JPH0136971B2 - - Google Patents
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- JPH0136971B2 JPH0136971B2 JP58056012A JP5601283A JPH0136971B2 JP H0136971 B2 JPH0136971 B2 JP H0136971B2 JP 58056012 A JP58056012 A JP 58056012A JP 5601283 A JP5601283 A JP 5601283A JP H0136971 B2 JPH0136971 B2 JP H0136971B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は絶縁性単結晶基板上の半導体装置の製
造方法に関する。
造方法に関する。
絶縁性単結晶基板上の単結晶半導体膜を用いた
集積回路はその構造上、高密度化、高速度化の点
において、半導体基板を用いたものよりも有利で
ある。
集積回路はその構造上、高密度化、高速度化の点
において、半導体基板を用いたものよりも有利で
ある。
反面、絶縁基板上に異種の単結晶半導体膜を成
長させるため、この半導体膜中には高密度の格子
欠陥が存在するという欠点をもつ。この高密度に
存在する格子欠陥が素子の電気的特性を劣化させ
ることが問題となつている。
長させるため、この半導体膜中には高密度の格子
欠陥が存在するという欠点をもつ。この高密度に
存在する格子欠陥が素子の電気的特性を劣化させ
ることが問題となつている。
例えばサフアイア基板上の単結晶シリコン膜
（SOS膜）を用いたMOSデバイスの場合、その特
性のなかでドレインリーク電流の増加、あるいは
反転層実効移動度の低下がみられる。前者はドレ
イン側近傍における生成再結合電流によるもので
あり、シリコン膜の結晶性、特に結晶欠陥が多量
に存在するシリコン−サフアイア界面近傍の結晶
性の改善が要求される。一方、後者はシリコン膜
表面近傍の散乱中心によつて電荷が散乱すること
により起こるものであり、従つて、シリコン膜表
面近傍の結晶性を改善することが要求されてい
る。
（SOS膜）を用いたMOSデバイスの場合、その特
性のなかでドレインリーク電流の増加、あるいは
反転層実効移動度の低下がみられる。前者はドレ
イン側近傍における生成再結合電流によるもので
あり、シリコン膜の結晶性、特に結晶欠陥が多量
に存在するシリコン−サフアイア界面近傍の結晶
性の改善が要求される。一方、後者はシリコン膜
表面近傍の散乱中心によつて電荷が散乱すること
により起こるものであり、従つて、シリコン膜表
面近傍の結晶性を改善することが要求されてい
る。
上述したうちシリコン−サフアイア界面近傍の
結晶性を改善する方法については、例えばAppl.
Phys.Lett.34(1)、１ January1979に記載された
方法が知られている。この方法はサフアイア基板
上に形成された単結晶シリコン膜にシリコンイオ
ンをイオン注入してシリコン−サフアイア界面近
傍のみを非晶質化した後、熱処理を行ない表面側
から再結晶化するものである。この方法ではシリ
コン−サフアイア界面近傍の結晶性は改善される
ものの表面近傍については結晶性が改善されな
い。
結晶性を改善する方法については、例えばAppl.
Phys.Lett.34(1)、１ January1979に記載された
方法が知られている。この方法はサフアイア基板
上に形成された単結晶シリコン膜にシリコンイオ
ンをイオン注入してシリコン−サフアイア界面近
傍のみを非晶質化した後、熱処理を行ない表面側
から再結晶化するものである。この方法ではシリ
コン−サフアイア界面近傍の結晶性は改善される
ものの表面近傍については結晶性が改善されな
い。
そこで、本発明者らは先に特願昭56−45047に
おいて、上記方法によりシリコン−サフアイア界
面近傍の結晶性を改善した後、更にシリコン膜に
再度シリコンイオンをイオン注入してシリコン膜
の表面近傍を非晶質化し、次いで熱処理を行ない
界面側から再結晶化することにより、界面近傍の
みならず表面近傍についても結晶性を改善すると
いう方法を開示した。
おいて、上記方法によりシリコン−サフアイア界
面近傍の結晶性を改善した後、更にシリコン膜に
再度シリコンイオンをイオン注入してシリコン膜
の表面近傍を非晶質化し、次いで熱処理を行ない
界面側から再結晶化することにより、界面近傍の
みならず表面近傍についても結晶性を改善すると
いう方法を開示した。
上記方法によりサフアイア基板上に形成された
厚さ0.3μｍの単結晶シリコン膜について、結晶欠
