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JPS60240118A - Manufacture of si semiconductor - Google Patents

Manufacture of si semiconductor

Info

Publication number
JPS60240118A
JPS60240118A JP9461884A JP9461884A JPS60240118A JP S60240118 A JPS60240118 A JP S60240118A JP 9461884 A JP9461884 A JP 9461884A JP 9461884 A JP9461884 A JP 9461884A JP S60240118 A JPS60240118 A JP S60240118A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
mobility
semiconductor
irradiation
liquid nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9461884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Nakamura
稔 中村
Komei Yatsuno
八野 耕明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP9461884A priority Critical patent/JPS60240118A/en
Publication of JPS60240118A publication Critical patent/JPS60240118A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an Si semiconductor which has greater electron mobility and the mobility is not reduced even exposed at a high temperature by irradiating pulse light on an Si layer under the conditions that an insulation substrate is cooled or that the insulation substrate is dipped with the Si layer in a refrigerant. CONSTITUTION:An insulation substrate 15 formed with an Si layer 16 is dipped in liquid nitrogen 13 and pulse laser light 10 is irradiated toward the Si layer 16 three times. Since the liquid nitrogen is permeable against ruby laser light, the light arrives at the surface of Si with almost no loss and the Si layer is repeated melting and recrystallization by every irradiation. Consequently, the mobility of a hole in the atmosphere of a room temperature is approx. 1.5 times improved in comparison with the mobility when irradiated by pulse laser light of the same energy density. For example, the mobility even heated at 700 deg.C is not reduced under the value before heating in the case of room temperature irradiation.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は面方位が(100)であるSt半導体の製造方
法に係り、特に電子の移動度が大きな81半導体の製造
方法に関する0 (発明の背景) 絶縁基板上にSi結晶を成長させて使用する技術は、耐
放射線及び耐粒子線装置を作成するための重要な技術で
あり、従来から実用化されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Application of the Invention) The present invention relates to a method for manufacturing an St semiconductor having a (100) plane orientation, and particularly relates to a method for manufacturing an 81 semiconductor having a high electron mobility. ) The technique of growing and using Si crystals on an insulating substrate is an important technique for creating radiation-resistant and particle beam-resistant devices, and has been put into practical use for a long time.

例えば、 sos結晶(5ilicon on 5ap
phire 1は、1000℃の水素雰囲気中で、モノ
シラン(81H4)の熱分解lこよりサファイヤの表面
をこ形成される。
For example, SOS crystal (5ilicon on 5ap
phire 1 is formed on the surface of sapphire by thermal decomposition of monosilane (81H4) in a hydrogen atmosphere at 1000°C.

しかしながら、81の熱膨張係数は4.2 X 10−
’/℃であり、一方、サファイヤのそれは9.5 X 
10 /℃であるため、室温まで降温させると81層中
に圧縮応力が生じている。
However, the coefficient of thermal expansion of 81 is 4.2 x 10-
'/℃, while that of sapphire is 9.5
10/°C, compressive stress occurs in the 81 layer when the temperature is lowered to room temperature.

又、一般に、絶縁基板の格子定数とSi結晶の格子定数
とが異なるために、8i結晶の結晶性は良好ではす°<
、Si結晶中に欠陥が生ずる場合が多い。このような結
晶中の圧縮応力及び結晶欠陥は、8i結晶中のキャリア
の移動度を低下させる原因となっている。
In addition, since the lattice constant of the insulating substrate and the lattice constant of the Si crystal are generally different, the crystallinity of the 8i crystal is not good.
, defects often occur in the Si crystal. Such compressive stress and crystal defects in the crystal cause a decrease in carrier mobility in the 8i crystal.

1.000℃で形成した前記5ostこおけるS1結晶
縮応力を受けている。このため、(1001Si結晶を
使用した場合、圧縮応力のピエゾ効果により、電子の移
動度(μ。)は小さくなる。
The S1 crystal formed at 1.000° C. is subjected to shrinkage stress. Therefore, when (1001Si crystal is used), the electron mobility (μ) becomes small due to the piezoelectric effect of compressive stress.

一般に(100)i9i面に平向に応力が生じた場合の
移動度(μ)は次の(1)式で示される。
Generally, the mobility (μ) when stress is generated in the (100)i9i plane in the plane is expressed by the following equation (1).

ルーμ。/(1+πτ) ・・・(1)この式において
、πはピエゾ係数であり、では81層中の応力である。
Lou μ. /(1+πτ) (1) In this equation, π is the piezo coefficient, which is the stress in the 81 layer.

