JP3203746B2 - 半導体結晶の成長方法 - Google Patents

半導体結晶の成長方法

Info

Publication number
JP3203746B2
JP3203746B2 JP05659692A JP5659692A JP3203746B2 JP 3203746 B2 JP3203746 B2 JP 3203746B2 JP 05659692 A JP05659692 A JP 05659692A JP 5659692 A JP5659692 A JP 5659692A JP 3203746 B2 JP3203746 B2 JP 3203746B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
crystal
semiconductor crystal
tft
growing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP05659692A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05226246A (ja
Inventor
俊治 鈴木
隆 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP05659692A priority Critical patent/JP3203746B2/ja
Priority to US07/954,341 priority patent/US5373803A/en
Publication of JPH05226246A publication Critical patent/JPH05226246A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3203746B2 publication Critical patent/JP3203746B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶の成長方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】高抵抗負荷型のスタティックRAM(以
下、SRAMと略す)には、ポリシリコンで形成した負
荷型メモリセルが用いられている。しかしながら、高抵
抗負荷型のSRAMは、動作マージン、信頼性、スタン
バイ電流等を十分に確保することが困難である。そこ
で、これらの問題を解決するために、アモルファス状シ
リコンあるいはポリシリコンの薄膜を用いた薄膜トラン
ジスタ(以下、TFTと略す)を負荷素子に用いた積層
型SRAMが提案されている。また、TFTは、LCD
用液晶パネルにも使用されている。オン電流特性、サブ
スレッショールド特性、オン/オフ電流比等に高性能を
要求されるTFTにおいては、一般にポリシリコン薄膜
が用いられる。そして、ポリシリコン結晶粒の大きさを
大きくし、併せてポリシリコン薄膜内のトラップ密度を
低下させることによって、これらの特性の向上を図る努
力が進められている。
【0003】ポリシリコンの形成は、従来、通常の化学
的気相成長法、あるいはランダム固相成長法によって行
われている。しかしながら、通常の化学的気相成長法で
は、大きな結晶粒を形成しようとすると、均一な膜質を
有し且つ低リークで高移動度を有するポリシリコン膜を
形成することが困難となる。ランダム固相成長法では、
結晶粒の粒径が1μm以上の大粒径化されたポリシリコ
ン薄膜を形成することが可能であるが、結晶を選択的に
成長させることが難しく、しかもTFT活性領域内に結
晶の粒界が存在することが多い。その結果、粒界領域の
多少によってTFT特性にばらつきが生じる。特に、ソ
ース・ドレイン領域を直接連結するような粒界が存在す
る場合には、リーク電流が著しく増加する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ポリシリコン薄膜を用
いた場合のこれらの問題を改善するために、近年、アモ
ルファス化のためのSi+注入ドーズ量を所定の位置に
おいて少なくしておき、かかる所定の位置に結晶化のた
めの核を形成する方法が提案されている(H. Kumomi
他、"Control of Grain-Location in Solid State Crys
tallization of Si"、Extended Abstracts of the 22nd
(1990 International) Conference on Solid State De
vices and Materials, Sendai, 1990, pp 1159-1160、
及び特開平3−125422号公報参照)。
【0005】特開平3−125422号公報に開示され
た方法を、図3の形成工程図に基づき説明する。先ず、
図3の(A)に示すように、SiO2層51上のポリシ
リコン層52に低ドーズ量でシリコン(Si+)をイオ
ン注入する。次いで、図3の(B)に示すように、ポリ
シリコン層52の上面にリソグラフィー技術を用いてレ
ジストマスク53を形成し、レジストマスク53で被覆
されていないポリシリコン層52に高ドーズ量でSi+
を選択的にイオン注入する。その後、レジストマスク5
3を除去して、図3の(C)に示すように、低温固相成
長法によってシリコンを高ドーズ量にてイオン注入して
いない領域を中心にして結晶を成長させ、単結晶シリコ
ン領域54を形成する。
【0006】あるいは又、所定の位置以外をポリシリコ
ン/SiO2層で被覆した後レーザ光を照射して、核を
形成させる方法が本発明者によって提案されている(特
願平3−285720号参照)。この方法は、図4の
(A)に示すように、第1の工程で基板61に形成した
SiO2 62上の非晶質半導体層63の上面にリソグ
ラフィー技術を用いて遮光性マスク64を形成する。次
いで、第2の工程で、遮光性マスク64を用いて、非晶
質半導体層63にエキシマレーザ光を照射して結晶成長
させる核65を発生させる。続いて、第3の工程で、低
温固相アニール処理を施すことで非晶質半導体層63に
発生させた核65より結晶を成長させて、単結晶領域6
6を形成する。
【0007】特開平3−125422号公報あるいは特
願平3−285720号に記載されたこれらの方法にお
いては、低い温度での固相成長により所定の位置におい
て結晶の大粒径化を行い、かかる結晶内にTFTを作製
する。尚、このような方法で作製されたTFTは、シー
ド位置制御単一結晶粒TFTと呼ばれる。かかるTFT
は活性領域内に粒界を有さないため、特性にばらつきの
無い高性能のTFTを得ることができる。また、TFT
のそれぞれを単一結晶粒内に形成することができるた
め、均一性の高い複数のTFTを作製することができ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の2つの方法ではリソグラフィー技術を用いたパターニ
ングが必要とされる。そのため、以下に掲げる問題点を
有している。
【0009】単一の結晶粒を形成するためには、微小領
域に結晶核を形成する必要がある。単一の結晶核が形成
される確率は微小領域の面積が小さい程高くなり、微小
領域の面積が大きくなると多結晶が形成され易くなるこ
とがこれまでの実験から明らかになっている。しかる
に、現状のリソグラフィー技術では、得られる微小領域
の大きさは高々0.4μm程度である。しかも、必ずし
も大きな単一結晶粒が形成されず、多結晶が形成され易
く、また、双晶や転位が含まれる場合もある。その結
果、トランジスタ特性が低下するという問題がある。
【0010】また、リソグラフィー技術を用いなければ
ならないこと自体、TFTの製造工程を煩雑にし、しか
もスループットの低下を招く。
【0011】更に、レジストマスクを形成し、Si+
入のドーズ量に差を付ける上述の特開平3−12542
2号公報に記載された方法では、レジスト除去後に残存
した微細なレジストによって汚染が発生する可能性があ
る。また、低温固相成長処理を開始してから結晶が成長
し始めるまでに数時間を要するので、スループットが低
い。
【0012】一方、選択的にレーザ光を照射する上述の
特願平3−285720号に開示された方法では、エキ
シマレーザ光の均一性を確保することが困難である。
【0013】従って、本発明の目的は、リソグラフィー
技術を用いることなく、品質の優れた大きな単結晶領域
を大きなスループットで選択的に形成することができる
半導体結晶の成長方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶の成
長方法は、アモルファス状シリコン薄膜の所定の領域に
結晶化のためのシリコン核を形成し、次いで結晶を低い
温度にて固相成長させて大粒径のポリシリコン結晶粒を
形成する半導体結晶の成長方法に適用される。そして、
細く収束することができ且つ直接描画可能なエネルギー
ビームをアモルファス状シリコン薄膜の所定の位置に照
射して、アモルファス状シリコン薄膜に微細なシリコン
核を形成することを特徴とする。
【0015】エネルギービームとして、TFT素子に悪
影響を及ぼさずに、細く収束でき、しかも照射位置を自
由に且つ正確に制御することができ、直接描画が可能な
エネルギービームを使用する。このようなエネルギービ
ームとして、フォーカストイオンビーム(以下、FIB
ともいう)を使用することができる。イオン種として、
例えばHe+イオンを用いることができる。あるいは
又、エネルギービームとして、ビーム径をより細く収束
することができるエレクトロンビーム(EB)を使用す
ることができる。かかるエネルギービームを0.2μm
径あるいはそれ以下に収束させることが望ましい。
【0016】エネルギービームの照射によって形成され
るシリコン核は、結晶化されてもよいし、アモルファス
状態であってもよい。
【0017】アモルファス状シリコン薄膜は、通常のC
VD法により、あるいは又、ポリシリコン薄膜にシリコ
ンのイオン注入を行うことによって形成することができ
る。結晶を固相成長させるための低い温度は、約600
゜C程度であることが好ましい。ポリシリコン結晶粒の
大きさは、例えば16メガSRAMあるいは64メガS
RAM等への応用の場合、TFTのゲート長及び幅が1
μm以下となるため、2μm程度以上の大きさであれば
よい。
【0018】
【作用】本発明の半導体結晶の成長方法においては、直
接描画可能なエネルギービームを使用するので、リソグ
ラフィー技術を用いる必要がない。しかも、細く収束す
ることができるエネルギービームをアモルファス状シリ
コン薄膜の所定の位置に照射して、アモルファス状シリ
コン薄膜に微細なシリコン核を形成するので、従来の技
術と比較してシリコン核の大きさを小さくできる。その
結果、従来の技術よりも、単一結晶粒を形成し得る確率
が著しく高くなる
【0019】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の半導体結晶
の成長方法を実施例に基づき説明する。本実施例におい
ては、FIBを使用し、単一結晶粒TFTをシリコン基
板上に作製する。
【0020】先ず、シリコン基板10上に熱酸化あるい
はCVD法等によって絶縁膜12を形成し、次いで、そ
の上に通常のCVD法にて40nm程度のアモルファス
状シリコン薄膜14を形成する(図1の(A)参照)。
尚、絶縁膜12の上にポリシリコン薄膜を堆積させ、次
いでSiのイオン注入(ドーズ量:1014cm-2乃至1
15cm-2)を行いアモルファス状シリコン薄膜14を
形成することもできる。
【0021】次に、TFTの活性領域となるべき領域の
ほぼ中央に位置するシリコン薄膜の領域にエネルギービ
ームを照射する。エネルギービームとしてHe+イオン
から成り、ビーム径を0.2μmあるいはそれ以下に収
束させたFIBを使用する。アモルファス化シリコン薄