陥密度の膜厚方向分布は第１図に示すようなもの
であつた。第１図中横軸のＯはシリコン−サフア
イア界面を示し、実線Ｘは気相成長したまま（as
−grown）の単結晶シリコン膜、破線Ｙは界面側
の再結晶層、一点鎖線Ｚは表面側の再結晶層の結
晶欠陥密度の膜厚方向分布をそれぞれ示すもので
ある。すなわち、単結晶シリコン膜表面の結晶欠
陥密度は実線の２×104／cm2から一点鎖線の５×
103／cm2に低下している。
厚さ0.3μｍの単結晶シリコン膜について、結晶欠
陥密度の膜厚方向分布は第１図に示すようなもの
であつた。第１図中横軸のＯはシリコン−サフア
イア界面を示し、実線Ｘは気相成長したまま（as
−grown）の単結晶シリコン膜、破線Ｙは界面側
の再結晶層、一点鎖線Ｚは表面側の再結晶層の結
晶欠陥密度の膜厚方向分布をそれぞれ示すもので
ある。すなわち、単結晶シリコン膜表面の結晶欠
陥密度は実線の２×104／cm2から一点鎖線の５×
103／cm2に低下している。
しかし、LSI技術の進歩に伴ない素子が微細化
されるにつれ、素子特性の向上を図るために単結
晶半導体膜の結晶性をより一層改善することが要
望されるようになつてきた。
されるにつれ、素子特性の向上を図るために単結
晶半導体膜の結晶性をより一層改善することが要
望されるようになつてきた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、絶縁性単結晶基板上に形成された単結晶半導
体膜の結晶性をより一層改善することにより素子
特性の向上した半導体装置を製造し得る方法を提
供しようとするものである。
り、絶縁性単結晶基板上に形成された単結晶半導
体膜の結晶性をより一層改善することにより素子
特性の向上した半導体装置を製造し得る方法を提
供しようとするものである。
本発明の半導体装置の製造方法は絶縁性単結晶
基板上に単結晶半導体膜を被着し、この半導体膜
表面に熱酸化膜を形成した後、この熱酸化膜を除
去し、次いでイオン注入により前記半導体膜の界
面側を非晶質化した後、熱処理により再結晶化
し、更にイオン注入により前記半導体膜の表面側
を非晶質化した後、熱処理により再結晶化するこ
とを特徴とするものである。
基板上に単結晶半導体膜を被着し、この半導体膜
表面に熱酸化膜を形成した後、この熱酸化膜を除
去し、次いでイオン注入により前記半導体膜の界
面側を非晶質化した後、熱処理により再結晶化
し、更にイオン注入により前記半導体膜の表面側
を非晶質化した後、熱処理により再結晶化するこ
とを特徴とするものである。
このような方法によれば半導体膜表面での熱酸
化膜の形成及び除去により表面側の結晶性を改善
でき、界面側を非晶質化し、結晶性の改善された
表面側を種結晶とする再結晶化により界面側の結
晶性を改善でき、更に表面側を非晶質化し、結晶
性の改善された界面側を種結晶とする再結晶化に
より表面側の結晶性をより一層改善することがで
きる。
化膜の形成及び除去により表面側の結晶性を改善
でき、界面側を非晶質化し、結晶性の改善された
表面側を種結晶とする再結晶化により界面側の結
晶性を改善でき、更に表面側を非晶質化し、結晶
性の改善された界面側を種結晶とする再結晶化に
より表面側の結晶性をより一層改善することがで
きる。
以下、本発明の実施例を第２図ａ〜ｇ及び第３
図を参照して説明する。
図を参照して説明する。
(i) まず、（１012）面を有するサフアイア（α−
Al2O3）単結晶基板１上に、CVD（Chemical
Vapor Deposition）法により成長温度950℃、
成長速度２μm/minの条件で、厚さ0.3μｍの単
結晶シリコン気相成長膜２を形成した（第２図
ａ図示）。次に、100％酸素雰囲気中、1000℃で
50分間熱処理を行ない、前記気相成長膜２表面
に厚さ500Åの熱酸化膜３を形成した（同図ｂ
図示）。つづいて、フツ化アンモニウム溶液中
に35秒間浸漬し、前記熱酸化膜３を除去した。
この結果、表面領域の結晶欠陥密度が減少した
気相成長膜２′が形成され、気相成長膜２′の厚
さは0.275μｍとなつた（同図ｃ図示）。
Al2O3）単結晶基板１上に、CVD（Chemical
Vapor Deposition）法により成長温度950℃、
成長速度２μm/minの条件で、厚さ0.3μｍの単
結晶シリコン気相成長膜２を形成した（第２図
ａ図示）。次に、100％酸素雰囲気中、1000℃で
50分間熱処理を行ない、前記気相成長膜２表面
に厚さ500Åの熱酸化膜３を形成した（同図ｂ
図示）。つづいて、フツ化アンモニウム溶液中
に35秒間浸漬し、前記熱酸化膜３を除去した。
この結果、表面領域の結晶欠陥密度が減少した
気相成長膜２′が形成され、気相成長膜２′の厚
