JP2656466B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

半導体基板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体基板の製造方法に係り、特に、非晶質
絶縁層上に半導体単結晶層を形成する方法に関する。
〔発明の背景〕 絶縁物上にシリコン単結晶層を形成するSOI(Silicon
on Insulator)技術は、その高集積化の可能性や、薄
膜トランジスタ等への応用面から、近年、急速にその必
要性が高まつている技術である。現在、この研究は、様
々の構造・技術を駆使して進められているが、いずれ
も、十分な面積・結晶性を有するシリコン単結晶を与え
るまでには至つていない。
前記結晶性向上の一方法であるラテラルシーデイング
法は、再成長させる領域内に種結晶を形成しておき、こ
の部分から情報をもとに、ラテラル方向に結晶成長させ
るものである。
以下、アプライド・フイジクス・レターズ(Appl.Phy
s.Lett.の第43巻第11号(1983)の第1048−1050頁に記
載された論文「SiO2層間で種結晶を用いて再結晶化させ
た厚いSi膜における小傾角粒界の削除(Suppresion of
lowangle grain boundaries in seeded thick Sifilms
recrystallized between SiO2 layers)」と題する論文
に記載されている例をもと、代表的なラテラルシーデイ
ング・ゾーンメルテイング法の概略と、その問題点につ
いて述べる。
第2図は、面方位(100)のシリコン基板1上に形成
された種結晶部2と、SOI構造予備部3の概略断面図で
ある。この構造は、シリコン基板1上に市松模様にシリ
コン酸化膜4を形成し、さらにシリコン層を堆積させる
ことにより形成され、この時、基板シリコンの露出部上
には単結晶シリコンが形成されて種結晶部2となり、シ
リコン酸化膜4上には多結晶シリコンが形成される。さ
らに、シリコン酸化膜5を全面に形成して、シリコン面
2,3を保護する。第3図は、上記を種結晶部2、及び、S
OI構造予備部をゾーンメルテイング法により、溶融再結
晶化して、SOI構造予備部3を、単結晶化するための装
置の一種のグラフアイトストリツプヒータの概略であ
る。サンプル基板10を下部の固定ストリツプヒータ6で
1100℃〜1300℃に熱し、さらに上部より可動ストリツプ
ヒータ7を1〜2mm/secの速度でウエハより1mm程度離し
て掃引し、部分的にさらに高温にし、結晶成長を行な
う。
このようにして形成されるSOI領域の結晶性は、種結
晶の結晶情報がいかに伝達されるかに依存している。し
かし、この場合熱的なゆらぎや、溶融の不完全な領域か
ら種結晶の結晶方位とは異なる結晶方位の領域が発生
し、結晶粒界が生ずるという問題があつた。これを防止
するため種結晶部を増加する方法があるが、SOI構造部
が少なくなり、集積度、設計時の煩雑さを考慮すると、
好ましくない。
〔発明の目的〕
本発明の目的はラテラルシーデイング法と溶融再結晶
化法の特性を考慮し、より結晶性の良好なSOI構造を形
成する半導体基板の製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、結晶が立方晶系特に面心立方晶のダ
イヤモンド構造である物質の多結晶あるいは非晶質領域
を、種結晶を使用した溶融再結晶化により単結晶化する
工程において、溶融部分を、その長手方向が種結晶の<
010>方向に平行な帯状とし、半導体基板面内におい
て、この帯状の溶融部分を種結晶の<100>方向と平行
な方向に沿って移動することにある。
第4図は、多結晶シリコンを溶融再結晶化させる際
に、同一面内に面方位(100)の種結晶部2を用意し、
その結晶方位に対して<110>方向に溶融部分を移動さ
せて、再結晶を行なつたものについて、面内における結
晶軸の回転を調べてその分布を示したものである。
同図に示した正方形の各辺は、その結晶粒における<
110>方向と等価な方向を、矢印は溶融部分の移動方向
を示す。これより、固液界面でのゆらぎ等により種結晶
と異なる方位の情報が入つた場合に、種結晶の結晶方位
を有する領域20は減衰し、これより約45゜傾いた結晶方
位の領域200が優勢に再結晶することがわかる。この実
験結果より溶融領域の移動方向を<100>方向とする結
晶方位が優勢に再結晶することを発見した。
本発明は、上記発見にもとづき、種結晶の結晶方位を
優勢な結晶方位と一致させることにより、シーデイング
によつて与えた初期情報を優勢に持続させることを目的
としたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
