JPS6410090B2 - - Google Patents
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- JPS6410090B2 JPS6410090B2 JP54069625A JP6962579A JPS6410090B2 JP S6410090 B2 JPS6410090 B2 JP S6410090B2 JP 54069625 A JP54069625 A JP 54069625A JP 6962579 A JP6962579 A JP 6962579A JP S6410090 B2 JPS6410090 B2 JP S6410090B2
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- implanted
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
- H10P14/69—Inorganic materials
- H10P14/694—Inorganic materials composed of nitrides
- H10P14/6943—Inorganic materials composed of nitrides containing silicon
- H10P14/69433—Inorganic materials composed of nitrides containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体基板の表面に窒化膜を形成する
方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a nitride film on the surface of a semiconductor substrate.
従来、半導体表面に窒化膜を形成する方法とし
ては、主にいわゆるCVD法が用いられてきた。
しかし、この方法によると、特に薄い窒化膜、例
えば数10〜200Å程度の膜厚のものを均一性よく
得ることは極めて困難であつた。 Conventionally, the so-called CVD method has been mainly used as a method for forming a nitride film on a semiconductor surface.
However, according to this method, it is extremely difficult to obtain a particularly thin nitride film, for example, one with a thickness of several tens to 200 angstroms, with good uniformity.
一方、大規模集積回路の進歩は近年目ざましい
ものがあり、この分野では膜厚100〜200Åで均一
性を有する窒化膜の必要性が強く望まれている
が、従来はこの要望を満すための窒化膜形成方法
が見当らなかつた。 On the other hand, progress in large-scale integrated circuits has been remarkable in recent years, and in this field there is a strong need for a nitride film with a thickness of 100 to 200 Å and uniformity. I couldn't find a method for forming a nitride film.
本発明は、従来のこのような欠点を解消するた
めになされたもので、その目的とするところは、
安定に、精度よくかつ均一に薄い窒化膜が得られ
るような窒化膜形成方法を提供することにある。 The present invention has been made to eliminate these conventional drawbacks, and its purpose is to:
It is an object of the present invention to provide a method for forming a nitride film that can stably, precisely, and uniformly obtain a thin nitride film.
このような目的を達成するために、本発明は、
シリコン半導体基板の表面から窒素イオンを注入
し、しかる後レーザ光を照射して上記半導体基板
の表面を溶解し、シリコンの原子量が3に対し窒
素の原子量が4となるようなシリコン窒化膜を形
成するとともに、このときの上記窒素イオンの原
子の注入量を、窒素イオンが注入される深さ分ま
での上記シリコン半導体基板中に含まれるシリコ
ンの原子の量に対し、約4/3倍の量としたもので
ある。 In order to achieve such an objective, the present invention
Nitrogen ions are implanted from the surface of a silicon semiconductor substrate, and then laser light is irradiated to dissolve the surface of the semiconductor substrate, forming a silicon nitride film in which the atomic weight of silicon is 3 and the atomic weight of nitrogen is 4. At the same time, the amount of the nitrogen ion atoms implanted at this time is approximately 4/3 times the amount of silicon atoms contained in the silicon semiconductor substrate up to the depth where the nitrogen ions are implanted. That is.
以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.
第1図は本発明による窒化膜形成方法のイオン
注入工程の状態を示す説明図である。シリコンウ
エハ1の表面にN2 +イオン2を注入してイオン注
入層を形成する。なお、注入するイオンはN2+イ
オンが最も好適であるが、N+,多価イオンまた
は分子イオンなど各種の窒素イオンが使用でき
る。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing the state of the ion implantation step of the nitride film forming method according to the present invention. N 2 + ions 2 are implanted into the surface of a silicon wafer 1 to form an ion implantation layer. The ions to be implanted are most preferably N 2+ ions, but various nitrogen ions such as N + , multivalent ions, or molecular ions can be used.
第2図はレーザ光照射工程の状態を示す説明図
である。イオン注入層を形成したシリコンウエハ
1は、真空チヤツクのような支持方法によつて真
空容器3の内壁の一部に取り付けられている。こ
の真空容器3には、ドライなN2ガスが供給され
る入口4とこれが排出される出口5が設けられ、
これらの入口4または出口5の流量を調整するこ
とにより、真空容器3内の窒化性雰囲気の窒素分
圧を自由に制御できるようになつている。なお、
6は圧力ゲージである。そして、出口5を閉じる
ときは窒素圧力は圧力ゲージ6でモニタでき、入
口4を閉じるときは入口4の手前に流量計を設け
てN2ガスを流しながら窒素圧力を制御すること
ができる。このようにして、真空容器3の窒素圧
力を所望の値に保つようにする。この窒素圧力は
1気圧以下でもよいし、成長レートを上げるとき
は1気圧以上の高圧にすることもできる。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the state of the laser beam irradiation process. A silicon wafer 1 having an ion-implanted layer formed thereon is attached to a part of the inner wall of a vacuum container 3 by a supporting method such as a vacuum chuck. This vacuum container 3 is provided with an inlet 4 through which dry N 2 gas is supplied and an outlet 5 through which it is discharged.
By adjusting the flow rate of these inlets 4 or outlets 5, the nitrogen partial pressure of the nitriding atmosphere within the vacuum vessel 3 can be freely controlled. In addition,
6 is a pressure gauge. When closing the outlet 5, the nitrogen pressure can be monitored with a pressure gauge 6, and when closing the inlet 4, a flow meter can be provided in front of the inlet 4 to control the nitrogen pressure while flowing N2 gas. In this way, the nitrogen pressure in the vacuum vessel 3 is maintained at a desired value. This nitrogen pressure may be 1 atm or less, or may be increased to 1 atm or more when increasing the growth rate.
一方、真空容器3のシリコンウエハ1を取り付
けた内壁と反対側の壁は、レーザ光の波長に対し
て透明な材質によつて形成されている。例えばア
ルゴンレーザを用いる場合は、ガラスや透明な強
化樹脂等が使用される。レーザ7から発射された
光は、レンズ8で細いビーム径に絞られ、Y軸方
向ミラー掃引器9及びX軸方向ミラー掃引器10
によつて反射されて、シリコンウエハ1の全面を
掃引して照射する。レーザ光のビームスポツトの
直径は通常10〜200μm程度であるが、掃引する
ビームの重なりをうまく調整して全面にわたつて
均一な照射が得られるようにする。その結果、例
えば直径3インチのシリコンウエハを用いた場
合、約2分で全面の掃引を完了することができ
る。なお、レーザ7としては使用可能なものであ
ればどのような形式のものでもよいが、ウエハ全
面にわたつて一様な強度の照射光を得るには、連
続発振型のアルゴンイオンレーザが好適である。 On the other hand, the inner wall of the vacuum container 3 opposite to the inner wall to which the silicon wafer 1 is attached is made of a material that is transparent to the wavelength of the laser beam. For example, when using an argon laser, glass, transparent reinforced resin, etc. are used. The light emitted from the laser 7 is narrowed down to a narrow beam diameter by a lens 8, and then passed through a Y-axis mirror sweeper 9 and an X-axis mirror sweeper 10.
, and the entire surface of the silicon wafer 1 is swept and irradiated. The diameter of the laser beam spot is usually about 10 to 200 μm, but the overlap of the sweeping beams is well adjusted so that uniform irradiation can be obtained over the entire surface. As a result, if a silicon wafer with a diameter of 3 inches is used, for example, sweeping of the entire surface can be completed in about 2 minutes. Note that the laser 7 may be of any type as long as it can be used, but a continuous wave argon ion laser is preferred in order to obtain irradiation light of uniform intensity over the entire surface of the wafer. be.
一般に、シリコン窒化膜の組成は、Si:N=
3:4である。このような条件を満足するため
に、本実施例では以下のような設定を行なつた。
例えば形成しようとするシリコン窒化膜
(Si3N4)の膜厚を200Åとすると、シリコン原子
の量を約5×1022/cm3とした場合、この膜厚を形
成するのに必要な窒素原子の量は次のようにな
る。 Generally, the composition of silicon nitride film is Si:N=
The ratio is 3:4. In order to satisfy such conditions, the following settings were made in this embodiment.
For example, if the thickness of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) to be formed is 200 Å, and the amount of silicon atoms is approximately 5 × 10 22 /cm 3 , the amount of nitrogen necessary to form this film thickness is 200 Å. The amount of atoms is as follows.
5×1022×4/3×200×10-8=1.3×1017/cm3
ここで、窒素イオンとしてN2 +イオンをシリコ
ンウエハの表面上に注入すると、注入するN2 +イ
オンの量は次のようになる。 5 × 10 22 × 4/3 × 200 × 10 -8 = 1.3 × 10 17 /cm 3 Here, when N 2 + ions are implanted as nitrogen ions onto the surface of the silicon wafer, the amount of N 2 + ions to be implanted is becomes as follows.
1.3×1017÷2=6.5×1016/cm3
また、シリコンウエハ表面のシリコンが消費され
る厚さは約150Å(=200×3/4)となる。したが
つて、N2 +イオンはシリコンウエハ表面に約150
Åの深さに収まるようなエネルギで注入する。本
実施例では5KeVのエネルギで注入して所望の厚
さのイオン注入層が形成できた。 1.3×10 17 ÷2=6.5×10 16 /cm 3 The thickness at which silicon on the surface of the silicon wafer is consumed is approximately 150 Å (=200×3/4). Therefore, N 2 + ions are present on the silicon wafer surface at approximately 150
The energy is implanted to a depth of Å. In this example, an ion-implanted layer with a desired thickness could be formed by implanting with an energy of 5 KeV.
第3図はイオン注入をしたときのシリコンウエ
ハの深さと窒素濃度との関係を示すグラフであ
る。横軸の0はシリコンウエハの表面を示す。表
面から約150Åの深さまでにガウス型分布の濃度
でイオン注入された窒素が存在する。したがつ
て、表面から約150Åの深さまでにイオン注入層
(斜線を施した部分)が形成され、これより深い
部分はシリコン層になつている。しかし、この状
態ではイオン注入層はシリコン窒化膜(Si3N4)
の組成にはなつていない。次に、このイオン注入
層にレーザ光を照射して加熱すると、シリコンが
溶解してSi3N4の組成のシリコン窒化膜が形成さ
れる。この際のレーザ光の出力パワーはシリコン
が約150Åの深さまで溶解するようなレベルに設
定される。本実施例では、その出力パワーは
14.8Wに設定され、レーザ光のビームの直径は
150μmで照射を行なつた。溶解したシリコン中
での窒素の拡散は極めて速く、レーザのような短
時間の熱処理でも窒素の分布は溶解層中でほぼ一
定となり、約200Åの膜厚の窒化膜が得られた。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the depth of the silicon wafer and the nitrogen concentration when ions are implanted. 0 on the horizontal axis indicates the surface of the silicon wafer. Nitrogen is ion-implanted to a depth of about 150 Å from the surface with a concentration of Gaussian distribution. Therefore, an ion-implanted layer (shaded area) is formed to a depth of about 150 Å from the surface, and a silicon layer is formed deeper than this. However, in this state, the ion implantation layer is a silicon nitride film (Si 3 N 4 ).
The composition has not changed. Next, when this ion-implanted layer is irradiated with laser light and heated, silicon is dissolved and a silicon nitride film having a composition of Si 3 N 4 is formed. The output power of the laser beam at this time is set at a level that melts the silicon to a depth of approximately 150 Å. In this example, the output power is
Set to 14.8W, the diameter of the laser light beam is
Irradiation was carried out at 150 μm. Nitrogen diffuses extremely quickly in the molten silicon, and even with short-term heat treatment such as laser, the distribution of nitrogen remains almost constant in the molten layer, resulting in a nitride film with a thickness of about 200 Å.
第4図はレーザ光による熱処理をしたときのシ
リコンウエハの深さと窒素濃度との関係を示すグ
ラフである。横軸の負符号はシリコンウエハの表
面より突出した高さを示す。突出した表面から約
200Åの深さにわたり均一な窒素濃度分布を有す
るシリコン窒化膜(斜線を施した部分)が形成さ
れ、150Åより深い部分は前記と同様にシリコン
層になつている。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the depth of a silicon wafer and the nitrogen concentration when heat treated with laser light. The negative sign on the horizontal axis indicates the height protruding from the surface of the silicon wafer. Approximately from the protruding surface
A silicon nitride film (shaded area) having a uniform nitrogen concentration distribution over a depth of 200 Å is formed, and the area deeper than 150 Å becomes a silicon layer as described above.
