JP2500315B2 - 半導体単結晶層の製造方法 - Google Patents
半導体単結晶層の製造方法Info
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- silicon layer
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁膜上にシリコンの単結晶層を形成する
技術に係わり、特に酸素の混入の少ないシリコン単結晶
層を製造する半導体単結晶層の製造方法に関する。
技術に係わり、特に酸素の混入の少ないシリコン単結晶
層を製造する半導体単結晶層の製造方法に関する。
（従来の技術） 従来、絶縁膜上にシリコンの単結晶層を製造するに
は、絶縁膜上に堆積した多結晶若しくは非晶質のシリコ
ン層をエネルギービームによりアニールして単結晶化す
る方法が採用されている。第５図はこの方法を説明する
ための断面図である。まず、単結晶シリコン基板51上に
SiO2等の絶縁膜52を形成し、この絶縁膜52上に多結晶シ
リコン層54を堆積し、さらにこのシリコン層54上にSiO2
等の保護膜55を堆積する。次いで、保護膜55上で電子ビ
ーム56を走査することにより、多結晶シリコン層54を溶
融再結晶化し、シリコン再結晶化層（シリコン単結晶
層）57を形成する。ここで、保護膜55はシリコン再結晶
化層の均一性を確保するために用いられる。また、図中
53は横方向エピタキシャル成長のシード部となる開口
部、58は溶融部を示している。
は、絶縁膜上に堆積した多結晶若しくは非晶質のシリコ
ン層をエネルギービームによりアニールして単結晶化す
る方法が採用されている。第５図はこの方法を説明する
ための断面図である。まず、単結晶シリコン基板51上に
SiO2等の絶縁膜52を形成し、この絶縁膜52上に多結晶シ
リコン層54を堆積し、さらにこのシリコン層54上にSiO2
等の保護膜55を堆積する。次いで、保護膜55上で電子ビ
ーム56を走査することにより、多結晶シリコン層54を溶
融再結晶化し、シリコン再結晶化層（シリコン単結晶
層）57を形成する。ここで、保護膜55はシリコン再結晶
化層の均一性を確保するために用いられる。また、図中
53は横方向エピタキシャル成長のシード部となる開口
部、58は溶融部を示している。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問
題があった。即ち、絶縁膜52及び保護膜55として酸化膜
（SiO2）を用いているので、ビームアニール時にシリコ
ン再結晶層57に酸素59が不純物として混入し、結晶品質
が低下する。この結晶品質の低下は、シリコン再結晶層
57に形成する素子の特性悪化を招くことになる。
題があった。即ち、絶縁膜52及び保護膜55として酸化膜
（SiO2）を用いているので、ビームアニール時にシリコ
ン再結晶層57に酸素59が不純物として混入し、結晶品質
が低下する。この結晶品質の低下は、シリコン再結晶層
57に形成する素子の特性悪化を招くことになる。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、絶縁膜上にシリコン単結晶層を製造
する場合、ビームアニールによるシリコン再結晶化層に
酸素が混入し、この酸素が結晶品質を低下させる要因と
なっていた。
する場合、ビームアニールによるシリコン再結晶化層に
酸素が混入し、この酸素が結晶品質を低下させる要因と
なっていた。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、シリコン再結晶化層に混入する酸
素の量を減らすことができ、シリコン再結晶化層の結晶
品質向上をはかり得る半導体単結晶層の製造方法を提供
することにある。
目的とするところは、シリコン再結晶化層に混入する酸
素の量を減らすことができ、シリコン再結晶化層の結晶
品質向上をはかり得る半導体単結晶層の製造方法を提供
することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、低酸素の単結晶層を得るために、シ
リコン層とその上下の酸化膜との界面の酸素を低減する
ことにあり、この低減するための手段としてイオン注入
を行うことにある。
リコン層とその上下の酸化膜との界面の酸素を低減する
ことにあり、この低減するための手段としてイオン注入
を行うことにある。
即ち本発明は、単結晶シリコン基板上に形成された絶
縁膜上に多結晶若しくは非晶質のシリコン層を形成した
のち、このシリコン層上に保護膜を形成し、次いでエネ
ルギービームの照射によりシリコン層を溶融再結晶化す
る半導体単結晶層の製造方法において、前記溶融再結晶
化する工程の前に、前記シリコン層と絶縁膜との界面及
び前記シリコン層と保護膜との界面にそれぞれ不純物イ
オンを注入するようにした方法である。
縁膜上に多結晶若しくは非晶質のシリコン層を形成した
のち、このシリコン層上に保護膜を形成し、次いでエネ