膜14への照射エネルギー面密度を150mJ/cm2
程度とすることが好ましい。これによって、アモルファ
ス化シリコン薄膜の所定の領域にシリコン核16が形成
される(図1の(B)参照)。この操作を、TFTの活
性領域となるべきシリコン薄膜14の領域の各々に対し
て行う。
【0022】TFTの活性領域となるべきシリコン薄膜
14の領域の全てに対してエネルギービームの照射を行
った後、600゜C程度の低い温度で固相成長を行い、
所望の粒径となるまで結晶18を成長させる(図1の
(C)参照)。その後、TFT特性を向上させるため
に、エキシマレーザ等により高温短時間の熱処理を行う
ことが望ましい。
【0023】次いで、得られた単一の結晶化領域18A
内にゲート酸化膜20及びゲート電極22を、従来のC
VD法及びリソグラフィー技術によって形成する(図2
の(A)参照)。最後に、B+等のイオン注入を行い、
次いで電気炉アニール、ラピッドサーマルアニール、エ
キシマレーザアニール等のアニール処理によって注入さ
れたイオンを活性化し、ソース領域24A及びドレイン
領域24Bを形成する(図2の(B)参照)。尚、素子
の分離はアイランド化によって行うことができる。
【0024】以上、本発明の半導体結晶の成長方法を好
ましい実施例に基づき説明したが、本発明はかかる実施
例に限定されるものではない。各工程において示した数
値等の条件を適宜変更することができる。シリコン基板
10の代わりに例えばガラス基板を使用することができ
る。また、絶縁膜12として、SiO2の代わりに例え
ばシリコン窒化膜を使用することができる。FIBの代
わりに、よりビーム径を小さく収束することができるエ
レクトロンビームを用いることができる。
【0025】
【発明の効果】本発明の半導体結晶の成長方法において
は、リソグラフィー技術によるパターニングを行う必要
がないので、TFT製造工程を簡素化できる。また、レ
ジスト等を使用する必要がないので、レジスト等による
汚染がない。
【0026】しかも、シリコン核の大きさを0.2μm
あるいはそれ以下とすることができるので、大粒径の
結晶粒を均一に形成することができ、高性能のTFT
を製造することができる。また、エネルギービームの照
射エネルギーを正確に制御することができるので、均一
なTFTを作製することができる。しかも、エネルギー
ビームはスポット状の直接描画であり、スループットの
低下をもたらすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体結晶の成長方法を示すための、
半導体素子の模式的断面図である。
【図2】図1に続き、TFTを作製する工程を示すため
の、半導体素子の模式的断面図である。
【図3】従来のシード位置制御単一結晶粒薄膜トランジ
スタの製造工程を示すための、半導体素子の模式的断面
図である。
【図4】図3とは別の従来のシード位置制御単一結晶粒
薄膜トランジスタの製造工程を示すための、半導体素子
の模式的断面図である。
【符号の説明】
10 シリコン基板 12 絶縁膜 14 アモルファス状シリコン薄膜 16 シリコン核 18 結晶 18A 結晶化領域 20 ゲート酸化膜 22 ゲート電極 24A,24B ソース及びドレイン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−140916(JP,A) 特開 平3−60018(JP,A) 特開 平3−280528(JP,A) 特開 平4−196411(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アモルファス状シリコン薄膜の所定の領域
    に結晶化のためのシリコン核を形成し、次いで結晶を低
    い温度にて固相成長させて大粒径のポリシリコン結晶粒
    を形成する半導体結晶の成長方法であって、 細く収束することができ且つ直接描画可能なフォーカス
    トイオンビームをアモルファス状シリコン薄膜の所定の
    位置に照射して、アモルファス状シリコン薄膜に微細な
    シリコン核を形成する工程と、 ポリシリコン結晶粒を形成した後、高温短時間の熱処理
    を行う工程、 を具備する ことを特徴とする半導体結晶の成長方法。
  2. 【請求項2】フォーカストイオンビームにおけるイオン
    種として、He + イオンを用いることことを特徴とする
    請求項1に記載の半導体結晶の成長方法。
  3. 【請求項3】熱処理をレーザを用いて行うことを特徴と
    する請求項1に記載の半導体結晶の成長方法。
JP05659692A 1991-10-04 1992-02-10 半導体結晶の成長方法 Expired - Fee Related JP3203746B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05659692A JP3203746B2 (ja) 1992-02-10 1992-02-10 半導体結晶の成長方法
US07/954,341 US5373803A (en) 1991-10-04 1992-09-30 Method of epitaxial growth of semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05659692A JP3203746B2 (ja) 1992-02-10 1992-02-10 半導体結晶の成長方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05226246A JPH05226246A (ja) 1993-09-03
JP3203746B2 true JP3203746B2 (ja) 2001-08-27

Family

