JPH081891B2 - Method for recrystallizing semiconductor film - Google Patents

Method for recrystallizing semiconductor film

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JPH081891B2
JPH081891B2 JP11630387A JP11630387A JPH081891B2 JP H081891 B2 JPH081891 B2 JP H081891B2 JP 11630387 A JP11630387 A JP 11630387A JP 11630387 A JP11630387 A JP 11630387A JP H081891 B2 JPH081891 B2 JP H081891B2
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伸夫 佐々木
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 多結晶シリコン膜にレーザビームを照射して,その膜
厚方向における一部を溶融した場合には,通常,膜厚全
体を溶融した場合に膜表面に生じる数10μm周期の凹凸
が現れないことを利用し,あらかじめ多結晶シリコン膜
を,その表面から膜厚の1/2程度の深さまで溶融したの
ち,その表面にキャップ層を形成して膜厚全体を溶融す
ることによって,平滑な表面を有するシリコン膜を得
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] When a polycrystalline silicon film is irradiated with a laser beam and a part of the film in the film thickness direction is melted, it usually occurs on the film surface when the entire film thickness is melted. Taking advantage of the fact that irregularities with a period of several tens of μm do not appear, the polycrystalline silicon film is melted in advance from its surface to a depth of about 1/2 of the film thickness, and then a cap layer is formed on the surface to form the entire film thickness. By melting, a silicon film having a smooth surface is obtained.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明はSOI(Silicon-on-Insulator)構造を有する
半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an SOI (Silicon-on-Insulator) structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

絶縁物上に堆積された多結晶シリコンを,レーザビー
ム等のエネルギー線の照射により再結晶化することによ
って,結晶粒の拡大を図る場合,再結晶化シリコン膜に
生じる数10μm周期の凹凸を防ぐために,その表面に二
酸化シリコン(SiO2)から成るキャップ層を設けること
が効果的である。
When polycrystal silicon deposited on an insulator is recrystallized by irradiation with an energy ray such as a laser beam to enlarge crystal grains, unevenness of a few tens of μm cycle generated in the recrystallized silicon film is prevented. For this purpose, it is effective to provide a cap layer made of silicon dioxide (SiO2) on the surface.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

一方,絶縁物上に形成されたままの多結晶シリコン膜
の表面には,多結晶シリコン膜を構成する柱状結晶に対
応する微小な凹凸が存在する。したがって,この上に形
成されたキャップ層に接して再結晶化されたシリコン膜
の表面には,この微小凹凸がそのまま保存されている。
この微小凹凸の大きさは,高さ方向で200〜300Å程度,
横方向の周期がグレインサイズに対応して0.1μm程度
である。このような凹凸を残したままで再結晶化膜にト
ランジスタ等の素子を形成しても,所望の特性を持った
素子が得られないという問題がある。
On the other hand, on the surface of the polycrystalline silicon film as it is formed on the insulator, there are minute irregularities corresponding to the columnar crystals forming the polycrystalline silicon film. Therefore, the fine irregularities are preserved as they are on the surface of the recrystallized silicon film in contact with the cap layer formed thereon.
The size of this minute unevenness is about 200 to 300Å in the height direction,
The horizontal period is about 0.1 μm corresponding to the grain size. Even if an element such as a transistor is formed on the recrystallized film while leaving such unevenness, there is a problem that an element having desired characteristics cannot be obtained.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者は,キャップ層が設けられていない多結晶シ
リコン膜を,レーザビームを照射して溶融する場合,膜
厚方向における全体を溶融せず,下地の絶縁物と接する
層を非溶融として残しておくと,膜厚全体にわたって溶
融した時に生じる数10μm程度の周期を有する大きな凹
凸が現れないことを見出した。一方,多結晶シリコン膜
の柱状結晶構造に起因する,これより微小な凹凸は,キ
ャップ層が設けられていないで,この溶融によって消失
してしまう。
The inventors of the present invention did not melt the entire polycrystalline silicon film having a cap layer provided in the film thickness direction by irradiating it with a laser beam and left the layer in contact with the underlying insulator as non-melted. In other words, it was found that no large unevenness having a period of about several tens of μm, which occurs when melted over the entire film thickness, appears. On the other hand, the unevenness smaller than this, which is caused by the columnar crystal structure of the polycrystalline silicon film, disappears due to this melting because the cap layer is not provided.

したがって,前述したごとき従来のSOI構造のトラン
ジスタの構造における問題点は,上記の発見を利用した
本発明の製造方法,すなわち,絶縁物上に形成された多
結晶シリコン膜の表面にレーザビームを照射して,その
表面からその膜厚より小さい所定の深さまで溶融する工
程と,前記溶融後固化したシリコン膜の表面に絶縁膜か
ら成るキャップ層を形成する工程と,キャップ層が形成
された多結晶シリコン膜表面にレーザビームを照射し
て,シリコン膜をその膜厚全体にわたって溶融する工程
とを含むことを特徴とする半導体膜の再結晶化方法によ
って解決される。
Therefore, the problem in the structure of the conventional SOI structure transistor as described above is that the manufacturing method of the present invention utilizing the above-mentioned finding, that is, the surface of the polycrystalline silicon film formed on the insulator is irradiated with a laser beam. Then, a step of melting from the surface to a predetermined depth smaller than the film thickness, a step of forming a cap layer made of an insulating film on the surface of the silicon film which is solidified after the melting, and a polycrystal having the cap layer formed And a laser beam is applied to the surface of the silicon film to melt the silicon film over its entire thickness.

