JPH02101735A - 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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- JPH02101735A JPH02101735A JP25375488A JP25375488A JPH02101735A JP H02101735 A JPH02101735 A JP H02101735A JP 25375488 A JP25375488 A JP 25375488A JP 25375488 A JP25375488 A JP 25375488A JP H02101735 A JPH02101735 A JP H02101735A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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５ｉ
ｎ２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。
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５ｉ
ｎ２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。
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。
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５７１；形成
する素子の特性悪化を招くことになる。
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。
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（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。
的とするところは、シリコン再結晶化層に（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。
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。
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ｌＸ１０１９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Ｉ Ｘ １０１９ａｔｏＩ
ｌｓ／ｃｍ３以下にすることが可能となった。
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ｌＸ１０１９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Ｉ Ｘ １０１９ａｔｏＩ
ｌｓ／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。
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ＣＶＤ法により厚さ２μｍの５ｉｎ２膜（絶縁膜）１
２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、本発り厚さ０．５μｍのＳｉＯ□
膜（保護膜）１５を堆積した。
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ＣＶＤ法により厚さ２μｍの５ｉｎ２膜（絶縁膜）１
２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、本発り厚さ０．５μｍのＳｉＯ□
膜（保護膜）１５を堆積した。
次いで、第１図（ｂ）に示す妬く、５ｉｎ２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８
７０ＫｅＶ、注入量Ｉ Ｘ １０１６ａｔｏａ＋ｓ／ｃ
ＩＩ１２、第２の加速電圧４８０ＫｅＶ、注入量１ｘ１
０１６ａｔｏＩＡｓ／ｅｍ２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ＳｉＯ
２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５ｉｎ２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Ｓｉｎ、、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。
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８
７０ＫｅＶ、注入量Ｉ Ｘ １０１６ａｔｏａ＋ｓ／ｃ
ＩＩ１２、第２の加速電圧４８０ＫｅＶ、注入量１ｘ１
０１６ａｔｏＩＡｓ／ｅｍ２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ＳｉＯ
２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５ｉｎ２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Ｓｉｎ、、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（ｅ）に示す如く、電子ビーム込１ヮ−
Ｍ’ＪＷ１４ｉよ、□。２よ□２１ユッ１．え□。１１
３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。
Ｍ’ＪＷ１４ｉよ、□。２よ□２１ユッ１．え□。１１
３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、Ｈａ
ｍａｓａｋｌ ｅｔ ａ！、、 Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、５９（１９８Ｂ）２９７１、）による方法を用いた
。即ち、３８ＭＨｚ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５■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］、 ２ Ｋ Ｖ 、 ビーム電流９
．５＋ｎＡ ｓ走査速度１００１１ｍ／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。
ｍａｓａｋｌ ｅｔ ａ！、、 Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、５９（１９８Ｂ）２９７１、）による方法を用いた
。即ち、３８ＭＨｚ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５■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］、 ２ Ｋ Ｖ 、 ビーム電流９
．５＋ｎＡ ｓ走査速度１００１１ｍ／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Ｉ Ｘ １０ ”ａｔｏｍｓ／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、Ｘ １０ ”
〜Ｉ Ｘ 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同等問題とならない。
の混入量がＩ Ｘ １０ ”ａｔｏｍｓ／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、Ｘ １０ ”
〜Ｉ Ｘ 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同等問題とならない。
くなり、注入量が７ Ｘ １０ ”ａｔｏｍｓ／ｃｍ’
以上となると転位密度が１０８個／Ｃｌ１１２以下と十
分少なくなることが判った。この転位密度１０８個／ｃ
１１２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。
以上となると転位密度が１０８個／Ｃｌ１１２以下と十
分少なくなることが判った。この転位密度１０８個／ｃ
１１２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Ｉ Ｘ １０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ’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（Ｉ Ｘ １０ ”ａｔｏ
ｍｓ／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再結晶化されたシリコン単結晶層１
７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。
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Ｉ Ｘ １０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ’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（Ｉ Ｘ １０ ”ａｔｏ
ｍｓ／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再結晶化されたシリコン単結晶層１
７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。
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１
４を形成した後、加速電圧５００ＫＶ 、注入量Ｉ Ｘ
１０１６ａｔｏｍｓ’／ａｍ２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５ｉｎ２膜１５を形
成した後、加速電圧４６０ＫＶ 、注入ｆｆ１１×１０
１６ａｔｏＩｌｌｓ／ｃ１１２の条件でシン単結晶層１
７は、酸素の混入量がＩ Ｘ １０１９ａｔｏ■Ｓ／Ｃ
１１３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８８９ＫＶ 。
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１
４を形成した後、加速電圧５００ＫＶ 、注入量Ｉ Ｘ
１０１６ａｔｏｍｓ’／ａｍ２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５ｉｎ２膜１５を形
成した後、加速電圧４６０ＫＶ 、注入ｆｆ１１×１０
１６ａｔｏＩｌｌｓ／ｃ１１２の条件でシン単結晶層１
７は、酸素の混入量がＩ Ｘ １０１９ａｔｏ■Ｓ／Ｃ
１１３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８８９ＫＶ 。
注入ｆｆｉ Ｉ Ｘ １０１６ａｔｏＩｌｌｓ／ｃｍ２
の条件で、２回目のイオン注入として窒素を加速電圧２
４０ＫＶ 、注入量Ｉ Ｘ １０１６ａｔｏｎｅｓ／ｃ
ｍ２の条件でイオン注入しても、酸素の混入量がＩ Ｘ
１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ’以下のシリコン単結晶層
１７を形成することができた。
の条件で、２回目のイオン注入として窒素を加速電圧２
４０ＫＶ 、注入量Ｉ Ｘ １０１６ａｔｏｎｅｓ／ｃ
ｍ２の条件でイオン注入しても、酸素の混入量がＩ Ｘ
１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ’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。
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。
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。
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・・・５ｉｎ２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。 出願人 工業技術院長 飯塚幸三 第１図 第 図
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・・・５ｉｎ２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。 出願人 工業技術院長 飯塚幸三 第１図 第 図
Claims (4)
- （１）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ことを特徴とする半導体
単結晶層の製造方法。 - （２）前記不純物イオンとして、シリコンを用いたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体単結晶層の製造方法
。 - （３）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るドーズのピークが
生じる第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じる第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請求項１記載の半導体
単結晶層の製造方法。 - （４）前記絶縁膜及び保護膜としてＳｉＯ＿２を用いた
ことを特徴とする請求項１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 true JPH02101735A (ja) | 1990-04-13 |
| JP2500315B2 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) |
Citations (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
Patent Citations (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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2500315B2 (ja) | 1996-05-29 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |