JP2612722B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法の改良、特に、SOI（シリコン
オンインシュレータ）基板を製造する方法の改良に関
し、 素子形成層と二酸化シリコン層との界面（上面）にも
良質な単結晶シリコン層が形成されたSOI基板を提供す
ることを目的とし、 シリコン基板（１）上に、レジスト膜（２）を形成す
る工程と、前記シリコン基板（１）上に、シリコンを再
結晶化するときに必要な種を形成する領域に透光領域を
有するフォトマスク（３）を使用して、前記レジスト膜
（２）を露光した後現象し、前記種を形成する領域のみ
に前記レジスト膜（２）を残して、酸素イオン注入用マ
スク（４）を形成する工程と、該酸素イオン注入用マス
ク（４）を使用して、酸素イオンをイオン注入し、前記
シリコン基板（１）のうち、前記酸素イオン注入用マス
ク（４）によってマスクされていない領域の所望の深さ
に二酸化シリコン層（５）を形成する工程と、前記酸素
イオン注入用マスク（４）を除去した後、前記シリンコ
基板（１）上にレーザ光を走査的に照射して、前記二酸
化シリコン層（５）より浅い領域を一旦半溶融状態に
し、前記二酸化シリコン層（５）に挟まれた領域の前記
シリコン基板（１）を単結晶の種としてラテラル再結晶
を進行させ、前記二酸化シリコン層（５）より浅い領域
のシリコン層（６）を単結晶シリコン層（61）に転換す
る工程とを有する半導体装置の製造方法をもって構成さ
れる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to an improvement in a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement in a method of manufacturing an SOI (silicon-on-insulator) substrate, and also relates to an interface (upper surface) between an element forming layer and a silicon dioxide layer. A step of forming a resist film (2) on a silicon substrate (1), and providing silicon on the silicon substrate (1) with the object of providing an SOI substrate on which a high quality single crystal silicon layer is formed. The phenomenon occurs after exposing the resist film (2) using a photomask (3) having a light-transmitting region in a region where a seed necessary for recrystallization is formed, and the phenomenon occurs only in a region where the seed is formed. Forming a mask (4) for implanting oxygen ions while leaving the resist film (2); and ion-implanting oxygen ions using the mask (4) for implanting oxygen ions to form the silicon substrate (1). ) Forming a silicon dioxide layer (5) at a desired depth in a region not masked by the oxygen ion implantation mask (4), and removing the oxygen ion implantation mask (4); (1) A laser beam is radiated on the surface of the silicon substrate (1) so that a region shallower than the silicon dioxide layer (5) is once brought into a semi-molten state, and the silicon substrate (1) in a region sandwiched between the silicon dioxide layers (5) is formed. ) Is used as a single crystal seed for lateral recrystallization to convert the silicon layer (6) in a region shallower than the silicon dioxide layer (5) to a single crystal silicon layer (61). It consists of.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、半導体装置の製造方法の改良に関する。特
に、SOI（シリコンオンインシュレータ）基板を製造す
る方法の改良に関する。The present invention relates to an improvement in a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, it relates to an improvement in a method of manufacturing an SOI (silicon-on-insulator) substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

SOI基板を製造する従来技術としてSIMOX（Separation
by Implanted Oxygen）技術がある。SIMOX (Separation) is a conventional technology for manufacturing SOI substrates.
by Implanted Oxygen) technology.

