DE4140555C2

DE4140555C2 -

Info

Publication number: DE4140555C2
Application number: DE4140555A
Authority: DE
Inventors: Mikio Itami Hyogo Jp Deguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-01-29
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1993-08-05
Also published as: US5228948A; DE4140555A1; JPH04253323A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung einer Einrichtung, die eine Halbleiterschicht aufweist, und im besonderen auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halblei tereinrichtung, welches die Rekristallisation der Halbleiter schicht ausnutzt.

Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Bei spiel für ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Halb leitereinrichtung unter Verwendung einer Halbleiterschicht zeigt. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Halbleiterschicht, das Bezugszeichen 3 ein Substrat, das Bezugszeichen 10 eine Trenn- bzw. Isolierschicht und das Bezugszeichen 11 eine Einkapselungs schicht. Die Halbleiterschicht 1 besteht beispielsweise aus poly kristallinem Silizium oder amorphem Silizium, das durch ein Ver fahren wie die thermische Zersetzung oder Plasmazersetzung von Si lizium enthaltenden Halbleitermaterialgasen, wie etwa Silan oder Dichlorsilan, gebildet wurde. Das Substrat 3 ist aus demselben Material wie dem der Halbleiterschicht 1 oder einem Material, des sen Schmelzpunkt oder Erweichungtemperatur höher als der Schmelz punkt der Halbleiterschicht 1 ist, gebildet. Beispielsweise werden als Material für das Substrat 3 ein kristalliner Siliziumwafer, Saphir, Quarz, Keramik oder ähnliches verwendet. Wenn die Halblei terschicht 1 aus Silizium und das Substrat 3 ebenfalls aus Sili zium gebildet ist, wird die Trenn- bzw. Isolierschicht 10 zwischen die Halbleiterschicht 1 und das Substrat 3 eingefügt, um die Halb leiterschicht 1 vom Substrat 3 elektrisch zu isolieren und struk turell und thermisch zu trennen. In den meisten Fällen wird eine Siliziumdioxidschicht als Isolierschicht 10 verwendet. Auch wenn das Substrat 3 aus einem von der Halbleiterschicht unterschiedli chen Material gebildet ist, wenn etwa ein Material mit hoher ther mischer Leitfähigkeit, wie Keramik, verwendet wird, wird die Trenn- bzw. Isolierschicht 10 mit niedriger thermischer Leitfähig keit, wie eine Siliziumdioxidschicht, zur thermischen Isolierung der Halbleiterschicht 1 gegenüber dem Substrat 3 im allgemeinen zwischen diese eingefügt. Außerdem verhindert die Isolierschicht 10, daß Bestandteile des Substrates 3 oder im Substrat 3 enthal tene Verunreinigungen in die Halbleiterschicht eindiffundieren und die Eigenschaften der Halbleitereinrichtung verschlechtern. Ebenso wie als Trenn- bzw. Isolierschicht 10 wird als Einkapselungs schicht 11 allgemein eine Siliziumdioxidschicht verwendet. Die Einkapselungsschicht 11 schützt die Oberfläche der Halbleiter schicht 1 gegenüber der Atmosphäre und erhält mechanisch die Mor phologie der Halbleiterschicht 1 aufrecht.

Im folgenden wird das Verfahren beschrieben. Die gesamte Probe mit dem oben beschriebenen Aufbau wird auf eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt der Halbleiterschicht 1, die bei einer aus Silizium gebildeten Halbleiterschicht 1 - da der Schmelzpunkt des Siliziums 1414°C ist - etwa 1200-1300°C beträgt, aufgeheizt. Die Heizein richtung ist in Fig. 3 nicht gezeigt; in den meisten Fällen wird ein Aufheizen durch eine Infrarotlampe oder einen Graphit- bzw. Kohlenstoffheizer oder aber eine HF-Induktionsheizung durchge führt. In diesem Zustand wird ein Teil der Probe weiter aufge heizt, um einen Teil der Halbleiterschicht 1 aufzuschmelzen. Als Teil-Heizeinrichtung wird im allgemeinen ebenfalls eine Infrarot lampe, ein Graphit- bzw. Kohlenstoffheizer o. ä. verwendet. Dann wird das aufgeheizte (aufgeschmolzene) Teilgebiet bewegt, um nach einander die Halbleiterschicht 1 von einem Ende der Probe aus auf zuschmelzen, und dann erstarrt, d. h. vom hinteren Ende des aufge heizten (aufgeschmolzenen) Teilgebiets wieder rekristallisiert. Wenn die Halbleiterschicht 1 erstarrt, besteht die rekri stallisierte Halbleiterschicht 1, da das Erstarren so vor sich geht, daß es der Kristallorientierung des hinteren Teils, der be reits rekristallisiert wurde, folgt, aus großen Körnern, deren Kristallorientierung unabhängig vom Grad der Kristallinität der Halbleiterschicht 1 vor dem Aufschmelzen einheitlich ist, auch dann, wenn die Halbleiterschicht 1 vor dem Aufschmelzen nicht kri stallin ist. Zudem kann eine einkristalline Halbleiterschicht 1 durch In-Kontakt-Bringen eines Teils der Halbleiterschicht 1 mit einem aus dem gleichen Material gebildeten Halbleiter-Einkristall und anschließendes Erstarren, so daß die Halbleiterschicht 1 bei der Rekristallisation der Kristallorientierung des Halbleiter-Ein kristalls folgt, erhalten werden.

Da die Halbleiterschicht 1 zwischen die Trenn- bzw. Isolierschicht 10 und die Einkapselungsschicht 11 eingeschlossen ist, wird die durch die Teil-Heizeinrichtung in die Halbleiterschicht 1 einge brachte Wärmeenergie in der Halbleiterschicht 1 eingeschlossen. Daher kann die in die Halbleiterschicht 1 eingebrachte Wärmeener gie effektiv genutzt werden, um diese aufzuschmelzen, und damit wird eine Überhitzung des Substrats 1 verhindert. Außerdem wird, da die Einkapselungsschicht 11 die Halbleiterschicht 1 bedeckt, wenn die Halbleiterschicht 1 aufgeschmolzen wird und flüssig wird, durch die Oberflächenspannung verhindert, daß die Halbleiter schicht 1 Agglomerate wie Tröpfchen bildet, und dadurch wird eine Veränderung der Konfiguration der Schicht 1 während der Rekristal lisation verhindert. Wenn die Halbleiterschicht 1 aus Silizium ge bildet wird, wird im allgemeinen eine Siliziumdioxidschicht als Einkapselungsschicht 11 verwendet. Da jedoch die Grenzflächenener gie zwischen dem geschmolzenen Silizium und der Siliziumdioxid schicht groß ist, und die Siliziumdioxidschicht bei der Schmelz temperatur des Siliziums erweicht, kann allein durch die Silizium dioxidschicht in einigen Fällen nicht effektiv verhindert werden, daß sich die Konfiguration der Halbleiterschicht 1 ändert. In die sem Falle wird eine Einkapselungsschicht 11, in der eine Silizium nitridschicht auf die Siliziumdioxidschicht auflaminiert ist, ver wendet. Durch Anwendung der Siliziumnitridschicht wird die Be netzung zwischen dem geschmolzenen Silizium und der Einkapselungs schicht 11 verbessert, und die Agglomerationen verursachenden Kräfte werden verringert. Zusätzlich wird die mechanische Stabili tät der Einkapselungsschicht 11 vergrößert, wodurch durch die An wendung einer Siliziumnitridschicht die Fähigkeit zum Verhindern einer Änderung der Konfiguration der Halbleiterschicht 1 verbes sert wird.

Beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der Halbleiterein richtung ist jedoch, da als Substrat 3 ein Material verwendet wird, dessen Schmelzpunkt oder Erweichungstemperatur dieselbe oder höher als der Schmelzpunkt der Halbleiterschicht 1 ist, das Sub strat 1 im festen Zustand, wenn die Halbleiterschicht 1 aufgeschmolzen und rekristallisiert wird. Daher verbleiben die in der Halbleiterschicht 1 gespeicherten thermischen Spannungen im kristallinen Zustand der Halbleiterschicht 1 bei einer Temperatur, bei der die Halbleiterschicht 1 wieder erstarrt, was die Charakte ristiken der unter Verwendung der Halbleiterschicht 1 hergestell ten Halbleitereinrichtung beeinflußt. Genauer gesagt, verbleibt in der Halbleiterschicht 1, wenn das Material des Substrates 3 sich von dem der Halbleiterschicht 1 unterscheidet, wegen des Unter schiedes der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Halbleiterschicht 1 und dem Substrat 3 eine einer Verwindung von (αs-αb)×(Tm, s-Tr) entsprechende Spannung, worin Tm, s die Temperatur, bei der die Halbleiterschicht 1 geschmolzen und rekristallisiert, αs der mittlere thermische Ausdehnungskoeffi zient der Halbleiterschicht 1, αb der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrates 3 und Tr die Raumtemperatur sind.

Auch wenn das Substrat 3 aus dem gleichen Material wie die Halb leiterschicht 1 besteht, ist, da die Halbleiterschicht 1 durch die Trenn- bzw.Isolierschicht 10 gewöhnlich thermisch vom Substrat 3 isoliert ist, die Temperatur Ta des Substrats 3 niedriger als der Schmelzpunkt Tm, s der Halbleiterschicht 1 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Halbleiterschicht 1 geschmolzen und erstarrt wird. In diesem Falle verbleibt also in der Halbleiterschicht 1 eine einer Verwin dung von αs×(Tm, s-Ta) entsprechende Spannung. Außerdem dehnt sich, wenn die Halbleiterschicht 1 aus Silizium besteht, beim Er starren des Siliziums ihr Volumen gegenüber dem geschmolzenen Zu stand um 9% aus. Daher ist, wenn auf dem festen Substrat 3 oder der Isolierschicht 10 aufgebrachtes Silizium erstarrt, eine aus der Volumenausdehnung zum Zeitpunkt des Erstarrens herrührende Spannung unvermeidlich.

