JPS6213017A - Semiconductor recrystallizing method - Google Patents

Semiconductor recrystallizing method

Info

Publication number
JPS6213017A
JPS6213017A JP15303885A JP15303885A JPS6213017A JP S6213017 A JPS6213017 A JP S6213017A JP 15303885 A JP15303885 A JP 15303885A JP 15303885 A JP15303885 A JP 15303885A JP S6213017 A JPS6213017 A JP S6213017A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
film
energy
cap
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15303885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Mukai
良一 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP15303885A priority Critical patent/JPS6213017A/en
Publication of JPS6213017A publication Critical patent/JPS6213017A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a recrystallized region of beautiful grain boundary free by sequentially laminating a noncrystalline silicon layer and a reflection-preventive film on an insulating layer, selectively forming an energy hard-transmitting film on the preventive film, and then emitting a laser light. CONSTITUTION:An insulating layer 2 is laminated on a silicon substrate 1, and a non-single crystalline silicon layer 3 and a reflection-preventive film 4 are grown on the layer 2. A silicon cap 6 is formed on the recrystallized region of grain boundary free to be formed on the preventive film, and swept while emitting an argon ion laser. At this time the film 4 has a function for absorbing most of the emitting energy to the lower layer 3, and an energy hard-transmitting film 6 has a function for reducing the energy absorbed to the layer 3. Thus, the cooling is advanced at the highest speed from the center under the cap 6, the crystal growing nuclide is generated here, and the approx. recrystalline of grain boundary free is formed on the region under the cap.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 通常、半導体集積回路は半導体基板上に形成されるが、
集積度及び性能の向上を目的として、絶縁層上にグレイ
ン・バウンダリー・フリー(Gra−in Bound
ary Free )の半導体再結晶領域を形成した所
謂% S OI (Semiconductor On
  In5ula−tor)技術の開発が進んでいる。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Semiconductor integrated circuits are usually formed on a semiconductor substrate,
Gra-in Bound Free (Gra-in Bound
The so-called % SOI (Semiconductor On
Development of In5ula-tor technology is progressing.

本発明は絶縁層上の半導体再結晶化方法の改良を述べる
The present invention describes an improvement in the method of recrystallizing semiconductors on insulating layers.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、絶縁層上に半導体のグレイン・バウンダリー
・フリー領域を成長させるに当たり、種結晶、即ちシー
ドがなく、成長の過程で成長核を形成して再結晶領域を
形成する方法に関する。
The present invention relates to a method of growing a grain boundary free region of a semiconductor on an insulating layer without using a seed crystal, that is, forming a growth nucleus during the growth process to form a recrystallized region.

Sol技術は、各トランジスタが絶縁層上に形成される
ため浮遊容量が著しく減少すると共に、隣接の機能素子
部との絶縁の問題をなくする新しい技術であり、半導体
集積回路の高速化、高集積化に寄与する所大である。
Sol technology is a new technology that significantly reduces stray capacitance because each transistor is formed on an insulating layer, and also eliminates the problem of insulation from adjacent functional elements, making semiconductor integrated circuits faster and more highly integrated. This is the key to contributing to the development of society.

更に、機能素子を上下の方向に三次元的に形成可能とす
る新しい技術として注目されている。
Furthermore, it is attracting attention as a new technology that allows functional elements to be formed three-dimensionally in the vertical direction.

絶縁層上に半導体のグレイン・バウンダリー・フリー領
域、あるいは単結晶島を形成する方法には幾つかの方法
が検討されている。
Several methods are being considered for forming a semiconductor grain boundary free region or a single crystal island on an insulating layer.

その一つとして、結晶性の半導体基板上に形成された絶
縁層の一部領域を開口し、基板表面を露出させ、基板の
結晶性を引き継いだ形で絶縁膜上にエピタキシアルに単
結晶を成長させる方法がある。
One of these methods is to open a partial region of an insulating layer formed on a crystalline semiconductor substrate, expose the surface of the substrate, and epitaxially form a single crystal on the insulating film while inheriting the crystallinity of the substrate. There are ways to grow it.