ID=13031588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05659692A Expired - Fee Related JP3203746B2 (ja) 1991-10-04 1992-02-10 半導体結晶の成長方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3203746B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6300024B1 (en) 1999-06-30 2001-10-09 Canon Kabushiki Kaisha Toner, two-component type developer, heat fixing method, image forming method and apparatus unit
US6342328B1 (en) 1998-03-31 2002-01-29 Nippon Zeon Co., Ltd. Toner for development of electrostatic charge image and method for producing the same
US6436598B1 (en) 1998-05-12 2002-08-20 Nippon Zeon Co., Ltd. Polymerization toner and process for producing the same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06140631A (ja) * 1992-10-28 1994-05-20 Ryoden Semiconductor Syst Eng Kk 電界効果型薄膜トランジスタおよびその製造方法
JPH076960A (ja) * 1993-06-16 1995-01-10 Fuji Electric Co Ltd 多結晶半導体薄膜の生成方法
JP2004079812A (ja) * 2002-08-19 2004-03-11 National Institute For Materials Science 非熱的結晶回復法および微細加工方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6342328B1 (en) 1998-03-31 2002-01-29 Nippon Zeon Co., Ltd. Toner for development of electrostatic charge image and method for producing the same
US6436598B1 (en) 1998-05-12 2002-08-20 Nippon Zeon Co., Ltd. Polymerization toner and process for producing the same
US6300024B1 (en) 1999-06-30 2001-10-09 Canon Kabushiki Kaisha Toner, two-component type developer, heat fixing method, image forming method and apparatus unit

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05226246A (ja) 1993-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5373803A (en) Method of epitaxial growth of semiconductor
JP3182893B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
KR20030069779A (ko) 박막트랜지스터 및 그 제조방법
JPH01187814A (ja) 薄膜半導体装置の製造方法
JP3203746B2 (ja) 半導体結晶の成長方法
JP3221251B2 (ja) 非晶質シリコンの結晶化方法および薄膜トランジスタの製造方法
JPH07176757A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JPH06132218A (ja) 半導体結晶の成長方法及びmos型トランジスタの作製方法
JP3269730B2 (ja) 半導体基板の製造方法及び半導体装置の製造方法
JP3306925B2 (ja) 半導体結晶の成長方法及びmos型トランジスタの作製方法
JPH11102861A (ja) 多結晶シリコン薄膜の製造方法
JP3210313B2 (ja) 多結晶シリコン薄膜の特性改善方法
JPH05102035A (ja) 半導体結晶の成長方法
JP2864623B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0541519A (ja) 薄膜トランジスタおよびその製造方法
JPH0555142A (ja) 非晶質半導体層の結晶化方法
KR100293263B1 (ko) 박막트랜지스터의제조방법
JP3141909B2 (ja) 半導体装置作製方法
JP2773203B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2007306022A (ja) シリコン薄膜、シリコン単結晶粒子群、半導体装置、及び、フラッシュメモリセル
JP3291845B2 (ja) 結晶成長方法およびmosトランジスタのチャネル形成方法
JP2910752B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3216318B2 (ja) 半導体結晶の成長方法
JPH06151305A (ja) 半導体結晶の成長方法及びmos型トランジスタの作製方法
JPH03219643A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees