JPS63271916A - Formation of silicon thin film - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、いわゆるＳｏｌ構造を有する半導体装置の製
造分野におけるシリコン薄膜の形成方法に関し、特に光
アニールによるシリコン薄膜の形成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of forming a silicon thin film in the field of manufacturing a semiconductor device having a so-called Sol structure, and particularly to a method of forming a silicon thin film by optical annealing.
本発明は、光アニール技術を応用していわゆるＳｏｌ構
造を有する半導体装置のシリコン薄膜を形成する方法に
おいて、アモルファスシリコン層の中で電気的に中性の
状態で存在し得る元素をイオン注入により該アモルファ
スシリコン層に導入することにより、３亥アモルファス
シリコン層の反射率を低下させ、光アニール工程におけ
る加熱効率の向上を可能としたものである。The present invention is a method for forming a silicon thin film for a semiconductor device having a so-called Sol structure by applying photo-annealing technology, in which an element that can exist in an electrically neutral state in an amorphous silicon layer is extracted by ion implantation. By introducing it into the amorphous silicon layer, it is possible to reduce the reflectance of the amorphous silicon layer and improve the heating efficiency in the optical annealing process.
絶縁膜上、あるいは絶縁基板上に単結晶シリコン基板内
が形成された構造は、一般に５ＯＩ（シリコン・オン・
インシュレーター）構造と呼ばれている。この構造を応
用して作成されたデバイスには、シリコン基板内に構成
されている通常のデバイスに比べ、寄生容量を持たない
こと、アイソレーションが完全に行えること、その結果
、ＣＭＯＳにおけるラッチアップ現象を無視することが
でき、高速化が達成できることなど、多くの利点がある
。A structure in which a single crystal silicon substrate is formed on an insulating film or an insulating substrate is generally a 5OI (silicon on silicon) structure.
It is called an insulator structure. Devices created by applying this structure have no parasitic capacitance and complete isolation compared to normal devices configured in a silicon substrate, and as a result, the latch-up phenomenon in CMOS It has many advantages, such as being able to ignore this and achieving faster speeds.
したがって、ＶＬＳ Ｉの高密度集積化が進み、デバイ
スの微細化が進行するつれて、Ｓｏｌ技術の重要性はま
すます高まっている。Therefore, as VLSI becomes more densely integrated and devices become smaller, the importance of Sol technology is increasing.
Ｓｏｌ技術には、たとえば月刊誌「セミコンダクター・
ワールドＪ １９８５年４月号、第１０８〜１１５ペー
ジ（プレスジャーナル社刊）にも紹介されているように
各種の技術が含まれるが、これらは次のように大別する
ことができる。その第一は堆積膜再結晶法である。これ
は、絶縁膜上に堆積した多結晶シリコン膜、アモルファ
スシリコン膜を電子ビーム、レーザービーム、カーボン
ヒータなどで再結晶化させる方法である。これはさらに
、種結晶を用いるシード法と種結晶を用いない方法とに
分けられる。第二は単結晶分離法である。これは、シリ
コン単結晶内部に部分的に酸化膜領域を形成し、表面を
能動領域とする方法であり、多孔質シリコン酸化物によ
り完全に絶縁物分離された単結晶シリコン膜を形成する
いわゆるＦＩＰＯ３法や、酸素イオン注入による埋込み
絶縁層を用いるいわゆるＳＩＭＯＸ法等がこれに該当す
る。第三はエピタキシャル堆積法である。これはシリコ
ンのスピネル結晶上に基板の結晶性を引き継ぎながらシ
リコン膜をエピタキシャル成長させる方法であり、開口
部からの結晶成長を利用するいわゆるＬＥＯ法等が挙げ
られる。For example, the monthly magazine “Semiconductor
As introduced in World J, April 1985 issue, pages 108-115 (published by Press Journal), various techniques are included, and these can be broadly classified as follows. The first is the deposited film recrystallization method. This is a method in which a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film deposited on an insulating film is recrystallized using an electron beam, a laser beam, a carbon heater, or the like. This is further divided into a seed method using a seed crystal and a method not using a seed crystal. The second method is single crystal separation. This is a method in which an oxide film region is partially formed inside a silicon single crystal and the surface is used as an active region, and a so-called FIPO3 method is used to form a single crystal silicon film completely isolated from insulators by porous silicon oxide. The so-called SIMOX method, which uses a buried insulating layer by implanting oxygen ions, and the like fall under this category. The third method is epitaxial deposition. This is a method of epitaxially growing a silicon film on a silicon spinel crystal while inheriting the crystallinity of the substrate, and includes the so-called LEO method, which utilizes crystal growth from an opening.