〔作用〕[Action]

SOI構造の半導体装置の製造における多結晶半導体膜
の再結晶化において,多結晶半導体膜を,エネルギービ
ームを照射して,その表面から所定の深さまで溶融した
のち,この表面にキャップ層を形成し,そののちに,多
結晶半導体膜を全膜厚にわたって溶融・再結晶化するこ
とにより,平滑な表面を有する半導体膜を得ることがで
きる。
In recrystallizing a polycrystalline semiconductor film in the manufacture of a semiconductor device having an SOI structure, the polycrystalline semiconductor film is irradiated with an energy beam to melt it to a predetermined depth, and then a cap layer is formed on this surface. After that, the polycrystalline semiconductor film is melted and recrystallized over the entire film thickness to obtain a semiconductor film having a smooth surface.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a)ないし(d)は本発明に係る多結晶半導体
膜の再結晶化方法の工程を示す断面図である。同図
(a)に示すように,シリコンウエハ等の基板1の表面
に,例えば熱酸化等の方法によって,例えばSiO2から成
る,厚さが1.0μm程度の絶縁層2を形成する。
1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views showing steps of a method for recrystallizing a polycrystalline semiconductor film according to the present invention. As shown in FIG. 3A, an insulating layer 2 made of, for example, SiO 2 and having a thickness of about 1.0 μm is formed on the surface of a substrate 1 such as a silicon wafer by a method such as thermal oxidation.

第1図(b)に示すように,例えば通常の化学気相成
長法(CVD)を用いて,絶縁層2の上に厚さ0.5μm程度
の多結晶シリコン膜3を生成される。この時の多結晶シ
リコン膜3の表面は,200〜300Å程度の微小な凹凸30が
存在する。
As shown in FIG. 1B, a polycrystalline silicon film 3 having a thickness of about 0.5 μm is formed on the insulating layer 2 by using, for example, a normal chemical vapor deposition method (CVD). At this time, the surface of the polycrystalline silicon film 3 has minute irregularities 30 of about 200 to 300 Å.

この多結晶シリコン膜3の表面に,第1図(c)に示
すように,出力4ワット程度のアルコンレーザのよう
な,比較的低エネルギーのエネルギービーム4を照射す
る。このエネルギーでは,多結晶シリコン膜3は,その
表面から膜厚より小さい所定の深さ,例えば薬0.2μm
程度までが溶融される。図において,符号31はエネルギ
ービーム4の照射によって溶融中の多結晶シリコン膜3
の部分を示す。エネルギービーム4は矢印Aの方向に走
査され,走査された領域では多結晶シリコン膜3の表面
は平坦化されている。エネルギービーム4の走査ピッチ
およびこれによる溶融部分の直径の数値例は,それぞ
れ,10μmおよび15μmである。
As shown in FIG. 1 (c), the surface of the polycrystalline silicon film 3 is irradiated with an energy beam 4 having a relatively low energy such as an Alcon laser having an output of about 4 watts. With this energy, the polycrystalline silicon film 3 has a predetermined depth from its surface smaller than the film thickness, for example, 0.2 μm of the drug.
To the extent melted. In the figure, reference numeral 31 is the polycrystalline silicon film 3 being melted by the irradiation of the energy beam 4.
Indicates the part. The energy beam 4 is scanned in the direction of arrow A, and the surface of the polycrystalline silicon film 3 is flattened in the scanned region. Numerical examples of the scanning pitch of the energy beam 4 and the diameter of the melted portion due to this are 10 μm and 15 μm, respectively.

上記の膜厚方向における部分的溶融によっては,膜厚
全体を溶融した場合に生じる数10μm周期の比較的大き
い凹凸が現れないのは,固体シリコンに対して溶融シリ
コンがよく濡れるために,溶融シリコンの横方向の移動
が抑制されるためと考えられる。一方,部分的溶融の前
に存在していた微小凹凸が消失するのは,溶融したシリ
コン表面に働く表面張力による。
Due to the partial melting in the film thickness direction, the relatively large irregularities of several tens of μm cycle that occur when the entire film thickness is melted do not appear because the molten silicon is well wetted with the solid silicon. It is considered that the lateral movement of the is suppressed. On the other hand, it is due to the surface tension acting on the surface of the molten silicon that the fine irregularities that existed before the partial melting disappear.

