JPS59228713A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS59228713A
JPS59228713A JP10365583A JP10365583A JPS59228713A JP S59228713 A JPS59228713 A JP S59228713A JP 10365583 A JP10365583 A JP 10365583A JP 10365583 A JP10365583 A JP 10365583A JP S59228713 A JPS59228713 A JP S59228713A
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JP
Japan
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film
single crystal
amorphous
semiconductor film
surface side
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Takao Oota
多禾夫 太田
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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。

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。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
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、高密夏化、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っている。
例えばサファイア基板上の単結晶シリコン膜(SO8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−サファイア界面近
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って電荷が散乱することによ
り起こるものであり、従って、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−サファ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) 、 I Janua
ry 1979に記載された方法が知られている。この
方法はサファ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−サファイ
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−サファイア界面近傍の結晶性は
改善さ扛るものの表面近傍については結晶性が改善され
ない。
こうしたことから、例えば特願昭56−45047にお
いては、上記方法によりシリコン−サファイア界面近傍
の結晶性を改各した後、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が開示されている。
上記方法によりサファ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った。第1図
中横軸のOはシリコン−サファイア界面を示し、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2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2X10/xから一点鎖線の5
×10/cm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っ
てきた。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものでちり、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。
〔発明の概要〕
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、この半導体膜を表面から加熱
し、次いでイオン注入により前記半導体膜の界面fil
l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ち
る。
このような方法によれば半導体膜を表面から加熱するこ
と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
によシ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。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第2図(、)〜(e)及び第3
図を参照して説明する。
(1)  まず、(1012)面を有するサファイア(
α−At203)単結晶基板1上に、CVD (Che
micalVapor 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。次に、気相成長
膜2上方にアルゴン連続発振型のレーザ光源を配置し、
出力12W、ビーム径100μm、走査速度10 cm
/ sec 、ピッチ50μmの条件でレーデビームを
走査して、気相成長膜2を表面から加熱した(第2図(
a)図示)。
(11)  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1×10
/crnの条件で前記気相成長膜2にイオン・注入して
、シリコン−サファイア界面側に非晶質層3を形成した
(同図(b)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3を表面側か
ら同相エピタキシャル成長させて再結晶層4を形成した
(同図(c)図示)。
G11)  次いで、シリコンイオンを加速エネルギ6
0 keV 、  ドーズ量2×1015/crn2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5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
処理して前記非晶質層5を界面側から固相エピタキシャ
ル成長し、再結晶層6を形成した(同図(、)図示)。
次いで、通常の工程に従い、サファイア基板1上の単結
晶シリコン膜にMOS l−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−サファイア界面を示す。
第2図(、)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Is A )をレーデビームを
走査させることにより表面から加熱すると気相成長膜2
の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(b)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3を形成した後、同図(
c)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全種結晶として固相エピタキシ
ャル成長させて再結晶層4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(d
)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5を形成した後、同図(e)図示の工程
で前記再結晶層4を種結晶として固相エピタキシャル成
長させて再結晶層6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2.5X10 /cv
+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。
したがって、この単結晶シリコン膜に形成さnたMOS
 )ランジスタは反転層移動度の増大による動作速fk
向上でき、またドレインリ−り′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、上記実施例では第2図(a)図示の工程でサファ
イア基板1上に気相成長膜2を形成した後、レーザビー
ムを走査させることにより気相成長膜2を表面から加熱
したが、電子ビームを走査させることにより、あるいは
サファイア基板を加熱した状態で気相成長膜2上方に棒
状の可動ヒータを配置し、この可動ヒータを気相成長膜
2の表面に平行に移動させることにより気相成長膜2を
表面から加熱してもよい。
例えば、サファイア基板上に単結晶シリコン気相成長膜
を形成し、加速エネルギー10 key。
出力2 mA +ビーム径200μm、走査速[110
0C/ 8 e Crピッチ10μmの条件で電子ビー
ムを走査させて気相成長膜を表面から加熱した後、上記
実施例と全く同様にシリコンのイオン注入と熱処理全行
なったところ、第3図とほぼ同様な結果が得られた。
また、サファイア基板上に単結晶シリコン気相成長膜を
形成し、つづいて、この気相成長膜上方2露の位置に棒
状のグラファイトヒータを配!し、アルゴンガス雰囲気
中でサファイア基板を950℃に加熱し、ヒータ温度1
700′c。
移動速度1 rrrm/ seeの条件でグラファイト
ヒータを気相成長膜表面と平行に移動させて気相成長膜
を表面から加熱した後、上記実施例と全く同様にシリコ
ンのイオン注入と熱処理を行なった場合にも第3図とほ
ぼ同様な結果が得られた。
なお、サファイア上に単結晶シリコン膜ヲ被着し、単結
晶シリコン膜を表面から刀n熱した後、シリコン−サフ
ァ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っ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嵜はほとんど見
られなかった。
また、上記実施例においては、気相成長膜を表面から加
熱した後、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、この後頁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って、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ャル成長させることによ
って、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。
上記実施例では絶縁性単結晶基板としてサファイア(α
−At206) ’に用いたが、これに限らずスピネル
(MgO−At203) 、酸化ベリリウム(Bed)
 。
シリカ(α−8102) r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ダルマニウム、ガリウ
ム砒素(GaAs ) r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
1分子線エピタキシャ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。
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
きる条件であわばよく、半導体膜厚。
ストッピングノぐワーなと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なとの不
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tぞflN2ガス
0゜カスあるいは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。
〔発明の効果〕
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扛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MO8IC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。
【図面の簡単な説明】
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(、)〜(、)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・・・サファイア基板、2・・・単結晶シリコン気相
成長膜、3,5・・・非晶質層、4,6・・・再結晶層
。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 Si戻厚(/Jm) 67−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  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、該半導体膜を表面から加熱する工程と、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J’J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。
  2. (2)  レーザービームあるいは電子ビームを走査さ
    せることにより半導体膜を表面から加熱することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. (3)絶縁性単結晶基板を加熱した状態で半導体膜直上
    に設けられた棒状の可動ヒータを半導体膜表面に平行に
    移動させることにより半導体膜を表面から加熱すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置・
    の製造方法。
JP10365583A 1983-06-10 1983-06-10 半導体装置の製造方法 Pending JPS59228713A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63140518A (ja) * 1986-12-02 1988-06-13 Sanyo Electric Co Ltd Soi基板の製造方法
EP0752719A1 (en) * 1995-07-07 1997-01-08 Plessey Semiconductors Limited Method of manufacturing a silicon on sapphire integrated circuit arrangement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63140518A (ja) * 1986-12-02 1988-06-13 Sanyo Electric Co Ltd Soi基板の製造方法
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