JPH0343769B2 - - Google Patents
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- JPH0343769B2 JPH0343769B2 JP56041327A JP4132781A JPH0343769B2 JP H0343769 B2 JPH0343769 B2 JP H0343769B2 JP 56041327 A JP56041327 A JP 56041327A JP 4132781 A JP4132781 A JP 4132781A JP H0343769 B2 JPH0343769 B2 JP H0343769B2
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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
- H10P34/00—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
- H10P34/40—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
- H10P34/42—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing
Landscapes
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Element Separation (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はエネルギー線照射、例えばレーザー照
射によつて絶縁基板上の非単結晶シリコン、すな
わち多結晶シリコン（ポリシリコン）もしくはア
モルフアスシリコンを良質の単結晶シリコンにす
る半導体装置の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a semiconductor device that converts non-single-crystal silicon, that is, polycrystalline silicon (polysilicon) or amorphous silicon, on an insulating substrate into high-quality single-crystal silicon by irradiating energy rays, such as laser irradiation. The present invention relates to a method for manufacturing a device.
従来技術においては、第１図に断面で示される
ように、石英、ガラスまたはSiO2の如き絶縁基
板１上に非単結晶シリコン膜２例えば多結晶シリ
コン膜を化学気相成長（CVD）で成長し、また
は非晶質（アモルフアス）のシリコン膜を形成
し、エネルギー線、例えば長波長（可視又は赤外
線）レーザーの照射でこの非単結晶シリコン膜２
全体を完全に溶かす。つまり、このときのエネル
ギー線照射において、溶融効果は非単結晶シリコ
ン膜２の最下部にまで達する。このシリコン膜が
固まるとそれは単結晶となり、非単結晶シリコン
が単結晶化する。この単結晶シリコン膜上に
MOSトランジスタの如き素子からなる集積回路
（IC）を作ると性能の良いICが形成され、それの
下の部分は絶縁基板であるから、シリコン・オ
ン・サフアイヤ（SOS）と同じ性質のものが得ら
れることになる。 In the prior art, as shown in cross section in FIG. 1, a non-single crystal silicon film 2, for example a polycrystalline silicon film, is grown on an insulating substrate 1 such as quartz, glass or SiO 2 by chemical vapor deposition (CVD). Alternatively, an amorphous silicon film is formed, and this non-single crystal silicon film 2 is irradiated with an energy beam, such as a long wavelength (visible or infrared) laser.
Dissolve everything completely. That is, in the energy beam irradiation at this time, the melting effect reaches the lowest part of the non-single crystal silicon film 2. When this silicon film hardens, it becomes a single crystal, and non-single crystal silicon becomes a single crystal. on this single crystal silicon film
When an integrated circuit (IC) is made of elements such as MOS transistors, a high-performance IC is formed, and since the underlying part is an insulating substrate, it has the same properties as silicon-on-sapphire (SOS). It will be done.
このような非単結晶シリコンの単結晶化の研究
は活発になされ、非単結晶シリコン膜２の上にキ
ヤツプ３を付けると良好な効果が得られることが
判明した。かゝるキヤツプとは、シリコン膜上に
形成されるシリコンナイトライドの膜であり、こ
のキヤツプを付けてレーザー・アニールを行うと
良い結果が得られ、シリコンナイトライド膜のキ
ヤツプを用いる場合がSiO2の膜のキヤツプを用
いる場合よりも単結晶化に関してより良好な結果
が得られることが確認された。 Research into making such non-single-crystal silicon into a single crystal has been actively conducted, and it has been found that a good effect can be obtained by attaching the cap 3 on the non-single-crystal silicon film 2. Such a cap is a silicon nitride film formed on a silicon film, and good results can be obtained by performing laser annealing with this cap attached. It was confirmed that better results in single crystallization can be obtained than when using a cap of 2 films.