Fig. 4 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung ei ner Halbleitereinrichtung gemäß der japanischen Patent-Offenle gungsschrift No. 63-88 819 zeigt. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugs ziffer 100 eine Isolierschicht, wie etwa Siliziumdioxidschicht oder Siliziumnitridschicht, die auf einer Oberfläche des Substrats 3 gebildet ist, die Bezugsziffer 22 bezeichnet eine aus Germanium oder ähnlichem gebildete dünne Schicht mit niedrigerem Schmelz punkt als dem der Halbleiterschicht 1, die aus Silizium gebildet ist, und die Bezugsziffern 111 und 112 bezeichnen, Schichten, die auf einem Teil der Einkapselungsschicht 11 gebildet sind, um die Leistung des Energiestrahls, der die Halbleiterschicht 1 beauf schlagt, zu verringern. Bei vorliegendem Beispiel ist eine dünne Schicht 22 mit einer Dicke von 400-800 nm, deren Schmelzpunkt niedriger als der der Halbleiterschicht 1 ist, zwischen der Halb leiterschicht 1 und dem Substrat 3 gebildet. Wenn die Halblei terschicht 1 durch eine Heizeinrichtung, wie eine Energieeinstrah lung etwa mittels eines Elektronenstrahls, aufgeschmolzen und re kristallisiert wird, erstarrt die Halbleiterschicht 1 auf der dün nen Schicht 22 im geschmolzenen Zustand, der durch gleichzeitiges Schmelzen der Halbleiterschicht 1 und der dünnen Schicht 22 er zeugt wurde, mit dem Ergebnis, daß die Erzeugung von Spannungen infolge der thermischen Ausdehnung in der Halbleiterschicht 1 ver hindert wird. Genauer gesagt, ist die dünne Schicht 22 zwischen der Temperatur Tm, s, bei der die Halbleiterschicht 1 rekristalli siert wird, und der Temperatur Tm, b, welches der Schmelzpunkt der dünnen Schicht 22 ist, im geschmolzenen Zustand und flüssig. Da durch wird die durch die Volumenänderung während des Erstarrens der Halbleiterschicht 1 erzeugte Spannung verringert und die durch die thermische Ausdehnung der Halbleiterschicht 1 zwischen den Temperaturen Tm, s und Tm, b entstehende Spannung nicht erzeugt, so daß die in der Halbleiterschicht 1 verbleibende Spannung auf den einer Verwindung (αs-αb)·(Tm, b-Tr) (Tm, b < Tm, s) entsprechenden Wert verringert wird.

Bei diesem Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens ist der ge schmolzene Teil der dünnen Schicht 22 jedoch, da die dünne Schicht 22 mit dem niedrigen Schmelzpunkt durch Aufheizen mittels Bestrah lung mit einem Energiestrahl zum Aufschmelzen der Halbleiter schicht 1 geschmolzen wird, der geschmolzene Teil der dünnen Schicht 22 auf die Umgebung des geschmolzenen Teils der Halblei terschicht 1 begrenzt, und die dünne Schicht 22 wird ebenfalls aufgeschmolzen und erstarrt, wenn die Halbleiterschicht 1 aufge schmolzen wird und erstarrt. Dadurch wird eine thermische Spannung der dünnen Schicht 22 selbst erzeugt, die auf die Halbleiter schicht 1 wiederum eine Spannung ausübt.

Diese Lösung wurde hauptsächlich mit Blick auf die Bildung einer dünnen, kristallinen Siliziumschicht auf der Isolierschicht 100 entwickelt. Ein solcher Aufbau wird als SOI(Silicon On Insulator = Silizium auf Isolator)-Aufbau bezeichnet und wurde als Grundaufbau zur Ausführung dreidimensionaler integrierter Schaltungen, d. h. von Einrichtungen, bei denen in einer Ebene integrierte Schaltun gen durch Aufeinanderschichten einer dünnen kristallinen Silizi umschicht auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 3 mit einer integrierten Schaltung darauf und anschließende Bildung einer integrierten Schaltung darauf und anschließendes Verbinden der entsprechenden integrierten Schaltungen miteinander durch eine elektrische Verdrahtung aufeinandergestapelt sind, aktiv unter sucht. In diesem Falle ist jedoch die aus einem Material mit nied rigem Schmelzpunkt, wie etwa Germanium, gebildete dünne Schicht 22 zwischen dem Substrat 3 und der Halbleiterschicht 1 gebildet und verbleibt zwischen diesen, nachdem die Halbleiterschicht 1 rekristallisiert wurde. Daher ist es, wenn die dreidimensionale integrierte Schaltung damit realisiert wird, notwendig, die Halb leiterschicht 1 mit dem Substrat 3 durch die dünne Schicht 22 zwi schen diesen hindurch zu verdrahten. Wenn jedoch ein leitendes Ma terial wie Germanium für die dünne Schicht 22 verwendet wird, kann da die Verdrahtungen durch dieses elektrisch kurzgeschlossen werden, die Halbleiterschicht 1 mit dem Substrat 3 nicht ordnungs gemäß verbunden werden, so daß es schwierig wird, damit eine drei dimensional integrierte Schaltung auszuführen. Zudem wird, da der Schmelzpunkt der dünnen Schicht 22 niedrig ist, die dünne Schicht 22 während des Herstellungsprozesses zur Bildung der integrierten Schaltung auf der Halbleiterschicht 1 bei einer Temperatur ober halb des Schmelzpunktes der dünnen Schicht 22 aufgeschmolzen. Da mit geht die Kraft, die die Halbleiterschicht 1 auf dem Substrat 3 festhält, verloren, und die Position der Halbleiterschicht 1 auf dem Substrat 3 kann sich verschieben. Im Ergebnis dessen, wird es schwierig, zwischen der Halbleiterschicht 1 und dem Substrat 3 eine korrekte Verdrahtung zu bilden, so daß es auch aus diesem Grunde schwierig ist, eine dreidimensional integrierte Schaltung zu bilden. Wie oben beschrieben, gibt es, obwohl das beschriebene herkömmliche Verfahren, was die Rekristallisation der Halbleiter schicht 1 angeht, im Prinzip wirksam ist, in bezug auf die tatsächliche Anwendung als Herstellungstechnologie noch viele zu lösende Probleme.

