JPS63299321A - 単結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents

単結晶シリコン膜の形成方法

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JPS63299321A
JPS63299321A JP13552287A JP13552287A JPS63299321A JP S63299321 A JPS63299321 A JP S63299321A JP 13552287 A JP13552287 A JP 13552287A JP 13552287 A JP13552287 A JP 13552287A JP S63299321 A JPS63299321 A JP S63299321A
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隆 野口
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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】 (産業上の利用分野〕 本発明は、単結晶シリコン膜の形成方法、特に絶縁膜、
或いは絶縁基板等の絶縁体上に単結晶シリコン膜を形成
するいわゆるSol技術による単結晶シリコン膜の形成
方法に係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、いわゆるSolによる単結晶シリコン膜の形
成方法において、その絶縁体上に窒素または炭素を含有
せしめるもこれらが20原子%以下の範囲で含むシリコ
ン層より成る第1及び第3の層を、非晶質シリコン層よ
り成る第2の層の上下に配するように順次各層を連続的
に形成し、熱処理を行うことによって、単結晶シリコン
層の結晶化を行うようにして良質な単結晶シリコン膜が
得られるようにする。
〔従来の技術〕
絶縁膜あるいは絶縁基板等の絶縁体上にシリコン単結晶
膜を形成するいわゆるSOI技術は例えばプレスジャー
ナル社発行のセミコンダクタ・ワールド(Semico
nductor World )  1985.4第1
08頁〜第115頁に開示されているところであり、こ
のSol技術は各種半導体装置の製造において急速に広
く実用化されるに至っている。
このようにSol技術によって単結晶シリコン層を形成
するにあたりアニールすなわち加熱処理による再結晶法
を用いる場合、加熱処理時に際してシリコン層に剥がれ
、あるいはボールアンプすなわち粒状ないしは塊状化が
発生して結晶性や膜状態を低下させるようなことが生じ
ないように、シリコン上にキャップ層として5i02層
とSi3N< mとを積層形成することが行われる。あ
るいはシリコン層の上下に厚さ50Å以下の543N4
Nを配したサンドインチ構造とし、これの上に厚さ例え
ば2μmのs+021’iljと、さらにその上に厚さ
600人のSi3N4屓のキャップ層を被着形成し、サ
ンドインチ構造の窒素Nを含むSi3N+層によってシ
リコンの再結晶化のアニール時における溶融状態で下地
のSiO2層とのいわゆるぬれをよくし剥れ等によるシ
リコン層の粒状化ないしは塊状化の防止をより効果的に
行って良質の単結晶シリコン膜を形成するいわゆるキャ
ップ層の形成を行うことの提案が、例えばマテイリアル
ズ・リサーチ・ソサイアティ・シンポジウム・プロシー
ディングVo1.53.1986マテイリアルズ・リサ
ーチ・ソサイアティ第45〜5】頁(Material
s Re5earch 5ociety Sympos
iumProceeding  Vol、53,198
6.Materials  Re5earchSoci
ety)及び同第53〜58頁でなされている。
しかしながら、このようにキャップ層を設けてその再結
晶化のアニール、例えばエキシマレーザ(紫外線波長2
49nm )の照射を行う場合、キャップ層としてのS
i3N+ M’Aでのこのエキシマレーザ−光の吸収が
高いためにシリコン層での結晶化のための熔融が効果的
に行われず、また前者の方法では、窒素Nのぬれの向上
の効果が得られないことからシリコン層の粒状ないしは
塊状化いわゆるアグロマレイション(Agglomer
ation )の発生を防止する効果が得難かたい。ま
た前述した後者の方法のS i3N sによるサンドイ
ンチ構造をとる場合には、上述したアグロマレイション
防止効果は得られるものの、この場合Si3N4層を使
用することからそのNの含有量は57原子%にも及ぶ大
