JPH04271115A - Manufacture of semiconductor - Google Patents

Manufacture of semiconductor

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JPH04271115A
JPH04271115A JP3122391A JP3122391A JPH04271115A JP H04271115 A JPH04271115 A JP H04271115A JP 3122391 A JP3122391 A JP 3122391A JP 3122391 A JP3122391 A JP 3122391A JP H04271115 A JPH04271115 A JP H04271115A
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JP
Japan
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film
silicon film
silicon
insulating film
semiconductor manufacturing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3122391A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Iizuka
飯塚 潤一
Yoshio Kikuchi
吉男 菊地
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor manufacturing method capable of forming a silicon film excellent in flatness and crystallinity wherein orientation in the XY surface is uniform, regarding a method for forming a silicon film excellent in crystallinity wherein orientation is uniform, on an insulating film. CONSTITUTION:In a semiconductor manufacturing method for forming a silicon film 5 on an insulating film 2, trenches 4 are formed in the insulating film 2, a silicon film 5 is deposited at a temperature of 400-600 deg.C on the insulating film 2 in which the trenches 4 are formed, and annealing is performed at a temperature of 400-700 deg.C, after the surface is irradiated in a spot manner with an energy beam like an argon laser beam.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁膜上に配向性の揃
った結晶性の良好なシリコン膜を形成する方法に関する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon film with uniform orientation and good crystallinity on an insulating film.

【0002】半導体装置の集積度を向上するためには、
各素子の寸法を微細化することが必要である。そのため
には、2次元的な寸法を縮小するのに加えて、薄膜化す
ることが多層構造形成においては不可欠である。この場
合、薄膜の膜厚が均一であり、かつ、その表面が平坦で
あることが上層に形成される膜の断線等を生じないため
に必要である。
In order to improve the degree of integration of semiconductor devices,
It is necessary to miniaturize the dimensions of each element. To this end, in addition to reducing the two-dimensional dimensions, it is essential to make the film thinner in forming the multilayer structure. In this case, it is necessary that the thin film has a uniform thickness and a flat surface in order to prevent disconnection of the film formed in the upper layer.

【0003】また、膜中の不純物元素が後工程における
熱処理によって拡散しないようにするため、製造プロセ
スを低温化することも必要である。
[0003] Furthermore, in order to prevent impurity elements in the film from diffusing during heat treatment in a subsequent process, it is also necessary to lower the temperature of the manufacturing process.

【0004】以上要するに、膜厚を均一の厚さに低温で
堆積し、しかも、堆積した薄膜の配向性・結晶性を良好
にする製造技術が微細化プロセスにおいて求められてい
る。
[0004] In summary, there is a need in the miniaturization process for a manufacturing technique that deposits a film with a uniform thickness at a low temperature and also improves the orientation and crystallinity of the deposited thin film.

【0005】[0005]

【従来の技術】シリコン酸化膜上にシリコン膜を形成す
る時の堆積温度は通常620〜630℃であり、この場
合のシリコン膜は多結晶になる。シリコン膜をさらに平
坦化・薄膜化するために、これよりも低温で堆積する方
法が検討されている。
2. Description of the Related Art When a silicon film is formed on a silicon oxide film, the deposition temperature is usually 620 to 630° C., and the silicon film in this case becomes polycrystalline. In order to further flatten and thin the silicon film, methods of depositing it at lower temperatures are being considered.

【0006】例えば、600℃以下の温度で堆積すると
、アモルファス状のシリコン膜が形成される。このシリ
コン膜は結晶化していないため、膜厚を薄くしても膜厚
は均一になり、かつ、表面は極めて平坦になる。この膜
をアニールすると、下地酸化膜界面から結晶化が進み、
結晶終了後はその粒径は最大1μm以上にもなる。 このため、結晶粒界が少なくなり、結果的に電気的特性
における移動度の高いシリコン膜が得られる。
For example, when deposited at a temperature of 600° C. or lower, an amorphous silicon film is formed. Since this silicon film is not crystallized, even if the film thickness is reduced, the film thickness will be uniform and the surface will be extremely flat. When this film is annealed, crystallization progresses from the base oxide film interface,
After the crystallization is complete, the grain size reaches a maximum of 1 μm or more. Therefore, grain boundaries are reduced, and as a result, a silicon film with high mobility in electrical characteristics is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】酸化膜上に形成された
アモルファス状のシリコンが結晶化するときの結晶開始
位置は、下地酸化膜からと云われているだけで、その位
置の正確な制御はなされていない。そのため、素子形成
領域に結晶粒界が形成されたり、Z軸方向には特定の面
方位で配向するものゝ、XY面においては、図2(a)
に示すように、配向が不揃いになり、その結果として良
好な移動度が得られていないのが現状である。
[Problem to be solved by the invention] When amorphous silicon formed on an oxide film crystallizes, the crystallization starting position is said to be from the base oxide film, but it is not possible to accurately control the position. Not done. Therefore, grain boundaries are formed in the element formation region, and crystal grains are oriented in a specific plane direction in the Z-axis direction.
As shown in the figure, the orientation is uneven, and as a result, good mobility cannot be obtained at present.