この方法は第２図に示すように、シリコン基板１に高
ドーズ量の酸素イオンをイオン注入し、シリコン基板１
の所望の深さに二酸化シリコン層５を形成し、1,300℃
程度の温度において熱処理をなし、前記酸素イオン注入
工程で非晶質化したシリコン層６を単結晶シリコン層61
に転換するものである。In this method, as shown in FIG. 2, high dose oxygen ions are implanted into the silicon
A silicon dioxide layer 5 is formed to a desired depth at 1,300 ° C.
The silicon layer 6 which has been heat-treated at a temperature of about
Is to be converted.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

以上説明した従来技術に係るSOI基板の製造方法にお
いては、酸素イオン注入工程で非晶質化したシリコン層
６が、その後の熱処理によって完全には単結晶シリコン
に転換されないため、特に酸素イオン注入工程によって
形成された二酸化シリコン層５との界面近傍において非
晶質化したシリコン層６のダメージが回復せず、この領
域に良質な単結晶シリコン層が形成されにくゝ、良質な
SOI基板が得られないと言う欠点がある。In the SOI substrate manufacturing method according to the prior art described above, the silicon layer 6 that has been made amorphous in the oxygen ion implantation step is not completely converted into single crystal silicon by the subsequent heat treatment. In the vicinity of the interface with the silicon dioxide layer 5 formed by the above, the damage of the amorphous silicon layer 6 is not recovered, and it is difficult to form a high quality single crystal silicon layer in this region.
There is a disadvantage that an SOI substrate cannot be obtained.

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、イ
オン注入によって非晶質化した非晶質シリコン層61が二
酸化シリコン層５との界面近傍においても非晶質シリコ
ンが良質な単結晶シリコンに転換し、二酸化シリコン層
５との界面近傍のシリコン層も良質な単結晶シリコン層
であるSOI基板を提供することにある。An object of the present invention is to eliminate this drawback, and the amorphous silicon layer 61, which has been made amorphous by ion implantation, is made of a single-crystal silicon having good quality even in the vicinity of the interface with the silicon dioxide layer 5. The object of the present invention is to provide an SOI substrate in which the silicon layer near the interface with the silicon dioxide layer 5 is also a high quality single crystal silicon layer.

〔問題点を解決するための手段〕 上記の目的は、シリコン基板（１）上に、レジスト膜
（２）を形成する工程と、前記シリコン基板（１）上
に、シリコンを再結晶化するときに必要な種を形成する
領域に透光領域を有するフォトマスク（３）を使用し
て、前記レジスト膜（２）を露光した後現象して、前記
種を形成する領域のみに前記レジスト膜（２）を残し
て、酸素イオン注入用マスク（４）を形成する工程と、
該酸素イオン注入用マスク（４）を使用して、酸素イオ
ンをイオン注入し、前記シリコン基板（１）のうち、前
記酸素イオン注入用マスク（４）によってマスクされて
いない領域の所望の深さに二酸化シリコン（５）を形成
する工程と、前記酸素イオン注入用マスク（４）を除去
した後、前記シリコン基板（１）上にレーザ光を走査的
に照射して、前記二酸化シリコン層（５）より浅い領域
を一旦半溶融状態にし、前記二酸化シリコン層（５）に
挟まれた領域の前記シリコン基板（１）を単結晶の種と
してラテラル再結晶を進行させ、前記二酸化シリコン層
（５）より浅い領域のシリコン層（６）を単結晶シリコ
ン層（61）に転換する工程とを有する半導体装置の製造
方法によって達成される。[Means for Solving the Problems] The object of the present invention is to form a resist film (2) on a silicon substrate (1) and to recrystallize silicon on the silicon substrate (1). A phenomenon occurs after exposing the resist film (2) using a photomask (3) having a light-transmitting region in a region where a seed necessary for forming the resist film (3) is formed. Forming an oxygen ion implantation mask (4) while leaving 2);
Oxygen ions are ion-implanted using the oxygen ion implantation mask (4), and a desired depth of a region of the silicon substrate (1) not masked by the oxygen ion implantation mask (4). Forming a silicon dioxide (5) on the silicon substrate (1) and removing the oxygen ion implantation mask (4), and then irradiating the silicon substrate (1) with a laser beam in a scanning manner to form the silicon dioxide layer (5). A) a shallower region is once brought into a semi-molten state, and lateral recrystallization is advanced by using the silicon substrate (1) in a region sandwiched between the silicon dioxide layers (5) as a single crystal seed, and the silicon dioxide layer (5) Converting the silicon layer (6) in a shallower region into a single crystal silicon layer (61).

〔作用〕[Action]

本発明に係るSOI基板の製造方法は、種あり再結晶技
術をSIMOX技術に応用したものであり、非晶質シリコン
を再結晶化することによって単結晶シリコンに転換する
時に必要な種を形成する領域Ａ部（第1c図参照）以外の
領域に、酸素イオンをイオン注入して二酸化シリコン層
５を形成する。The method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention is an application of the seeded recrystallization technique to the SIMOX technique, and forms seeds necessary for converting amorphous silicon to single crystal silicon by recrystallization. Oxygen ions are ion-implanted in regions other than the region A (see FIG. 1c) to form a silicon dioxide layer 5.

次に、アルゴンレーザを走査的に照射し、酸素イオン
のイオン注入によって非晶質となった二酸化シリコン層
５上部の非晶質シリコン層６を、前記Ａ部（第1c図参
照）の単結晶シリコンを種としてラテラル単結晶化を進
行させて単結晶シリコン層61に転換する。その結果、二
酸化シリコン層５との界面（上面）にも良質な単結晶シ
リコン層61が形成される。Next, the amorphous silicon layer 6 on the silicon dioxide layer 5 which was made amorphous by ion implantation of oxygen ions was irradiated with the argon laser in a scanning manner, and the amorphous silicon layer 6 of the part A (see FIG. Using silicon as a seed, lateral single crystallization proceeds to convert to a single crystal silicon layer 61. As a result, a high-quality single-crystal silicon layer 61 is formed also at the interface (upper surface) with the silicon dioxide layer 5.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照しつゝ、本発明の一実施例に係る半
導体装置の製造方法について説明する。Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1a図参照 シリコン基板１上に、レジスト膜２を形成し、前記シ
リコン基板１上に、非晶質シリコンを再結晶化するとき
に必要な種を形成する領域のみに透光領域を有するフォ
トマスク３を使用して、紫外線露光等をなす。Referring to FIG. 1a, a photo-resist film 2 is formed on a silicon substrate 1 and a light-transmitting region is formed on the silicon substrate 1 only in a region where a seed necessary for recrystallizing amorphous silicon is formed. The mask 3 is used to perform ultraviolet exposure or the like.

第1b図参照 現像をなして、前記種を形成する領域のみに遮光領域
を有する酸素イオン注入用マスク４を形成し、この酸素
イオン注入用マスク４を使用して、酸素イオンを、注入
エネルギー200KeV、ドーズ量1.5×10¹⁸/cm²程度をもっ
てイオン注入し、前記シリコン基板１のうち、前記酸素
イオン注入用マスク４によってマスクされていない領域
の表面から約0.3μｍの深さに、厚さ0.2μｍ程度の二酸
化シリコン層５を形成する。このとき、二酸化シリコン
層５より上層のシリコン層１（マスク４によってマスク
されている領域を除く。）は、非晶質化して非晶質シリ
コン層６となる。Referring to FIG. 1b, development is performed to form an oxygen ion implantation mask 4 having a light-shielding region only in a region where the seed is formed, and oxygen ions are implanted using this oxygen ion implantation mask 4 at an implantation energy of 200 KeV. Ion implantation at a dose of about 1.5 × 10 ¹⁸ / cm ² , and a thickness of about 0.3 μm from the surface of the silicon substrate 1 not masked by the oxygen ion implantation mask 4 to a depth of about 0.3 μm. A silicon dioxide layer 5 of about μm is formed. At this time, the silicon layer 1 above the silicon dioxide layer 5 (excluding the region masked by the mask 4) becomes amorphous and becomes an amorphous silicon layer 6.

第1c図参照 前記酸素イオン注入用マスク４を除去した後、シリコ
ン基板１を約500℃に保持して、８〜10Wの連続波アルゴ
ンレーザを約15cm/secの速度で走査的に照射し、前記酸
素イオン注入工程で非晶質となった非晶質シリコン層６
を、イオン注入されていない単結晶シリコン（図のＡ
部）を種としてラテラル再結晶して、単結晶シリコン層
61に転換する。After removing the oxygen ion implantation mask 4 as shown in FIG. 1c, the silicon substrate 1 is kept at about 500 ° C., and a continuous wave argon laser of 8 to 10 W is scanned and irradiated at a rate of about 15 cm / sec. Amorphous silicon layer 6 that has become amorphous in the oxygen ion implantation step
Is replaced by single-crystal silicon not ion-implanted (A in the figure).
Part) as a seed for lateral recrystallization to form a single-crystal silicon layer
Convert to 61.

第３図参照 以上の工程で製造された、二酸化シリコン絶縁層５上
に単結晶シリコン層61が形成されているSOI基板を構成
する、単結晶シリコン層61の一部をメサエッチして素子
分離をなし、このメサ状部上に、二酸化シリコン膜と多
結晶シリコン膜とを、形成し、フォトリソグラフィー法
を使用してこれをパターニングしてゲート絶縁膜７とゲ
ート電極８とを形成し、このゲート電極８をマスクとし
てｎ型不純物をイオン注入してソース９とドレイン10と
を形成する。See FIG. 3. The SOI substrate in which the single crystal silicon layer 61 is formed on the silicon dioxide insulating layer 5 manufactured in the above-described process. A silicon dioxide film and a polycrystalline silicon film are formed on the mesa-shaped portion, and are patterned by using a photolithography method to form a gate insulating film 7 and a gate electrode 8. Using the electrode 8 as a mask, an n-type impurity is ion-implanted to form a source 9 and a drain 10.

以上の工程をもって製造されたSOI型MOS電界効果トラ
ンジスタは、そのチャンネルが、極めて薄く、しかも、
良質な半導体装置が単結晶層61中に形成されることにな
るので、特性がすぐれている。The channel of the SOI type MOS field effect transistor manufactured by the above process is extremely thin, and
Since a high-quality semiconductor device is formed in the single crystal layer 61, the characteristics are excellent.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明せるとおり、本発明に係るSOI基板の製造方
法においては、シリコン基板上に、酸素イオン注入用マ
スクを形成し、これを使用して酸素イオンのイオン注入
をなし、前記酸素イオン注入用マスクによってマスクさ
れていない領域のみに選択的に酸素イオンを導入してこ
のマスクされていない領域のみにシリコン基板の所望の
深さに二酸化シリコン層を形成し、前記酸素イオン注入
用マスクを除去した後、アルゴンレーザを走査的に照射
し、酸素イオンが注入されていない領域に存在する単結
晶シリコンを種として、ラテラル再結晶を進行させ、酸
素イオン注入時に非晶質となったシリコン層を単結晶シ
リコン層に転換することゝとされているため、二酸化シ
リコン層との界面（上面）も良質な単結晶シリコン層と
なり、二酸化シリコン層上の全域はすべて、良質な単結
晶シリコン層であるSOI基板を形成することができる。As described above, in the method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention, a mask for oxygen ion implantation is formed on a silicon substrate, and ion implantation of oxygen ions is performed using the mask. After selectively introducing oxygen ions only to the unmasked regions to form a silicon dioxide layer at a desired depth of the silicon substrate only to the unmasked regions, and removing the oxygen ion implantation mask Irradiating argon laser in a scanning manner and using laterally recrystallized silicon monocrystals in the regions where oxygen ions have not been implanted as seeds to form a single crystal silicon layer Since the conversion to a silicon layer is required, the interface (upper surface) with the silicon dioxide layer also becomes a high-quality single-crystal silicon layer. All throughout the above, it is possible to form the SOI substrate is a high quality single crystal silicon layer.