一方、設計の自由度を上げるため、非単結晶性半導体層
を絶縁層上に堆積し、これにレーザビームを照射して再
結晶化する方法が開発されている。
On the other hand, in order to increase the degree of freedom in design, a method has been developed in which a non-single crystal semiconductor layer is deposited on an insulating layer and then irradiated with a laser beam to recrystallize it.

更に、既に存在する半導体単結晶に酸素イオンを高エネ
ルギーで注入して、単結晶内のある深さに絶縁層を形成
する手法も研究されている。
Furthermore, research is also being conducted on a method in which oxygen ions are implanted at high energy into an existing semiconductor single crystal to form an insulating layer at a certain depth within the single crystal.

然し、いずれも技術的な問題が多く、更に改善が要望さ
れている。本発明では上記のSol構造の中で、絶縁層
上に堆積された半導体層の再結晶化法に関して改良を行
った。
However, all of them have many technical problems, and further improvements are desired. In the present invention, improvements have been made in the method of recrystallizing the semiconductor layer deposited on the insulating layer in the Sol structure described above.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の技術による絶縁層上の半導体堆積層を再結晶化し
て、単結晶領域を成長させる方法を簡単に説明する。
A conventional method of growing a single crystal region by recrystallizing a semiconductor deposited layer on an insulating layer will be briefly described.

この方法は、絶縁層上に堆積された非単結晶半導体層に
、パターンニングされた反射防止膜を形成し、レーザ照
射により結晶シードを形成し易い温度分布を与えて、単
結晶を成長させる方法である。
In this method, a patterned antireflection film is formed on a non-single crystal semiconductor layer deposited on an insulating layer, and a temperature distribution that facilitates the formation of crystal seeds is provided by laser irradiation to grow a single crystal. It is.

これを第2図(al、 (blに示す上面図、及び断面
図により更に詳しく説明する。
This will be explained in more detail with reference to a top view and a sectional view shown in FIGS.

シリコン基板1に酸化膜等の絶縁層2が形成され、絶縁
層上には再結晶化すべき非単結晶シリコン層3、例えば
ポリシリコン、あるいはアモルファス・シリコン層を成
長させる。
An insulating layer 2 such as an oxide film is formed on a silicon substrate 1, and a non-single crystal silicon layer 3 to be recrystallized, such as a polysilicon or amorphous silicon layer, is grown on the insulating layer.

ポリシリコン層の場合について説明すると、ポリシリコ
ン層上に、更に酸化膜、あるいは窒化膜等よりなる反射
防止膜4を積層する。反射防止膜には希望の温度分布を
与え再結晶化領域を形成するためパターンニングされた
開口部5が形成されている。
In the case of a polysilicon layer, an antireflection film 4 made of an oxide film, a nitride film, or the like is further laminated on the polysilicon layer. The anti-reflection coating is provided with patterned openings 5 to provide the desired temperature distribution and to form recrystallized regions.

レーザで開口部5を長さの方向に掃引すると、レーザビ
ームの直径が開口部の窓の幅より大きい場合、反射防止
膜の下のポリシリコン溶融領域は開口部よりも冷却速度
が遅くなる。
When the laser sweeps the aperture 5 lengthwise, the polysilicon molten region under the antireflection coating cools slower than the aperture if the diameter of the laser beam is larger than the width of the aperture window.

これは反射防止膜の下のポリシリコン層では光エネルギ
ーの吸収が、開口部のそれよりも大きくなるため、窓の
中心部より到達温度が高くなるこ ゛とによる。
This is because the absorption of light energy in the polysilicon layer under the anti-reflection film is greater than that in the opening, resulting in a higher temperature than in the center of the window.

従って開口部の中心部から一つだけの結晶核の成長が開
口部周辺に向かって進行するので結晶粒界の発生を防ぐ
ことが出来る。
Therefore, since only one crystal nucleus grows from the center of the opening toward the periphery of the opening, the generation of grain boundaries can be prevented.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記に述べた、開口部を有する反射防止膜を用いて、レ
ーザ照射により再結晶化をはかる方法は、微妙なる非単
結晶シリコン層の温度分布を利用しているのでそのコン
トロールはかなり難しい。
The above-mentioned method of recrystallizing by laser irradiation using an antireflection film having openings utilizes the delicate temperature distribution of the non-single crystal silicon layer, which is quite difficult to control.