この場合、レーザ光による熱処理は、第2図に
て説明したように、適当な窒素圧力の窒素雰囲気
中で行なわれるので、窒素の外向拡散等が抑えら
れて良質の窒化膜が形成される。 In this case, as explained with reference to FIG. 2, the heat treatment using laser light is carried out in a nitrogen atmosphere at an appropriate nitrogen pressure, so outward diffusion of nitrogen, etc. is suppressed and a high quality nitride film is formed.
また、シリコンを溶解するレーザの出力パワー
の設定が難しいと一般には思われているが、この
実施例ではN2 +イオンのイオン注入層は、注入イ
オンの損傷のために吸収係数が単結晶のシリコン
に比して十分大きくなつているため、イオン注入
層と単結晶のシリコンの境界面で溶解させるのは
あまり難しいことではない。この吸収係数の増大
は、Nd:YAGレーザの波長(1.06μm)近辺で
特に顕著であり、この場合のレーザ光による溶解
の制御がより容易となるが、アルゴンレーザやル
ビーレーザの波長でも十分な制御が可能であるこ
とはいうまでもない。 Additionally, it is generally believed that setting the output power of a laser for melting silicon is difficult, but in this example, the ion-implanted layer of N 2 + ions has an absorption coefficient that is lower than that of a single crystal due to damage from the implanted ions. Since it is sufficiently larger than silicon, it is not very difficult to dissolve it at the interface between the ion-implanted layer and single-crystal silicon. This increase in absorption coefficient is particularly noticeable near the wavelength of the Nd:YAG laser (1.06 μm), making it easier to control melting by laser light in this case, but even the wavelength of argon laser or ruby laser is sufficient. Needless to say, control is possible.
本実施例では膜厚200Åの窒化膜を形成する例
について示したが、膜厚が増せばそれに応じてイ
オン注入量、注入エネルギ、レーザの出力パワー
を変えれば所望の膜厚の窒化膜が得られる。 This example shows an example of forming a nitride film with a thickness of 200 Å, but as the film thickness increases, the nitride film with the desired thickness can be obtained by changing the ion implantation amount, implantation energy, and laser output power accordingly. It will be done.
第5図は本発明の応用例を示す半導体装置の各
工程の断面図である。図aに示すように、シリコ
ンウエハ1の表面に窒化膜を形成する領域を残し
てレジストパターン11を形成する。次に、図b
に示すように、レジストパターン11をマスクと
してシリコンウエハ1の表面にN2 +イオン2を注
入してイオン注入層12を形成する。次にレジス
トパターン11を除去してからレーザ光による熱
処理を行ない、図cに示すような窒化膜13を所
望の領域に形成する。 FIG. 5 is a cross-sectional view of each process of a semiconductor device showing an application example of the present invention. As shown in FIG. 1A, a resist pattern 11 is formed on the surface of the silicon wafer 1, leaving a region where a nitride film will be formed. Next, figure b
As shown in FIG. 2, N 2 + ions 2 are implanted into the surface of the silicon wafer 1 using the resist pattern 11 as a mask to form an ion implantation layer 12. Next, after removing the resist pattern 11, a heat treatment using a laser beam is performed to form a nitride film 13 in a desired region as shown in FIG.
第6図は他の応用例を示す半導体装置の各工程
の断面図である。図aに示すように、シリコンウ
エハ1の表面に窒化膜を形成する領域を残して酸
化膜14を形成する。次に、図bに示すように、
酸化膜14をマスクとしてN2 +イオン2を注入し
イオン注入層12を形成する。次にレーザ光によ
る熱処理を行ない、図cに示すような窒化膜13
を形成する。なお、酸化膜以外にも窒化膜をマス
クとして使用することもできる。 FIG. 6 is a cross-sectional view of each process of a semiconductor device showing another application example. As shown in Figure a, an oxide film 14 is formed on the surface of the silicon wafer 1, leaving a region where a nitride film will be formed. Then, as shown in figure b,
Using the oxide film 14 as a mask, N 2 + ions 2 are implanted to form an ion implantation layer 12. Next, a heat treatment using laser light is performed to form the nitride film 13 as shown in Figure c.
form. Note that in addition to the oxide film, a nitride film can also be used as a mask.
このように、シリコンウエハの全面窒化はもと
より、部分窒化を行なうことも可能である。 In this way, it is possible not only to nitride the entire silicon wafer, but also to partially nitride it.
本発明は、不揮発性メモリ素子等に用いる薄い
窒化膜の形成や部分酸化工程用の酸化マスク等、
半導体製造工程の多岐にわたつて応用が可能とな
る。 The present invention is applicable to the formation of thin nitride films used in nonvolatile memory elements, oxidation masks for partial oxidation processes, etc.
It can be applied to a wide variety of semiconductor manufacturing processes.
このように本発明に係る窒化膜形成方法による
と、安定で均一な薄い窒化膜を容易に形成できる
効果がある。 As described above, the method for forming a nitride film according to the present invention has the effect of easily forming a stable, uniform, and thin nitride film.
第1図は本発明による窒化膜形成方法のイオン
注入工程の状態を示す説明図、第2図はレーザ光
照射工程の状態を示す説明図、第3図はイオン注
入したときのシリコンウエハの深さと窒素濃度の
関係を示すグラフ、第4図はレーザ光熱処理をし
たときのシリコンウエハの深さと窒素濃度との関
係を示すグラフ、第5図および第6図はそれぞれ
応用例を示す半導体装置の各工程の断面図であ
る。図面中同一符号は同一または相当部分を示
す。
1……シリコンウエハ、2……N2 +イオン、3
……真空容器、4……入口、5……出口、7……
レーザ、8……レンズ、9……Y軸方向ミラー掃
引器、10……X軸方向ミラー掃引器。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the state of the ion implantation step in the nitride film forming method according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the state of the laser beam irradiation step, and FIG. 3 is the depth of the silicon wafer when ions are implanted. Figure 4 is a graph showing the relationship between the depth of a silicon wafer and nitrogen concentration when subjected to laser photothermal treatment, and Figures 5 and 6 are graphs of semiconductor devices showing application examples. It is a sectional view of each process. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts. 1...Silicon wafer, 2... N2 + ions, 3
...Vacuum container, 4...Inlet, 5...Outlet, 7...
Laser, 8...Lens, 9...Y-axis direction mirror sweeper, 10...X-axis direction mirror sweeper.
Claims (1)
注入し、しかる後レーザ光を照射して上記半導体
基板の表面を溶解し、シリコンの原子量が3に対
し窒素の原子量が4となるようなシリコン窒化膜
を形成する窒化膜形成方法において、上記窒素イ
オンの原子の注入量を、窒素イオンが注入される
深さ分までの上記シリコン半導体基板中に含まれ
るシリコンの原子の量に対し、約4/3倍の量とし
たことを特徴とする窒化膜形成方法。1 Nitrogen ions are implanted from the surface of a silicon semiconductor substrate, and then laser light is irradiated to melt the surface of the semiconductor substrate to form a silicon nitride film in which the atomic weight of silicon is 3 and the atomic weight of nitrogen is 4. In the nitride film forming method, the amount of nitrogen ion atoms implanted is approximately 4/3 times the amount of silicon atoms contained in the silicon semiconductor substrate up to the depth where nitrogen ions are implanted. A method for forming a nitride film, characterized in that the amount is set to .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6962579A JPS55162235A (en) | 1979-06-01 | 1979-06-01 | Forming nitride film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6962579A JPS55162235A (en) | 1979-06-01 | 1979-06-01 | Forming nitride film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55162235A JPS55162235A (en) | 1980-12-17 |
| JPS6410090B2 true JPS6410090B2 (en) | 1989-02-21 |
Family
ID=13408230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6962579A Granted JPS55162235A (en) | 1979-06-01 | 1979-06-01 | Forming nitride film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55162235A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0628281B2 (en) * | 1983-11-02 | 1994-04-13 | ソニー株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
| JPH07106512A (en) * | 1993-10-04 | 1995-04-21 | Sharp Corp | SIMOX processing method using molecular ion implantation |
| US5589407A (en) * | 1995-09-06 | 1996-12-31 | Implanted Material Technology, Inc. | Method of treating silicon to obtain thin, buried insulating layer |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5524468A (en) * | 1978-08-11 | 1980-02-21 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor |
-
1979
- 1979-06-01 JP JP6962579A patent/JPS55162235A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55162235A (en) | 1980-12-17 |
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