また、レーザ走査速度は15cm/secと早いため、1,300
℃の高温度で長時間アニールする従来方法に比べ、レー
ザによるアニールは短時間に行われるので、特にバルク
シリコンとSOI基板とを同一チップ内に製造する場合に
有利となる副次的効果もある。In addition, since the laser scanning speed is as fast as 15 cm / sec,
Compared to the conventional method of annealing at a high temperature of ℃ for a long time, laser annealing is performed in a shorter time, so there is a secondary effect that is particularly advantageous when manufacturing bulk silicon and SOI substrates in the same chip. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1a、1b、1c図は、本発明の一実施例に係る半導体装置
の製造方法の工程図である。 第２図は、従来技術に係る半導体装置の製造方法の工程
図である。 第３図は、本発明の一実施例に係るSOI型MOS電界効果ト
ランジスタの構造図である。 １……シリコン基板、 ２……レジスト膜、 ３……フォトマスク、 ４……酸素イオン注入用マスク、 ５……二酸化シリコン層、 ６……非晶質となったシリコン層、 61……非晶質シリコン層が再転換された単結晶シリコン
層、 ７……ゲート酸化膜、 ８……ゲート電極、 ９……ソース、 10……ドレイン。1a, 1b and 1c are process diagrams of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a process chart of a method for manufacturing a semiconductor device according to the prior art. FIG. 3 is a structural diagram of an SOI type MOS field effect transistor according to one embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Resist film, 3 ... Photo mask, 4 ... Mask for oxygen ion implantation, 5 ... Silicon dioxide layer, 6 ... Amorphous silicon layer, 61 ... Non- A single-crystal silicon layer in which the amorphous silicon layer has been reconverted; 7, a gate oxide film; 8, a gate electrode; 9, a source;

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】シリコン基板（１）上に、レジスト膜
（２）を形成する工程と、 前記シリコン基板（１）上に、シリコンを再結晶化する
ときに必要な種を形成する領域に透光領域を有するフォ
トマスク（３）を使用して、前記レジスト膜（２）を露
光した後現像して、前記種を形成する領域のみに前記レ
ジスト膜（２）を残して、酸素イオン注入用マスク
（４）を形成する工程と、 該酸素イオン注入用マスク（４）を使用して、酸素イオ
ンをイオン注入し、前記シリコン基板（１）のうち、前
記酸素イオン注入用マスク（４）によってマスクされて
いない領域の所望の深さに二酸化シリコン層（５）を形
成する工程と、 前記酸素イオン注入用マスク（４）を除去した後、前記
シリコン基板（１）上にレーザ光を走査的に照射して、
前記二酸化シリコン層（５）より浅い領域を一旦半溶解
状態にし、前記二酸化シリコン層（５）に挟まれた領域
の前記シリコン基板（１）を単結晶の種としてラテラル
再結晶を進行させ、前記二酸化シリコン層（５）より浅
い領域のシリコン層（６）を単結晶シリコン層（61）に
転換する工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A step of forming a resist film (2) on a silicon substrate (1), and forming a resist film (2) on the silicon substrate (1) through a region for forming a seed necessary for recrystallization of silicon. The resist film (2) is exposed and developed using a photomask (3) having an optical region, and is developed to leave the resist film (2) only in the region where the seeds are formed. Forming a mask (4); ion-implanting oxygen ions using the oxygen-ion implantation mask (4), and using the oxygen-ion implantation mask (4) of the silicon substrate (1); Forming a silicon dioxide layer (5) at a desired depth in an unmasked region; and removing the oxygen ion implantation mask (4) and then scanning the silicon substrate (1) with laser light. Irradiate
The region shallower than the silicon dioxide layer (5) is temporarily brought into a semi-dissolved state, and the silicon substrate (1) in the region sandwiched between the silicon dioxide layers (5) is subjected to lateral recrystallization using a single crystal as a seed. Converting the silicon layer (6) in a region shallower than the silicon dioxide layer (5) to a single crystal silicon layer (61).