そして、圧縮状態では応力τは負であり、引張り状態で
は前記応力τは正である。なお、ピエゾ係数πは、キャ
リア密度が10′@crn−8の場合、−5,Ox i
 O−” rl/Nの負値である。
In a compressed state, the stress τ is negative, and in a tensile state, the stress τ is positive. Note that the piezo coefficient π is -5, Ox i
O-” is a negative value of rl/N.

従って、前従のように8 X 10’N/−の圧縮応力
が生じているSi中の電子の移動度は、無歪の84中の
移動度に比べ約70%となる。これに対して、逆に8 
X 10’N/−の引張り応力を生じさせれば、St中
の電子の移動度は無歪のStIこ比べて、約70%向上
する。
Therefore, the mobility of electrons in Si under a compressive stress of 8 x 10'N/- as in the previous example is about 70% of the mobility in Si without strain. On the contrary, 8
When a tensile stress of X 10'N/- is generated, the electron mobility in St is improved by about 70% compared to unstrained StI.

結晶性に関しては、多結晶Si中でのキャリア移動度が
数d/V・8程度であるのに対して、単結晶Si中での
それが約t、o o o’ca7 v・Bであることか
らもわかるようtこ、Si結晶の結晶性は電子の移動度
に大きな影響を与える〇 このため、従来より、形成したsS層を高温に加熱アニ
ーリングして結晶性を向上させるなどの方策が取られて
いる。
Regarding crystallinity, the carrier mobility in polycrystalline Si is about several d/V·8, whereas that in single crystal Si is about t, o o o'ca7 v·B. As can be seen from the above, the crystallinity of the Si crystal has a great effect on the electron mobility.For this reason, conventional methods have been used to improve the crystallinity by annealing the formed sS layer at high temperatures. It has been taken.

確かに、この方法によって結晶性は向上するが、基板も
高藺に曝すことになるので、室温に冷却された後では1
べ然として圧縮応力が存在しており、電子移動度の大巾
な向上は望めない。
It is true that this method improves crystallinity, but it also exposes the substrate to high heat, so after it has cooled to room temperature,
Compressive stress naturally exists, and no significant improvement in electron mobility can be expected.

一方、 SOS上のstyのみを選択的に溶解して再結
晶させる方法として、短時間パルス光照射法が知られて
おり、結晶性を向上させる手段として使用されている(
特公昭49−67630号公報など)0 又、パルス光照射により、絶縁基板上のSi層は部分的
に引張り応力状態に転化することが知られている( G
、A、5ai−Halasz et al、、 App
l、Phys。
On the other hand, a short-time pulsed light irradiation method is known as a method to selectively dissolve and recrystallize only the sty on SOS, and is used as a means to improve crystallinity (
(Japanese Patent Publication No. 49-67630, etc.) 0 Furthermore, it is known that the Si layer on an insulating substrate is partially converted into a tensile stress state by pulsed light irradiation (G
,A,5ai-Halasz et al., ,App.
l, Phys.

Lett、、 36 、419 、1980年)。Lett, 36, 419, 1980).

従って、短時間のパルス光照射により、結晶性が向上し
、しかも引張り応力の存在により電子の移動度は向上す
ることが期待される。
Therefore, short-term pulsed light irradiation is expected to improve crystallinity, and the presence of tensile stress is expected to improve electron mobility.

ところが、パルス光照射lこより、 si層中の応力を
引張り応力に転化させて電子の移動度を大きくしても、
第2図の曲線L1に示すようlこ、例えば80Sでは5
00℃、40分間の熱処理により電子の移動度は再び低
下することが分った。
However, even if the stress in the Si layer is converted into tensile stress and the electron mobility is increased by pulsed light irradiation,
As shown in curve L1 in Fig. 2, for example, in 80S, 5
It was found that the electron mobility decreased again after heat treatment at 00°C for 40 minutes.

なお、第2図において、縦軸は電子のホール移動度(c
fI/V’ a ) であり、横軸は前記熱処理時の加
熱協度である。
In Fig. 2, the vertical axis represents the electron hole mobility (c
fI/V' a ), and the horizontal axis is the heating cooperation during the heat treatment.

X線回折及びレーザラマン分光法により調べた結果、こ
のような移動度低下の原因は、81の結晶性の低下ζこ
よるものではなく、引張り状態の内部応力が解き放たれ
、部分的に圧縮応力状態へ転化しているためであること
が明らかとなった0以上に述べたように、パルス光照射
により、81層を引張り応力状態としても、500℃以
上の加熱過程を必要とする MO8製造プロセスで、M
O8FFITを製造すると、St層中の引張り応力が元
の圧縮応力に転化してしすう。
As a result of investigating by X-ray diffraction and laser Raman spectroscopy, it was found that the cause of such a decrease in mobility was not due to the decrease in crystallinity of 81, but due to the internal stress in the tensile state being released and partially in the compressive stress state. As stated above, even if the 81 layer is placed in a tensile stress state by pulsed light irradiation, the MO8 manufacturing process requires a heating process of 500°C or higher. ,M
When O8FFIT is manufactured, the tensile stress in the St layer is converted back to compressive stress.

それ故に、室温に於けるパルス光照射のみでは、St半
導体装置に於ける大巾な電子移動度の向上は、期待でき
ない0 (発明の目的) 本発明の目的は、 Si中の電子の移動度を飛躍的に向
上させて高速応答を実現することのできる81半導体の
製造方法を提供することにある0(発明の概要) 前記の目的を達成するために、本発明は、絶縁基板上に
形成された81半導体層を、溶融再結晶させるときに、
絶縁基板を冷却しておくようにした点に特徴がある0 また、本発明の他の特徴は、絶縁基板上に形成されたS
t半導体層を、溶融再結晶させるときに、絶縁基板のみ
ならず、前記81層をも冷却しておき、溶融されたsi
を急冷することにより、結晶性の改善をもはかった点に
特徴がある0 本発明は、以下のような知見に基づいてなされたもので
ある0 (1)絶縁基板上のSt中の電子の移動度を向上させる
ためには、 (イ)結晶性を向上させること、及び (へ))特に(100)8iでは、81層中に引張り応
力を生せしめることが必要である0 (2)半導体装置製造の高温プロセスを経ても電子の移
動度の低下をもたらさないためには、上記←)の状態を
保たせることが重要であるO 上記の諸条件を達成する方法について検討した結果、絶
縁基板上の81層のみを選択的に溶解するパルス光照射
に際して、 0)照射後のSi層の冷却効果を高めること、及び ←)基板の熱膨張を利用すること、 が有効であることが明らかとなった。
Therefore, it is not possible to expect a significant improvement in electron mobility in an St semiconductor device by only pulsed light irradiation at room temperature. (Objective of the Invention) The object of the present invention is to An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an 81 semiconductor that can dramatically improve the performance and achieve high-speed response. When melting and recrystallizing the 81 semiconductor layer,
Another feature of the present invention is that the insulating substrate is cooled.
When melting and recrystallizing the t-semiconductor layer, not only the insulating substrate but also the 81st layer is cooled, and the molten silicon layer is cooled.
It is characterized by the fact that the crystallinity is improved by rapidly cooling the St. The present invention was made based on the following findings. In order to improve mobility, it is necessary to (a) improve crystallinity, and (f)) create tensile stress in the 81 layer, especially in (100)8i0 (2) Semiconductor In order not to cause a decrease in electron mobility even through the high-temperature process of device manufacturing, it is important to maintain the above ←) condition. When applying pulsed light irradiation to selectively dissolve only the upper 81 layers, it is clear that the following are effective: 0) increasing the cooling effect of the Si layer after irradiation, and ←) utilizing the thermal expansion of the substrate. became.

すなわち、表面にStを形成した基板を、少なくとも前
記基板が十分に冷却されるように、冷却効−果の大きい
冷媒中lこ設置しておき、81面の側からパルス光を照
射して、前記Stを溶融・再結晶させれば、Si中の電
子の移動度が大きくて、しかも高妃に曝しても移動度が
低下しない81半導体が得られることが明らかとなった
。なお、ここでいう冷媒は、液体状もしくはガス状物質
をさしている。
That is, a substrate with St formed on its surface is placed in a refrigerant with a large cooling effect so that at least the substrate is sufficiently cooled, and pulsed light is irradiated from the 81 side. It has become clear that by melting and recrystallizing the St, an 81 semiconductor can be obtained in which the mobility of electrons in Si is high and the mobility does not decrease even when exposed to high temperatures. Note that the refrigerant here refers to a liquid or gaseous substance.

(発明の実施例) 以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する〇〔実施
例1〕 まず、(1101面サファイヤ単結晶基板上にモノシラ
ンの熱分解によりSi層を約0.5μmの厚さに成長さ
せる。この際、同時にホスフィンを熱分解してリンを拡
散させる。リン濃度は約I X 1016cyn−’で
ある。
(Embodiments of the Invention) The present invention will be described in detail below according to Examples.〇 [Example 1] First, a Si layer with a thickness of about 0.5 μm was formed on a 1101-plane sapphire single crystal substrate by thermal decomposition of monosilane. At this time, phosphine is simultaneously thermally decomposed to diffuse phosphorus.The phosphorus concentration is about I x 1016 cyn-'.

このようにして形成した81層の、van der P
ILW方法による電子の移動度は、約250cIL/V
・S であり、単結晶S1の値に比べて非常に小さい。
The 81 layers thus formed, van der P
The electron mobility by the ILW method is approximately 250 cIL/V
・S, which is very small compared to the value of single crystal S1.

これは、先に述べたように、S1層の結晶性の悪さ及び
圧縮応力がかかっていることζこよるものである。
This is due to the poor crystallinity of the S1 layer and the compressive stress ζ, as described above.

なお、81層の結晶性及び内部応力は、X線回折及びレ
ーザラマン分光により測定および評価することができる
Note that the crystallinity and internal stress of the 81 layer can be measured and evaluated by X-ray diffraction and laser Raman spectroscopy.

次に、 St層16を形成した上記絶縁基板15を、第
1図に示す如く、液体窒素13中に浸漬する。
Next, the insulating substrate 15 with the St layer 16 formed thereon is immersed in liquid nitrogen 13, as shown in FIG.

そして、エネルギ密度15mJ/mj 、パルス巾約2
5nsのパルスレーflQスイッチルビーレ−ザ、波長
694nm)10を、81層16の側へ3回(3パルス
)照射する。
And energy density 15mJ/mj, pulse width about 2
A 5 ns pulsed laser (flQ switched ruby laser, wavelength 694 nm) 10 is irradiated to the 81 layer 16 side three times (3 pulses).

液体窒素は、ルビーレーザ光に対して透過性であるため
、光はほとんど損失なくSt面に到達する。
Since liquid nitrogen is transparent to ruby laser light, the light reaches the St plane with almost no loss.

そして、この場合、81層16は、前記パルスレーザ光
10を1回(1パルス)照射するごとに溶融・再結晶を
くり返す。なお、第1図において、12は基板支持治具
、14は液体窒素容器である。
In this case, the 81 layer 16 repeats melting and recrystallization every time it is irradiated with the pulsed laser beam 10 once (one pulse). In addition, in FIG. 1, 12 is a substrate support jig, and 14 is a liquid nitrogen container.

このようにしてレーザ照射したSt層を形成した基板を
室温にもどし、ホール移動度、結晶性及び内部応力を測
定する。
The substrate on which the St layer was formed by laser irradiation was returned to room temperature, and the hole mobility, crystallinity, and internal stress were measured.

その結果、ホール移動度は約900 ci/V−s と
なり、室温の雰囲気中で、同−工不ルギ密度のパルスレ
ーザ光を照射した場合の移動度に比べて、約1.5倍程
度に向上していることがわかった。
As a result, the Hall mobility was approximately 900 ci/V-s, which is approximately 1.5 times the mobility when irradiated with pulsed laser light of the same energy density in an atmosphere at room temperature. I found that it was improving.

一方、81層16の結晶性は、室温照射の場合とほぼ同
等であり、レーザラマン分光法によるSt層中の引張り
応力は、約12 x 10’N/rr?となっていた0 従って、室温照射の場合に比べて電子の移動度が増大し
た理由は、大きな引張り応力が8i層16中に生じたこ
とによるものと考えることができる。
On the other hand, the crystallinity of the 81 layer 16 is almost the same as in the case of room temperature irradiation, and the tensile stress in the St layer by laser Raman spectroscopy is about 12 x 10'N/rr? Therefore, the reason why the electron mobility increased compared to the case of room temperature irradiation can be considered to be that a large tensile stress was generated in the 8i layer 16.

この引張り応力の増大の理由としては、レーザ照射によ
り溶解した81層16の急激な冷却による、高温状態の
効率的なりエンチングと、サファイヤ基板の室温と液体
窒素温度に於ける格子定数の差によって作り出されたも
のと考えられる。
The reason for this increase in tensile stress is due to the efficient etching of the high temperature state due to the rapid cooling of the 81 layer 16 melted by laser irradiation, and the difference in lattice constant between the room temperature and liquid nitrogen temperature of the sapphire substrate. It is thought that it was

簡単な計算によると、液体窒素m度(78°K>でレー
ザ照射してから室温に戻した場合、S1層16は、少く
とも2XlO’N/−程度の引張り応力を。
According to a simple calculation, when laser irradiated with liquid nitrogen m degrees (78 degrees K) and then returned to room temperature, the S1 layer 16 has a tensile stress of at least about 2XlO'N/-.

