JP2674751B2 - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉ基板の製造方法Info
- Publication number
- JP2674751B2 JP2674751B2 JP62147682A JP14768287A JP2674751B2 JP 2674751 B2 JP2674751 B2 JP 2674751B2 JP 62147682 A JP62147682 A JP 62147682A JP 14768287 A JP14768287 A JP 14768287A JP 2674751 B2 JP2674751 B2 JP 2674751B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- film
- stripe
- orientation
- soi
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、SOI基板の製造方法に関するものである。
（従来の技術）
従来基板の面積にたいしてSOIの面積の割合が大きい
（SOI面積率の大きい）SOI基板の形成方法としては、例
えば、アプライド・フィジクス・レター（Applied Phys
ics Letters）、第41巻346ページ（1982年）に記載され
ている、シリコン窒化膜による選択反射防止膜法と呼ば
れる方法がある。この方法では、SOI基板の面方位を制
御する最も一般的な方法としては、例えば第33回応用物
理学関係連合講演予稿集527ページ1a−Ｇ−１に記載さ
れている様に、絶対膜上に堆積した多結晶シリコン膜
を、基板の一部を種結晶として用いた横方向の帯域溶融
エピタキシャル成長法で再結晶化するSOI基板の形成方
法があった。 さらに、レーザビームアニールで、種結晶を用いずに
基板垂直方向が〈100〉に制御された結晶粒からなるSOI
基板を形成する方法としては、62年春期応用物理学会予
行集第２分冊549ページにあるように多結晶シリコンを
２段階でレーザビームアニールする方法があった。この
方法では第１段階のアニールでSiラメラと呼ばれる基板
垂直方向に〈100〉方位、ストライプに平行な方向に〈1
10〉の面内方位を持つ人工的な種結晶を形成し、そのSi
ラメラを種結晶として第２段階のアニールで単結晶粒を
得る事に特徴がある。 （発明が解決しようとする問題点） 従来の技術のうち第１の方法は基板の種結晶領域から
SOI層に結晶方位を引きつぐ事が技術的に困難な上、種
結晶領域として余分な面積を確保する必要がある等の問
題点があり望ましくない。 また第２の方法ではストライプに平行な方向、すなわ
ち結晶の成長方向に〈110〉の面内方位を持つため、結
晶方位が制御できる面積が小さいといった欠点を有す
る。 本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決
し、基板を種結晶として用いる事なく、基板垂直方向が
〈100〉方位に制御された大面積の単結晶粒からなるSOI
基板の製造方法を得る事にある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、少なくとも表面に絶縁膜を備えた基板上
に、レーザビームアニールされるべき多結晶シリコン膜
として基板垂直方向に＜100＞方位を持つ結晶粒を多数
含む膜を堆積し、該多結晶シリコン膜上にストライプ状
で、一部領域のみ該ストライプが平行を保たれたまま他
の領域に対して同一方向に約45゜の角度を持つレーザ光
の反射防止膜を形成し、まずストライプが他の領域に対
して約45゜の角度を持つ領域でレーザビームを走査し、
次に残りの領域でストライプに平行あるいはストライプ
と斜めの方向にレーザビームを走査して、基板垂直方向
に＜100＞方位を持ちレーザ光の反射防止膜下の結晶粒
界の間に囲まれたストライプ状の単結晶粒を形成する事
を特徴とするSOI基板の製造方法である。 （作用） 以下に本発明によって、種結晶を用いずに基板垂直方
向が〈100〉に制御された大面積の単結晶粒からなるSOI
を得る事ができる原理を述べる。 本発明者が基板垂直方向に〈100〉方位を持つ人工的
な種結晶として用いる事が可能なSiラメラの形成メカニ
ズムについて詳細に検討した結果によれば、多結晶シリ
コン中の微小結晶粒のうち基板垂直方向に〈100〉方位
を持つものは他のものに比べてレーザ光の反射率がわず
かに大きい。従って適当なレーザパワーを選べば〈10
0〉方位を持つ微小結晶粒のみを残して他のものを溶解
する事が可能である。この〈100〉方位を持つ微小結晶
粒が種結晶となって溶液が固化したものがSiラメラであ
り、さらにこのSiラメラがいくつか合体して生じた結晶
粒を人工的種結晶として用いて、大面積の単結晶粒を得
るのが従来技術で２番目にあげた方法である。 この観点は、シリコン窒化膜による選択反射防止膜法
の構造を見直すと、この方法ではSiラメラが合体する際
にSiラメラの長手方向が、シリコン窒化膜の存在で生じ
た温度分布にそって（すなわちストライプにそった方向
に）並ぶ。Siラメラはその側面がすべて（111）面に囲
まれているゆえに、幾何学的な要請からその長手方向は
面内方位が〈110〉である。一方基板を種結晶として用
いた際の研究から、単結晶粒の種結晶からの成長距離は
結晶の成長方向に大きく依存し、〈110〉方向で最小、
〈100〉方向で最大となる。 そこで本発明では、Siラメラを形成する領域のみシリ
コン窒化膜のストライプの方向を他の領域に対して約45
゜の角度を持たせる事によって、基板垂直方向に〈10
0〉方位、単結晶の成長方向に対して〈100〉の面内方位
を持つ人工的種結晶を形成し、それを種結晶として通常
