JPH033325A - Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device - Google Patents

Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device

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JPH033325A
JPH033325A JP13801189A JP13801189A JPH033325A JP H033325 A JPH033325 A JP H033325A JP 13801189 A JP13801189 A JP 13801189A JP 13801189 A JP13801189 A JP 13801189A JP H033325 A JPH033325 A JP H033325A
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JP
Japan
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silicon film
film
polycrystalline silicon
heating
temperature
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JP13801189A
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Japanese (ja)
Inventor
Munetaka Oda
小田 宗隆
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH033325A publication Critical patent/JPH033325A/en
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to attain a reduction in the sheet resistivity of a polycrystalline silicon film at the little amount of an impurity and in a short injection and treatment time by a method wherein an amorphous silicon film is formed on a substrate and the amorphous silicon film is heated in such a way that the heat-up speed of the film becomes a heat up speed of a specified value or higher at a silicon crystal grain growth starting temperature or higher. CONSTITUTION:As the formation method for a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, in which the polycrystalline silicon film is formed on a substrate, an amorphous silicon film 3 is formed on the substrate and thereafter, the film 3 is heated in such a way that the heat-up speed of the film 3 becomes a heat-up speed of 90 deg.C/second or more at a silicon crystal grain growth starting temperature or higher. For example, an insulating film 2 consisting of SiO2 is formed on the surface of a silicon wafer 1, then, an amorphous silicon film 3 is formed on the film 2 in a thickness of 4000Angstrom at a substrate heating temperature of 600 deg.C or lower using a reduced CVD device. Then, the wafer 1 is carried in a heating device capable of heating rapidly, the film 3 is heated in such a way that the mean heat-up speed of the film 3 at a temperature of 500 to 1000 deg.C or thereabouts becomes a heat-up speed of 90 deg.C/second or more and the end point temperature of the heating is maintained for 10 seconds or more.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置における多結晶シリコン膜の形成
方法に係わり、特に、非晶質シリコン膜を加熱し、固相
においてシリコン結晶粒を成長させて大粒径シリコンを
形成する方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, and in particular, the present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device. The present invention relates to a method for forming large-grain silicon.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から不純物を含有する多結晶シリコンは、アルミニ
ウム等の金属配線材料と比較して、高い熱処理温度に耐
え、熱処理によって表面にtlA縁膜を容易に作ること
ができるので、各種半導体装置の電極、例えばMOS 
 FETのゲート電極、または、配線材料として用いら
れている。
Conventionally, polycrystalline silicon containing impurities can withstand high heat treatment temperatures compared to metal wiring materials such as aluminum, and can easily form a tlA film on its surface through heat treatment, so it has been used as an electrode for various semiconductor devices. For example, MOS
It is used as a gate electrode of FET or as a wiring material.

上記多結晶シリコン膜は、従来から次の手法によって形
成されることが多い。すなわち、多結晶状態でシリコン
膜を基板上に形成し、次いで、多結晶シリコン膜表面に
不純物を含んだガラス膜を形成する。このガラス膜から
多結晶シリコン膜中へ不純物を固相拡散することにより
、多結晶シリコン膜のシート抵抗を低減した後エツチン
グ等を施し、電極、配線等の形成を完了する。
The polycrystalline silicon film is conventionally often formed by the following method. That is, a silicon film in a polycrystalline state is formed on a substrate, and then a glass film containing impurities is formed on the surface of the polycrystalline silicon film. By solid-phase diffusion of impurities from this glass film into the polycrystalline silicon film, the sheet resistance of the polycrystalline silicon film is reduced, and then etching or the like is performed to complete the formation of electrodes, wiring, etc.

ところで、近年の情勢では、半導体装置の高集積化の要
請から、半導体素子を微細に形成して基板中の不純物の
プロファイルを制御、例えば、MOS  FETの■7
(しきい値電圧)を制御する必要がある。
By the way, in recent years, due to the demand for higher integration of semiconductor devices, semiconductor elements are formed finely to control the impurity profile in the substrate.
(threshold voltage) needs to be controlled.

しかしながら、上記のように多結晶シリコン膜に不純物
を固相拡散する従来例では、高温度で長時間の処理を必
要とする結果、不純物のプロファイル制御が困難となる
However, in the conventional method of solid-phase diffusion of impurities into a polycrystalline silicon film as described above, processing at high temperatures and for a long time is required, making it difficult to control the impurity profile.

そこで、多結晶シリコン膜への不純物の導入に際して、
低温、短時間の熱処理で済む、イオン注入法が使用され
ている。
Therefore, when introducing impurities into the polycrystalline silicon film,
Ion implantation is used because it requires heat treatment at low temperatures and in a short time.

このイオン注入法は、半導体基板上に多結晶シリコン膜
を形成した後、この多結晶シリコン膜に不純物イオンを
注入し、この注入後、基板内で正規の格子位置を占めて
いないことにより電気的に不活性の状態にある不純物原
子を、正規の格子位置を占めるようにして電気的に活性
化するため、の熱処理を行うものである。
This ion implantation method involves forming a polycrystalline silicon film on a semiconductor substrate, and then implanting impurity ions into the polycrystalline silicon film. Heat treatment is performed to electrically activate impurity atoms that are inactive in the first place so that they occupy regular lattice positions.

このようなイオン注入法によれば、不純物原子がシリコ
ン結晶中に入り込んで、該不純物原子がアクセプタ原子
またはドナー原子となる、いわゆる不純物の活性化が達
成される。この結果、多結晶シリコン膜のシート抵抗を
低減することにより、MOS  FETのゲート電極ま
たは配線等が完成される。
According to such an ion implantation method, the impurity atoms enter into the silicon crystal and become the acceptor atoms or donor atoms, which is what is called impurity activation. As a result, by reducing the sheet resistance of the polycrystalline silicon film, the gate electrode or wiring of the MOS FET is completed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、Journal of Applied
 Physics。
However, Journal of Applied
Physics.

(ジャーナル 才プ 7ブライト フィジックス)  
Vol、46.No、12.December 197
5 pp、5247〜5254でも指摘しているように
、従来の多結晶シリコン膜に不純物をイオン注入する方
法では、多結晶シリコンのシリコン結晶粒同士の間に不
純物が偏析し、lXl0”/cnl程度までの不純物濃
度では、不純物が、上記の活性化がされることなくシリ
コン結晶粒間に偏析してしまうと云う問題があった。そ
して、−旦偏析した不純物を活性化するには長時間かつ
高温の加熱処理をを迫られることになる。
(Journal Saipu 7 Bright Physics)
Vol, 46. No, 12. December 197
5 pp., 5247-5254, in the conventional method of ion-implanting impurities into polycrystalline silicon films, impurities segregate between the silicon crystal grains of polycrystalline silicon, and the At impurity concentrations up to This will require high-temperature heat treatment.

この結果、不純物を活性化して目的とするシート抵抗を
得るためには、偏析されてしまう以上の不純物を注入し
なければならな(なり、このことは、結果的に多くの量
の不純物を注入する必要が強いられることを示すもので
あるから、例えば、不純物の注入処理時間が長くなると
言う課題があった。
As a result, in order to activate the impurities and obtain the desired sheet resistance, it is necessary to implant more impurities than are segregated. For example, since this indicates that it is necessary to do so, there is a problem that, for example, the time required for impurity implantation processing becomes longer.

そこで、この発明は、不純物の活性化率が高いために、
少ない不純物量、短い注入処理時間で、多結晶シリコン
膜の低シート抵抗化を達成可能な、半導体装置における
多結晶シリコン膜の形成方法を提供することを目的とす
る。
Therefore, in this invention, due to the high activation rate of impurities,
It is an object of the present invention to provide a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, which can achieve low sheet resistance of the polycrystalline silicon film with a small amount of impurities and a short implantation processing time.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を解決するために本発明は、基板上に多結晶シ
リコン膜を形成してなる、半導体装置における多結晶シ
リコン膜の形成方法において、基板上に非晶質シリコン
膜を形成する第1工程と、当該非晶質シリコン膜を、シ
リコン結晶粒成長開始温度以上で90℃/sec以上の
昇温速度となるように加熱する第2工程と、とを有し、
前記非晶質シリコンを結晶化する、ことを特徴とするも
のである。
In order to solve the above object, the present invention provides a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device in which a polycrystalline silicon film is formed on a substrate, in which a first step of forming an amorphous silicon film on the substrate is provided. and a second step of heating the amorphous silicon film at a temperature equal to or higher than the silicon grain growth start temperature at a temperature increase rate of 90° C./sec or higher,
The method is characterized in that the amorphous silicon is crystallized.

〔作用〕[Effect]

上記第1工程によれば、微結晶を含む非晶質のシリコン
膜が基板上に形成される。次いで、第2工程において、
この非晶質シリコン膜を、シリコン結晶粒成長開始温度
以上で90℃/秒以上の昇温速度となるように加熱する
と、シリコン結晶粒が成長する核が発生し、これが成長
してシリコン結晶粒となり、隣接する結晶粒と衝突する
まで、シリコン結晶粒が成長する。この結果、非晶質シ
リコン膜は、大粒径多結晶シリコン膜となる。
According to the first step, an amorphous silicon film containing microcrystals is formed on the substrate. Then, in the second step,
When this amorphous silicon film is heated to a temperature higher than the silicon crystal grain growth start temperature and at a heating rate of 90°C/second or higher, nuclei for silicon crystal grain growth are generated, which grow to form silicon crystal grains. As a result, silicon crystal grains grow until they collide with adjacent crystal grains. As a result, the amorphous silicon film becomes a large-grain polycrystalline silicon film.

この時、昇温速度が90℃/秒以上と極めて大きいと、
シリコン結晶粒成長の核の発生速度とシリコン結晶粒の
成長速度とを比較すると、後者の方が大きく優位となる
ため、このような加熱環境においては、多くの核を次々
と発生させることなかなく、少ない核を基準として、シ
リコン結晶粒が2、激に成長する。この結果、結晶粒の
密度が小さくなるために、隣接する結晶に衝突するまで
の時間が長くなり、この長い結晶成長時間を確保できる
ため、一つ一つの結晶粒は大きくなる。これにより、粒
径が1μm〜511mにも及ぶ大結晶粒の多結晶シリコ
ン膜を形成することができる。
At this time, if the temperature increase rate is extremely high at 90°C/second or more,
When comparing the generation rate of silicon grain growth nuclei with the growth rate of silicon crystal grains, the latter is significantly superior, so in such a heating environment, it is difficult to generate many nuclei one after another. , silicon grains grow rapidly based on a small number of nuclei. As a result, since the density of the crystal grains becomes smaller, the time it takes for the crystals to collide with adjacent crystals becomes longer, and since this long crystal growth time can be secured, each crystal grain becomes larger. As a result, a polycrystalline silicon film with large crystal grains having a grain size ranging from 1 μm to 511 m can be formed.

多結晶シリコン膜における結晶粒が大きくなると、小さ
い結晶の多結晶シリコン膜の場合と比較して、結晶粒間
に存在する空隙部の占める体積が小さくなる。この体積
が小さくなると、結晶粒間に偏析して、活性化されない
不純物量が少なくなる。したがって、本発明によれば、
不活性の不純物量を少なくすることにより、結果的に不
純物の活性化率を向上することができる。
As the crystal grains in the polycrystalline silicon film become larger, the volume occupied by the voids existing between the crystal grains becomes smaller compared to the case of a polycrystalline silicon film with small crystals. When this volume becomes smaller, the amount of impurities that are segregated between crystal grains and are not activated becomes smaller. Therefore, according to the invention:
By reducing the amount of inactive impurities, the activation rate of impurities can be improved as a result.

この結果、不純物の注入量を少なくしても、シート抵抗
を低くすることができ、不純物注入のための処理時間を
低減することができる。
As a result, even if the amount of impurity implanted is reduced, the sheet resistance can be lowered, and the processing time for impurity implantation can be reduced.

尚、非晶質シリコン膜を結晶化する際のシリコン結晶粒
成長開始温度以上における昇温速度を、90℃/秒以上
としたのは、この値未満であると、シリコン結晶粒の成
長速度よりも新たな核の発生速度の方が優位となり、シ
リコン結晶成長のための新たな核が次々と発生するため
、多くの核の存在により一つ一つの結晶粒は小さくなる
。この結果、粒間の空隙部の占有体積が大きくなり、こ
の空隙に偏析する不純物量も増大化する。そこで、偏析
する不純物量を少なくして、不純物の活性化率を向上す
るすために、上記の如く昇温速度を限定した。
The reason why the temperature increase rate above the silicon crystal grain growth starting temperature when crystallizing an amorphous silicon film is set to 90°C/sec or more is because if it is less than this value, the growth rate of silicon crystal grains will be lower than the However, the speed at which new nuclei are generated becomes superior, and new nuclei for silicon crystal growth are generated one after another, so each crystal grain becomes smaller due to the presence of many nuclei. As a result, the volume occupied by the voids between grains increases, and the amount of impurities segregated in these voids also increases. Therefore, in order to reduce the amount of segregated impurities and improve the activation rate of impurities, the temperature increase rate was limited as described above.

〔実施例] 次に本発明の実施例について説明する。〔Example] Next, examples of the present invention will be described.

第1図は、上記本発明の実施例の工程を示す、半導体装
置の断面構成図である。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor device showing the steps of the embodiment of the present invention.

第1図(1)の工程では、6インチのp型またはn型の
シリコンウェハ1を熱酸化炉に搬入して、ウェハ表面に
SiO□の絶縁膜2を形成する。
In the process shown in FIG. 1(1), a 6-inch p-type or n-type silicon wafer 1 is carried into a thermal oxidation furnace, and an insulating film 2 of SiO□ is formed on the wafer surface.

次いで、(2)の工程では、減圧型のCVD装置を用い
て、前記絶縁膜2上に非晶質シリコン膜3を4000人
厚に形成した。
Next, in step (2), an amorphous silicon film 3 having a thickness of 4,000 wafers was formed on the insulating film 2 using a low pressure CVD apparatus.

この非晶質シリコン膜3の形成に際しては、500℃の
電気炉内に上記絶縁膜2が形成された、シリコンウェハ
1を搬入し、炉内圧力を1Torr前後に減圧して、導
入孔からシランガス(SiH,)を炉内に供給した。
When forming this amorphous silicon film 3, the silicon wafer 1 on which the insulating film 2 has been formed is carried into an electric furnace at 500° C., the pressure inside the furnace is reduced to around 1 Torr, and silane gas is introduced from the inlet hole. (SiH,) was supplied into the furnace.

この処理により、絶縁膜2上に結晶構造を有しない非晶
質シリコンl!!3が形成できる。
Through this treatment, amorphous silicon l! without a crystal structure is formed on the insulating film 2! ! 3 can be formed.

ところで、減圧CVD法における基板加熱温度が600
°Cを越えると、絶縁膜上に形成されるシリコン膜は細
かい結晶の多結晶となるため、基板加熱温度は600°
C以下であることが好ましい。
By the way, the substrate heating temperature in the low pressure CVD method is 600℃.
When the temperature exceeds °C, the silicon film formed on the insulating film becomes polycrystalline with fine crystals, so the substrate heating temperature is 600 °C.
It is preferable that it is C or less.

望ましくは、500〜580℃の範囲内にあることが好
ましい。
Desirably, the temperature is preferably within the range of 500 to 580°C.

次いで、第1図(2)の工程の後、シリコンウェハを、
急速加熱ができる加熱装置に搬入して、非晶質シリコン
膜3を、500°Cから1000℃前後での平均昇温速
度を90℃/秒以上になるように加熱し、加熱終点温度
を10秒以上維持した。
Next, after the step shown in FIG. 1 (2), the silicon wafer is
The amorphous silicon film 3 is transferred to a heating device capable of rapid heating, and heated so that the average temperature increase rate from 500°C to around 1000°C is 90°C/sec or more, and the heating end point temperature is 10°C. It lasted for more than a second.

尚、500°C未満の加熱では、非シリコン膜中にシリ
コン結晶粒成長の核は発生しないため、500°Cまで
の加熱速度は大粒径多結晶シリコン膜を形成する上で特
に限定されない。
Note that heating below 500°C does not generate nuclei for silicon grain growth in the non-silicon film, so the heating rate up to 500°C is not particularly limited in forming a large-grain polycrystalline silicon film.

