的な不純物の拡散を行うことにより、図９（Ｂ）に示すようなＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを形成する。
【０１６４】
図９において、８１２がＮ+ 型を有するエミッタ領域であり、８０９がＮ+ 型を有するコレクタ領域であり、８１１がＰ型を有するベース領域である。８１０はコレクタへ移動するキャリアの伝導するＮ型領域である。８０７は埋没層と呼ばれるＮ+ 型領域であり、コレクタへ移動するキャリアをより伝導し易くするための領域である。
【０１６５】
ここでは、バイポーラトランジスタ単体を形成する例を示したが、同じ基板中に絶縁ゲイト型電界効果トランジスタを形成することも可能である。また各種抵抗やコンデンサを形成することも可能である。
【０１６６】
〔実施例９〕
本実施例は、実施例８に示す工程と同時に抵抗とコンデンサを形成する例である。図１０（Ａ）に抵抗の構造例を示す。また図１０（Ｂ）にコンデンサの構造例を示す。
【０１６７】
図１０（Ａ）に示す抵抗は、Ｐ型拡散層１００３を抵抗体として利用したものである。即ち、電極１００４と１００５との間における抵抗体としてＰ型拡散層を利用した構造を有している。
【０１６８】
図１０（Ａ）に示す構造においては、Ｎ+ 型層１００１やエピタキシャル成長により形成されたＮ型層１００２は特に機能しない。
【０１６９】
図１０（Ｂ）に示すコンデンサは、熱酸化膜１０１２を誘電体として利用したＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor)構造を有している。即ち、金属（Metal)でなる電極１０１１とＮ+ 型半導体層１００９とで熱酸化膜１０１２を挟んだ構造とすることにより、コンデンサを形成している。
【０１７０】
この構造においても、Ｐ型半導体層１００８、Ｎ型半導体層１００７、Ｎ+ 型半導体層１００８は特に機能していない。
【０１７１】
他の実施例と本実施例に示す構成を組み合わすことにより、同一単結晶シリコン基板中（基板表面）に必要とする機能を有する集積回路を形成することができる。
【０１７２】
この集積回路は、各素子（能動素子及び受動素子）が絶縁物（酸化珪素）でもって完全に分離（電気的及び物理的に）されているので、高分離耐圧を有し、かつ相互干渉の極めて少ない構成とすることができる。特に基板を介しての容量結合を著しく低くできる。
【０１７３】
このことは、集積回路そのもの、及び集積回路を利用した装置の信頼性を極めて高くする。またこのような構成は、高周波特性に優れたものとなるので、画像信号を取り扱う回路等には極めて有用なものとなる。
【０１７４】
また、実施例１乃至実施例４、及び／または図７に示す実施例７の構成を利用した場合、素子の活性層を構成する単結晶シリコン層中及び／またはその周辺界面近傍における欠陥密度を低いものとすることができ、このことも素子の高速動作や信頼性に大きな寄与をする。
【０１７５】
〔実施例１０〕
本実施例では、ＩＣ回路を構成する基本的な回路構成であるＣＭＯＳ回路を作製する場合の例を示す。図１１に本実施例の作製工程を示す。
【０１７６】
まず、単結晶シリコン基板１０１上に酸化珪素層１０５とその上の単結晶シリコン層１０８を形成する。この工程は他の実施例の作製工程に従う行う。こうして図１１（Ａ）に示す状態を得る。
【０１７７】
次に熱酸化膜形成する。さらに、Ｎチャネル型のトランジスタ（絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ）とＰチャネル型のトランジスタ（絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ）とを作製する領域を窒化珪素膜１１０２、１１０３でもってマスクする。こうして図１１（Ｂ）に示す状態を得る。
【０１７８】
次に熱酸化法により、フィールド酸化層１１０４を形成することにより、孤立した単結晶シリコン層１１０５と１１０６とを得る。
【０１７９】
ここで、１１０５はＮチャネル型のトランジスタを構成する活性層である。また、１１０６がＰチャネル型のトランジスタを構成する活性層である。
【０１８０】
こうして図１１（Ｃ）に示す状態を得る。次に窒化珪素膜でなるパターン１１０２と１１０３とを除去し、さらに熱酸化膜１１０１を除去する。
【０１８１】
そして再度熱酸化膜１１０７と１１０８を形成する。これらの熱酸化膜は、それぞれ、Ｎ及びＰチャネル型のトランジスタのゲイト電極として機能する。
【０１８２】
次にゲイト電極１１０９と１１１０を形成する。そしてそれぞれのトランジスタ部をレジストでマスクして選択的に導電型を付与するための不純物イオンの注入を行う。
【０１８３】
この結果、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域１１１１、チャネル領域１１１２、ドレイン領域１１１４、さらにはＰチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域１１１６、チャネル領域１１１５、ドレイン領域１１１３が自己整合的に形成される。
