JPH04372115A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH04372115A JPH04372115A JP15019691A JP15019691A JPH04372115A JP H04372115 A JPH04372115 A JP H04372115A JP 15019691 A JP15019691 A JP 15019691A JP 15019691 A JP15019691 A JP 15019691A JP H04372115 A JPH04372115 A JP H04372115A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
、特に、基板上に良好なシリコン膜を形成する方法に関
する。
、特に、基板上に良好なシリコン膜を形成する方法に関
する。
【0002】近年の半導体装置の高集積化に伴い、結晶
性の良好なシリコン膜が求められている。結晶性は電気
的特性に大きく影響し、結晶性が良好であるほど結晶粒
界や欠陥数が少ないので移動度が大きくなり、高速動作
の大容量デバイスの製造が可能になる。したがって、堆
積した状態において多結晶(非晶質を含む)であるシリ
コン膜を、できるだけ単結晶に近づける必要がある。
性の良好なシリコン膜が求められている。結晶性は電気
的特性に大きく影響し、結晶性が良好であるほど結晶粒
界や欠陥数が少ないので移動度が大きくなり、高速動作
の大容量デバイスの製造が可能になる。したがって、堆
積した状態において多結晶(非晶質を含む)であるシリ
コン膜を、できるだけ単結晶に近づける必要がある。
【0003】
【従来の技術】例えば、酸化膜上にシリコン膜を堆積し
、その結晶性を良好にしようとする場合には、下層を種
として使用する通常のエピタキシャル成長法を使用する
ことはできない。そのため、酸化膜上に堆積したポリシ
リコン膜にレーザビームを照射して溶融・再結晶化させ
たり(レーザアニール法と云う。)、あるいは、下地の
シリコン基板に局所的に接触させてポリシリコン膜を堆
積し、その接触個所から固相成長させる(横方向エピタ
キシャル成長法と云う。)などいくつかの方法が知られ
ている。
、その結晶性を良好にしようとする場合には、下層を種
として使用する通常のエピタキシャル成長法を使用する
ことはできない。そのため、酸化膜上に堆積したポリシ
リコン膜にレーザビームを照射して溶融・再結晶化させ
たり(レーザアニール法と云う。)、あるいは、下地の
シリコン基板に局所的に接触させてポリシリコン膜を堆
積し、その接触個所から固相成長させる(横方向エピタ
キシャル成長法と云う。)などいくつかの方法が知られ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザアニ
ール法においては、レーザの照射領域の温度が局所的に
シリコンの溶融温度まで上昇するため、下地層の熱的ダ
メージや不純物の不必要な拡散が発生する。
ール法においては、レーザの照射領域の温度が局所的に
シリコンの溶融温度まで上昇するため、下地層の熱的ダ
メージや不純物の不必要な拡散が発生する。
【0005】また、レーザビームはその強度がガウス分
布をなしていて、ビーム面内において均一でないため、
いわゆるシェブロン・パターンと呼ばれる特有な溶融跡
が形成されるという欠点がある。
布をなしていて、ビーム面内において均一でないため、
いわゆるシェブロン・パターンと呼ばれる特有な溶融跡
が形成されるという欠点がある。
【0006】また、シリコン膜が堆積される下地層はシ
リコン層のところもあれば酸化膜のところもある。下地
層が酸化膜の場合には、酸化膜の熱伝導率が低いので、
いわゆる保温効果によってレーザ強度が低くてもシリコ
ン膜が溶融するのに対し、下地層がシリコン層の場合に
は、逆にヒートシンクの作用をするので溶融するのに高
い強度を必要とする。このように、堆積したシリコン膜
のレーザビーム照射による溶融状態は、下地の材料に大
きく影響されることから、均一な再結晶化シリコン膜を
形成することが難しい。また、シリコン膜が深さ方向に
対してすべて溶融されるため、再結晶の際の種がランダ
ムに形成され、結晶粒径も不均一になる。
リコン層のところもあれば酸化膜のところもある。下地
層が酸化膜の場合には、酸化膜の熱伝導率が低いので、
いわゆる保温効果によってレーザ強度が低くてもシリコ
ン膜が溶融するのに対し、下地層がシリコン層の場合に
は、逆にヒートシンクの作用をするので溶融するのに高
い強度を必要とする。このように、堆積したシリコン膜
のレーザビーム照射による溶融状態は、下地の材料に大
きく影響されることから、均一な再結晶化シリコン膜を
形成することが難しい。また、シリコン膜が深さ方向に
対してすべて溶融されるため、再結晶の際の種がランダ
ムに形成され、結晶粒径も不均一になる。
【0007】一方、横方向エピタキシャル成長法におい
ては、下地シリコン基板と接触する領域のシリコン膜に
はトランジスタを形成することができないので、トラン
ジスタ形成領域の周辺部に下地シリコン基板と接触する
種を作り、そこからアニールによって横方向に結晶成長
させてトランジスタ形成領域を単結晶化しなければなら
ない。また、結晶化には十数時間という長時間を要し、
しかも種部分から結晶化できる大きさは僅か数μmであ
る。したがって、広い領域を結晶化することは難しく、
場所によっては必要とする領域のみを結晶化することさ
え難しい場合がある。
ては、下地シリコン基板と接触する領域のシリコン膜に
はトランジスタを形成することができないので、トラン
ジスタ形成領域の周辺部に下地シリコン基板と接触する
種を作り、そこからアニールによって横方向に結晶成長
させてトランジスタ形成領域を単結晶化しなければなら
ない。また、結晶化には十数時間という長時間を要し、
しかも種部分から結晶化できる大きさは僅か数μmであ
る。したがって、広い領域を結晶化することは難しく、
場所によっては必要とする領域のみを結晶化することさ
え難しい場合がある。
【0008】本発明の目的は、これらの欠点を解消する
ことにあり、必要とする領域に下地基板に加工を施すこ
となく、また、下地基板にダメージを与えることなく、
短時間で結晶性の良好なシリコン膜を形成する方法を提
供することにある。
ことにあり、必要とする領域に下地基板に加工を施すこ
となく、また、下地基板にダメージを与えることなく、
短時間で結晶性の良好なシリコン膜を形成する方法を提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、基板上に
シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方
法において、前記の基板(2)上にアモルファスシリコ
ン膜(3)を堆積し、このアモルファスシリコン膜(3
)上の複数箇所にレーザビームを照射して複数の結晶核
(7)を形成し、この複数の結晶核(7)にレーザビー
ムを照射して結晶成長させる工程を有する半導体装置の
製造方法によって達成される。なお、前記のアモルファ
スシリコン膜(3)上に順次照射されるレーザビームの
強度は、順次強くされるか、順次長くされるか、または
、両者が併用されることが好ましい。また、前記のレー
ザビームを照射する工程において、前記のアモルファス
シリコン膜(3)を溶融させないことが好ましく、また
、前記のアモルファスシリコン膜(3)の堆積温度は6
00℃以下であることが好ましい。なお、前記の基板(
2)は半導体酸化膜、半導体窒化膜、または、半導体膜
のいずれでもよい。
シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方
法において、前記の基板(2)上にアモルファスシリコ
ン膜(3)を堆積し、このアモルファスシリコン膜(3
)上の複数箇所にレーザビームを照射して複数の結晶核
(7)を形成し、この複数の結晶核(7)にレーザビー
ムを照射して結晶成長させる工程を有する半導体装置の
製造方法によって達成される。なお、前記のアモルファ
スシリコン膜(3)上に順次照射されるレーザビームの
強度は、順次強くされるか、順次長くされるか、または
、両者が併用されることが好ましい。また、前記のレー
ザビームを照射する工程において、前記のアモルファス
シリコン膜(3)を溶融させないことが好ましく、また
、前記のアモルファスシリコン膜(3)の堆積温度は6
00℃以下であることが好ましい。なお、前記の基板(
2)は半導体酸化膜、半導体窒化膜、または、半導体膜
のいずれでもよい。
【0010】
【作用】600℃以下の温度でシリコン膜を堆積すると
、シリコン膜はアモルファス状態になる。ちなみに、6
20〜630℃の温度で堆積するとシリコン膜は堆積時
に既に結晶化し、その粒径は10nm程度の均一なもの
になるが、その後に実施されるアニール工程によっても
結晶粒径は大きくならない。結晶性の良好なシリコン膜
を形成するにはこのような結晶化はむしろ有害であるの
で、本発明においてはシリコン膜をアモルファス状態に
堆積することが重要である。
、シリコン膜はアモルファス状態になる。ちなみに、6
20〜630℃の温度で堆積するとシリコン膜は堆積時
に既に結晶化し、その粒径は10nm程度の均一なもの
になるが、その後に実施されるアニール工程によっても
結晶粒径は大きくならない。結晶性の良好なシリコン膜
を形成するにはこのような結晶化はむしろ有害であるの
で、本発明においてはシリコン膜をアモルファス状態に
堆積することが重要である。
【0011】このアモルファスシリコン膜に、シリコン
膜が溶融しない程度の強度を有するレーザ光をスポット
的に、照射すると、シリコン膜に吸収されたレーザ光は
熱に変換され、レーザ光を照射された個所のシリコン膜
に結晶化の核(種)が形成されるものと考えられる。
膜が溶融しない程度の強度を有するレーザ光をスポット
的に、照射すると、シリコン膜に吸収されたレーザ光は
熱に変換され、レーザ光を照射された個所のシリコン膜
に結晶化の核(種)が形成されるものと考えられる。
【0012】レーザ光を照射したときにシリコン膜中に
おいてレーザ光強度がどのように減衰するかを図3に示
す。シリコン膜表面におけるレーザ光強度をI0 とし
、レーザ光の吸収係数をλとし、侵入深さをdとすると
、深さdにおけるレーザ光強度IはI=I0 exp
(−λd)となる。I1 をレーザ光照射によって種が
形成されるレーザ光強度とし、I2をシリコンが溶融す
るレーザ光強度とすると、I1 <I<I2 となるよ
うにレーザ光強度Iを選択すれば、シリコン膜が溶融す
ることなく結晶化の種を形成することができる。
おいてレーザ光強度がどのように減衰するかを図3に示
す。シリコン膜表面におけるレーザ光強度をI0 とし
、レーザ光の吸収係数をλとし、侵入深さをdとすると
、深さdにおけるレーザ光強度IはI=I0 exp
(−λd)となる。I1 をレーザ光照射によって種が
形成されるレーザ光強度とし、I2をシリコンが溶融す
るレーザ光強度とすると、I1 <I<I2 となるよ
うにレーザ光強度Iを選択すれば、シリコン膜が溶融す
ることなく結晶化の種を形成することができる。
【0013】この結晶化の種を成長させるには、複数の
レーザ光を同じ光軸を用いて同一個所に順次深く照射す
ることが有効である。図1(a)に示すように、最初の
照射によって、シリコン膜3の表面近傍に微小な結晶化
の種7が形成される。次に、シリコン膜中への侵入深さ
がさらに大きいレーザ光を照射すると、図1(b)に示
すように、最初にできた結晶化の種7が深さ方向に向か
って成長する。このように、レーザ光を順次深く照射す
ると、図1(c)に示すように、下地基板2に達するま
で結晶が成長する。なお、レーザ光がシリコン膜3と下
地層2との界面近傍にまで達しないようにすれば、下地
層2から不必要な結晶粒が成長することは避けられる。
レーザ光を同じ光軸を用いて同一個所に順次深く照射す
ることが有効である。図1(a)に示すように、最初の
照射によって、シリコン膜3の表面近傍に微小な結晶化
の種7が形成される。次に、シリコン膜中への侵入深さ
がさらに大きいレーザ光を照射すると、図1(b)に示
すように、最初にできた結晶化の種7が深さ方向に向か
って成長する。このように、レーザ光を順次深く照射す
ると、図1(c)に示すように、下地基板2に達するま
で結晶が成長する。なお、レーザ光がシリコン膜3と下
地層2との界面近傍にまで達しないようにすれば、下地
層2から不必要な結晶粒が成長することは避けられる。
【0014】なお、図2(a)に示すように、最初のレ
ーザ光照射によって結晶化の種7を形成した後、通常の
炉アニールを施すと、図2(b)に示すように、下地層
2との界面部分からも微結晶が成長し、図2(c)に示
すように、結晶状態が悪くなる。
ーザ光照射によって結晶化の種7を形成した後、通常の
炉アニールを施すと、図2(b)に示すように、下地層
2との界面部分からも微結晶が成長し、図2(c)に示
すように、結晶状態が悪くなる。
【0015】ところで、レーザ光のシリコン膜中への侵
入深さを深くするには、レーザ光強度をシリコン膜を溶
融する強度I2 を超えない範囲内において強くする方
法(図4参照)、または、レーザ光波長を長くする方法
、または、両者の併用がある。レーザ光が試料に侵入す
る深さは試料のレーザ光に対する吸収係数の大きさによ
って異なり、試料のレーザ光に対する吸収係数はレーザ
光の波長によって変わる。したがって、レーザ光の波長
を変えることによって侵入深さを変えることができる。 例えば、シリコン膜に対する波長514.5nmのアル
ゴンレーザ光の侵入深さは約0. 8μmであり、波長
632.8nmのヘリウム・ネオンレーザ光の侵入深さ
は約2.5 μmである。
入深さを深くするには、レーザ光強度をシリコン膜を溶
融する強度I2 を超えない範囲内において強くする方
法(図4参照)、または、レーザ光波長を長くする方法
、または、両者の併用がある。レーザ光が試料に侵入す
る深さは試料のレーザ光に対する吸収係数の大きさによ
って異なり、試料のレーザ光に対する吸収係数はレーザ
光の波長によって変わる。したがって、レーザ光の波長
を変えることによって侵入深さを変えることができる。 例えば、シリコン膜に対する波長514.5nmのアル
ゴンレーザ光の侵入深さは約0. 8μmであり、波長
632.8nmのヘリウム・ネオンレーザ光の侵入深さ
は約2.5 μmである。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係るシリコン膜の形成方法について説明する。
係るシリコン膜の形成方法について説明する。
【0017】図3(a)に示すように、(100)面を
有するシリコン基板1上に1μm厚の熱酸化膜2を形成
し、次いで、CVD法を使用して400nm厚のシリコ
ン膜3を形成する。なお、シリコン膜の堆積温度は45
0℃とし、反応ガスとしてジシラン(Si2 H6 )
を使用する。その結果、シリコン膜3はアモルファスに
なる。
有するシリコン基板1上に1μm厚の熱酸化膜2を形成
し、次いで、CVD法を使用して400nm厚のシリコ
ン膜3を形成する。なお、シリコン膜の堆積温度は45
0℃とし、反応ガスとしてジシラン(Si2 H6 )
を使用する。その結果、シリコン膜3はアモルファスに
なる。
【0018】図3(b)に示すように、YAGレーザ発
生装置4の発生する約30mWの強度を有するYAGレ
ーザ光をミラー5とレンズ系6とを使用して集光し、シ
リコン膜3上に約5μmの間隔をもってスポット的に約
1秒間づゝ照射する。なお、この時のレーザ光の侵入深
さは約0.2μmである。続いて、同程度の強度を有す
るアルゴンレーザを照射する。これによってシリコン膜
3はほゞ結晶化するが、結晶粒内の欠陥などを低減する
ために、700℃の温度で30分間の期間アニール処理
を施す。
生装置4の発生する約30mWの強度を有するYAGレ
ーザ光をミラー5とレンズ系6とを使用して集光し、シ
リコン膜3上に約5μmの間隔をもってスポット的に約
1秒間づゝ照射する。なお、この時のレーザ光の侵入深
さは約0.2μmである。続いて、同程度の強度を有す
るアルゴンレーザを照射する。これによってシリコン膜
3はほゞ結晶化するが、結晶粒内の欠陥などを低減する
ために、700℃の温度で30分間の期間アニール処理
を施す。
【0019】なお、レーザ光をスポット的に照射するの
に、シリコン膜3上のレーザ光照射位置に対応して開口
の形成されたマスクを使用し、ビーム径を拡大したレー
ザ光を一括照射するようにしてもよい。
に、シリコン膜3上のレーザ光照射位置に対応して開口
の形成されたマスクを使用し、ビーム径を拡大したレー
ザ光を一括照射するようにしてもよい。
【0020】また、シリコン膜を形成する下地層はシリ
コン酸化膜に限定されるものではなく、その他の半導体
酸化膜、半導体窒化膜、または、半導体膜であってもよ
い。
コン酸化膜に限定されるものではなく、その他の半導体
酸化膜、半導体窒化膜、または、半導体膜であってもよ
い。
【0021】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体装置の製造方法においては、基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン膜にレーザビームを照射して結晶核を
形成し、この結晶核に、侵入深さがさらに大きいレーザ
ビームを照射して結晶核を深さ方向に成長させるので、
下地基板の種類に関係なく、また、下地基板にダメージ
を与えることなく、大粒径で欠陥の少ない良質なシリコ
ン膜を必要とする領域に短時間で形成することができる
。
体装置の製造方法においては、基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン膜にレーザビームを照射して結晶核を
形成し、この結晶核に、侵入深さがさらに大きいレーザ
ビームを照射して結晶核を深さ方向に成長させるので、
下地基板の種類に関係なく、また、下地基板にダメージ
を与えることなく、大粒径で欠陥の少ない良質なシリコ
ン膜を必要とする領域に短時間で形成することができる
。
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】結晶核成長後にアニールする場合の結晶成長状
態を示す図である。
態を示す図である。
【図3】シリコン膜の形成工程図である。
【図4】レーザ光強度と侵入深さとの関係を示すグラフ
である。
である。
1 シリコン基板
2 酸化膜
3 シリコン膜
4 レーザ発生装置
5 ミラー
6 レンズ系
7 結晶核
Claims (6)
- 【請求項1】 基板上にシリコン膜を形成する工程を
有する半導体装置の製造方法において、前記基板(2)
上にアモルファスシリコン膜(3)を堆積し、該アモル
ファスシリコン膜(3)上の複数箇所にレーザビームを
照射して複数の結晶核(7)を形成し、該複数の結晶核
(7)にレーザビームを照射して結晶成長させる工程を
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記アモルファスシリコン膜(3)上
に順次照射されるレーザビームの強度は、順次強くされ
てなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項3】 前記アモルファスシリコン膜(3)上
に順次照射されるレーザビームの波長は、順次長くされ
てなることを特徴とする請求項1、または、2記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記レーザビームを照射する工程にお
いて、前記アモルファスシリコン膜(3)を溶融させな
いことを特徴とする請求項1、2、または、3記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記アモルファスシリコン膜(3)の
堆積温度は600℃以下であることを特徴とする請求項
1、2、3、または、4記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記基板(2)は半導体酸化膜、半導
体窒化膜、または、半導体膜であることを特徴とする請
求項1、2、3、4、または、5記載の半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15019691A JPH04372115A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15019691A JPH04372115A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04372115A true JPH04372115A (ja) | 1992-12-25 |
Family
ID=15491620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15019691A Withdrawn JPH04372115A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04372115A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103081065A (zh) * | 2010-08-31 | 2013-05-01 | 株式会社日本制钢所 | 激光退火装置及激光退火方法 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP15019691A patent/JPH04372115A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103081065A (zh) * | 2010-08-31 | 2013-05-01 | 株式会社日本制钢所 | 激光退火装置及激光退火方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980903 |