第2図は、絶縁膜2上に形成された4000人の非晶質
シリ′コン膜3を1000 ’Cまで、昇温速度を10
℃/秒〜200℃/秒まで変化させて加熱後、10秒間
この温度を保持し、冷却した後での結晶化したシリコン
の平均結晶粒径を示す。
Figure 2 shows a 4,000-layer amorphous silicon film 3 formed on an insulating film 2 up to 1,000'C at a heating rate of 10
The average crystal grain size of crystallized silicon is shown after heating at a temperature varying from °C/sec to 200 °C/sec, holding this temperature for 10 seconds, and cooling.

第2図から理解されるように、昇温速度が90’C/秒
以上であると、急激に結晶粒径が大きくなることが分か
る。特に、100℃/秒以上で平均結晶粒径が顕著に大
きくなることが理解されるので、昇温速度は、100℃
/秒以上であることが好ましい。
As understood from FIG. 2, it can be seen that when the temperature increase rate is 90'C/sec or more, the crystal grain size increases rapidly. In particular, it is understood that the average crystal grain size becomes significantly larger at 100°C/sec or more, so the heating rate should be 100°C/sec or more.
/second or more is preferable.

したがって、加熱を90℃/秒を越える速度で行うこと
により、結晶粒径が大きいため、最初から多結晶シリコ
ン膜を形成する場合に比較して、粒間の空隙部の占有体
積を少なくすることができる。故に、この粒間に偏析さ
れる不純物量を少なくして、不純物の活性化効率を向上
できる。
Therefore, by heating at a rate exceeding 90°C/sec, the volume occupied by the voids between the grains can be reduced compared to when a polycrystalline silicon film is formed from the beginning due to the large crystal grain size. I can do it. Therefore, the amount of impurities segregated between these grains can be reduced, and the activation efficiency of impurities can be improved.

もっとも、90℃/秒未満の加熱では、大粒径のシリコ
ン結晶粒を形成することは困難である。
However, heating at less than 90° C./second makes it difficult to form large silicon crystal grains.

これは、昇温速度が上記の値未満であると、結晶粒成長
のための核が新たに発生して、結晶粒密度が太き(なっ
てしまって、一つ一つの結晶粒が太き(成長するのを制
限するためである。
This is because if the temperature increase rate is less than the above value, new nuclei for crystal grain growth will occur, and the crystal grain density will become thicker, causing each crystal grain to become thicker. (This is to restrict growth.

第3図に、前記第1図(2)の工程によりシリコンを非
晶質状態で4000人成膜した後、昇温速度を100℃
/秒一定として、加熱終点温度を800〜1300″C
へと変化させ、この温度に到達後、10秒間保持し、冷
却した多結晶シリコン膜の平均粒径を示す。
Figure 3 shows that after 4,000 silicon films were formed in an amorphous state by the process shown in Figure 1 (2) above, the heating rate was increased to 100°C.
/second constant, heating end temperature 800~1300''C
The graph shows the average grain size of the polycrystalline silicon film obtained by changing the temperature to 100 nm, holding it for 10 seconds after reaching this temperature, and cooling it.

この第3図から理解されるように、加熱終点温度を90
0 ”C前後にすることにより、1.0μm程度の大粒
径を有する多結晶シリコン膜を得ることができる。した
がって、加熱終点温度は900°C以上であることが好
ましい。
As can be understood from this Figure 3, the heating end point temperature is 90
By setting the temperature to around 0''C, a polycrystalline silicon film having a large grain size of about 1.0 μm can be obtained. Therefore, it is preferable that the heating end point temperature is 900°C or higher.

上記実施例において、非晶質シリコン膜を大粒径多結晶
シリコン膜に変えるための急速加熱が可能な加熱装置と
しては、電気炉、熱加熱炉、光加熱炉等特に限定される
ことなく種々のものを使用できる。例えば、非晶質のシ
リコン膜が形成されたウェハを高出力の赤外線ランプに
よって上下から加熱するタイプを採用することが可能で
ある。
In the above embodiment, various heating devices capable of rapid heating for converting an amorphous silicon film into a large-grain polycrystalline silicon film are not particularly limited, such as an electric furnace, a thermal heating furnace, and a light heating furnace. You can use the following. For example, it is possible to adopt a type in which a wafer on which an amorphous silicon film is formed is heated from above and below using high-output infrared lamps.