サファイヤ基板15から受けていることになる。It is received from the sapphire substrate 15.

液体窒素中でのパルスレーザ光の照射により、この成分
以上に引張り応力が増大した理由は、液体窒素の効率的
なりエンチング効果によると考えられる。
The reason why the tensile stress increased more than this component by irradiation with pulsed laser light in liquid nitrogen is thought to be due to the efficient etching effect of liquid nitrogen.

次に、前述のようにして、液体窒素中でレーザ照射した
試料を、窒素雰囲気中で40分間加熱した後、電子の移
動度を測定した。この場合は、第2図の曲線L2に示す
ように、700℃の加熱m1度に対しても、前記試料の
移動度は、室幅照射の場合の、加熱前の値以下には低下
しない。
Next, the sample irradiated with laser in liquid nitrogen as described above was heated in a nitrogen atmosphere for 40 minutes, and then the electron mobility was measured. In this case, as shown by curve L2 in FIG. 2, even when heated to 700° C. m1 degrees, the mobility of the sample does not decrease below the value before heating in the case of chamber width irradiation.

つぎに、本発明をMOSFETの製造に適用した場合に
ついて説明する。
Next, a case where the present invention is applied to the manufacture of MOSFET will be explained.

まず、絶縁基板15上にSi層16を積層形成したSt
半導体を、MOSFETのnベースとして使用するため
に、第3図(Alに示す如く、光パルス照射前に、ソー
スとドレインになる部分31.32に、イオン打込みに
よってボロンを打ち込む。
First, a St.
In order to use the semiconductor as the n-base of a MOSFET, boron is implanted into the portions 31 and 32 that will become the source and drain by ion implantation before the light pulse irradiation, as shown in FIG. 3 (Al).

次に、第1図に関して前述した方法により、少なくとも
絶縁基板15を液体窒素(図示せず)中に設定して、第
3図(B)のように、レーザパルス10を照射する。
Next, by the method described above with reference to FIG. 1, at least the insulating substrate 15 is set in liquid nitrogen (not shown), and the laser pulse 10 is irradiated as shown in FIG. 3(B).

その後、プラズマCVD 法により、500111:以
下でS1酸化膜5を全面に形成する。さらに、前記S1
酸化膜5の上に、700℃以下の温度でポリシリコン層
を形成する。そして、前記のポリソリコン層は、ゲート
電極及び配線となる部分6を除いて、第3図(C)のよ
うに、エツチング除去される。
Thereafter, an S1 oxide film 5 with a thickness of 500111 or less is formed over the entire surface by plasma CVD. Furthermore, the S1
A polysilicon layer is formed on oxide film 5 at a temperature of 700° C. or lower. Then, the polysilicon layer is etched away, except for the portion 6 that will become the gate electrode and wiring, as shown in FIG. 3(C).

次に、第3図(D)に示すように、この上から再びsi
酸化膜8を形成した後、ソースとドレインに相当する部
分に、エツチングによってコンタクト窓21.22を明
ける。
Next, as shown in FIG. 3(D), the si
After forming the oxide film 8, contact windows 21 and 22 are formed by etching in portions corresponding to the source and drain.

さらに、この上からマスク蒸着により、第3図の(E)
のように、アルミ電極71.72を形成し、MOSFE
Tを製造する。
Furthermore, by mask vapor deposition from above, (E) in FIG.
Form aluminum electrodes 71 and 72 as shown in MOSFE
Manufacture T.

上述のようにして製造したMOSFETは、nベース層
が大きな移動度を有していること、及び製造プロセスに
よってもそれが低下しないことのために、大きなチャン
ネル移動度を有していることがわかった。
It has been found that the MOSFET manufactured as described above has a large channel mobility because the n-base layer has a large mobility and this is not degraded by the manufacturing process. Ta.

〔実施例2〕 液体窒素中でのレーザ照射の場合に比べて、さらに大き
な電子移動度を持つ81半導体を作成するためをこ、実
施例1と同様に作成した。 81層をその表面に有する
絶縁基板を液体ヘリウム中に設置した0 なお液体ヘリウムの沸点は4.2にで、揮発しやすいの
で、液体ヘリウム容器は液体窒素容器の中に設置した。
[Example 2] In order to create an 81 semiconductor having a higher electron mobility than that obtained by laser irradiation in liquid nitrogen, a semiconductor was manufactured in the same manner as in Example 1. An insulating substrate having 81 layers on its surface was placed in liquid helium. Since liquid helium has a boiling point of 4.2 and is easily volatile, the liquid helium container was placed in a liquid nitrogen container.

次に、実施例1と同様のルビーパルスレーザを、81層
側へ3回照射する。液体ヘリウムはルビーレーザ光に対
して透過性であるため、光はほとんど損失なくsi面に
到達する。
Next, the 81st layer side is irradiated three times with the same ruby pulse laser as in Example 1. Since liquid helium is transparent to ruby laser light, the light reaches the Si plane with almost no loss.

このようにしてレーザ照射した試料を室温に戻して、ホ
ール移動度を測定した。ホール移動度は約1.1001
iVV’++ であり、液体窒素中でのレーザ照射の場
合に比べて増大していることがわかった。
The sample irradiated with the laser in this way was returned to room temperature, and the hole mobility was measured. Hall mobility is approximately 1.1001
iVV'++, which was found to be increased compared to the case of laser irradiation in liquid nitrogen.

これは、液体ヘリウムの高効率冷却効果と、サファイヤ
基板の室温と液体ヘリウム温度に於ける格子定数の差が
有効に働いたためと考えられる0さらに、液体ヘリウム
中でレーザ照射して得られた前記試料を、窒素雰囲気中
で40分間加熱した後、電子のホール移動度を測定した
0その結果、第2図の曲線L3に示すように、液体ヘリ
ウム中でレーザ照射して作成した試料は、800℃の加
熱温度に対しても、その移動度は、室温照射の場合の、
加熱前の値以下には低下しないことが分った〇 実施例1の場合と同様に、前記試料のソースとドレイン
となるSi層の部分にボロンを打ち込んで、液体ヘリウ
ム中でレーザ照射した後、750℃以下の加熱温度でゲ
ート酸化膜(第3図の5に相当する)を形成した。
This is thought to be due to the highly efficient cooling effect of liquid helium and the effective difference in lattice constant between the room temperature of the sapphire substrate and the temperature of liquid helium. After heating the sample for 40 minutes in a nitrogen atmosphere, the hole mobility of electrons was measured. As a result, as shown in curve L3 in Figure 2, the sample made by laser irradiation in liquid helium had a Even at a heating temperature of °C, the mobility is the same as that for room temperature irradiation.
It was found that the value did not decrease below the value before heating. As in Example 1, boron was implanted into the Si layer that would become the source and drain of the sample, and after laser irradiation in liquid helium. , a gate oxide film (corresponding to 5 in FIG. 3) was formed at a heating temperature of 750° C. or lower.

その後実施例1と同様にしてMO8FFiTを製造した
。この結果、バルク81単結晶を用いて得られた半導体
装置と同程度のチャンネル移動度を有するMOSFET
が得られた。
Thereafter, MO8FFiT was manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, a MOSFET with channel mobility comparable to that of a semiconductor device obtained using bulk 81 single crystal was obtained.
was gotten.

以上に説明した各実施例では、パルスレーザをSi層に
3回照射したが、照射回数−したがって、St層の溶融
・再結晶のくり返し回数はこれに限定されるものではな
いことは当然である。
In each of the examples described above, the Si layer was irradiated with the pulsed laser three times, but it is obvious that the number of irradiations - therefore, the number of repetitions of melting and recrystallization of the St layer is not limited to this. .

しかし、本発明者の実験によれば、照射回数が2回まで
はホール移動度の向上が観測され、2〜4回でほぼピー
ク値に達し、5回以上では、却ってホール移動度が低下
することが観測された。
However, according to the inventor's experiments, an improvement in hole mobility was observed up to 2 irradiation times, almost reached the peak value after 2 to 4 irradiations, and on the contrary, hole mobility decreased after 5 irradiation times. It was observed that

この理由は、およそつぎのように推測される。The reason for this is assumed to be approximately as follows.

まず、パルスレーザ光を照射すると、Si層はその表面
から溶融し、再結晶する0この再結晶時、S1層は急冷
されるので、再結晶部分の結晶性が改善され、その部分
の光透過性も良好となる。
First, when pulsed laser light is irradiated, the Si layer melts from its surface and recrystallizes.During this recrystallization, the S1 layer is rapidly cooled, so the crystallinity of the recrystallized part is improved, and light transmission in that part The properties are also improved.

したがって、つぎのパルスレーザ光照射時には、81層
内への光の浸入深さが犬となるーすなわち、溶融・再結
晶する81層の厚みが増大する。これに□よって、結晶
性がより一層改善される。
Therefore, at the time of the next pulsed laser beam irradiation, the penetration depth of the light into the 81st layer increases; that is, the thickness of the 81st layer melted and recrystallized increases. This □ further improves crystallinity.

しかし、溶融・再結晶する81層の厚みが大きくなり、
絶縁基板の表面近くに達するようになると、一般に、こ
の部分の結晶性は悪いので、再結晶したときの81層の
結晶性も却って劣化することになるO 以上のことを綜合すると、溶融・再結晶するSt層の厚
みがSi層の厚みの杓位舎こなるように、パルスレーザ
光の照射回数を定めるのが望ましい。
However, the thickness of the 81 layers to be melted and recrystallized increases,
When it reaches near the surface of the insulating substrate, the crystallinity of this part is generally poor, so the crystallinity of the 81 layer when recrystallized will actually deteriorate. It is desirable to determine the number of pulsed laser beam irradiations so that the thickness of the crystallized St layer is approximately equal to the thickness of the Si layer.

以上の各実施例では、Si層を形成する絶縁基板として
サファイヤ基板を用いる例を示したが、スピネル等の絶
縁基板でも同様の効果が測定され、どのような絶縁基板
に対しても、本発明を適用できることが確認された。
In each of the above examples, an example was shown in which a sapphire substrate was used as an insulating substrate on which a Si layer was formed, but similar effects were measured with an insulating substrate such as spinel, and the present invention can be applied to any insulating substrate. It was confirmed that it can be applied.

また、前記の各実施例では、パルスレーザ光を用いて8
1層を溶融する例を示したが、キセノン、水銀等のフラ
ッシュランプでも同様の効果が測定され、パルス光なら
ばいずれの光源も使用できることがわかった。
In addition, in each of the above embodiments, 8
Although an example was shown in which one layer was melted, similar effects were measured using flash lamps such as xenon and mercury, and it was found that any light source can be used as long as it uses pulsed light.

さらに、前記各実施例では、冷媒として液体窒素及び液
体ヘリウムを用いた例を示したが、入射光に対して透過
性が良く、十分な冷却効果を持つ冷媒ならばいずれも使
用できる。
Further, in each of the above embodiments, liquid nitrogen and liquid helium were used as the coolant, but any coolant can be used as long as it has good transparency to incident light and has a sufficient cooling effect.

より大きな電子移動度を持つSt半導体を作るためには
、より低温の冷媒を使うことが望ましい。
In order to create a St semiconductor with higher electron mobility, it is desirable to use a lower temperature coolant.

もつとも、現状では、液体ヘリウムを使うと液体窒素に
比べて製造コストが高くつく。
However, at present, using liquid helium is more expensive to manufacture than liquid nitrogen.

また、前記の各実施例では、表面に81層を形成された
絶縁基板を、冷媒中に浸漬して冷却する例を示したが、
絶縁基板のみを冷媒に接触または浸漬するようにしても
、はぼ同等の効果が期待できるものである。この場合は
、明らかなように、冷媒が光透過性である必要はない。
Further, in each of the above embodiments, an example was shown in which an insulating substrate with 81 layers formed on the surface was cooled by immersing it in a refrigerant.
Even if only the insulating substrate is brought into contact with or immersed in the refrigerant, almost the same effect can be expected. In this case, it is clear that the refrigerant does not need to be optically transparent.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明の方法によれば
、絶縁基板を冷却した状態、あるいはSt層と共に冷媒
中に浸漬した状態で、パルス光をSt層ニ照射すること
により、従来の方法に比べて大きな電子移動度を持ち、
しかも高温に曝してもその移動度は低下しないSt半導
体を製造することができる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the method of the present invention, the St layer can be irradiated with pulsed light while the insulating substrate is cooled or immersed together with the St layer in a coolant. As a result, it has a higher electron mobility than conventional methods,
Furthermore, it is possible to produce an St semiconductor whose mobility does not decrease even when exposed to high temperatures.