Zudem wird, wenn die Halbleiterschicht 1 auf dem Substrat 3 auf die oben beschriebene herkömmliche Weise gebildet wird, das Sub strat 3 infolge der nach dem Aufschmelzen und der Rekristallisa tion der Halbleiterschicht 1 erzeugten Spannung deformiert bzw. verzogen und damit die Ebenheit der Halbleiterschicht 1 beein trächtigt. Außerdem ist, da das Schmelzen und die Rekristallisa tion der Halbleiterschicht 1 auf dem Substrat 3 ausgeführt werden, die Größe der Halbleiterschicht 1 auf die Größe des Substrates be schränkt, und eine Halbleiterschicht 1 mit großer Fläche kann nicht rekristallisiert werden.

Wie oben beschrieben, wird beim herkömmlichen Verfahren zur Her stellung der Halbleitereinrichtung durch ihr Aufschmelzen und ihre Rekristallisation in der Halbleiterschicht eine Spannung erzeugt, wobei das Substrat deformiert bzw. verzogen wird und die Ebenheit der Halbleiterschicht nicht aufrecht erhalten werden kann, auch wenn die Erzeugung von Spannungen verringert werden kann, ist es schwierig, mit dem oben beschriebenen Verfahren tatsächlich eine Halbleitereinrichtung zu erzeugen. Außerdem ist die Größe der Halbleiterschicht auf die Größe des Substrates beschränkt, so daß eine Halbleiterschicht mit großer Fläche nicht rekristallisiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme lösen, und es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer praktisch verwendbaren Halbleitereinrichtung unter Anwendung von Halbleiterschichten bereitzustellen, bei dem die Erzeugung von Spannungen in einer Halbleiterschicht unterbun den oder reduziert wird und die Halbleiterschicht in einer großen Fläche aufgeschmolzen und rekristallisiert werden kann, wobei ihre Ebenheit erhalten bleibt.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung wird eine aus Halbleitermaterial bestehende Halbleiterschicht auf einer Unterlage, die aus einem Material, dessen Schmelzpunkt oder Erweichungstemperatur niedriger als der Schmelzpunkt des erwähnten Halbleitermaterials ist, gebildet, die Unterlage durch eine erste Heizeinrichtung aufgeschmolzen und dann die Halbleiterschicht durch eine zweite Heizeinrichtung auf der Unterlage im geschmolzenen Zustand aufgeschmolzen und rekristalli siert. In einer Abwandlung wird die Halbleiterschicht unter Ver wendung einer Isolierschicht gebildet, die Bestandteile der Unter lage oder in der Unterlage enthaltene Verunreinigungen am Hinein diffundieren in die Halbleiterschicht hindert. In einer weiteren Abwandlung wird die Halbleiterschicht unter Anwendung einer beson deren Platte (splint plate) rekristallisiert, um zu verhindern, daß sich die Konfiguration der Halbleiterschicht ändert.

Beim Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß der Erfindung wird die Erzeugung von Spannungen in der Halbleiter schicht dadurch, daß die Halbleiterschicht auf einer sich im ge schmolzenen Zustand befindenden Unterlage geschmolzen und rekri stallisiert wird, verhindert oder reduziert und die Ebenheit der Halbleiterschicht gewahrt, wodurch gleichzeitig die Gleichförmig keit der Temperatur in der Halbleiterschicht zum Zeitpunkt der Rekristallisation verbessert wird. Im Ergebnis dessen kann eine Rekristallisationsschicht mit guter Kristallinität erhalten wer den. Außerdem ist es möglich, ein sich über eine große Fläche er streckende Halbleiterschicht aufzuschmelzen und zu rekristallisie ren. Zusätzlich ist es möglich, zu verhindern, daß Bestandteile der Unterlage oder in der Unterlage enthaltene Verunreinigungen in die Halbleiterschicht hineindiffundieren, indem zwischen der Un terlage und der Halbleiterschicht eine Isolationsschicht gebildet wird. Schließlich ist es möglich, die Ebenheit durch Anordnen ei ner besonderen Platte auf der Halbleiterschicht weiter zu verbes sern.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen

Fig. 1(a) bis 1(c) schematische Querschnittsdarstellungen eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2(a) und 2(b) schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform in zwei Ausgestaltungen;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Bei spiels für ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung und

Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Beispiels für ein herkömmliches Verfahren zur Herstel lung einer Halbleitereinrichtung.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugsziffer 1a eine rekristallisierte Halb leiterschicht, Bezugsziffer 1 eine Halbleiterschicht, Bezugsziffer 2 eine Unterlage bzw. ein Substrat, Bezugsziffer 10 eine Trenn- bzw. Isolierschicht und Bezugsziffer 11 eine Einkapselungsschicht. Ähnlich wie beim herkömmlichen Beispiel weist die Halbleiter schicht 1 polykristallines oder amorphes Silizium auf, das durch ein Verfahren wie thermische Zersetzung oder Plasmazersetzung von Silizium enthaltenden Halbleitermaterialgasen, wie etwa Silan oder Dichlorsilan, gebildet ist, auf. Die Unterlage 2 weist ein Mate rial auf, dessen Schmelzpunkt oder Erweichungstemperatur niedriger als der der Halbleiterschicht 1 ist. Außerdem darf das Material bei einer Temperatur, bei der die Halbleiterschicht 1 geschmolzen wird, nicht sieden oder Gase erzeugen. Wenn beispielsweise die Halbleiterschicht 1 Silizium (dessen Schmelzpunkt 1414°C ist) auf weist, können als Material der Unterlage 2 Metalle wie Aluminium (der Schmelzpunkt ist 660°C und der Siedepunkt ist 2467°C), Anti mon (der Schmelzpunkt ist 630°C und der Siedepunkt ist 1635°C), Gallium (der Schmelzpunkt ist 30°C und der Siedepunkt ist 2403°C), Gold (der Schmelzpunkt ist 1064°C und der Siedepunkt ist 2966°C), Silber (der Schmelzpunkt ist 962°C und der Siedepunkt ist 2212°C), Germanium (der Schmelzpunkt ist 958°C und der Siedepunkt ist 2700°C), Zinn (der Schmelzpunkt ist 232°C und der Siedepunkt ist 2270°C), Kupfer (der Schmelzpunkt ist 1048°C und der Siedepunkt ist 2595°C), Blei (der Schmelzpunkt ist 327°C und der Siedepunkt ist 1744°C) oder eine Legierung von diesen oder eine Verbindung wie Kalziumchlorid (der Schmelzpunkt ist 772°C und der Siedepunkt ist 1600°C oder mehr) oder Kaliumchlorid (der Schmelzpunkt ist 776°C und der Siedepunkt ist 1500°C) oder Glas (die Erweichungs temperatur ist etwa 500-800°C) etc. verwendet werden.

Obwohl die Halbleiterschicht 1 direkt auf der Unterlage 2 gebildet werden kann, kann zwischen der Halbleiterschicht 1 und der Unter lage 2 - wie in Fig. 1(a) gezeigt - zur thermischen Isolierung der Halbleiterschicht 1 von der Unterlage 2 eine Isolationsschicht 10 gebildet werden. Die Isolationsschicht 10 wird auch gebildet, wenn es nicht wünschenswert ist, daß ein Bestandteil der Unterlage 2 oder darin enthaltene Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 1 diffundieren. Darüber hinaus verhindert die Isolatierschicht 10 auch eine Veränderung der Konfiguration der Halbleiterschicht 1 beim Schmelzen. Als Isolationsschicht 10 kann beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht o. ä. verwendet werden. Ähnlich wie als Isolationsschicht 10 kann als Einkapselungsschicht 11 eine Silizi umdioxidschicht verwendet werden. Die Einkapselungsschicht 11 schützt die Oberfläche der Halbleiterschicht 1 gegenüber der Atmo sphäre und hält die Oberflächenmorphologie der Halbleiterschicht 1 mechanisch aufrecht.

Nachfolgend wird die Herstellung beschrieben. Zuerst wird, wie in Fig. 1(b) gezeigt, die Unterlage 2 durch eine erste Heizeinrich tung 6, wie etwa eine elektrische Widerstandsheizung oder eine HF-Induktionsheizung auf den Schmelzpunkt oder die Erweichungstempe tatur oder darüber aufgeheizt, bis sie im gesamten Gebiet ge schmolzen ist, wo die Halbleiterschicht 1 gebildet ist. In dem Falle, daß das Aufheizen durch die erste Heizeinrichtung 6 von der der Halbleiterschicht 1 gegenüberliegenden Seite der Unterlage 2 ausgeführt wird, ist, da die Unterlage 2 insgesamt flüssig wird, ein Container (Behälter) oder eine Bad-Wanne zur Aufnahme der Un terlage 2 erforderlich, um zu verhindern, daß die Unterlage 2 zer fließt und die Konfiguration der Halbleiterschicht 1 zerstört wird. Alternativ kann in dem Falle, daß das Aufheizen durch die erste Heizeinrichtung 6 von der Seite der Halbleiterschicht 1 aus erfolgt, der zu schmelzende oder zu erweichende Teil der Unterlage 2 auf das Grenzschichtgebiet unterhalb der Halbleiterschicht 1 oder der Isolierschicht begrenzt werden. In jedem Falle sollte die Unterlage 2 unter der Halbleiterschicht 1 so aufgeheizt werden, daß die gesamte Oberfläche des Gebietes, wo die Halbleiterschicht 1 gebildet ist, aufgeschmolzen werden kann. Dann wird, wie in Fig. 1(b) gezeigt, die Halbleiterschicht 1 durch die zweite Heizein richtung 7, wie etwa einen Kohlenstoffheizer oder eine Infrarot lampe aufgeheizt, um geschmolzen und rekristallisiert zu werden und das aufgeschmolzene Gebiet wird bewegt, um entsprechend der Bewegung der zweiten Heizeinrichtung aufeinanderfolgend (kontinuierlich) die gesamte Halbleiterschicht 1 aufzuschmelzen und zu rekristallisieren. Bei dieser in Fig. 1 gezeigten Ausfüh rungsform besteht die zweite Heizeinrichtung aus einem Infrarot lampen-Heizer 4 mit einem zylindrischen Spiegel 5.

Zu diesem Zeitpunkt kann, da mindestens das Grenzflächengebiet der Unterlage 2 nahe unterhalb der Halbleiterschicht 1 oder der Iso lierschicht 10 aufgeschmolzen oder erweicht ist und fluides Ver halten zeigt, auch dann, wenn die Halbleiterschicht 1 aus einem Material gebildet ist, dessen Volumen sich während der Erstarrung ändert, wie etwa Silizium, die Halbleiterschicht 1 ihr Volumen ohne Verursachung von Spannungen ändern, was auf dem in bezug auf das herkömmliche Verfahren nach Fig. 3 beschriebenen Prinzip be ruht. Anders als beim herkömmlichen Verfahren wird zu dieser Zeit, da die Unterlage 2 nicht nur in der Nähe des geschmolzenen Teils der durch die zweite Heizeinrichtung 7 aufgeheizten Halblei terschicht 1, sondern in der gesamten Oberfläche des Gebietes, in dem die Halbleiterschicht 1 gebildet ist, aufgeschmolzen ist, keine durch das Aufschmelzen und Erstarren der Unterlage 2, auf der die Halbleiterschicht 1 gebildet ist, hervorgerufene Spannung erzeugt. Auch wenn eine Isolierschicht 10 vorhanden ist, ist die Funktion der Unterlage 2 im flüssigen Zustand, die darin besteht, die Spannung in der Halbleiterschicht 1 zu entspannen, durch das Einfügen der Isolierschicht 10 nicht zunichte gemacht - vorausge setzt, daß die mechanische Stärke der Isolierschicht 10 nicht zu groß ist. Die Dicke der Isolierschicht 10 sollte also im Vergleich mit der Dicke der Halbleiterschicht 1 hinreichend gering sein, oder als Isolierschicht 10 sollte eine Siliziumdioxidschicht ver wendet werden. Wenn die Halbleiterschicht 1 aus Silizium und die Isolierschicht 10 aus Siliziumdioxid besteht, kann, da die Silizi umdioxidschicht nicht wie die Unterlage 2 in den flüssigen Zustand übergeht, sondern bei der Temperatur, bei der Silizium geschmolzen wird, Plastizität zeigt, diese so reformiert werden, daß sie die Volumenausdehnung des Siliziums zum Zeitpunkt des Erstarrens auf nimmt, wodurch der Schicht die Spannung entzogen wird.

Da die Unterlage 2 unter der Halbleiterschicht 1 sich im flüssigen Zustand befindet, befindet sich die Halbleiterschicht 1 auf einer horizontalen und statischen flüssigen Oberfläche der Unterlage 2, so daß die Halbleiterschicht 1 eben gehalten wird. Im Ergebnis dessen gibt es keine Probleme damit, daß das Substrat infolge ei ner durch das Schmelzen und Rekristallisieren der Halbleiter schicht 1 erzeugten Spannung deformiert bzw. verzogen wird, und im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren wird bei dieser Ausfüh rungsform der Erfindung die Ebenheit der Halbleiterschicht 1 ge wahrt. Wenn die Halbleiterschicht 1 durch die zweite Heizeinrich tung 7 so aufgeheizt wird, daß sie geschmolzen wird, findet, da die Unterlage 2 unter der Halbleiterschicht 1 ebenfalls teilweise aufgeheizt wird, in der geschmolzenen Unterlage 2 eine Konvektion 8 statt. Da die Konvektion 8 in die Richtung erfolgt, in die der aufgeheizte Teil der Halbleiterschicht 1 oder der Isolierschicht 10 - wie in Fig. 1(b) gezeigt - sich ausdehnen, wird infolge der erwähnten Ausdehnungskraft die Ebenheit der Halbleiterschicht 1 und außerdem die Gleichförmigkeit der Temperatur um das teilweise aufgeheizte Gebiet durch die Konvektion 8 verbessert. Im Ergebnis dessen werden durch Temperaturungleichmäßigkeiten während der Re kristallisation verursachte Defekte verringert, und die Kristal linität der aufgeschmolzenen und rekristallisierten Halbleiter schicht verbessert. In Fig. 1(c) ist die Halbleitereinrichtung nach dem Aufschmelzen und der Rekristallisation gezeigt.

Wie oben beschrieben, wird bei der ersten Ausführungsform der Er findung, da die Halbleiterschicht 1 auf einer Unterlage 2 aus ei nem Material, dessen Schmelzpunkt oder Abweichungstemperatur nied riger als die des die Halbleiterschicht 1 bildenden Materials sind, geschmolzen und rekristallisiert wird, die Entstehung von Spannungen in der Halbleiterschicht verringert oder reduziert, und damit kann die Ebenheit der Halbleiterschicht 1 durch Verwindungen des Substrats nicht beeinträchtigt werden, wodurch die Temperatur in der Halbleiterschicht 1 zur Zeit der Rekristallisation gleichförmig ist. Im Ergebnis dessen, kann eine Rekristallisa tionsschicht 1a mit einem hohen Grad an Kristallinität erhalten werden. Außerdem ist es möglich, eine sich über eine große Fläche erstreckende Halbleiterschicht 1 ohne Begrenzung durch die Größe des Substrats aufzuschmelzen und zu rekristallisieren.

Im folgenden wird als nächstes eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung entsprechend dieser Ausführungsform zeigt. In Fig. 2(a) bezeichnet Bezugsziffer 12, in Fig. 2(b) Bezugsziffer 12a eine besondere Platte (splint plate).

Im folgenden wird das Verfahren beschrieben. Wenn eine freie Flüs sigkeitsoberfläche der geschmolzenen Unterlage 2 im flüssigen Zu stand durch äußere Störungen, wie etwa mechanische Schwingungen, zum Zeitpunkt der Rekristallisation der Halbleiterschicht 1 ge wellt oder anderweitig gestört und dadurch die Figuration der Halbleiterschicht 1 zerstört wird, so kann dies durch Nieder drücken der Halbleiterschicht 1 durch eine Platte (splint plate) 12 - wie in Fig. 2 gezeigt - verhindert werden. Wenn die Platte 12 aus einem transparenten Material wie Quarz, Saphir oder durch scheinendem Aluminium gebildet ist und eine optische Heizeinrich tung, wie eine Infrarotlampe, zum Aufheizen der Halbleiterschicht 1 verwendet wird, kann auch dann, wenn die Halbleiterschicht 1 mit der Platte 12 bedeckt ist, die Halbleiterschicht 1 effektiv aufge heizt werden. In einer Ausgestaltung kann die Oberfläche der Platte 12a erhaben bzw. geprägt sein, und die Halbleiterschicht 1 kann durch die Platte 12 geformt werden, wenn die Halbleiter schicht 1 geschmolzen wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Halb leiterschicht durch die Platte 12 über die Einkapselungsschicht 11 niedergedrückt werden oder ein Antihaftmittel auf die Grenzfläche zwischen der Andruck- bzw. Stützplatte 12 und der Halbleiter schicht 1 aufgebracht sein, so daß die Halbleiterschicht 1 nicht infolge des Aufschmelzens und Rekristallisierens an der Platte 12 haften kann. Als Antihaftmittel können Siliziumnitrid-, Silizium karbid-, Bornitridpulver o. ä. verwendet werden.

Wie oben beschrieben kann bei der zweiten Ausführungsform der Er findung dann, wenn die flüssige Oberfläche der geschmolzenen Un terlage 2 durch äußere Störungen wie mechanische Schwingungen ge wellt bzw. gekräuselt oder sonstwie gestört ist, während die Halb leiterschicht 1 rekristallisiert, und dadurch die Konfiguration der Halbleiterschicht 1 beeinträchtigt wird, dies durch Nie derdrücken der Halbleiterschicht 1 mittels der Platte 12 verhin dert werden. Bei den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ist, da die Halbleiterschicht 1 auf der Unterlage 2 gebildet und im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren kein Substrat verwendet wird, die Größe der Halbleiterschicht 1 nicht auf die Größe des Substrates begrenzt, und es kann eine sich über eine große Fläche entsprechend der Ausdehnung einer Unterlage 2 erstreckende Halb leiterschicht rekristallisiert werden.

Obwohl bei den dargestellten Ausführungsformen hauptsächlich Sili zium als Material für die Halbleiterschicht 1 und hauptsächlich Siliziumdioxid als Material für die Isolationsschicht 10 und die Einkapselungsschicht 11 verwendet wird, ist das zu verwendende Ma terial darauf nicht begrenzt, und ähnliche Effekte können mit Ma terialien ähnlicher Natur wie den verwendeten erreicht werden.