【０１８４】
導電型を付与する不純物のドーピングが終了したら、加熱処理を行いアニールを行う。こうして図１１（Ｄ）に示す状態を得る。
【０１８５】
次に層間絶縁膜１１１７を形成し、コンタクトホールの形成う。そしてＮチャネル型のトランジスタのソース電極１１１８、共通のドレイン電極１１１９、Ｐチャネル型のトランジスタのソース電極１１２０を形成する。こうしてＣＭＯＳ回路が完成する。
【０１８６】
〔実施例１１〕
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して作製された半導体素子を用いた電子機器について説明する。
【０１８７】
図１２に示すのは、携帯型のパーソナルコンピュターまたはワードプロセッサーと呼ばれる電子機器である。
【０１８８】
図において、３００１は本体であり、３００２は液晶ディスプレイ３００４を備えた開閉可能な蓋（カバー）である。３００３はキーボード及び操作パネルである。
【０１８９】
このような電子機器においては、各種集積回路（ＩＣチップ）３００５が内蔵されている。３０１１で示されるのは、３００５で示されるようなＩＣチップの一つである。
【０１９０】
ＩＣチップには必要とする機能を有するものがある。ここでは、３０１１で示されるＩＣチップを液晶ディスプレイ３００４に表示される画像の信号（画像信号やビデオ信号と呼ばれる）を扱うためのものとする。
【０１９１】
図１２に示すような電子機器（単なるコンピューターではなく、携帯情報端末とも称される）は、通信回線（例えば電話回線）に接続して、画像情報を含む各種情報を取り扱うことが要求されている。
【０１９２】
しかし画像情報を取扱うには、回路に高速動作が要求される。また、回路以外に配線等による信号の遅延も大きな問題となる。このような問題を解決する手段としては、１チップ内に必要とする処理回路を集積化し、配線の延在による遅延の影響を極力抑える構成が採用される。
【０１９３】
図１２にはそのような構成を有するＩＣチップ３０１１が示されている。即ち、ＩＣチップ３０１１は、単結晶基板３０１６上に本明細書で開示する発明を利用することによって得た単結晶シリコン層を備え、この単結晶シリコン層でもって必要とする素子が集積化された構成を有している。
【０１９４】
３０１３で示されるのはボンディング部であり、ＩＣチップのリード３０１２に接続されている。
【０１９５】
図１２に示すＩＣチップは、画像情報を取り扱うメモリー回路３０１５と演算回路３０１４を備えている。
【０１９６】
本明細書で開示する発明を利用した場合、高速動作が可能が回路を構成できるので、画像情報を取り扱う必要があるＩＣチップを構成することは有用なこととなる。
【０１９７】
〔実施例１２〕
本実施例は、携帯型であって、ビデオ撮影を行うことができる機能を有する電子機器（一般にビデオカメラと称される）に図１２の３０１１で示されるようなＩＣチップを利用する例を示す。
【０１９８】
一般に画像を取り扱う携帯電子機器にあっては、画像をデジタル処理する機能が要求される。
【０１９９】
例えば、手ぶれ防止機能であるとか、色彩補正であるとか、ズーム機能等にデジタル技術が利用される。このような機能を実現するために必要とされる回路に本明細書で開示する発明を利用して得られた素子を利用することは有用である。
【０２００】
〔実施例１３〕
本実施例では、Ｎｉ元素以外の金属元素を利用する場合の例について示す。本明細書で開示する発明においては、Ｎｉを利用することが最も効果的であり、かつまたそのプロセスの再現性等も優れている。しかし、原理的には他の元素利用することもできる。ここでは、Ｃｕ（銅）を利用する場合の例を示す。
【０２０１】
Ｃｕを利用する場合には、酢酸第２銅（Cu(CH3COO)2)溶液を利用して、Ｎｉと同様な方法により、利用することができる。しかし、酢酸第２銅は劇薬であるので、取扱に注意が必要である。
【０２０２】
〔実施例１４〕
本実施例は、従来から公知のＩＣプロセスに本明細書に開示する発明を利用した場合の例である。
【０２０３】
図１３に本実施例のＣＭＯＳ作製プロセスを示す。本実施例では、ＳＩＭＯＸプロセスではなく、従来から公知のＩＣプロセスを基本とした例を示す。
【０２０４】
まず図１３（Ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１３０１を容易する。そしてその表面に熱酸化膜１３０２を形成する。さらに選択的にフィールド酸化層を形成するための窒化珪素膜パターン１３０３と１３０４とを形成する。
【０２０５】
窒化珪素膜パターン１３０３と１３０４とを形成したら、ニッケル酢酸塩溶液を塗布し、ニッケル元素を含んだ層１３０５を形成する。即ち、窒化珪素膜１３０３と１３０４とが形成された領域以外においては、ニッケル元素が単結晶シリコン基板１３０１の表面に接して保持された状態を得る。こうして図１３（Ｂ）に示す状態を得る。