反射防止膜の下の半導体層の構造、あるいはその更に下
に形成されている積層の構造によってその温度分布は微
妙に影響を受ける。
The temperature distribution is subtly affected by the structure of the semiconductor layer under the antireflection film or the structure of the laminated layers formed further below.

特にSOI構造として特徴を発揮する3次元IC構造で
は、再結晶化をはかるシリコン層およびその下層構造が
単純なる平坦面ではないことが多いので特に問題となる
Particularly in the case of a three-dimensional IC structure that exhibits the characteristics of an SOI structure, this is particularly problematic because the silicon layer to be recrystallized and its underlying structure are often not simply flat surfaces.

この結果、最初にシード、即ち結晶成長核が一個所のみ
でなく複数個所に発生し、出来上がった再結晶構造は、
複雑なグレイン・バウンダリーをもった結晶になるとい
う問題を生じてくる。
As a result, seeds, that is, crystal growth nuclei are generated not only in one place but in multiple places, and the resulting recrystallized structure is
This results in the problem of crystals having complex grain boundaries.

また、この他にもレーザ・ビームの強度分布は通常ガウ
ス分布として考えているが、必ずしも単純ではなく、更
にコントロールが容易で、且つ希望の温度分布を与える
方法が望まれている。
In addition to this, the intensity distribution of the laser beam is usually considered to be a Gaussian distribution, but this is not necessarily simple, and a method that is easier to control and provides a desired temperature distribution is desired.

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

上記問題点は、絶縁層上に非結晶シリコン層と反射防止
膜を順次積層し、上記反射防止膜上に、ポリシリコン等
のエネルギー難透過膜のキャンプ層を選択的に形成した
後、レーザ光を照射し、キャップ層の下の非結晶シリコ
ンを再結晶化することよりなる本発明の方法によって解
決される。
The above problem can be solved by sequentially laminating an amorphous silicon layer and an anti-reflection film on an insulating layer, selectively forming a camp layer of a film that is difficult to transmit energy such as polysilicon on the anti-reflection film, and then laser beams. The method of the present invention consists in recrystallizing the amorphous silicon under the cap layer.

〔作用〕 反射防止膜は、その材料と膜厚のコントロールにより照
射エネルギーの大部分を下の非結晶シリコン層に吸収さ
せる機能を持つ。
[Function] The antireflection film has the function of absorbing most of the irradiation energy into the underlying amorphous silicon layer by controlling its material and film thickness.

逆にエネルギー難透過膜には、下の非結晶シリコン層に
吸収されるエネルギーを減少させる機能もたせている。
Conversely, the energy-impermeable film also has the function of reducing the energy absorbed by the underlying amorphous silicon layer.

上記の機能により、エネルギー難透過膜の下では、レー
ザ・ビームの照射による温度上昇は他の領域より低く、
冷却に際してはその中心部より冷却が進行する。結晶成
長核の生成と再結晶化の進行が明確となり奇麗なグレイ
ン・バウンダリー・フリーの再結晶領域が形成される。
Due to the above features, the temperature rise due to laser beam irradiation is lower under the energy-resistant film than in other areas.
During cooling, cooling proceeds from the center. The generation of crystal growth nuclei and the progress of recrystallization become clear, and a beautiful grain boundary-free recrystallized region is formed.

〔実施例〕〔Example〕

第1図fal、 (blに本発明にかかわる再結晶化方
法を説明する上面図及び断面図を示す。
Figures 1 and 1 show a top view and a cross-sectional view for explaining the recrystallization method according to the present invention.

シリコン基板1上に絶縁層2が約1μmの厚さに積層さ
れている。絶縁層は5iO7、あるいは5j3N4等の
絶縁物質よりなっている。
An insulating layer 2 is laminated on a silicon substrate 1 to a thickness of about 1 μm. The insulating layer is made of an insulating material such as 5iO7 or 5j3N4.