Obgleich in den Ausführungsformen die Verwendung eines Infrarot lampen-Heizers als Heizeinrichtung zum Aufschmelzen und Rekristal lisieren der Halbleiterschicht 1 angegeben wurde, ist das Verfah ren darauf keineswegs beschränkt, sondern es kann jede Einrichtung verwendet werden, die genügend Energie zum Aufschmelzen der Halb leiterschicht 1 liefert.

Obgleich in den Ausführungsformen ein Verfahren beschrieben wurde, bei dem die Halbleiterschicht 1 partiell aufgeschmolzen und der aufgeschmolzene Abschnitt bewegt wird, kann auch ein Verfahren an gewandt werden, bei dem die gesamte Oberfläche der Halbleiter schicht 1 zur gleichen Zeit aufgeschmolzen wird. Die rekristalli sierte Halbleiterschicht 1 kann für Halbleitereinrichtungen ver wendet werden, nachdem sie von der Unterlage 2 entfernt wurde. Da sich infolge des Aufheizens durch die erste Heizeinrichtung die Unterlage 2 im geschmolzenen Zustand befindet, ist es relativ leicht, die Halbleiterschicht 1 von der Unterlage 2 zu entfernen. Desweiteren kann die rekristallisierte Halbleiterschicht 1 in Übereinstimmung mit der Rekristallisationsgeschwindigkeit der Halbleiterschicht 1 von der Unterlage 2 abgezogen werden.

Wie oben beschrieben, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung die Halbleiterschicht auf einer Unterlage geschmolzen und rekristallisiert, die aus einem Material gebildet ist, dessen Schmelzpunkt oder Erweichungstempe ratur niedriger als diejenige des Halbleitermaterials, das die Halbleiterschicht bildet, sind. Damit kann die Entstehung von Spannungen in der Halbleiterschicht unterdrückt oder eingeschränkt werden, und die Ebenheit der Halbleiterschicht wird nicht infolge von Verwindungen des Substrats beeinträchtigt, wodurch die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung in der Halbleiterschicht zum Zeitpunkt der Rekristallisation verbessert wird. Im Ergebnis dessen kann eine rekristallisierte Schicht mit guter Kristallini tät gewonnen werden. Außerdem ist es möglich, eine sich über eine große Fläche erstreckende Halbleiterschicht zu schmelzen und zu rekristallisieren. Darüber hinaus kann durch Bilden einer Isolati onsschicht zwischen der Unterlage und der Halbleiterschicht das Eindiffundieren von Bestandteilen der Unterlage oder in der Unter lage vorhandenen Verunreinigungen in die Halbleiterschicht verhin dert werden, und durch Verwendung einer Stütz- bzw. Andruckplatte auf der Halbleiterschicht kann deren Ebenheit weiter verbessert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung, bei dem eine Halbleiterschicht (1) geschmolzen und rekristallisiert wird, mit den Schritten:
Bilden einer polykristallinen oder amorphen, ein Halbleitermate rial aufweisenden Halbleiterschicht (1) auf einer Unterlage (2), deren Schmelzpunkt oder Erweichungstemperatur niedriger als der Schmelzpunkt des die Halbleiterschicht (1) bildenden Halbleiterma terials ist,
Aufheizen der Unterlage (2) durch eine erste Heizeinrichtung (6) bis zum Aufschmelzen und
Aufschmelzen und Rekristallisieren der Halbleiterschicht (1) durch eine zweite Heizeinrichtung, während die Unterlage (2) im ge schmolzenen Zustand gehalten wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Halbleiter schicht (1) und der Unterlage (2) eine Trenn- bzw. Isolierschicht (10) angeordnet ist, so daß Bestandteile der Unterlage oder in der Unterlage enthaltene Verunreinigungen nicht in die Halbleiter schicht (1) eindiffundieren können.

3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Halbleiter schicht (1) eine Platte (12) zur Stabilisierung der Konfiguration der Halbleiterschicht (1), wenn diese aufgeschmolzen und rekri stallisiert wird, angeordnet ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb leiterschicht (1) Silizium aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter lage (2) ein aus der aus Aluminium, Antimon, Gallium, Gold, Sil ber, Germanium, Zinn, Kupfer, Blei oder einer Legierung aus die sen, Kalziumchlorid, Kaliumchlorid oder Glas bestehenden Gruppe ausgewähltes Material aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Heizeinrichtung (6, 7) Heizer sind, die aus der aus ei nem Graphit- bzw. Kohlenstoffheizer und einem Infrarot-Heizer be stehenden Gruppe ausgewählt sind.

7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Iso lierschicht (10) eine Siliziumdioxidschicht aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die An drückplatte (12) aus einem aus der aus Quarz, Saphir und durch scheinendem Aluminium gebildeten Gruppe ausgewählten Material ge bildet ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anti haftmittel zur Verhinderung des Anhaftens der Halbleiterschicht (1) an der Platte (12) verwendet wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Antihaftmittel aus der aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und Bornitrid bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 3-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober fläche der Platte (12) erhaben bzw. geprägt ist.