【０２０６】
熱酸化を行うことにより、１３０８で示されるフィールド酸化層を形成する。このフィールド酸化層１３０８によって各素子領域が他部より分離される。こうして図１３（Ｃ）に示す状態を得る。
【０２０７】
この際、１３０９で示される単結晶シリコン基板１３０１中の単結晶領域とフィールド酸化層１３０８との界面近傍において、ＳｉＯx （０＜Ｘ＜２）で示されるような不完全な接合状態に起因する欠陥の修復が酸素とニッケルの作用により行われる。
【０２０８】
次にゲイト電極１３１０と１３１１を形成する。そして、図示しないレジストマスクを用いて、まず１３１２と１３１３の領域にＰイオンの注入を行う。さらに別のレジストマスクを利用して１３１４と１３１５の領域にＢイオンの注入を行う。
【０２０９】
不純物イオンの注入後、加熱処理を行うことにより、不純物イオンの注入された領域の活性化を行う。
【０２１０】
こうして、図１３（Ｄ）に示すように、図面左側に形成されるＮチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域１３１２とドレイン領域１３１３、さらに図面右側に形成されるＰチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域１３１４とドレイン領域１３１５が自己整合的に形成される。
【０２１１】
次に層間絶縁膜１３１６を成膜する。そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極１３１７と１３１９、共通のドレイン電極１３１８を形成する。こうしてＣＭＯＳ構造を得る。
【０２１２】
本実施例に示す構成を採用した場合、フィールド酸化層の形成に際して形成されてしまう欠陥の影響を抑制することができる。この技術は、集積度や高速動作がさらに要求されているＩＣ回路において有効なものとなる。
【０２１３】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することにより、ＳＩＭＯＸ技術を利用して、単結晶シリコン層を形成する技術において、欠陥密度の低い単結晶シリコン層を得ることができる。
【０２１４】
そして、高速動作が可能で高い信頼性を有した半導体素子、及びそのような半導体素子を利用した各種装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。
【図２】  単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。
【図３】  単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。
【図４】  単結晶シリコン基板を利用した酸化珪素層上に単結晶シリコン層を作製する工程を示す図。
【図５】  単結晶シリコン層を用いて絶縁ゲイト型電界効果トランジスタを作製する工程を示す図。
【図６】  単結晶シリコン層を用いて低濃度不純物領域を配置した絶縁ゲイト型電界効果トランジスタを作製する工程を示す図。
【図７】  単結晶シリコン層を用いて絶縁ゲイト型電界効果トランジスタを作製する工程を示す図。
【図８】  単結晶シリコン層を用いてバイポーラトランジスタを作製する工程を示す図。
【図９】  単結晶シリコン層を用いてバイポーラトランジスタを作製する工程を示す図。
【図１０】単結晶シリコン層を用いて作製された抵抗およびコンデンサを示す図。
【図１１】ＣＭＯＳデバイスの作製工程を示す図。
【図１２】発明を利用した電子装置の概略を示す図。
【図１３】ＣＭＯＳデバイスの作製工程を示す図。
【図１４】酸化珪素層と単結晶シリコン層の界面状態を示す模式図。
【図１５】加熱状態を示す図。
【符号の説明】
１０１      単結晶シリコン基板
１０２      酸素イオン注入層
１０３      残存シリコン層
１０４      Ｎｉ含有層
１０５      酸化珪素層
１０６      単結晶シリコン層
１０７      熱酸化層
１０８      単結晶シリコン層
５０１      熱酸化層
５０２      窒化珪素膜
５０３      フィールド酸化層
５０４      単結晶シリコンでなる活性層
５００      ゲイト電極
５０５      ソース領域
５０６      チャネル領域
５０７      ドレイン領域
５０８      層間絶縁膜（酸化珪素膜）
５０９      ソース電極
５１０      ドレイン電極
６０１      サイドウォールスペーサー形成用の酸化珪素膜
６０２      サイドウォールの形成位置
６０３      ソース領域
６０４      低濃度不純物領域
６０５      チャネル領域
６０６      低濃度不純物領域
６０７      ドレイン領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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