さは0.275μｍとなつた（同図ｃ図示）。
(ii) 次いで、LSS理論に基づき、シリコンイオン
を加速エネルギー190keV、ドーズ量１×
1015／cm2の条件で前記気相成長膜２′にイオン
注入して、シリコン−サフアイア界面側に非晶
質層４を形成した（同図ｄ図示）。つづいて、
N2雰囲気中700℃で60分間熱処理を行ない、前
記非晶質層４を表面側から固相エピタキシヤル
成長させて再結晶層５を形成した（同図ｅ図
示）。
を加速エネルギー190keV、ドーズ量１×
1015／cm2の条件で前記気相成長膜２′にイオン
注入して、シリコン−サフアイア界面側に非晶
質層４を形成した（同図ｄ図示）。つづいて、
N2雰囲気中700℃で60分間熱処理を行ない、前
記非晶質層４を表面側から固相エピタキシヤル
成長させて再結晶層５を形成した（同図ｅ図
示）。
(iii) 次いで、シリコンイオンを加速エネルギー
60keV、ドーズ量２×1015／cm2の条件で前記気
相成長膜２′の表面側にイオン注入して非晶質
化し、表面側に非晶質層６を形成した（同図ｆ
図示）。つづいて、N2雰囲気中、700℃で60分
間熱処理して前記非晶質層６を界面側から固相
エピタキシヤル成長し、再結晶層７を形成した
（同図ｇ図示）。
60keV、ドーズ量２×1015／cm2の条件で前記気
相成長膜２′の表面側にイオン注入して非晶質
化し、表面側に非晶質層６を形成した（同図ｆ
図示）。つづいて、N2雰囲気中、700℃で60分
間熱処理して前記非晶質層６を界面側から固相
エピタキシヤル成長し、再結晶層７を形成した
（同図ｇ図示）。
次いで、通常の工程に従い、サフアイア基板１
上の単結晶シリコン膜にMOSトランジスタを形
成した。
上の単結晶シリコン膜にMOSトランジスタを形
成した。
上記方法の効果を結晶欠陥密度の膜厚方向分布
を示す第３図を参照して説明する。なお、既述し
た第１図と同様に横軸のＯはシリコン−サフアイ
ア界面を示す。
を示す第３図を参照して説明する。なお、既述し
た第１図と同様に横軸のＯはシリコン−サフアイ
ア界面を示す。
第２図ａ図示の工程で形成される単結晶シリコ
ン気相成長膜２（第３図中実線Ａ）表面に同図ｂ
図示の工程で熱酸化膜３を形成した後、同図ｃ図
示の工程でこの熱酸化膜３を除去することにより
気相成長膜２′を形成すると表面領域の結晶欠陥
が減少する（第３図中破線Ｂ）。次に、同図ｄ図
示の工程でシリコンをイオン注入することにより
界面側に非晶質層４を形成した後、同図ｅ図示の
工程で熱処理により表面領域の結晶欠陥が減少し
た前記気相成長膜２′を種結晶として固相エピタ
キシヤル成長させて再結晶層５を形成すると界面
側の結晶性が改善される（第３図中一点鎖線Ｃ）。
更に、同図ｆ図示の工程でシリコンをイオン注入
することにより表面側に非晶質層６を形成した
後、同図ｇ図示の工程で前記再結晶層５を種結晶
として固相エピタキシヤル成長させて再結晶層７
を形成すると表面側の結晶性がより一層改善され
る（第３図中二点鎖線Ｄ）。
ン気相成長膜２（第３図中実線Ａ）表面に同図ｂ
図示の工程で熱酸化膜３を形成した後、同図ｃ図
示の工程でこの熱酸化膜３を除去することにより
気相成長膜２′を形成すると表面領域の結晶欠陥
が減少する（第３図中破線Ｂ）。次に、同図ｄ図
示の工程でシリコンをイオン注入することにより
界面側に非晶質層４を形成した後、同図ｅ図示の
工程で熱処理により表面領域の結晶欠陥が減少し
た前記気相成長膜２′を種結晶として固相エピタ
キシヤル成長させて再結晶層５を形成すると界面
側の結晶性が改善される（第３図中一点鎖線Ｃ）。
更に、同図ｆ図示の工程でシリコンをイオン注入
することにより表面側に非晶質層６を形成した
後、同図ｇ図示の工程で前記再結晶層５を種結晶
として固相エピタキシヤル成長させて再結晶層７
を形成すると表面側の結晶性がより一層改善され
る（第３図中二点鎖線Ｄ）。
この結果、表面の結晶欠陥密度は３×103／cm2
となり、従来の方法と比較して結晶性が著しく改
善されていることがわかる。
となり、従来の方法と比較して結晶性が著しく改
善されていることがわかる。
したがつて、この単結晶シリコン膜に形成され
たMOSトランジスタは反転層移動度の増大によ
る動作速度を向上でき、またドレインリーク電流
の減少により消費電力を減少することができた。
たMOSトランジスタは反転層移動度の増大によ
る動作速度を向上でき、またドレインリーク電流
の減少により消費電力を減少することができた。
なお、サフアイア上に単結晶シリコン膜を被着
し、表面に熱酸化膜を形成し、除去した後、シリ
コン−サフアイア界面近傍の結晶性を改善するこ
となくシリコン膜表面側にイオン注入によつて非