絶縁層上に非単結晶シリコン層3を厚さ約4000人成
長させる。非単結晶シリコン層はポリシリコン、あるい
はアモルファス・シリコン(a−3t)としてCVD法
、蒸着法、あるいはスパッタ法等により積層される。
A non-single crystal silicon layer 3 is grown on the insulating layer to a thickness of approximately 4,000 layers. The non-single crystal silicon layer is made of polysilicon or amorphous silicon (a-3t) and is laminated by CVD, vapor deposition, sputtering, or the like.

一般に基板温度300℃以下の低温ではa−3tが成長
するが、基板温度が更に高くなるとポリシリコンが成長
する。
Generally, a-3t grows at a low substrate temperature of 300° C. or lower, but polysilicon grows when the substrate temperature becomes higher.

非単結晶シリコン層3上に全面に反射防止膜4を成長さ
せる。反射防止膜はSiO□膜41とSi3N4膜42
の2層構造よりなり、5iOz膜は熱酸化により厚さ3
00人、S i 3 N a膜はCVD法により300
人それぞれ成長させる。
An antireflection film 4 is grown on the entire surface of the non-single crystal silicon layer 3. The anti-reflection film is SiO□ film 41 and Si3N4 film 42.
The 5iOz film has a two-layer structure with a thickness of 3 through thermal oxidation.
00 people, S i 3 Na film is 300 people by CVD method
Let each person grow.

反射防止膜上に、形成すべきグレイン・バウンダリー・
フリーの再結晶化領域部にシリコン・キャップ6を形成
する。
Grain boundaries to be formed on the anti-reflection film
A silicon cap 6 is formed in the free recrystallized region.

シリコン・キャップ6は、2500〜4000人の厚さ
のポリシリコン層よりなり、シリコンを熱CVD法によ
り基板上に全面に成長させて、パターンニングにより所
望の形状に形成される。
The silicon cap 6 is made of a polysilicon layer having a thickness of 2,500 to 4,000 nm, and is formed by growing silicon over the entire surface of the substrate by thermal CVD and patterning it into a desired shape.

第2図の上面図に示されるシリコン・キャップの大きさ
は、−通約10〜20μmの長方形に形成されている。
The size of the silicon cap shown in the top view of FIG. 2 is rectangular with a diameter of approximately 10 to 20 μm.

基板上にアルゴンイオン・レーザを照射しつつ掃引を行
う。このとき2層の絶縁膜よりなる反射防止膜4は、照
射されたレーザ・ビームの反射を防止し、そのエネルギ
ーのほぼ97%を非結晶シリコン層に吸収する機能をも
つ。
Sweeping is performed while irradiating the substrate with an argon ion laser. At this time, the antireflection film 4 made of two layers of insulating films has the function of preventing reflection of the irradiated laser beam and absorbing approximately 97% of its energy into the amorphous silicon layer.

このときシリコン・キャップはレーザ・ビームの40%
のエネルギーは反射するが、60%のエネルギーはキャ
ップとその下の非単結晶シリコン層に吸収させる機能を
果たす。
At this time, the silicon cap absorbs 40% of the laser beam.
energy is reflected, but 60% of the energy is absorbed by the cap and the underlying non-single crystal silicon layer.

即ち、シリコン・キャップはエネルギー難透過膜として
、照射エネルギー線の非結晶シリコン層での吸収量を制
御する機能をもつ。
That is, the silicon cap has the function of controlling the amount of energy rays absorbed by the amorphous silicon layer as an energy-resistant film.