ルギービームの照射によりシリコン層を溶融再結晶化す
る半導体単結晶層の製造方法において、前記溶融再結晶
化する工程の前に、前記シリコン層と絶縁膜との界面及
び前記シリコン層と保護膜との界面にそれぞれ不純物イ
オンを注入するようにした方法である。
（作用） 絶縁膜上にシリコン単結晶層を製造する際、下部絶縁
膜及び上部保護膜に酸化膜を用いてシリコン層をエネル
ギービームにより溶融再結晶化すると、酸素がシリコン
への固溶限界１×1019atoms/cm3以上、一般には１×10
20atoms/cm3程度溶け込む。そして、この酸素の混入は
シリコン再結晶化層の結晶品質を低下させる。
膜及び上部保護膜に酸化膜を用いてシリコン層をエネル
ギービームにより溶融再結晶化すると、酸素がシリコン
への固溶限界１×1019atoms/cm3以上、一般には１×10
20atoms/cm3程度溶け込む。そして、この酸素の混入は
シリコン再結晶化層の結晶品質を低下させる。
上記酸素の混入を減少させるためには、シリコン層と
接する酸化膜の酸素を低減することが効果的である。そ
こで本発明では、イオン注入法を用い、シリコン層と酸
化膜との界面に酸素以外の元素、例えばシリコンを注入
している。これにより、界面における酸素の量を相対的
に低減し、酸素の混入を減少させることが可能となる。
実際、本発明者等の実験によれば、シリコン再結晶化層
の酸素の混入を１×1019atoms/cm3以下にすることが可
能となった。
接する酸化膜の酸素を低減することが効果的である。そ
こで本発明では、イオン注入法を用い、シリコン層と酸
化膜との界面に酸素以外の元素、例えばシリコンを注入
している。これにより、界面における酸素の量を相対的
に低減し、酸素の混入を減少させることが可能となる。
実際、本発明者等の実験によれば、シリコン再結晶化層
の酸素の混入を１×1019atoms/cm3以下にすることが可
能となった。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例に係わるシリコン単結晶層
の製造工程を示す断面図である。まず、第１図（ａ）に
示す如く、面方位（100）の単結晶シリコン基板11上にC
VD法により厚さ２μｍのSiO2膜（絶縁膜）12を堆積し、
さらに後述するシリコンのエピタキシャル成長のシード
となる部分として開口部13を弗化アンモニウム水溶液に
より形成した。続いて、上部全面にシラン（SiH4）の熱
分解を用いたCVD法により厚さ0.8μｍの多結晶シリコン
層14を堆積し、さらにこの多結晶シリコン層14上にCVD
法により厚さ0.5μｍのSiO2膜（保護膜）15を堆積し
た。
の製造工程を示す断面図である。まず、第１図（ａ）に
示す如く、面方位（100）の単結晶シリコン基板11上にC
VD法により厚さ２μｍのSiO2膜（絶縁膜）12を堆積し、
さらに後述するシリコンのエピタキシャル成長のシード
となる部分として開口部13を弗化アンモニウム水溶液に
より形成した。続いて、上部全面にシラン（SiH4）の熱
分解を用いたCVD法により厚さ0.8μｍの多結晶シリコン
層14を堆積し、さらにこの多結晶シリコン層14上にCVD
法により厚さ0.5μｍのSiO2膜（保護膜）15を堆積し
た。
次いで、第１図（ｂ）に示す如く、SiO2膜15の上方か
らイオン注入を行った。このとき、注入する不純物イオ
ン20としてはシリコンを用い、第１の加速電圧870KeV,
注入量１×1016atoms/cm2、第２の加速電圧460KeV,注入
量１×1016atoms/cm2の２つの条件で２回に分けてイオ
ン注入を行った。ここで、加速電圧を変え２回に分けて
イオン注入を行うのは、シリコン層14とSiO2膜12,15と
のそれぞれの界面にシリコンを十分にイオン注入させる
ためである。即ち、第２図に示す如く、第１の加速電圧
でシリコン層14とSiO2膜12との界面にドーズ量のピーク
を生じさせ、第２の加速電圧でシリコン層14とSiO2膜15
との界面にドーズ量のピークを生じさせている。なお、
これらの加速電圧は、表面からイオン注入すべき界面ま
での距離、さらに界面までの膜の材質等により求められ
る。
らイオン注入を行った。このとき、注入する不純物イオ
ン20としてはシリコンを用い、第１の加速電圧870KeV,
注入量１×1016atoms/cm2、第２の加速電圧460KeV,注入
量１×1016atoms/cm2の２つの条件で２回に分けてイオ
ン注入を行った。ここで、加速電圧を変え２回に分けて
イオン注入を行うのは、シリコン層14とSiO2膜12,15と
のそれぞれの界面にシリコンを十分にイオン注入させる
ためである。即ち、第２図に示す如く、第１の加速電圧
でシリコン層14とSiO2膜12との界面にドーズ量のピーク
を生じさせ、第２の加速電圧でシリコン層14とSiO2膜15
との界面にドーズ量のピークを生じさせている。なお、
これらの加速電圧は、表面からイオン注入すべき界面ま