晶質層を形成し、その後熱処理を行うという方法
では結晶性の改善はほとんど見られなかつた。
し、表面に熱酸化膜を形成し、除去した後、シリ
コン−サフアイア界面近傍の結晶性を改善するこ
となくシリコン膜表面側にイオン注入によつて非
晶質層を形成し、その後熱処理を行うという方法
では結晶性の改善はほとんど見られなかつた。
また、上記実施例においては、熱酸化膜３の除
去後、界面側及び表面側にそれぞれ一回ずつイオ
ン注入を行ない、熱処理することにより結晶性を
改善したが、この後更に同様な条件で界面側及び
表面側についてイオン注入、熱処理を交互にくり
返すことによつて、より一層結晶性を改善するこ
とができる。
去後、界面側及び表面側にそれぞれ一回ずつイオ
ン注入を行ない、熱処理することにより結晶性を
改善したが、この後更に同様な条件で界面側及び
表面側についてイオン注入、熱処理を交互にくり
返すことによつて、より一層結晶性を改善するこ
とができる。
また、本発明方法を用いた後、単結晶半導体膜
上にさらに単結晶半導体膜をエピタキシヤル成長
させることによつて、所望の膜厚の単結晶半導体
膜を得ることもできる。
上にさらに単結晶半導体膜をエピタキシヤル成長
させることによつて、所望の膜厚の単結晶半導体
膜を得ることもできる。
更に、用いる材料や条件は以下のように種々変
化させることができる。
化させることができる。
上記実施例では絶縁性単結晶基板としてサフア
イア（α−Al2O3）を用いたが、これに限らずス
ピネル（MgO・Al2O3）、酸化ベリリウム
（BeO）、シリカ（α−SiO2）、二酸化トリウム
（ThO2）などでもよい。
イア（α−Al2O3）を用いたが、これに限らずス
ピネル（MgO・Al2O3）、酸化ベリリウム
（BeO）、シリカ（α−SiO2）、二酸化トリウム
（ThO2）などでもよい。
半導体膜としてはシリコンの他にゲルマニウ
ム、カリウム砒素（GaAs）、ガリウムリン
（GaP）などの二元系化合物半導体、さらに三元
系以上の多元系の化合物半導体でもよい。
ム、カリウム砒素（GaAs）、ガリウムリン
（GaP）などの二元系化合物半導体、さらに三元
系以上の多元系の化合物半導体でもよい。
シリコン膜の被着方法はCVD法に限らず、真
空蒸着法、分子線エピタキシヤル法などを挙げる
ことができ、結晶性が良好である方法が好まし
い。
空蒸着法、分子線エピタキシヤル法などを挙げる
ことができ、結晶性が良好である方法が好まし
い。
シリコン膜表面に熱酸化膜を形成する方法とし
てはドライ酸化が好ましく、熱酸化膜を除去する
ことによつてはじめてシリコン膜の表面領域の結
晶性を改善することができる。
てはドライ酸化が好ましく、熱酸化膜を除去する
ことによつてはじめてシリコン膜の表面領域の結
晶性を改善することができる。
半導体膜へのイオン注入条件は所望の非晶質層
を形成できる条件であればよく、半導体膜厚、ス
トツピングパワーなどの関係から決められる。こ
の際、イオン種としてはシリコンの他にArなど
の不活性ガスを用いてもよい。
を形成できる条件であればよく、半導体膜厚、ス
トツピングパワーなどの関係から決められる。こ
の際、イオン種としてはシリコンの他にArなど
の不活性ガスを用いてもよい。
熱処理温度は再結晶が起こる温度であればよ
く、例えば上記実施例と他の条件が同じ場合、そ
れぞれN2ガス、O2ガスあるいはArなどの不活性
ガス雰囲気中において、500〜1200℃の範囲で同
様の効果が認められた。また、熱処理としてレー
ザーあるいは電子線などのエネルギービームを照
射してもよい。
く、例えば上記実施例と他の条件が同じ場合、そ
れぞれN2ガス、O2ガスあるいはArなどの不活性
ガス雰囲気中において、500〜1200℃の範囲で同
様の効果が認められた。また、熱処理としてレー
ザーあるいは電子線などのエネルギービームを照
射してもよい。
以上詳述した如く本発明の半導体装置の製造方
法によれば、絶縁性単結晶基板上に形成される単
結晶半導体膜の、特に表面側の結晶性を改善する
ことができるので、この半導体膜を用いて形成さ
れるMOSICなどの半導体装置の素子特性を著し
く向上できるものである。
法によれば、絶縁性単結晶基板上に形成される単
結晶半導体膜の、特に表面側の結晶性を改善する
ことができるので、この半導体膜を用いて形成さ
れるMOSICなどの半導体装置の素子特性を著し
く向上できるものである。
第１図は従来の方法により製造された単結晶シ
リコン膜の特性図、第２図ａ〜ｇは本発明の実施
例における単結晶シリコン膜を得るための製造工
程を示す断面図、第３図は同方法により製造され
た単結晶シリコン膜の特性図である。 １…サフアイア基板、２，２′…単結晶シリコ