きな量であること、またその膜厚制御が困難であること
によって実質的に窒素Nの総量の制御がむずかしいとい
う問題があるものである。そして、このような窒素Nが
多量に含まれる場合これがドナーとして作用することか
ら、得られた単結晶シリコン層がn型化される傾向があ
り、またこの窒素Nの量が多くなるとダングリングボン
ドが多く存在することによって例えば (100)結晶
面の単結晶シリコン層の出現を妨げるという不都合が生
じる。
またその窒化膜の厚さが大となればそれ自体のアニール
時の亀裂等の問題が発生してくる。
また上述した窒素Nに変えて炭素Cを用いることが考え
られるが、この場合においても上述したドナーとしての
作用についての不都合が回避されるものの、他の問題に
ついては同様の問題が残る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上述した諸問題を解決し、制御性よく且つ再現
性よく良質の膜性状および結晶性を有するsorによる
単結晶シリコン膜の形成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〕
本発明においては、絶縁体(11)上に窒素または炭素
を20原子%以下含む、すなわち5ix−xNXまたは
5ii−x Cx  (いずれもQ<x≦0.2)の非
晶質シリコン層より成る第1の層(1)と、NまたはC
を実質的に含まない非晶質シリコン層より成る第2の層
(2)と、窒素または炭素を20原子%以下含む5i1
−×Nxまたは5it−x Cx  (いずれもO<x
≦0.2)の非晶質シリコン層より成る第3の層(3)
とを低圧気相成長法CVDによって順次連続的にすなわ
ち同一反応室中で原料ガスの供給を調整ないしは変化さ
せるのみで、各層(1)〜(3)を形成し、その後熱処
理すなわちアニール処理を行って層(11〜(3)の再
結晶化を行って単結晶シリコン層を形成する。
〔作用〕
上述した本発明方法によれば各層(11,(2)及び(
3)を連続的に、すなわち同一反応室内で原料ガスの変
化のみで形成するので、各層(11〜(3)間に異物の
発生混入が回避されて各層の界面が良好に形成される。
またシリコンナイトライドH(11および(3)ばその
窒素Nの混入量と、その厚さの制御が確実に行うことが
できるものであり、その窒素の含有量20原子%以下と
したことによってダングリングボンドの発生率を低める
ことができ良好な膜性状と結晶性を有する結晶面の生成
を可能にし、窒素Nが多量に存在することによる不必要
なドナーの発生を回避できる。また更に両シリコンナイ
トライドM (1)及び(3)の膜厚を必要量以上に大
となることを回避でき加熱時の亀裂の問題を回避できる
尚、本発明において、第1及び第3のSi□−XNx或
いは5iz−x Cx [(1)及び(3)においてX
50.2とするのは、Nが20原子%を越えると冒頭に
述べたNまたはCが多量に混入する場合のダングリング
ボンドの発生、またNの場合はドナーとしての問題が生
じてくることによる。
〔実施例〕
例えば石英よりなる絶縁体(11)上に、非晶質のシリ
コンナイトライド5i1−XNx : H層(1)を、
300人から20人の例えば50人、望ましくは50Å
以下に被着形成し、続いてこれの上に非晶質のSi:H
屓(2)ヲ例えば0.5μm以下に形成し、更に続いて
これの上に上述した第1のシリコンナイトライド層(1
)と同様の組成および膜厚範囲にあるシリコンナイトラ
イド層(3)を夫々連続的にプラズマCVD法、あるい
は光CVD法によって形成する。
これら各層(1)〜(3)の各原料気体は、Arあるい
はH2キャリヤガスに、窒素Nの原料としてN2あるい
はNH3を、またシリコンStの原料として5i11゜
あるいはS 128sをそれぞれ所要の比率をもってこ
れら原料ガスの混入量を変化させながら、気相成長させ
て被着する。
その後、N2雰囲気中で400〜500℃の5〜10時
間の熱処理を行って各層(11〜(3)中に含まれる水
素Hを排出する。
その後、第2図に示すように、シリコンナイトライド層
(3)上にキャンピング層として例えば111m以上例
えば2μ朔の5i02層(4)を介して、SiN層(5
)を600人程炭塵厚さに被着する。
そして最終的に製造しようとする半導体装置において単
結晶層を部分的に所要のパターンをもって形成する場合
など、必要に応じて各シリコン層(5) (3> (2
1(1)の不要部分をプラズマエツチング等によって除
去し、石英絶縁体(11)上に所定のパターンのシリコ
ン層を形成し、その後加熱処理すなわちアニール、例え
ばゾーンメルト法あるいは連続発振レーザー光もしくは