での距離、さらに界面までの膜の材質等により求められ
る。
次いで、第１図（ｃ）に示す如く、電子ビーム16を照
射し一方向に走査することにより、シリコン層14を溶融
再結晶化し、シリコン再結晶化層、即ちシリコン単結晶
層17を得た。ここで、シリコン層14はSiO2膜12に設けた
開口部13をシードとして横方向エピタキシャル成長によ
り単結晶化した。また、図中18は電子ビームアニールに
より溶融している部分を示している。
射し一方向に走査することにより、シリコン層14を溶融
再結晶化し、シリコン再結晶化層、即ちシリコン単結晶
層17を得た。ここで、シリコン層14はSiO2膜12に設けた
開口部13をシードとして横方向エピタキシャル成長によ
り単結晶化した。また、図中18は電子ビームアニールに
より溶融している部分を示している。
なお、電子ビーム16としては、例えば文献（T.Hamasa
ki et al.,J.Appl.Phys.59（1986）2971.）による方法
を用いた。即ち、36MHzの振幅変調した正弦波により半
値幅約150μｍのスポットビームを一方向に高速偏向す
ることにより、長さ約5mmに疑似的に線状化したものを
用い、振幅変調には周波数10KHzで線状化ビームの長さ
方向の強度分布を均一化するために計算機制御された波
形を持つ変調波を用いた。この線状化されたビームをビ
ーム加速電圧12KV,ビーム電流9.5mA、走査速度100mm/s
で線状化ビームの長手方向と直交する方向に走査した。
ki et al.,J.Appl.Phys.59（1986）2971.）による方法
を用いた。即ち、36MHzの振幅変調した正弦波により半
値幅約150μｍのスポットビームを一方向に高速偏向す
ることにより、長さ約5mmに疑似的に線状化したものを
用い、振幅変調には周波数10KHzで線状化ビームの長さ
方向の強度分布を均一化するために計算機制御された波
形を持つ変調波を用いた。この線状化されたビームをビ
ーム加速電圧12KV,ビーム電流9.5mA、走査速度100mm/s
で線状化ビームの長手方向と直交する方向に走査した。
このようにして得られたシリコン単結晶層17は、酸素
の混入量が１×1019atoms/cm3以下と従来よりも１桁以
上のオーダで少ないものであった。また、この結晶の転
位密度を調べたところ、108個／cm2以下と極めて少ない
ものであった。さらに、イオン注入量を種々変えて転位
密度を調べたところ、第３図に示す結果が得られた。即
ち、シリコンのイオン注入量が少ないと転位密度が多く
なり、注入量が７×1014atoms/cm3以上となると転位密
度が108個／cm2以下と十分少なくなることが判った。こ
の転位密度108個／cm2以下は、形成する素子の特性向上
を十分に期待できる値である。
の混入量が１×1019atoms/cm3以下と従来よりも１桁以
上のオーダで少ないものであった。また、この結晶の転
位密度を調べたところ、108個／cm2以下と極めて少ない
ものであった。さらに、イオン注入量を種々変えて転位
密度を調べたところ、第３図に示す結果が得られた。即
ち、シリコンのイオン注入量が少ないと転位密度が多く
なり、注入量が７×1014atoms/cm3以上となると転位密
度が108個／cm2以下と十分少なくなることが判った。こ
の転位密度108個／cm2以下は、形成する素子の特性向上
を十分に期待できる値である。
また、不純物イオンとしてシリコンの代わりに窒素を
用い、加速電圧として700KV,240KVの２種を選択し、先
と同じ注入量で窒素をイオン注入しても、酸素濃度が１
×1019atoms/cm3以下のシリコン単結晶層を形成するこ
とができた。さらに、転位密度とイオン注入量との関係
も第３図と略同様の特性を示した。但し、不純物イオン
が窒素の場合、窒素自身がシリコン層中での不純物とな
るので、形成する素子によっては窒素の量をあまり増や
す（１×1017atoms/cm2以上）ことは望ましくない。従
って、窒素のイオン注入量は４×1014〜１×1017atoms/
cm2の範囲が望ましい。シリコンの場合は不純物とはな
らないので、上記範囲よりも多くしても何等問題となら
ない。
用い、加速電圧として700KV,240KVの２種を選択し、先
と同じ注入量で窒素をイオン注入しても、酸素濃度が１
×1019atoms/cm3以下のシリコン単結晶層を形成するこ
とができた。さらに、転位密度とイオン注入量との関係
も第３図と略同様の特性を示した。但し、不純物イオン
が窒素の場合、窒素自身がシリコン層中での不純物とな
るので、形成する素子によっては窒素の量をあまり増や
す（１×1017atoms/cm2以上）ことは望ましくない。従
って、窒素のイオン注入量は４×1014〜１×1017atoms/
cm2の範囲が望ましい。シリコンの場合は不純物とはな
らないので、上記範囲よりも多くしても何等問題となら
ない。
このように本実施例方法によれば、SiO2膜12上の多結
晶シリコン層14を溶融再結晶化する前に、シリコン層14
