JPS62239520A - Ｓｏｉ膜の形成方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は８０Ｉ膜の形成方法に関し、特に、絶縁物質上
に良質な単結晶半導体薄膜層を形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

三次元デバイス、高速デバイス用の半導体基板作製の几
め、近年絶縁物質上にシリコン等の半導体単結晶薄膜を
形成する方法について精力的な研究開発が進められてい
る（以下この技術をＳＯＩ技術と称す）。

このような研究開発の中で、特にシリコン基板表面に絶
縁物質膜を形成した後、この絶縁物質膜上に多結晶又は
無定形シリコン薄膜を、ＣＶＤ。

又はスパッター法で堆積し、このシリコン厚膜をレーザ
ー光、電子ビーム等の照射で単結晶化する技術開発が広
く行われている。以上の技術は一般に、多結晶又は無定
形シリコ／薄膜を一度溶融状態にした後固化し、単結晶
薄膜層にするものであ７、。

この他に、前記と同様、半導体基板上に絶縁物質膜を形
成した後、無定形の半導体薄膜層を堆積し、当薄膜層を
低温度（６００’Ｏ程度）の熱処理で単結晶薄膜に変換
する方法も提案されている（Ｈ，Ｉｓｈｉｗａｒａ　　
ａｔ　　ａｌ　　、ＡＦＬ　４３　１０２８１ｃ＋Ｌ３
））。

この技術は一部絶縁物質ｊｇを開孔し露出した半導体基
板表面を単結晶化のシード（攬）にし、上記熱処理で固
相エビタキイシャル成長するものである。

〔発明が解決しよりとする問題点〕

−ヒ述した従来のＳＯＩ技術の第１の方法は、一般に基
板を高温にする必要がめシ、熱応力に伴なう結晶欠陥の
多発、有効不純物の再分布等、高温化で必然的に生じる
問題を内包している。

これに対し第２の方法は、低温熱処理で単結晶化が可能
であるが、多結晶化が進み易く容易には単結晶薄膜を形
成することができない。このため絶縁膜表面のクリ−７
化等の結晶核を除去する手段が必須となる。更に又以上
のことから、単結晶化する前の薄膜層は無定形の半導体
薄膜にする必要があり、高真空での半導体薄膜成膜装置
が必要となる。

上述のように、ＳＯＩ技術の必要性が高いにもかかわら
ず、実現のためには種々の問題点を含んでいる。

本発明は上記第２の方法での現状技術のもつ問題点、即
ち、多結晶化を抑制し、単結晶薄膜を容易にぜんとする
ものである。更に又、不発明は、量産化が可能となる方
法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のＳＯＸ膜の形成方法は、半導体基板上に形成し
た絶縁物質膜に選択的開口を設ける工程と、その仮載絶
縁物質膜上及び開口部に多結晶半導体薄膜層を堆積する
工程と、この多結晶半導体薄膜層へ該半導体を構成する
元素のイオン又は不活性元素のイオンをイオン注入する
工程と、該イオン注入した半導体薄膜層を熱処理する工
程とを含むことを特徴とする。

本発明においては、多結晶半導体薄膜層へイオン注入す
ること゛によシ、多結晶牛等体層金無定形の牛導体層に
変換すると共に、絶縁物質膜と半導体薄膜界面に存在す
る結晶核をつぶし、これによシ引き続いて行なう低温炉
での熱処理時生じ易い半導体薄膜層の多結晶化が抑制さ
れ良質の単結晶が得られ易くなる。

更に又本発明では半導体基板上に形成した絶縁物質膜開
口の形状をなめらかにし開口角度を小さくすることで、
開口のカド部での応力が生じる結晶核の発生全抑制する
。

〔実施例〕

次に実施例で以って本発明の詳細な説明を後添附図第１
図乃至第６図をもとに行なう。ここで第１図乃至第４図
に本発明の主説明金行なうものであシ、第５図にその応
用例であシ、第６図は絶縁物質膜開口形状を変えた例で
ある。以下Ｐ型のシリコン基板の場合について説明する
が、導ｔＪｌ型がＮ型又は他の半導体基板でも同様にな
ることに前取って言及しておく。

第１図に示すようにＰ型シリコ／基板１０１表面に熱酸
化又はＣＶ　Ｄ＠にて膜厚が２０Ａ〜１μｍのシリコン
酸化膜、シリコン窒化膜又はこれ等の２層構造膜等の絶
縁物質膜１０２を形成後、公知のホトレジスト、蝕刻技
術で開口部１０３を形成する。

このようにした後、第２図に示すようにシリコン基板表
面にＬＰＣＶＤ法にて膜厚が５００Ａ〜５μｍのポリシ
リコン薄膜１０４を堆積する。次に第３図に示すように
、シリコン原子のイオン、アルゴン、クリプトンのイオ
ン等比較的質童数の高いイオン１０５全イオン注入する
。ここでイオンエネルギーはポリシリコ／厚膜１０４の
膜厚に応じて種々に変え、少くとも注入イオンが絶縁物
質膜１０２表面に達するよう調整する。更に又ドーズ量
はｌ　Ｑ　”　ａ　ｊ　ｏｒｎｓ／　ｃｒｎ２〜ｌ　Ｑ
　”　７ａ　ｊ　０ｆｎＳ　／　Ｃｍ２にする。

このようにして、このポリシリコン薄膜１０４は無定形
シリコ／薄膜１０６に変わる。更に又このイオン注入に
より絶縁物質膜１０２とポリシリコン薄膜１０４との界
面に存在していた結晶核がつぶされる。

次に第４図に示すように、４００″Ｃ〜１０００℃の温
度に保った熱炉で、アルゴン、窒素雰囲気中にて熱処理
を行なうと、無定形シリコン薄膜１０６は開口部１０３
の単結晶シリコンをシードにして開口部１０３に近いと
ころから単結晶化され、熱処理時間と共に横方向にこの
単結晶が進む。このようにして無定形シリコン薄膜１０
６は、シリコ／単結晶薄膜１０７に変換される。

次に第２の実施例で本発明を説明する。第２の実施例を
示す第５図は、大領域にシリコン単結晶薄膜を形成する
方法について示したものである。

第１の実施例では、単結晶化は開口部１０３（シード部
）からある限定され之領域迄しか進まないため、大領域
を有するシリコ／単結晶薄膜形成が難かしい。このため
第５図に示すように開口部２０２を１０μｍ〜１００μ
ｍ　間隔で絶縁物質膜２０３に形成し、以降第１の実施
例と同様に単結晶化する。

このようにすることで１個々のシードから成長した単結
晶層が合体して犬面積會有する。シリコン単結晶層１ｍ
２０４が形成される。

更に第３の実施例について第６図で説明する。

第１．第２の実施例で示したように開口部１０３゜２０
２が単結晶化のためのシード部となっている。

このため開口形状が単結晶化に大きな影響１与える。即
ち、当部形状が悪いと当部に応力が発生し結晶核が形成
され配向の異なっＮｆａ晶が成長し、均一な単結晶化が
阻害される。即ち、多結晶化が進む。この現象は、絶縁
物質膜厚が大きくなる程顕著に現われる。

これ金防ぐため第６図に示すように、シリコン基板３０
１表面に絶蒜物質良３０２を形成する時。

公知のＬＯＣ０８法で形成すると、開口部３０３にテー
パーが形成されなめらかな開口が形成される。

又は、一度絶縁物質膜３０２を形成後、当部の開孔に於
いてプラズマガスエッチでテーパーエツチングを行うか
又は、通常のワエット又はドライエツチング後イオンミ
リングを行なうとなめらかなテーパー形状が得られる。

更にに又絶縁物質膜をシリコン基板３０１に埋め込む姿
態に形成し、段部を形成しない方法も有効である。

このようにした後、半導体薄膜を形成し、熱炉で熱処理
すると良質のシリコン単結晶薄膜３０４が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように不発明では、多結晶半導体薄膜層を
形成後、当薄膜層へイオン注入することにより、多結晶
層を無定形層に変換すると共に。

多結晶半導体薄膜と当部が堆積しているｄＡ縁物物質換
との界面領域に形成てれた結晶核をつぶし、その後の熱
処理での単結晶化を容易にする効果がある。

更に又、多結晶半導体薄膜層は公知のＬＰＣＶＤ法で堆
積できる几め、無定形半導体薄膜層全形成する場合のよ
うな高真空が必須となるような装置設備は必要とされず
、量産化に適したプロセスを採用でさるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の第１の実施例を示す各工程
毎の縦断面図、第５図は本発明の第２の実施例の断面図
、第６図は本発明の第３の実施例の断面図である。 １０１・・・・・・Ｐ型シリコン基板、１０２・・・・
・・絶縁物質膜、１０３・・・・・・開口部、１０４・
山・・ポリシリコン薄膜、１０５・・・・・・加速イオ
ン、１０６・・−・・・無定形シリコン薄膜、１０７・
・・・・・シリコン単結晶層　　。 膜、２０１・・・・・・シリコン基板％２０２・・・・
・・開口部、２０３・・・・・・絶縁物質膜、２０４・
・・・・・シリコン単結晶薄膜、３０１・・・・・・シ
リコン基板、３０２・・・・・・絶縁物質膜、３０３・
・・・・・開口部、３０４・・・・・・シリコン単結晶
薄膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成した絶縁物質膜に選択的に開
   口部を設ける工程と、その後該絶縁物質膜上及び開口部
   に多結晶半導体薄膜層を堆積する工程と、該多結晶半導
   体薄膜層へ該半導体を構成する元素のイオン又は不活性
   元素のイオンをイオン注入する工程と、該イオン注入し
   た半導体薄膜層を熱処理する工程とを含むことを特徴と
   したＳＯＩ膜の形成方法。
2. （２）上記開口部を設ける工程が、開口角度を小さくな
   めらかな形状になるように制御されることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）記載のＳＯＩ膜の形成方法。