【0008】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、平坦性・結晶性が良好であるのに加えて、XY
面において配向性の揃ったシリコン膜を形成することの
できる半導体製造方法を提供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate this drawback, and in addition to having good flatness and crystallinity,
An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method capable of forming a silicon film with uniform orientation in its plane.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、絶縁膜(
2)上にシリコン膜(5)を形成する半導体製造方法に
おいて、前記の絶縁膜(2)の所定の方向に互いに平行
な溝(4)を形成し、この溝(4)の形成された前記の
絶縁膜(2)上にシリコン膜(5)を堆積し、次いで、
エネルギービームをスポット的に照射した後アニールを
施す半導体製造方法によって達成される。なお、前記の
エネルギービームはアルゴンレーザビームであって、前
記のシリコン膜(5)を溶融しない程度の光強度を有す
ることが好ましく、また、前記のシリコン膜(5)の堆
積は400〜600℃の温度においてなされ、前記のア
ニールの温度は400〜700℃であることが好ましい
。また、前記のエネルギービームの照射は、前記のシリ
コン膜(5)の素子の形成される領域の中心になされる
ことが効果的である。
[Means for solving the problem] The above purpose is to achieve an insulating film (
2) In a semiconductor manufacturing method in which a silicon film (5) is formed on the insulating film (2), grooves (4) parallel to each other are formed in a predetermined direction of the insulating film (2), and the A silicon film (5) is deposited on the insulating film (2) of
This is achieved by a semiconductor manufacturing method that performs annealing after spot-wise irradiation with an energy beam. The energy beam is preferably an argon laser beam and has a light intensity that does not melt the silicon film (5), and the silicon film (5) is deposited at a temperature of 400 to 600°C. The annealing temperature is preferably 400 to 700°C. Furthermore, it is effective to irradiate the energy beam at the center of the region of the silicon film (5) where the elements are to be formed.

【0010】0010

【作用】グラフォエピタキシ法と呼ばれる方法を使用し
て、図2の(b)及び(c)に示すように、シリコン酸
化膜2に特定の方向に溝4を形成し、その上にシリコン
膜5を堆積し、アニールすると、シリコン膜5は同図に
示すように、エネルギー的に安定な方向に結晶成長し、
良好な配向性が得られる。但し、この方法では、結晶が
開始する核の発生位置を制御することはできない。
[Operation] Using a method called graphoepitaxy method, as shown in FIGS. 2(b) and 2(c), grooves 4 are formed in a specific direction in the silicon oxide film 2, and a silicon film is formed on the grooves 4. 5 is deposited and annealed, the silicon film 5 grows crystals in an energetically stable direction, as shown in the figure.
Good orientation can be obtained. However, with this method, it is not possible to control the position of the nucleus where the crystal starts.

【0011】一方、平坦なシリコン酸化膜上にシリコン
膜を低温で堆積し、レーザをスポット照射した後にアニ
ールを施すと、レーザをスポット照射したところが核と
なって結晶成長することが確認されている。また、ラマ
ン分光法による評価では、それぞれの結晶は良好な結晶
性を有することが確認されている。但し、この方法では
、XY面における結晶配向は不揃いになる。
On the other hand, it has been confirmed that when a silicon film is deposited at a low temperature on a flat silicon oxide film and annealed after spot irradiation with a laser, the spot irradiated with the laser becomes a nucleus and crystal growth occurs. . Furthermore, evaluation by Raman spectroscopy has confirmed that each crystal has good crystallinity. However, in this method, the crystal orientation in the XY plane becomes irregular.