上記のようにして,エネルギービーム4の走査により
所定領域が溶融され,その結果平坦化された多結晶シリ
コン膜3の上に,第1図(d)に示すように,それぞ
れ,厚さ300Åを有するSiO2層5および窒化シリコン(S
i3N4)層6を形成する。これらの形成方法は,通常のCV
Dを用いればよい。SiO2層5およびSi3N4層6はキャップ
層を構成するとともに,後述するレーザビームに対する
反射防止膜をも構成する。
As described above, a predetermined region is melted by the scanning of the energy beam 4, and as a result, the flattened polycrystalline silicon film 3 is provided with a thickness of 300 Å, respectively, as shown in FIG. 1 (d). The SiO2 layer 5 and the silicon nitride (S
i3N4) layer 6 is formed. These formation methods are
You can use D. The SiO2 layer 5 and the Si3N4 layer 6 form not only a cap layer but also an antireflection film for a laser beam described later.

上記のようにキャップ層が形成された多結晶シリコン
膜3の表面に,出力8ワット程度のアルゴンレーザのよ
うな,比較的高エネルギーのエネルギービーム7を照射
する。このエネルギーは,多結晶シリコン膜を,その厚
さ方向全体にわたって溶融するのに十分な値である。第
1図(d)において,符号32はエネルギービーム7の照
射によって溶融中の多結晶シリコン膜3の部分を示す。
エネルギービーム7は,例えば矢印Aの方向に走査さ
れ,多結晶シリコン膜3の所定領域を順次再結晶化す
る。エネルギービーム7の走査ビッチおよび溶融部分の
直径の数値例は,それぞれ30μmおよび40μmである。
The surface of the polycrystalline silicon film 3 on which the cap layer is formed as described above is irradiated with an energy beam 7 having a relatively high energy, such as an argon laser having an output of about 8 watts. This energy is sufficient to melt the polycrystalline silicon film throughout its thickness. In FIG. 1 (d), reference numeral 32 indicates a portion of the polycrystalline silicon film 3 which is being melted by the irradiation of the energy beam 7.
The energy beam 7 is scanned in the direction of arrow A, for example, to recrystallize a predetermined region of the polycrystalline silicon film 3 in sequence. Numerical examples of the diameter of the scanning bitch and the melting part of the energy beam 7 are 30 μm and 40 μm, respectively.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば,SOI構造のトランジスタに用いられる
再結晶化シリコン膜において,0.1μmピッチ程度の微小
な凹凸と2〜40μm程度の大きな周期の凹凸の双方の発
生を抑制することができ,高性能のトランジスタを高歩
留りで製造可能とする効果がある。
According to the present invention, in a recrystallized silicon film used for a transistor having an SOI structure, it is possible to suppress the occurrence of both minute irregularities with a pitch of about 0.1 μm and irregularities with a large period of about 2 to 40 μm. There is an effect that a high-performance transistor can be manufactured with a high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)ないし(d)は本発明に係る多結晶半導体
膜の再結晶化方法の工程を示す断面図である。 図において,1は基板,2は絶縁層,3は多結晶シリコン膜,4
および7はエネルギービーム,5はSiO2層,6はSi3N4層,30
は微小凹凸,31および32は溶融部分 である。
1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views showing steps of a method for recrystallizing a polycrystalline semiconductor film according to the present invention. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an insulating layer, 3 is a polycrystalline silicon film, 4
And 7 are energy beams, 5 is SiO2 layer, 6 is Si3N4 layer, 30
Is a minute unevenness, and 31 and 32 are molten portions.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁物上に形成された半導体膜の表面にエ
ネルギービームを照射して,その表面からその膜厚より
小さい所定の深さまで溶融する工程と, 前記溶融後固化した該半導体膜の該表面に絶縁膜を形成
する工程と, 該絶縁膜が形成された該表面にエネルギービームを照射
して,該半導体膜を,その膜厚全体にわたって溶融する
工程 とを含むことを特徴とする半導体膜の再結晶化方法。
1. A step of irradiating the surface of a semiconductor film formed on an insulator with an energy beam to melt the surface of the semiconductor film to a predetermined depth smaller than the film thickness, and the step of melting and solidifying the semiconductor film. A semiconductor comprising: a step of forming an insulating film on the surface; and a step of irradiating the surface on which the insulating film is formed with an energy beam to melt the semiconductor film over its entire thickness. Membrane recrystallization method.
【請求項2】該半導体膜はシリコン膜であることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体膜の再結晶化
方法。
2. The method for recrystallizing a semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film is a silicon film.
【請求項3】該絶縁膜は少なくとも該半導体膜表面に接
している二酸化シリコン膜を含む単層もしくは多層膜で
あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導
体膜の再結晶化方法。
3. The recrystallization of the semiconductor film according to claim 2, wherein the insulating film is a single layer or a multilayer film including a silicon dioxide film which is in contact with at least the surface of the semiconductor film. Method.
JP11630387A 1987-05-13 1987-05-13 Method for recrystallizing semiconductor film Expired - Lifetime JPH081891B2 (en)

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