これらの説明から明らかなように、Ｓｏｌ技術は、エピ
タキシャル成長技術あるいはＣＶＤ技術とアニール技術
との組み合わせがその基本となっている。As is clear from these explanations, Sol technology is based on a combination of epitaxial growth technology or CVD technology and annealing technology.
ところで、半導体装置の製造分野においてはＪ熱による
種々の悪影響を避けるために、プロセスの低温化が望ま
れている。この中でアニール技術に関しては、エキシマ
レーザ−等を使用して目的の部分だけを局所的に加熱す
ることのできる短波長光アニールが、有効な方法として
期待されている。これにより、たとえば絶縁膜上に形成
されたアモルファスシリコン層を結晶化させることがで
きる。Incidentally, in the field of manufacturing semiconductor devices, lowering the process temperature is desired in order to avoid various adverse effects caused by J heat. Regarding annealing techniques, short-wavelength optical annealing, which can locally heat only a target area using an excimer laser, is expected to be an effective method. Thereby, for example, an amorphous silicon layer formed on an insulating film can be crystallized.
しかしながら、短波長光アニールを行うためのエキシマ
レーザ−にはまだ開発課題が多く、現状では均一で高い
パワーを得ることは困難である。However, there are still many development issues with excimer lasers for short-wavelength optical annealing, and it is currently difficult to obtain uniform and high power.
したがって、上述のような従来のレーザー・アニール技
術には、結晶化が不十分となったり、また加熱効率を高
くすることが出来ない等の問題点があった。Therefore, the conventional laser annealing techniques described above have problems such as insufficient crystallization and inability to increase heating efficiency.
そこで本発明は、光アニールを行う際の加熱効率を向上
させ得るシリコン薄膜の形成方法の堤供を目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a silicon thin film that can improve heating efficiency during optical annealing.
ところで、上述のような問題点を有するエキシマレーザ
−を使用しながら加熱効率を向上させるためには、加熱
される物質の光吸収効率を上げれば良いことになる０本
発明者らは、アモルファスシリコン層に対し、該アモル
ファスシリコン層の中で電気的に中性の状態で存在し得
る元素をイオン注入により導入すると、加熱効率の良い
シリコン薄膜が形成できることを見出し、本発明に至っ
たものである。すなわら、本発明にかかるシリコン薄膜
の形成方法は、絶縁基板上または単結晶領域を有する絶
縁基板上にアモルファスシリコン層を形成する工程と、
上記アモルファスシリコン層の中で電気的に中性の状態
で存在し得る元素を該アモルファスシリコン層にイオン
注入により導入する工程と、エネルギービーム照射によ
り該アモルファスシリコン層の結晶成長を行う工程とを
有することを特徴とするものである。By the way, in order to improve the heating efficiency while using an excimer laser which has the above-mentioned problems, it is sufficient to increase the light absorption efficiency of the substance to be heated. The present invention was based on the discovery that a silicon thin film with good heating efficiency can be formed by introducing into the amorphous silicon layer an element that can exist in an electrically neutral state in the amorphous silicon layer by ion implantation. . In other words, the method for forming a silicon thin film according to the present invention includes the steps of forming an amorphous silicon layer on an insulating substrate or an insulating substrate having a single crystal region;
A step of introducing into the amorphous silicon layer an element that can exist in an electrically neutral state in the amorphous silicon layer by ion implantation, and a step of growing crystals of the amorphous silicon layer by irradiating an energy beam. It is characterized by this.
本発明にかかるシリコン薄膜の形成方法においては、ア
モルファスシリコン層の中で電気的に中性の状態で存在
し得る元素をイオン注入により導入することにより、該
アモルファスシリコン層の反射率が低下する。これによ
り、たとえば光アニールを行う場合には、該アモルファ
スシリコン層の表面における光の反射が抑制され、加熱
効率が向上する。したがって、光源の負担を軽減するこ
とができる、また、このイオン注入には、上記アモルフ
ァスシリコン層の構造に乱れを生じさせ、たとえば固相
成長を行う場合のシリコン原子の配列エネルギーを低下
させる効果も期待できる。In the method for forming a silicon thin film according to the present invention, the reflectance of the amorphous silicon layer is reduced by introducing an element that can exist in an electrically neutral state into the amorphous silicon layer by ion implantation. As a result, when optical annealing is performed, for example, reflection of light on the surface of the amorphous silicon layer is suppressed, and heating efficiency is improved. Therefore, the load on the light source can be reduced. In addition, this ion implantation has the effect of causing disturbance in the structure of the amorphous silicon layer and lowering the arrangement energy of silicon atoms during solid phase growth, for example. You can expect it.
〔実施例］
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照しな
がら説明する。[Examples] Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、いわゆるＳｏｌ型の半導体装置の製造過程
において、まず絶縁基板上にアモルファスシリコン層を
形成し、次に該アモルファスシリコン層にイオン注入を
行ってその反射率を低下させ、最後に光アニールを行っ
て該アモルファスシリコン層を結晶化させる方法に関す
る。In this example, in the manufacturing process of a so-called Sol type semiconductor device, an amorphous silicon layer is first formed on an insulating substrate, then ions are implanted into the amorphous silicon layer to reduce its reflectance, and finally, a light The present invention relates to a method of crystallizing the amorphous silicon layer by performing annealing.
まず、第１図に示すようなガラスあるいは石英等の絶縁
基板（１）の上に、たとえば約２５０℃におけるプラズ
マＣＶＤにより水素を含有するアモルファスシリコンＮ
（２）を約８００人の厚さに被着形成する。なお、この
程度の厚さのアモルファスシリコン層は薄茶色を呈して
いる。First, amorphous silicon N containing hydrogen is deposited on an insulating substrate (1) such as glass or quartz as shown in FIG.
(2) was deposited to a thickness of approximately 800 mm. Note that the amorphous silicon layer having such a thickness exhibits a light brown color.
次に、上記アモルファスシリコン層の中で電気的に中性
の状態で存在し得る元素としてシリコンを用い、注入エ
ネルギー４０ ｋｅＶ、注入密度１．５×ＩＱＩｓ個／
ｃ１１″の条件でこれをイオン注入する。このときに注
入するイオンは、上記シリコンの代わりにアルゴン、ヘ
リウム等であっても良い、なお、イオン注入された上記
アモルファスシリコン層は、不透明となる。第２図に、
イオン注入の前後におけるアモルファスシリコン層の反
射率の変化を示す０図中、縦軸は反射率、横軸は波長を
それぞれ表す、この図から、イオン注入を受けた後のア
モルファスシリコン層（ＩＩ）は、イオン注入前のアモ
ルファスシリコン層（１）よりも反射率が低下しており
、逆に言えば光の吸収率の増大していることがわかる。Next, using silicon as an element that can exist in an electrically neutral state in the amorphous silicon layer, the implantation energy was 40 keV, and the implantation density was 1.5×IQIs/
This is ion-implanted under the conditions of c11''. The ions implanted at this time may be argon, helium, etc. instead of the silicon. Note that the ion-implanted amorphous silicon layer becomes opaque. In Figure 2,
In the figure 0 showing the change in reflectance of the amorphous silicon layer before and after ion implantation, the vertical axis represents the reflectance and the horizontal axis represents the wavelength.From this figure, the amorphous silicon layer (II) after ion implantation is shown. It can be seen that the reflectance is lower than that of the amorphous silicon layer (1) before ion implantation, and conversely, the light absorption rate is increased.