第1図(2)工程で形成された非晶質シリコン膜3を、
第1表に示すように、500°Cからの昇温速度および
加熱終点温度を種々変更して、非晶質シリコンを結晶化
して多結晶シリコン膜とし、さらに、加速電圧が100
Keyで不純物であるPイオンをドーズ量4XlO”/
dだけイオン注入し、その後800°Cで30分間不純
物の活性化のための熱処理(アニール)を行った。この
不純物のイオン注入処理によれば、多結晶シリコン膜中
の不純物濃度は、I X 1018/ciとなる。
The amorphous silicon film 3 formed in the step (2) of FIG.
As shown in Table 1, the heating rate from 500°C and the heating end point temperature were varied to crystallize amorphous silicon to form a polycrystalline silicon film, and the accelerating voltage was increased to 100°C.
The key is to use a dose of 4XlO''/P ions, which are impurities.
Ions were implanted for d, and then heat treatment (annealing) was performed at 800° C. for 30 minutes to activate the impurities. According to this impurity ion implantation process, the impurity concentration in the polycrystalline silicon film becomes I x 1018/ci.

次いで、不純物注入後のシート抵抗07口値を測定した
。シート抵抗の値は、6インチのウェハの端から10m
mを除いた部分を等間隔で121点測定し、これを平均
した値とした。
Next, the sheet resistance 07 value after impurity implantation was measured. The sheet resistance value is 10m from the edge of a 6 inch wafer.
Measurements were taken at 121 points at equal intervals in the area excluding m, and the values were averaged.

この測定結果を、第1表に示す。また、結晶粒径も第1
表に示す。尚、このシート抵抗の値が小さい程、不純物
原子がシリコン結晶中の正規の格子位置を占めて、不純
物が活性化されている度合いが大きいことを示している
The measurement results are shown in Table 1. In addition, the crystal grain size is also the first
Shown in the table. Note that the smaller the value of the sheet resistance, the more impurity atoms occupy regular lattice positions in the silicon crystal and the greater the degree to which the impurities are activated.

第1表において、昇温速度を本発明範囲外とした比較例
および非晶質シリコンを経ることなく多結晶シリコン膜
を形成した比較例のシート抵抗を参考のために示す。
Table 1 shows, for reference, the sheet resistances of a comparative example in which the heating rate was outside the range of the present invention and a comparative example in which a polycrystalline silicon film was formed without passing through amorphous silicon.

(以下、余白) 第1表において、実施例1〜6では、いずれも非晶質シ
リコンを結晶化して大粒径多結晶シリコンとする際、昇
温速度が90℃/秒以上であり、最終の加熱温度も10
00°C以上であるから、粒径が1.0μm以上の大粒
径の多結晶シリコンを形成することができる。そして、
実施例の1〜6の夫々についてシート抵抗を測定したと
ころ、後述する比較例に対して、いずれもシート抵抗が
小さい値となった。このことは、シリコン膜の結晶粒が
大きいために、結晶粒間の占有体積も少なくなる結果、
不純物をイオン注入した際は、結晶粒間に偏析する不純
物量が少なく、I X 10 ”/cdと少ない不純物
濃度であっても不純物の活性化効率が高いことを示して
いる。
(Hereinafter, blank spaces) In Table 1, in Examples 1 to 6, when crystallizing amorphous silicon to form large-grain polycrystalline silicon, the heating rate was 90°C/second or more, and the final The heating temperature is also 10
Since the temperature is 00° C. or higher, polycrystalline silicon having a large grain size of 1.0 μm or more can be formed. and,
When the sheet resistance was measured for each of Examples 1 to 6, the sheet resistance in all cases was smaller than that of the comparative example described below. This is because the crystal grains of the silicon film are large, so the volume occupied between the crystal grains is also reduced.
When impurity ions are implanted, the amount of impurities segregated between crystal grains is small, indicating that the impurity activation efficiency is high even at a low impurity concentration of I x 10 ''/cd.

一方、これに対し、実施例7では、昇温速度が90℃/
秒以上の値でも、加熱終点温度が低いとシート抵抗の値
が大きいことを示している。これは、最終の加熱温度が
850°C程度であると、加熱終点温度が900°C程
度の場合と比較して、結晶粒径が小さくなるため、結晶
粒間の占有体積が多くなり活性化される不純物の割合が
少なくなるためである。
On the other hand, in Example 7, the temperature increase rate was 90°C/
Even for values of seconds or more, it is shown that the lower the heating end point temperature, the higher the sheet resistance value. This is because when the final heating temperature is about 850°C, the crystal grain size becomes smaller compared to when the heating end point temperature is about 900°C, so the occupied volume between crystal grains increases and activation occurs. This is because the proportion of impurities that are removed is reduced.