パルスレーザ−光例えばパルスエキシマレーザ−光を照
射して、各非晶質層(11〜(3)が再結晶化された単
結晶シリコン層を得る。
その後必要に応じてキャンピング層としてのS 102
rf3 (41およびSiN層(5)をエツチング除去
し、各種半導体の製造例えばトランジスタその他の半導
体素子の形成を行い目的とする半導体装置を得る。
なお、上述した例においては、各N(111(31、(
5)は窒素Nを含む層とした場合であるが、S 1(s
−x) Cx(0くC50,2)とすることもできる。
なお上述した例においては、石英基板よりなる絶縁体(
11)上に単結晶シリコン膜の形成を行う場合について
説明したが、石英基板に限らずその他各種の絶縁基板に
通用することもできるし、また基板として単結晶シリコ
ンあるいはサファイア等の単結晶基板上に5t(h下地
層を形成し、この5t(h下地層に窓明けを行ってこれ
の上にシリコン層の形成を行い単結晶基板をシードして
これより単結晶を成長させて行くという方法によるなど
従来周知の各種Solに適用し得る。
〔発明の効果〕
上述したように本発明においては単結晶層を得るための
CVDによる非晶質シリコン層中にNまたはCを混入さ
せるという方法をとるので、その混入量の制御を正確に
行うことができること、したがって再現性にすぐれてい
ること、また、各層(1)〜(3)を連続CVDによっ
て形成したので各層の界面に不要な混入物が介在するこ
とを回避でき良質な結晶化を阻嚇するような不都合を回
避すること、また各層(1)〜(3)が非晶質シリコン
層であることによってアニール時の例えばエキシマレー
ザ−光照射をするときエネルギー吸収効率が高められる
ことから容易に熔解し、これによって良質の再結晶化を
行うことができるなどの効果をもたらす。
また各シリコン(11及び(3)層中のNまたはCの含
有量が小さく、更にその厚さの制御を確実に行うことが
できることから、不必要にNまたはCが多量に混入する
ことが回避され、例えばダングリングボンドの存在量が
多くなったりアニール時の亀裂の発生が生じたりする不
都合が回避される。また窒素Nが多量に存在する場合に
おけるドナーの発生即ち、単結晶シリコン層のn型化を
防止し得るなど多くの効果をもたらすことができる。
そして、上述の効果は、第1及び第3の層(1)及び(
3)の炭素または窒素の混入量をO<x≦0.2とした
ときに、またはより効果的には、その厚さが300Å以
下である場合に生じ更にこれら層(11及び(3)の厚
さは20人未満では制御性に問題が生じてくる場合があ
るので、その厚さは30’O人〜20人とすることが望
ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、本発明による単結晶シリコン膜
の形成方法の説明に供する各工程の路線的拡大断面図で
ある。 (11)は絶縁体、(1)および(3)はNまたはCを
含む非晶質シリコンより成る第1及び第3の層、(2)
は非晶質シリコンより成る第2の層である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 絶縁体上に、 窒素または炭素を20原子%以下含む非晶質シリコン層
    より成る第1の層と、非晶質シリコン層より成る第2の
    層と、窒素または炭素を20原子%以下含む非晶質シリ
    コン層より成る第3の層とを順次連続的に形成し、 熱処理により上記第1〜第3の層の結晶化を行って単結
    晶シリコン層を形成することを特徴とする単結晶シリコ
    ン膜の形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02256227A (ja) * 1988-11-30 1990-10-17 Ricoh Co Ltd 薄膜半導体とその製法
US6884698B1 (en) 1994-02-23 2005-04-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device with crystallization of amorphous silicon

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US7749819B2 (en) 1994-02-23 2010-07-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device

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