とSiO2膜12,15との界面にシリコンイオンを注入するこ
とにより、再結晶化されたシリコン単結晶層17における
酸素を少なくすることができ、結晶品質の向上をはかる
ことができる。このため、シリコン単結晶層17に形成す
る素子の特性向上に寄与することが可能となる。また、
従来方法にイオン注入工程を付加するのみでよく、簡易
に実現し得る等の利点もある。
晶シリコン層14を溶融再結晶化する前に、シリコン層14
とSiO2膜12,15との界面にシリコンイオンを注入するこ
とにより、再結晶化されたシリコン単結晶層17における
酸素を少なくすることができ、結晶品質の向上をはかる
ことができる。このため、シリコン単結晶層17に形成す
る素子の特性向上に寄与することが可能となる。また、
従来方法にイオン注入工程を付加するのみでよく、簡易
に実現し得る等の利点もある。
第４図は他の実施例を示す工程断面図である。なお、
第１図と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明
は省略する。
第１図と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明
は省略する。
この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、１回
目のイオン注入を保護膜を形成する前に行ったことにあ
る。即ち、第４図（ａ）に示す如く、多結晶シリコン層
14を形成した後、加速電圧500KV,注入量１×1016atoms/
cm2の条件でシリコンイオン21を注入した。次いで、第
４図（ｂ）に示す如く、シリコン層14上に保護膜として
のSiO2膜15を形成した後、加速電圧460KV,注入量１×10
16atoms/cm2の条件でシリコンイオン22を注入した。
目のイオン注入を保護膜を形成する前に行ったことにあ
る。即ち、第４図（ａ）に示す如く、多結晶シリコン層
14を形成した後、加速電圧500KV,注入量１×1016atoms/
cm2の条件でシリコンイオン21を注入した。次いで、第
４図（ｂ）に示す如く、シリコン層14上に保護膜として
のSiO2膜15を形成した後、加速電圧460KV,注入量１×10
16atoms/cm2の条件でシリコンイオン22を注入した。
このようにして形成した試料に、第４図（ｃ）に示す
如く電子ビーム16を照射走査して、シリコン層14を溶融
再結晶化した。得られたシリコン単結晶層17は、酸素の
混入量が１×1019atoms/cm3以下と少ないものであっ
た。また、１回目のイオン注入として窒素を加速電圧36
9KV,注入量１×1016atoms/cm2の条件で、２回目のイオ
ン注入として窒素を加速電圧240KV,注入量１×1016atom
s/cm2の条件でイオン注入しても、酸素の混入量が１×1
019atoms/cm3以下のシリコン単結晶層17を形成すること
ができた。
如く電子ビーム16を照射走査して、シリコン層14を溶融
再結晶化した。得られたシリコン単結晶層17は、酸素の
混入量が１×1019atoms/cm3以下と少ないものであっ
た。また、１回目のイオン注入として窒素を加速電圧36
9KV,注入量１×1016atoms/cm2の条件で、２回目のイオ
ン注入として窒素を加速電圧240KV,注入量１×1016atom
s/cm2の条件でイオン注入しても、酸素の混入量が１×1
019atoms/cm3以下のシリコン単結晶層17を形成すること
ができた。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、イオン注入の加速電圧は実施例で示し
た値に限るものではなく、シリコン層，保護膜の膜厚及
び材料等により最適な値を選択すればよい。この最適な
値とは、シリコン層と保護膜及び絶縁膜との界面にそれ
ぞれ不純物イオンのドーズピークが生じる加速電圧であ
る。また、多結晶シリコン層の代わりに非晶質シリコン
層を用いることもでき、さらに電子ビームの代わりにレ
ーザビームを用いることも可能である。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
はない。例えば、イオン注入の加速電圧は実施例で示し
た値に限るものではなく、シリコン層，保護膜の膜厚及
び材料等により最適な値を選択すればよい。この最適な
値とは、シリコン層と保護膜及び絶縁膜との界面にそれ
ぞれ不純物イオンのドーズピークが生じる加速電圧であ
る。また、多結晶シリコン層の代わりに非晶質シリコン
層を用いることもでき、さらに電子ビームの代わりにレ
ーザビームを用いることも可能である。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、シリコン層と絶
縁膜との界面及びシリコン層と保護膜との界面にそれぞ
れ不純物イオンを注入するようにしているので、シリコ
ン再結晶化層に混入する酸素の量を減らすことができ、