【0012】そこで、上記の二つの方法を組み合わせる
ことによって、結晶配向性と、核の発生位置とを制御す
ることを可能にしたのが本発明に係る半導体製造方法で
ある。
Therefore, the semiconductor manufacturing method according to the present invention makes it possible to control the crystal orientation and the position of nucleus generation by combining the above two methods.

【0013】すなわち、シリコン酸化膜2にリソグラフ
ィー法を使用して溝4を形成する。通常(100)面を
有するシリコンウェーハを使用するので溝の形状は図2
(b)に示すように矩形でよい。この上にシリコン膜5
を400〜600℃の温度で堆積し、レーザ、電子ビー
ム、イオンビーム等のエネルギービームをスポット照射
した後、400〜700℃の温度でアニールを施すと、
エネルギービームをスポット照射したところが核となっ
て特定の方向に結晶が成長し、結晶粒が大きく、かつ、
配向性の良好なシリコン膜が形成される。
That is, grooves 4 are formed in silicon oxide film 2 using lithography. Usually, a silicon wafer with a (100) plane is used, so the shape of the groove is shown in Figure 2.
It may be rectangular as shown in (b). On top of this is a silicon film 5.
is deposited at a temperature of 400 to 600°C, spot irradiated with an energy beam such as a laser, electron beam, or ion beam, and then annealed at a temperature of 400 to 700°C.
The spot irradiated with the energy beam becomes a nucleus and the crystal grows in a specific direction, and the crystal grains are large and
A silicon film with good orientation is formed.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る半導体製造方法について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1にシリコン膜の形成工程図を示す。同
図(a)に示すように、シリコン基板1の(100)面
上に熱酸化膜2を1μm厚に形成し、その上にレジスト
膜3を塗布し、これをフォトリソグラフィー法を使用し
てパターニングして4μm間隔にすだれ状に残留する。 次に同図(b)に示すように、すだれ状のレジスト膜3
をマスクとして酸化膜2をエッチングし、深さ300n
mの溝4を形成する。なお、溝の間隔と深さとはこの値
に限定されるものではないことは云うまでもない。
FIG. 1 shows a process diagram for forming a silicon film. As shown in the figure (a), a thermal oxide film 2 with a thickness of 1 μm is formed on the (100) plane of a silicon substrate 1, a resist film 3 is applied thereon, and this is coated using a photolithography method. It is patterned and remains in the form of a blind at intervals of 4 μm. Next, as shown in FIG.
Using as a mask, oxide film 2 is etched to a depth of 300n.
m grooves 4 are formed. It goes without saying that the groove spacing and depth are not limited to these values.

【0016】CVD法を使用し、450℃の温度でジシ
ラン(Si2 H6 )を反応させて、同図(c)に示
すように、厚さ400nmのアモルファス状のシリコン
膜5を堆積する。
Using the CVD method, disilane (Si2 H6) is reacted at a temperature of 450.degree. C. to deposit an amorphous silicon film 5 with a thickness of 400 nm, as shown in FIG. 2(c).

【0017】同図(d)に示すように、アルゴンレーザ
を集光してシリコン膜5上に照射する。同図において、
6はレーザ発生源であり、7は顕微鏡であり、8はミラ
ーであり、9は対物レンズであり、10はXYステージ
である。レーザ発生源6の発生するレーザ強度は光学系
によって異なるがシリコン膜を溶融しない強度に選定さ
れる必要がある。この例においては40mWとした。こ
の強度顕微鏡の対物レンズ9に100倍のレンズを使用
してレーザビーム径を約1μmに絞り、シリコン膜5に
約1秒間照射する。XYステージ10を使用してシリコ
ン基板1を移動し、素子の大きさなどによって決定され
る間隔をおいてレーザビームを順次照射し、シリコン膜
5に複数の種を形成する。次いで、650℃の温度で3
0分間アニールを施す。なお、アニール温度は試料構造
や膜質によって変わるものである。
As shown in FIG. 2D, an argon laser is focused and irradiated onto the silicon film 5. In the same figure,
6 is a laser source, 7 is a microscope, 8 is a mirror, 9 is an objective lens, and 10 is an XY stage. Although the laser intensity generated by the laser source 6 varies depending on the optical system, it must be selected to an intensity that does not melt the silicon film. In this example, it was set to 40 mW. A 100x magnification lens is used as the objective lens 9 of this intensity microscope to focus the laser beam diameter to about 1 μm, and the silicon film 5 is irradiated for about 1 second. The silicon substrate 1 is moved using the XY stage 10, and a plurality of seeds are formed in the silicon film 5 by sequentially irradiating the silicon substrate 1 with a laser beam at intervals determined depending on the size of the device. Then, at a temperature of 650°C, 3
Anneal for 0 minutes. Note that the annealing temperature varies depending on the sample structure and film quality.