第1図において、石英管9の中に、石英治具11により
支えられたカーボンサセプタ12を配置し、これらをとり
まくRFコイル13により加熱する。カーボンサセプタ12上
にセツトされた第2図と同様な構造のサンプル基板10
は、石英棒14に押されて、高周波加熱の発熱体であるカ
ーボンサセプタ12の高温部15を通過する瞬間に再結晶化
される。さらに詳しくは、サンプル基板10は、第1図
(b)にA部を拡大して示すように、その基板面を上に
して、石英基板102上にセツトされている。
上記構造の装置により、サンプル基板10中のシリコン
層を溶融再結晶化させる際、第5図に示すようにサンプ
ル基板10の移動に伴う高温部15の相対的移動は、種結晶
の結晶方位に対し<100>方向となるようにした。ま
た、本装置中、カーボンサセプタ上の高温部15は、種結
晶の結晶方位に対し<010>方向に横たわるようにした
ため、単結晶化時の溶融端は、サンプル基板10において
種結晶の結晶方位に対し、<010>方向に平行である。
本実施例によれば、サンプル基板10の中の帯状溶融部
分が、種結晶の方位<100>方向に移動するため、この
移動方向に依存して優勢となる結晶方位と種結晶の結晶
方位とが一致し、両者の相乗効果が得られて、より結晶
性の良い再結晶化シリコン層が、歩留り高く得られる。
なお、本実施例では、サンプル基板10と高温部15との
熱的接触を向上するために、上から石英ガラス103を乗
せてある。
第6図には、本発明の第2の実施例を示した。カーボ
ン製治具17の上にサンプル基板10を再結晶化したい面を
上にして乗せ、電子ビームガン18より線状の電子ビーム
を照射して溶融させ、再結晶化を図る。この時、治具17
をサンプル基板10の内の種結晶に対し<100>方向に移
動させ、サンプル基板10全面にわたる再結晶化層を得
る。また、電子ビーム照射による溶融端16は、移動方向
<100>に対し垂直な、<010>方向に横たわるようにし
た。
本実施例においても第一の実施例と同様な効果が得ら
れるため、再結晶化シリコン層の結晶性及び歩留まりの
大幅な向上が得られる。
上記2つの実施例では、対象としてシリコンを取り扱
つたが、この他にも同様な結晶方位の優勢を示す面心立
方晶物質Ge,Sn,GaAs,AlAs,AlSb,GaP,GaSb,InP,InAs,InS
b等の溶融再結晶化に適用できる。また、溶融再結晶化
の手段もランプやレーザ等を適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、溶融再結晶化の際の原子の配向性が
シーデイングを用いることにより制御できるので、種結
晶に習つて一様に配向した単結晶が得られ、再結晶化に
おける歩留まりを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の第一の実施例に用いられる高周
波加熱ゾーンメルテイング再結晶化装置の概略図、
(b)は(a)のA部拡大図、(c)は高温部付近の温
度分布を示す図、第2図は従来例に用いられたSOI基板
の断面図、第3図は従来例に用いられたカーボンストリ
ツプヒータの概略図、第4図は本発明のきつかけとなつ
た実験結果の略図、第5図は第一の実施例に用いられた
高温度とサンプル基板の位置関係の概説図、第6図は第
二の実施例である電子ビームアニールによる溶融再結晶
化方法の概説図である。 1……シリコン基板、2……種結晶部、3……SOI構造
予備部、4……シリコン酸化膜、5……シリコン酸化
膜、9……石英管、10……サンプル基板、12……カーボ
ンサセプタ、13……RFコイル、14……石英棒、15……高
温部、102……石英基板、103……石英ガラス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−86077(JP,A) 特開 昭59−167011(JP,A) 特開 昭58−93221(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体の種結晶を載置した絶縁体または絶
    縁膜の上に多結晶もしくは非晶質の半導体膜を形成し、
    次いで、この多結晶もしくは非晶質の半導体膜を溶融再
    結晶化することにより形成された単結晶半導体膜を有す
    る半導体基板を製造する方法において、 溶融領域を帯状とし、そして、種結晶の面方位が<100
    >である場合、帯状溶融領域の長手方向を<010>とす
    ると共に帯状溶融領域の移動方向を<100>とすること
    を特徴とする半導体基板の製造方法。
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