SiO2またはシリコンナイトライドのキヤツプ
を用いると、結晶粒径が大きく表面の平坦なシリ
コン膜が得られることは、Applied Physics
Letterの1980年９月号に報告されているが、特に
キヤツプにシリコンナイトライドを用いる場合の
方が平坦度に優れている。SiO2のキヤツプでは、
シリコンを溶かすときに酸素が溶け込むという難
点があるのに対し、シリコンナイトライドではそ
のようなことはない。 Applied Physics shows that silicon films with large grain sizes and flat surfaces can be obtained using SiO 2 or silicon nitride caps.
As reported in the September 1980 issue of Letter, the flatness is particularly superior when silicon nitride is used for the cap. In the SiO 2 cap,
The problem with silicon nitride is that oxygen dissolves into it when it is melted, but this does not happen with silicon nitride.
しかし、シリコンナイトライドのキヤツプを用
いた場合、シリコン膜が単結晶化し冷却される際
に、シリコンとシリコンナイトライドの膨張係数
が異なるため、熱歪が大きく、単結晶化したシリ
コン膜表面に結晶欠陥を生じさせ易い。かゝる結
晶欠陥のある単結晶シリコン膜上にMOSトラン
ジスタの如き半導体デバイスを作ると、当該デバ
イスに悪影響を及ぼすので、シリコンナイトライ
ド膜のキヤツプを用いる上記したシリコンの単結
晶化においてシリコンの冷却の際に発生する単結
晶化したシリコン膜表面の結晶欠陥を修復するこ
とが本発明の課題である。 However, when a silicon nitride cap is used, when the silicon film becomes a single crystal and is cooled, the expansion coefficients of silicon and silicon nitride are different, resulting in large thermal strain and crystals on the surface of the single crystal silicon film. Easy to cause defects. If a semiconductor device such as a MOS transistor is fabricated on a single crystal silicon film with such crystal defects, it will have an adverse effect on the device, so in the above-mentioned single crystallization of silicon using a silicon nitride film cap, cooling of the silicon is necessary. An object of the present invention is to repair crystal defects on the surface of a single-crystal silicon film that occur during this process.
上記の課題の解決のために、本発明では、前記
したシリコンナイトライド膜を除去した後に表面
のみを溶融させる如き短波長のエネルギー線を単
結晶化されたシリコン膜表面に照射するという手
段を講じた。 In order to solve the above problems, the present invention takes a step of irradiating the single crystal silicon film surface with a short wavelength energy beam that melts only the surface after removing the silicon nitride film. Ta.
上記手段を講じたため本発明においては、非単
結晶シリコン膜上にシリコンナイトライドのキヤ
ツプを用いこのキヤツプを通しエネルギー線を照
射して非単結晶膜を単結晶化したとき、シリコン
の冷却においてシリコンとシリコンナイトライド
の膨張係数が異なることにより単結晶化されたシ
リコン膜の表面に発生する結晶欠陥が、単結晶化
されたシリコン膜に短波長のエネルギー線を照射
して単結晶シリコン膜表面だけを溶融し修復され
ることになる。 By taking the above measures, in the present invention, when a cap of silicon nitride is used on a non-single-crystal silicon film and the non-single-crystal film is made into a single crystal by irradiating an energy beam through this cap, the silicon nitride cap is Crystal defects that occur on the surface of a single-crystal silicon film due to the difference in the expansion coefficients of silicon nitride and will be melted and repaired.
以下、本発明の方法の実施例を添付図面を参照
して説明する。 Embodiments of the method of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第２図の断面図には、絶縁基板（例えばSiO2）
１１の上に形成された非単結晶シリコン膜が、炉
の内での選択熱酸化法を用い、半導体デバイスが
形成されるシリコン膜、いわゆるシリコン・アイ
ランド（島）１２と、SiO2膜１４とに分離して
形成された状態が示される。この非単結晶シリコ
ン膜は、前述した如くCVDで成長した多結晶シ
リコンでもよくアモルフアス・シリコンでもよ
い。かゝる工程は通常の技術で行われるもので、
非単結晶シリコン膜上にシリコンナイトライド膜
を被着し、この膜をパターニングし、シリコン・
アイランドが形成されるべき部分以外のシリコン
ナイトライド膜を除去した後に熱酸化をなすので
ある。従つて、図示されるシリコンナイトライド
膜１３は、先ず熱酸化のときのマスクとして用い
られる。 The cross-sectional view in Figure 2 shows an insulating substrate (e.g. SiO 2 ).
Using a selective thermal oxidation method in a furnace, the non-single crystal silicon film formed on 11 is separated into a silicon film, a so-called silicon island 12, on which a semiconductor device will be formed, and a SiO 2 film 14. The state in which they are separated and formed is shown. This non-single crystal silicon film may be polycrystalline silicon grown by CVD as described above, or may be amorphous silicon. This process is carried out using conventional techniques.
A silicon nitride film is deposited on a non-single crystal silicon film, this film is patterned, and silicon
Thermal oxidation is performed after removing the silicon nitride film from areas other than those where islands are to be formed. Therefore, the illustrated silicon nitride film 13 is first used as a mask during thermal oxidation.
熱酸化に続いて、非単結晶シリコン膜１２を単
結晶化するために、そのまゝ残しておいたシリコ
ンナイトライド膜１３をキヤツプとし、エネルギ
ー線、例えば波長の長いレーザー（アルゴン・レ
ーザーなど）で溶融する。このとき、レーザー
は、例えば10〔Ｗ〕のエネルギー、スポツト径50
〔μｍ〕、10〔cm／ｓ〕のスキヤン速度で照射する。
このレーザーは長波長のものであるので、非単結
晶シリコン膜１２の最下部まで完全に溶かされ
る。しかし、それが固まるときは前述したように
単結晶化されたシリコン膜１２の表面に結晶欠陥
が生じる。シリコンナイトライド膜１３はレーザ
ー照射のキヤツプとしても使用されたので、現実
にマスクとして１度、キヤツプとして再度使用さ
れることになる。 Following thermal oxidation, in order to convert the non-single crystal silicon film 12 into a single crystal, the silicon nitride film 13 left as is is used as a cap and an energy beam, such as a long wavelength laser (argon laser, etc.) is applied. to melt. At this time, the laser has an energy of, for example, 10 [W], a spot diameter of 50
Irradiate at a scanning speed of [μm] and 10 [cm/s].
Since this laser has a long wavelength, it completely melts the bottom of the non-single crystal silicon film 12. However, when it hardens, crystal defects occur on the surface of the single-crystal silicon film 12, as described above. Since the silicon nitride film 13 was also used as a cap for laser irradiation, it will actually be used once as a mask and again as a cap.
次に、キヤツプとして用いたシリコンナイトラ
イド膜１３を除去し、短波長のエネルギー線、例
えばエキシマ（Excimer）レーザー（波長2490
〔Å〕、パルス25〔ns〕、エネルギー密度約１〔Ｊ／
cm2〕、スポツト径約0.3〔mm〕）を照射し、単結晶化
したシリコン膜１２の表面の結晶欠陥（それは約
1000〔Å〕の厚さにわたつて発生している）を除
去する。 Next, the silicon nitride film 13 used as a cap is removed, and short wavelength energy rays, such as excimer laser (wavelength 2490), are removed.
[Å], pulse 25 [ns], energy density approximately 1 [J/
cm 2 ], spot diameter approximately 0.3 [mm]), crystal defects on the surface of the single crystal silicon film 12 (which are approximately
(occurs over a thickness of 1000 Å).
上記の実施例において、単結晶シリコン膜上に
MOS LSIを形成するのであれば、単結晶シリコ
ン膜１２の膜厚は0.5〔μｍ〕に、シリコンナイト
ライド膜１３の膜厚は0.2〔μｍ〕に形成する。単
結晶シリコン膜１２の幅は、形成されるべきデバ
イスによつて適宜１〜100〔μｍ〕の大きさの範囲
内で選定する。 In the above example, on the single crystal silicon film
If a MOS LSI is to be formed, the thickness of the single crystal silicon film 12 is 0.5 [μm], and the thickness of the silicon nitride film 13 is 0.2 [μm]. The width of the single crystal silicon film 12 is appropriately selected within the range of 1 to 100 [μm] depending on the device to be formed.
以上の実施例では、レーザーを照射するもので
あるが、第１回目のアニールはレーザーに限ら
ず、イオンビーム、フオトービームなどであつて
もよい。 In the above embodiments, laser irradiation is performed, but the first annealing is not limited to laser irradiation, and may be performed using an ion beam, a photo beam, or the like.
以上に説明した本発明実施例の方法を要約する
と、
(1) 絶縁基板上の非単結晶シリコンの膜をシリコ
ンナイトライド膜のキヤツプを通しエネルギー
線で加熱し、非単結晶シリコンを単結晶化し、
(2) シリコンナイトライド膜のキヤツプを除去し
て単結晶シリコン膜表面のみを再度エネルギー
線で加熱し、単結晶化シリコン膜の冷却の過程
で発生した単結晶シリコン膜表面の結晶欠陥を
除去するが、
(3) 第２回目のエネルギー線照射には波長の短い
エネルギーを用い、
(4) 最初の段階の選択酸化においてマスクとして
使用されたシリコンナイトライド膜を、その
まゝ残して第１回目のエネルギー線照射のとき
のキヤツプとして用いるものである。 To summarize the method of the embodiment of the present invention described above, (1) A non-single-crystal silicon film on an insulating substrate is heated with an energy beam through a silicon nitride film cap, and the non-single-crystal silicon is turned into a single crystal. (2) Remove the cap of the silicon nitride film and heat only the single crystal silicon film surface again with energy rays to remove crystal defects on the single crystal silicon film surface that occurred during the cooling process of the single crystal silicon film. However, (3) energy with a shorter wavelength was used for the second energy beam irradiation, and (4) the silicon nitride film used as a mask in the first step of selective oxidation was left as is. This is used as a cap for the second energy ray irradiation.
かくして、本発明の方法によると、非単結晶シ
リコンの単結晶化のとき発生す半導体デバイスが
形成されるべき単結晶シリコン膜表面の結晶欠陥
が除去され、製造される半導体デバイスの信頼性
を向上させるのに有効なものである。 Thus, according to the method of the present invention, crystal defects that occur during single crystallization of non-single crystal silicon on the surface of the single crystal silicon film on which the semiconductor device is to be formed are removed, and the reliability of the manufactured semiconductor device is improved. It is effective for
第１図は、従来技術による非単結晶シリコンを
単結晶化する工程の断面図、第２図は本発明の方
法を実施する工程を示す断面図である。
１１は絶縁基板、１２は単結晶シリコン膜、１
３はシリコンナイトライド膜、１４はSiO2膜。
FIG. 1 is a sectional view showing a process of monocrystalizing non-single crystal silicon according to the prior art, and FIG. 2 is a sectional view showing a process of carrying out the method of the present invention. 11 is an insulating substrate, 12 is a single crystal silicon film, 1
3 is a silicon nitride film, and 14 is a SiO 2 film.
Claims (1)
ナイトライド膜を通しエネルギー線照射により加
熱し非単結晶シリコンを単結晶化し、前記シリコ
ンナイトライド膜を除去した後に表面のみを溶融
させる如き短波長のエネルギー線を単結晶化され
たシリコン膜表面に照射することを特徴とする半
導体装置の製造方法。1 Heat the non-single-crystal silicon film on the insulating substrate by irradiating energy rays through the silicon nitride film to make the non-single-crystal silicon single crystal, and after removing the silicon nitride film, heat the non-single-crystal silicon film with a short wavelength that melts only the surface. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising irradiating the surface of a single crystal silicon film with energy rays.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP56041327A JPS57155726A (en) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | Manufacture of semiconductor device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56041327A JPS57155726A (en) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | Manufacture of semiconductor device |
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| JPS57155726A JPS57155726A (en) | 1982-09-25 |
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ID=12605418
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56041327A Granted JPS57155726A (en) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
1981
- 1981-03-20 JP JP56041327A patent/JPS57155726A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS57155726A (en) | 1982-09-25 |
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