ン気相成長膜、３…熱酸化膜、４，６…非晶質
層、５，７…再結晶層。
リコン膜の特性図、第２図ａ〜ｇは本発明の実施
例における単結晶シリコン膜を得るための製造工
程を示す断面図、第３図は同方法により製造され
た単結晶シリコン膜の特性図である。 １…サフアイア基板、２，２′…単結晶シリコ
ン気相成長膜、３…熱酸化膜、４，６…非晶質
層、５，７…再結晶層。
Claims (1)
- １ 絶縁性単結晶基板上に単結晶半導体膜を被着
する工程と、該半導体膜の表面に熱酸化膜を形成
した後、該熱酸化膜を除去する工程と、イオン注
入を行ない前記半導体膜の前記絶縁性単結晶基板
との界面近傍を非晶質化する工程と、熱処理によ
り該非晶質層を再結晶化する工程と、イオン注入
を行ない前記半導体膜の表面近傍を非晶質化する
工程と、熱処理により該非晶質層を再結晶化する
工程とを具備したことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5601283A JPS59181609A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5601283A JPS59181609A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181609A JPS59181609A (ja) | 1984-10-16 |
| JPH0136971B2 true JPH0136971B2 (ja) | 1989-08-03 |
Family
ID=13015139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5601283A Granted JPS59181609A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181609A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63137412A (ja) * | 1986-11-29 | 1988-06-09 | Sharp Corp | 半導体用基板の製造方法 |
| AU2001269477A1 (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-21 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Molecule detecting sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54161268A (en) * | 1978-06-09 | 1979-12-20 | Hewlett Packard Yokogawa | Method of manufacturing semiconductor device growing silicon layer on sapphire substrate |
| JPS56103425A (en) * | 1980-01-21 | 1981-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Improving method for semiconductor substrate |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP5601283A patent/JPS59181609A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54161268A (en) * | 1978-06-09 | 1979-12-20 | Hewlett Packard Yokogawa | Method of manufacturing semiconductor device growing silicon layer on sapphire substrate |
| JPS56103425A (en) * | 1980-01-21 | 1981-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Improving method for semiconductor substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181609A (ja) | 1984-10-16 |
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