次に、エネルギービームとしてたとえばＫｒＦエキシマ
レーザ−（波長２４８ ｎｍ）を２００ ｔａＪ／ｃｍ
”以上の強度で照射し、イオン注入後の上記アモルファ
スシリコン層を結晶化させる。前述の第１図を参照する
と、このＫｒＦエキシマレーザ−の波長における反射率
は、イオン注入を受けた後のアモルファスシリコンｌ１
ｉ（ＩＩ）では６０．０％程度であり、イオン注入前の
同波長における約６７．５％の反射率より７．５％程度
低い、したがって、イオン注入を受けた後のアモルファ
スシリコン層（ＩＩ）は光の吸収効率が高く、容易に加
熱されることとなる。なお、ここで使用されるエキシマ
レーザ−は、１９０〜４００ ｎｍの波長を有するもの
であれば上述のＫｒＦエキシマレーザ−に限られるもの
ではなく、たとえばＡｒＦエキシマレーザ−（波長１９
３ｎｍ）、ＸｅＣ１ｘキシマレーザー（波長３０８ｎｍ
）等も使用可能である。Next, for example, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) is used as an energy beam at 200 taJ/cm.
The amorphous silicon layer after ion implantation is irradiated with an intensity higher than 100 nm to crystallize the amorphous silicon layer after ion implantation.Referring to FIG. silicon l1
i(II) is about 60.0%, which is about 7.5% lower than the reflectance of about 67.5% at the same wavelength before ion implantation. ) has high light absorption efficiency and is easily heated. Note that the excimer laser used here is not limited to the above-mentioned KrF excimer laser as long as it has a wavelength of 190 to 400 nm; for example, an ArF excimer laser (wavelength 19
3nm), XeC1x xima laser (wavelength 308nm)
) etc. can also be used.
以上は、平坦な絶縁基板の上に被着形成されたアモルフ
ァスシリコン層についてイオン注入を行った例である。The above is an example in which ion implantation was performed on an amorphous silicon layer deposited on a flat insulating substrate.
しかし、本発明において使用される絶縁基板は上述の構
成に限られるものではなく、部分的に単結晶シリコンが
露出しているものであっても良い。その−例として、第
３図に示すように、シリコン基板（１１）の表面に熱酸
化あるψはＣＶＤ等により形成された絶縁膜（１２）で
あって、所定のパターニングにより開口部（１３）が設
けられ、ここに単結晶シリコンが露出しているものであ
っても良い、この上に、プラズマＣＶＤ等によりアモル
ファスシリコンを堆積し、第３図に示すようなアモルフ
ァスシリコン層（１４）を形成する。このアモルファス
シリコン層（１４）に対して上述のようなイオン注入を
行い、続いて光アニールを行うと、上記開口部（１３）
に露出したシリコン単結晶を種として速やかにシリコン
単結晶が成長する。However, the insulating substrate used in the present invention is not limited to the above-described configuration, and may have partially exposed single crystal silicon. As an example, as shown in FIG. 3, the surface of a silicon substrate (11) that is thermally oxidized ψ is an insulating film (12) formed by CVD or the like, and an opening (13) is formed by predetermined patterning. is provided, and single crystal silicon may be exposed here. Amorphous silicon is deposited on this by plasma CVD or the like to form an amorphous silicon layer (14) as shown in Fig. 3. do. When this amorphous silicon layer (14) is ion-implanted as described above and then photo-annealed, the opening (13)
A silicon single crystal grows quickly using the exposed silicon single crystal as a seed.
以上の説明からも明らかなように、本発明にかかるシリ
コン薄膜の形成方法においては、アモルファスシリコン
層に、工亥アモルファスシリコン層の中で電気的に中性
の状態で存在し得る元素をイオン注入により該アモルフ
ァスシリコン層に導入することにより、該アモルファス
シリコン層の反射率を低減させ、その後に行われる光ア
ニールにおける加熱効率を効果的に向上させることがで
きる。このイオン注入には、上記アモルファスシリコン
層の構造に乱れを生じさせ、たとえば固相成長を行う場
合のシリコン原子の配列エネルギーを低下させる効果も
期待できる。As is clear from the above description, in the method for forming a silicon thin film according to the present invention, an element that can exist in an electrically neutral state in the amorphous silicon layer is ion-implanted into the amorphous silicon layer. By introducing it into the amorphous silicon layer, it is possible to reduce the reflectance of the amorphous silicon layer and effectively improve the heating efficiency in the subsequent optical annealing. This ion implantation can also be expected to have the effect of causing disturbance in the structure of the amorphous silicon layer and lowering the alignment energy of silicon atoms when performing solid phase growth, for example.
したがって、半導体の製造分野におけるプロセスの低温
化の動向にも容易に対応できる、優れたシリコン１１膜
の形成方法の提供が可能となる。Therefore, it is possible to provide an excellent method for forming a silicon 11 film that can easily respond to the trend toward lower process temperatures in the semiconductor manufacturing field.
第１図は本発明にかかるシリコン薄膜の形成方法の一実
施例を示す概略断面図、第２図はイオン注入の前後にお
けるアモルファスシリコン層の反射率の変化を示す特性
図、第３図は本発明にかかるシリコン薄膜の形成方法の
他の実施例を示す概略断面図である。
１・・・ 絶縁基板
２・・・ アモルファスシリコン層
特許出願人 ソニー株式会社
代理人 弁理士 小 池 見回 田村
榮−
１ＮＩＩ
シリコ：、ｆｆｒＭ！麹の形Ｆ℃乃ジ云め一爽勢シタリ
第１図
第２図FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the method for forming a silicon thin film according to the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing changes in reflectance of an amorphous silicon layer before and after ion implantation, and FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the method for forming a silicon thin film according to the invention. 1... Insulating substrate 2... Amorphous silicon layer patent applicant Sony Corporation representative Patent attorney Koike Mimi Ei Tamura - 1NII Silico:, ffrM! Shape of koji
Claims (1)
ルファスシリコン層を形成する工程と、上記アモルファ
スシリコン層の中で電気的に中性の状態で存在し得る元
素をイオン注入により該アモルファスシリコン層に導入
する工程と、エネルギービーム照射により上記アモルフ
ァスシリコン層の結晶成長を行う工程とを有することを
特徴とするシリコン薄膜の形成方法。A step of forming an amorphous silicon layer on an insulating substrate or an insulating substrate having a single crystal region, and implanting an element that can exist in an electrically neutral state in the amorphous silicon layer into the amorphous silicon layer by ion implantation. 1. A method for forming a silicon thin film, comprising the steps of: introducing the amorphous silicon layer; and growing crystals of the amorphous silicon layer by irradiating the amorphous silicon layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62106058A JP2850319B2 (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Method of forming silicon thin film |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62106058A JP2850319B2 (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Method of forming silicon thin film |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63271916A true JPS63271916A (en) | 1988-11-09 |
| JP2850319B2 JP2850319B2 (en) | 1999-01-27 |
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ID=14424017
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|---|---|---|---|
| JP62106058A Expired - Lifetime JP2850319B2 (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Method of forming silicon thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP2850319B2 (en) | 1999-01-27 |
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