これらに対し、比較例1では、加熱終点温度は1100
°Cと高温であるものの、昇温速度が80”C/秒と小
さいため、加熱の途中で非晶質シリコン中にシリコン結
晶粒成長の核が次々と新たに発生して結晶の密度が大き
くなり、シリコン結晶粒が小さくなる。この結果、結晶
粒間の占有体積が大きくなって、不純物活性率も上記実
施例と比較して低い値となる。
On the other hand, in Comparative Example 1, the heating end point temperature was 1100.
Although the temperature is as high as °C, the heating rate is as low as 80"C/sec, so new silicon grain growth nuclei are generated one after another in the amorphous silicon during heating, increasing the crystal density. Thus, the silicon crystal grains become smaller.As a result, the occupied volume between the crystal grains becomes larger, and the impurity activation rate also becomes a lower value compared to the above embodiment.

比較例2は、加えて、加熱終点温度も小さいため、結晶
粒成長の程度が十分でないため、結晶粒径は比較例1と
同様に小さい値とならざろう得なく、その結果シート抵
抗も小さい値となっている。
In addition, in Comparative Example 2, the heating end point temperature is low, so the degree of crystal grain growth is not sufficient, so the crystal grain size is inevitably small as in Comparative Example 1, and as a result, the sheet resistance is also small. value.

比較例3は、絶縁膜2上に非晶質シリコンを形成する代
わりに、多結晶シリコンを形成するものである。この時
、昇温速度を110℃/秒と実施例と同様に急速にし、
加熱終点温度を1100°Cと高温にしても、多結晶シ
リコン膜を加熱してシリコンの大粒径化を行うには、結
晶粒間に存在する障壁を越えてシリコン原子を拡散させ
る必要があるため、非晶質シリコンを大粒径化する場合
と比較して、結晶粒成長能が著しく小さい。その結果、
結晶粒数が多いままで結晶粒径も少なくなり、粒間占有
体積も多いので、不純物の活性化率が低くシート抵抗も
小さい値となっている。
In Comparative Example 3, polycrystalline silicon is formed on the insulating film 2 instead of amorphous silicon. At this time, the temperature increase rate was set to 110°C/sec as fast as in the example,
Even if the heating end point temperature is as high as 1100°C, in order to increase the silicon grain size by heating a polycrystalline silicon film, it is necessary to diffuse silicon atoms across the barriers that exist between crystal grains. Therefore, the crystal grain growth ability is significantly smaller than when amorphous silicon is made to have a large grain size. the result,
Since the number of crystal grains remains large, the crystal grain size decreases, and the volume occupied between grains is large, the activation rate of impurities is low and the sheet resistance is also a small value.

尚、非晶質シリコンを生成する際は、このような障壁が
存在しないため、加熱により結晶粒を成長させることが
できる。
Note that when producing amorphous silicon, since such a barrier does not exist, crystal grains can be grown by heating.

比較例4では、比較例3と同様に多結晶シリコン膜を形
成するが、結晶粒成長のための熱処理を行わないため、
粒径の小さい結晶粒が数多く存在して、不純物の結晶粒
間への偏析量が多くなる。
In Comparative Example 4, a polycrystalline silicon film is formed in the same manner as Comparative Example 3, but heat treatment for crystal grain growth is not performed.
There are many crystal grains with small grain sizes, and the amount of impurities segregated between the crystal grains increases.

この結果、シート抵抗が最も大きい値となる。As a result, the sheet resistance becomes the largest value.

尚、上記実施例によれば、昇温速度が極めて大きいため
、大粒径多結晶シリコン膜を形成する際に、非シリコン
膜を低温(500〜650℃)下拙時間(十数時間)に
渡って加熱してシリコン結晶の成長を行う場合と比較し
て、極めて短時間で非晶質シリコンを結晶化することが
できる。
According to the above example, since the temperature increase rate is extremely high, when forming a large-grain polycrystalline silicon film, the non-silicon film is heated at a low temperature (500 to 650°C) for a long time (more than ten hours). Amorphous silicon can be crystallized in an extremely short time compared to the case where silicon crystals are grown by heating over a long period of time.