さらをこ、このようをこして製造した8i半導体を用い
て、従来に比べて大きなチャンネル移動度を有するMO
SFETを製造することができた0明らかなように、こ
のことは高速ICや高速LSIの製造につながるもので
ある0 また、その後の半導体装置製造プロセスに於いても、極
端な低温プロセスを採用しなくて良いため、半導体装置
の性能を低下させることなしに、その製造コストを低下
することができる0
Using the 8i semiconductor manufactured in this way, we have developed an MO with higher channel mobility than conventional ones.
We were able to manufacture SFETs.As is clear, this led to the manufacture of high-speed ICs and high-speed LSIs.In addition, extremely low-temperature processes were adopted in subsequent semiconductor device manufacturing processes. Since there is no need for 0, the manufacturing cost can be reduced without degrading the performance of the semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は SOS結晶を液体窒素中でレーザ照射する時
の状態を示す断面図、 第2図は 80S結晶を室温及び冷媒中でレーザ照射後
高温に曝したときの、8i中電子のホーlし移動度々加
熱温度との関係を示すグラフ、第3図は本発明を適用し
てMOSFETを製造すル時のプロセスを示す断面図で
ある。 10・・・照射パルス光、12・・・基板支持治具、1
3・・・液体窒素、14・・・液体窒素容器、15・・
・絶縁基板、16・・・Si層 代理人 弁理士 平 木 道 大 津1図 0 才2図 (cm/′V拳b) 才3図
Figure 1 is a cross-sectional view of an SOS crystal exposed to laser irradiation in liquid nitrogen, and Figure 2 is a cross-sectional view of an 80S crystal exposed to high temperatures after laser irradiation at room temperature and in a coolant. FIG. 3 is a graph showing the relationship between mobility and heating temperature, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing a MOSFET by applying the present invention. 10... Irradiation pulsed light, 12... Substrate support jig, 1
3...Liquid nitrogen, 14...Liquid nitrogen container, 15...
・Insulating substrate, 16...Si layer agent Patent attorney Michi Hiraki Otsu 1 figure 0 year 2 figure (cm/'V fist b) year 3 figure

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁基板と、その表面に積層形成された、平均的
面方位が(100)の81半導体層とよりなるsi半導
体の製造方法であって、少なくとも前記絶縁基板を冷却
する工程と、前記冷却状態において、St半導体層に短
時間パルス光を照射して、これを溶融・再結晶させる工
程とを含むことを特徴とする81半導体の製造方法。
(1) A method for manufacturing an Si semiconductor comprising an insulating substrate and 81 semiconductor layers with an average plane orientation of (100) laminated on the surface thereof, the method comprising at least the step of cooling the insulating substrate; A method for manufacturing an 81 semiconductor, comprising the step of melting and recrystallizing the St semiconductor layer by irradiating the St semiconductor layer with pulsed light for a short time in a cooled state.
(2)短時間パルス光の照射゛によるSt半導体層の溶
融・再結晶を複数回くり返すことを特徴とする特許 法0
(2) Patent method 0 characterized by repeating melting and recrystallization of the St semiconductor layer multiple times by irradiation with short-time pulsed light
(3)前記絶縁基板を冷媒中に設置することを特徴とす
る前記特許請求の範囲第1項または第2項記載の81半
導体の製造方法。
(3) A method for manufacturing an 81 semiconductor according to claim 1 or 2, characterized in that the insulating substrate is placed in a coolant.
(4)前記絶縁基板を、その表面上の81半導体層と共
に冷媒中に設置することを特徴とする前記特許請求の範
囲第1項または第2項記載の81半導体の製造方法。
(4) A method for manufacturing an 81 semiconductor according to claim 1 or 2, characterized in that the insulating substrate is placed in a coolant together with the 81 semiconductor layer on its surface.
(5)冷媒が液体酸素であることを特徴とする前記特許
請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載のSt
半導体の製造方法。
(5) St according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the refrigerant is liquid oxygen.
Semiconductor manufacturing method.
(6)冷媒が液体窒素であることを特徴とする前記特許
請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の81
半導体の製造方法。
(6) 81 according to any one of claims 1 to 4, wherein the refrigerant is liquid nitrogen.
Semiconductor manufacturing method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0283915A (en) * 1988-09-20 1990-03-26 Ricoh Co Ltd Manufacture of semiconductor single crystal thin film
JPH02112227A (en) * 1988-10-21 1990-04-24 Masakuni Suzuki Manufacture of semiconductor crystal layer
WO2001061734A1 (en) * 2000-02-15 2001-08-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Non-single crystal film, substrate with non-single crystal film, method and apparatus for producing the same, method and apparatus for inspecting the same, thin film transistor, thin film transistor array and image display using it

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