従って、シリコン・キャップの下の中央部より冷却が最
も速く進行し、ここに結晶の成長核を生成し、キャップ
の下の領域で、はぼグレイン・バウンダリー・フリーの
再結晶領域が形成される。
Therefore, cooling proceeds fastest from the central part under the silicon cap, generating crystal growth nuclei there, and a grain boundary-free recrystallization region is formed in the region under the cap. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に説明せるごとく、本発明の絶縁層上の再結晶化方
法により、再結晶化領域で発生する温度勾配のコントロ
ールが容易となり、グレイン・バウンダリー・フリー領
域形成の歩留り向上に寄与する所大である。
As explained above, the recrystallization method on an insulating layer of the present invention makes it easy to control the temperature gradient that occurs in the recrystallized region, which greatly contributes to improving the yield of grain boundary-free region formation. be.

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

第1図(al、 (blは本発明にかかわる半導体再結
晶化方法を説明する上面図及び断面図、 第2図(a)、 (b)は従来の半導体再結晶化方法を
説明する上面図及び断面図、 を示す。 図面において、 1はシリコン基板、 2は絶縁層、 3は非単結晶シリコン層、 4は反射防止膜、 5は開口部、 6はエネルギー線錐透過膜(シリコン・キャップ)をそ
れぞれ示す。
Figure 1 (al, (bl) is a top view and cross-sectional view explaining the semiconductor recrystallization method according to the present invention, Figures 2 (a) and (b) are top views explaining the conventional semiconductor recrystallization method. and a cross-sectional view. In the drawings, 1 is a silicon substrate, 2 is an insulating layer, 3 is a non-single crystal silicon layer, 4 is an antireflection film, 5 is an opening, and 6 is an energy beam transmission film (silicon cap). ) are shown respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 絶縁層(2)上に非単結晶シリコン層(3)と反射防止
膜(4)を順次積層し、 該反射防止膜上に、エネルギー線難透過膜(6)を選択
的に形成した後、レーザ光を照射することを特徴とする
半導体再結晶化方法。
[Claims] A non-single-crystal silicon layer (3) and an anti-reflection film (4) are sequentially laminated on an insulating layer (2), and an energy ray-resistant film (6) is selected on the anti-reflection film. A semiconductor recrystallization method characterized by irradiating laser light after forming a semiconductor.
JP15303885A 1985-07-10 1985-07-10 Semiconductor recrystallizing method Pending JPS6213017A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15303885A JPS6213017A (en) 1985-07-10 1985-07-10 Semiconductor recrystallizing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15303885A JPS6213017A (en) 1985-07-10 1985-07-10 Semiconductor recrystallizing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6213017A true JPS6213017A (en) 1987-01-21

Family

ID=15553615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15303885A Pending JPS6213017A (en) 1985-07-10 1985-07-10 Semiconductor recrystallizing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6213017A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1227239A2 (en) 2001-01-26 2002-07-31 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Stirling engine drive unit for prosthetic limb

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1227239A2 (en) 2001-01-26 2002-07-31 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Stirling engine drive unit for prosthetic limb

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6339092B2 (en)
JP2880175B2 (en) Laser annealing method and thin film semiconductor device
JP2660064B2 (en) Crystal article and method for forming the same
JPS6213017A (en) Semiconductor recrystallizing method
US4678538A (en) Process for the production of an insulating support on an oriented monocrystalline silicon film with localized defects
JPS5893220A (en) Preparation of semiconductor single crystal film
JP4316149B2 (en) Thin film transistor manufacturing method
JPH0282519A (en) Solid phase epitaxy method
JPS58184720A (en) Manufacture of semiconductor film
JPS5939791A (en) Production of single crystal
JPS6236809A (en) Single crystal growth
JPS61251115A (en) Growth of semiconductor single crystal on insulating film
JPS5825222A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH0236050B2 (en)
JP2850319B2 (en) Method of forming silicon thin film
JPS59128292A (en) Method for crystallizing thin film
JPH02188499A (en) Production of polycrystal silicon film having large crystal grain diameter
JPH01214110A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2695462B2 (en) Crystalline semiconductor film and method for forming the same
JPS6320011B2 (en)
JP2526380B2 (en) Method for manufacturing multilayer semiconductor substrate
JPH01264215A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH01239093A (en) Method for crystal growth
JPS62245621A (en) Formation of soi device
JPS59154016A (en) Formation of thin film crystal