上記実施例において、絶縁膜2上への非晶質シリコン膜
3を減圧CVD法により形成しているが、これに限らず
通常のCVD法、プラズマCVD法。
In the above embodiment, the amorphous silicon film 3 is formed on the insulating film 2 by low pressure CVD, but the method is not limited to this, and ordinary CVD or plasma CVD can be used.

真空蒸着法、クラスターイオンビーム法等により、非晶
質シリコン膜を形成することも可能である。
It is also possible to form an amorphous silicon film by a vacuum evaporation method, a cluster ion beam method, or the like.

また、絶縁膜2として、Stowを用いているが、Si
3N、を基板上に形成して、絶縁膜とすることもできる
Furthermore, although Stow is used as the insulating film 2, Si
3N can also be formed on the substrate to serve as an insulating film.

さらに、非晶質シリコン膜を4000人厚で形成してい
るが、これに限定されず2000〜5000人の範囲で
非シリコン膜を形成することもできる。
Further, although the amorphous silicon film is formed with a thickness of 4000 layers, the present invention is not limited to this, and a non-silicon film may be formed with a thickness in the range of 2000 to 5000 layers.

また、実施例では、多結晶化したシリコン膜に注入する
不純物としてリンを用いているが、これに限定されるこ
となく、ひ素、アンチモン、ホウ素、インジウム等地の
不純物をイオン注入することも可能である。
In addition, in the example, phosphorus is used as an impurity to be implanted into a polycrystalline silicon film, but it is not limited to this, and it is also possible to ion-implant other impurities such as arsenic, antimony, boron, and indium. It is.

本発明が適用できる半導体装置としては、MOS  F
ETの他、バイポーラトランジスタ等種々の半導体装置
が挙げられる。
As a semiconductor device to which the present invention can be applied, MOS F
In addition to ET, there are various semiconductor devices such as bipolar transistors.

また、実施例で挙げている数値は、いずれも−例であり
、これに限定されることなく、他の数値を選択すること
もできる。
Moreover, all the numerical values listed in the examples are examples, and other numerical values can also be selected without being limited thereto.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、大粒径多結晶シリ
コン膜を形成することにより、不純物の活性化効率を向
上することができる結果、少ない不純物量、短い注入処
理時間で、多結晶シリコン膜のシート抵抗を低減できる
、と云う効果を生ずるものである。
As explained above, according to the present invention, by forming a large-grain polycrystalline silicon film, it is possible to improve the activation efficiency of impurities. This has the effect of reducing the sheet resistance of the film.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例の工程を示す、半導体装置
の断面構成図、第2図は、昇温速度とシリコン結晶粒径
との関係を示す特性図、第3図は、加熱終点温度とシリ
コン結晶粒との関係を示す特性図である。 図中、1は基板、2は絶縁膜、3は非晶質シリコン膜、
を示ず。 +1’:148品木1イ蚤 (JJm)第 刀41熱きデトメラ、シ1男り度
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor device showing the steps of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between temperature increase rate and silicon crystal grain size, and FIG. 3 is a heating FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between end point temperature and silicon crystal grains. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an insulating film, 3 is an amorphous silicon film,
Not shown. +1': 148 Shinaki 1 flea (JJm) No. 41 hot Detomera, Shi 1 Masculinity

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に多結晶シリコン膜を形成してなる、半導
体装置における多結晶シリコン膜の形成方法において、 基板上に非晶質シリコン膜を形成する第1工程と、 当該非晶質シリコン膜を、シリコン結晶粒成長開始温度
以上で90℃/秒以上の昇温速度となるように加熱する
第2工程と、 とを有してなる、ことを特徴とする半導体装置における
多結晶シリコン膜の形成方法。
(1) A method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device in which a polycrystalline silicon film is formed on a substrate, comprising: a first step of forming an amorphous silicon film on the substrate; and the amorphous silicon film. of a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, comprising: a second step of heating the polycrystalline silicon film at a heating rate of 90° C./sec or higher at a silicon grain growth starting temperature or higher; Formation method.
JP13801189A 1989-05-31 1989-05-31 Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device Pending JPH033325A (en)

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