【0018】なお、レーザビームの照射位置を素子形成
領域の中央に選定すれば、素子形成領域に結晶粒界が形
成されることがなくなって電気的特性における移動度が
向上し、性能のよい素子を形成することができる。
Note that if the irradiation position of the laser beam is selected at the center of the element formation region, crystal grain boundaries will not be formed in the element formation region, improving the mobility in electrical characteristics and producing elements with good performance. can be formed.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体製造方法においては、酸化膜の所定の方向に互いに平
行な溝を形成し、この上に平坦なアモルファス状のシリ
コン膜を低温で堆積し、これにエネルギービームをスポ
ット的に照射してアニールを施すので、結晶の開始する
核の位置と配向性との両方を制御することができ、表面
が平坦で結晶配向性の良好なシリコン薄膜を形成するこ
とができる。この方法は結晶性向上だけでなく、電気的
特性における移動度の増加にもつながり、半導体装置の
性能向上に寄与するところが大きい。
[Effects of the Invention] As explained above, in the semiconductor manufacturing method according to the present invention, grooves parallel to each other are formed in a predetermined direction in an oxide film, and a flat amorphous silicon film is deposited on the grooves at a low temperature. Since this is annealed by spot-wise irradiation with an energy beam, it is possible to control both the position and orientation of the nucleus where the crystal begins, creating a silicon thin film with a flat surface and good crystal orientation. can be formed. This method leads not only to improved crystallinity but also to increased mobility in electrical characteristics, and greatly contributes to improving the performance of semiconductor devices.

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

【図1】本発明に係るシリコン膜の製造工程図である。FIG. 1 is a process diagram for manufacturing a silicon film according to the present invention.

【図2】酸化膜の表面形状とその上に形成されるシリコ
ン膜の面方位との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the surface shape of an oxide film and the plane orientation of a silicon film formed thereon.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    シリコン基板 2    絶縁膜(シリコン酸化膜) 3    レジスト膜 4    溝 5    シリコン膜 6    レーザ発生源 7    顕微鏡 8    ミラー 9    対物レンズ 10    XYステージ 1 Silicon substrate 2 Insulating film (silicon oxide film) 3 Resist film 4 Groove 5 Silicon film 6 Laser source 7 Microscope 8 Mirror 9 Objective lens 10 XY stage

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  絶縁膜(2)上にシリコン膜(5)を
形成する半導体製造方法において、前記絶縁膜(2)の
所定の方向に互いに平行な溝(4)を形成し、該溝(4
)の形成された前記絶縁膜(2)上にシリコン膜(5)
を堆積し、エネルギービームをスポット的に照射した後
アニールを施すことを特徴とする半導体製造方法。
1. A semiconductor manufacturing method in which a silicon film (5) is formed on an insulating film (2), in which grooves (4) parallel to each other are formed in a predetermined direction of the insulating film (2); 4
) on the insulating film (2) formed with a silicon film (5).
A semiconductor manufacturing method characterized by depositing a substance, irradiating it spot-wise with an energy beam, and then annealing it.
【請求項2】  前記エネルギービームはアルゴンレー
ザビームであり、前記シリコン膜(5)を溶融しない程
度の光強度を有することを特徴とする請求項1記載の半
導体製造方法。
2. The semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein the energy beam is an argon laser beam and has a light intensity that does not melt the silicon film (5).
【請求項3】  前記エネルギービームの照射は、前記
シリコン膜(5)の素子の形成される領域の中心になさ
れることを特徴とする請求項1、2記載の半導体製造方
法。
3. The semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein the energy beam is irradiated at the center of a region of the silicon film (5) where an element is to be formed.
JP3122391A 1991-02-27 1991-02-27 Manufacture of semiconductor Withdrawn JPH04271115A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007217277A (en) * 2006-02-16 2007-08-30 Samsung Electronics Co Ltd Pendeo epitaxial growth substrate and its manufacturing method

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