シリコン再結晶化層の結晶品質向上をはかり得る。
縁膜との界面及びシリコン層と保護膜との界面にそれぞ
れ不純物イオンを注入するようにしているので、シリコ
ン再結晶化層に混入する酸素の量を減らすことができ、
シリコン再結晶化層の結晶品質向上をはかり得る。
第１図は本発明の一実施例に係わるシリコン単結晶層の
製造工程を示す断面図、第２図及び第３図はそれぞれ同
実施例の作用を説明するためのもので第２図は深さ位置
によるドーズ量の変化を示す模式図、第３図はドーズ量
と転位密度との関係を示す特性図、第４図は本発明の他
の実施例を示す工程断面図、第５図は従来方法を説明す
るための断面図である。 11……単結晶シリコン基板、12……SiO2膜（絶縁膜）、
13……開口部、14……多結晶シリコン層、15……SiO2膜
（保護膜）、16……電子ビーム、17……シリコン単結晶
層、18……溶融部、20,21,22……不純物イオン。
製造工程を示す断面図、第２図及び第３図はそれぞれ同
実施例の作用を説明するためのもので第２図は深さ位置
によるドーズ量の変化を示す模式図、第３図はドーズ量
と転位密度との関係を示す特性図、第４図は本発明の他
の実施例を示す工程断面図、第５図は従来方法を説明す
るための断面図である。 11……単結晶シリコン基板、12……SiO2膜（絶縁膜）、
13……開口部、14……多結晶シリコン層、15……SiO2膜
（保護膜）、16……電子ビーム、17……シリコン単結晶
層、18……溶融部、20,21,22……不純物イオン。
Claims (2)
- 【請求項１】単結晶シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化絶縁膜上に多結晶若しくは非晶質のシリコン層を
形成したのち、このシリコン層上にシリコン酸化保護膜
を形成し、次いでエネルギービームの照射によりシリコ
ン層を溶融再結晶化する半導体単結晶層の製造方法にお
いて、 前記溶融再結晶化する工程の前に、前記シリコン層とシ
リコン酸化絶縁膜との界面及び前記シリコン層とシリコ
ン酸化保護膜との界面にそれぞれシリコンイオンを注入
することを特徴とする半導体単結晶層の製造方法。 - 【請求項２】前記イオン注入する工程として、前記シリ
コン層と絶縁膜との界面にイオン注入によりドーズのピ
ークが生ずる第１の加速電圧、前記シリコン層と保護膜
との界面にイオン注入によるドーズのピークが生ずる第
２の加速電圧を選択し、第１及び第２の加速電圧でそれ
ぞれイオン注入を行うことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の半導体単結晶層の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63253754A JP2500315B2 (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | 半導体単結晶層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63253754A JP2500315B2 (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | 半導体単結晶層の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101735A JPH02101735A (ja) | 1990-04-13 |
| JP2500315B2 true JP2500315B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=17255678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63253754A Expired - Lifetime JP2500315B2 (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | 半導体単結晶層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500315B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174621A (ja) * | 1985-01-28 | 1986-08-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜結晶の製造方法 |
-
1988
- 1988-10-11 JP JP63253754A patent/JP2500315B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02101735A (ja) | 1990-04-13 |
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