のシリコン窒化膜による選択反射防止膜法によるSOI形
成を行う事によって、基板垂直方向が〈100〉である大
面積の単結晶粒からなるSOI基板の製造方法を得る事が
可能となる。 （実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。 第１図は、本発明の実施例を説明するための斜視図で
ある。試料はシリコン基板10にSiO2膜20をCVD法で膜厚
１μｍ堆積し、その上に基板温度700℃±20℃のLPCVD法
で多結晶シリコン膜30を厚さ0.5μｍ堆積した。この多
結晶シリコン膜は通常のデバイス製造工程で使われる温
度より高い温度で堆積しているので、堆積直後の状態で
基板垂直方向に〈100〉方位を持つ結晶粒が他のものに
比べて20倍以上の割合で存在し、強い〈100〉配向性を
持ち、Siラメラの形成に有利である。この〈100〉配向
性は、強ければ強い程後のSiラメラの形成に有利である
が、実用的には700℃±20℃の基板温度を選ぶ事によっ
て、適当なレーザパワーを選べばSiラメラの形成には支
障がなかった。さらに厚さ0.06μｍのシリコン窒化膜40
を堆積し、ピッチを12μｍ、ストライプ幅を２μｍに一
部領域のみ他の領域に対してストライプの方向を45゜傾
けて、通常のフォトリソグラフィー技術で形成した。 まず上記の試料のストライプの方向が傾いた領域を基
板温度300℃〜500℃、レーザ径20〜90μｍ、走査速度１
〜3mm/sec、レーザパワー８〜18Wで走査し、Siラメラを
形成した。次に、ストライプに平行な方向あるいはスト
ライプとなす角が60度以内の方向に、基板温度300℃〜5
00℃、レーザ径50〜150μｍ、走査速度10〜20mm/sec、
レーザパワー８〜19Wで単独走査あるいは重ね合わせて
複数回の走査を行い、前記Siラメラを種結晶としての単
結晶粒の成長を行った。 このSOI結晶の面方位の観察をECP法で、結晶性の評価
を選択エッチ法で行った。すると、形成したSiラメラを
種結晶として、シリコン窒化膜のストライプ方向に1mm
以上の長さをもち、基板垂直方向が〈100〉方位、スト
リップに平行な方向に〈100〉の面内方位を持つ大面積
の単結晶粒からなるSOI基板が得られた。 またSOI面積率は100％であり、従来基板を種結晶とし
て用いた場合での最大90％程度に比べて大きい。 本実施例ではシリコン基板を用いたがサファイア基板
等他の基板を用いても同様な効果が得られる。また、シ
リコン窒化膜のかわりに他の材料でできた反射防止膜を
用いても本発明の効果は同様である。 また、本実施例では、ストライプの端の一か所のみ45
゜に傾けたが、中央部をSiラメラ形成領域としても良
い。さらに、２か所以上（例えば100μｍ間隔で）Siラ
メラの形成領域として、斜めのストライプを設ければ
〈100〉方位制御の制御性の向上が望める。 （発明の効果） 本発明によって、大面積のSOI面積で、基板垂直方向
が〈100〉方位に制御されたSOI基板を基板を種結晶とし
て用いる事なく得る事が可能となり、LSIの三次元化に
多大な効果を発揮すると考えられる。
（SOI面積率の大きい）SOI基板の形成方法としては、例
えば、アプライド・フィジクス・レター（Applied Phys
ics Letters）、第41巻346ページ（1982年）に記載され
ている、シリコン窒化膜による選択反射防止膜法と呼ば
れる方法がある。この方法では、SOI基板の面方位を制
御する最も一般的な方法としては、例えば第33回応用物
理学関係連合講演予稿集527ページ1a−Ｇ−１に記載さ
れている様に、絶対膜上に堆積した多結晶シリコン膜
を、基板の一部を種結晶として用いた横方向の帯域溶融
エピタキシャル成長法で再結晶化するSOI基板の形成方
法があった。 さらに、レーザビームアニールで、種結晶を用いずに
基板垂直方向が〈100〉に制御された結晶粒からなるSOI
基板を形成する方法としては、62年春期応用物理学会予
行集第２分冊549ページにあるように多結晶シリコンを
２段階でレーザビームアニールする方法があった。この
方法では第１段階のアニールでSiラメラと呼ばれる基板
垂直方向に〈100〉方位、ストライプに平行な方向に〈1
10〉の面内方位を持つ人工的な種結晶を形成し、そのSi
ラメラを種結晶として第２段階のアニールで単結晶粒を
得る事に特徴がある。 （発明が解決しようとする問題点） 従来の技術のうち第１の方法は基板の種結晶領域から
SOI層に結晶方位を引きつぐ事が技術的に困難な上、種
結晶領域として余分な面積を確保する必要がある等の問
題点があり望ましくない。 また第２の方法ではストライプに平行な方向、すなわ
ち結晶の成長方向に〈110〉の面内方位を持つため、結
晶方位が制御できる面積が小さいといった欠点を有す
る。 本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決
し、基板を種結晶として用いる事なく、基板垂直方向が
〈100〉方位に制御された大面積の単結晶粒からなるSOI
基板の製造方法を得る事にある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、少なくとも表面に絶縁膜を備えた基板上
に、レーザビームアニールされるべき多結晶シリコン膜
として基板垂直方向に＜100＞方位を持つ結晶粒を多数
含む膜を堆積し、該多結晶シリコン膜上にストライプ状
で、一部領域のみ該ストライプが平行を保たれたまま他
の領域に対して同一方向に約45゜の角度を持つレーザ光
の反射防止膜を形成し、まずストライプが他の領域に対
して約45゜の角度を持つ領域でレーザビームを走査し、
次に残りの領域でストライプに平行あるいはストライプ
と斜めの方向にレーザビームを走査して、基板垂直方向
に＜100＞方位を持ちレーザ光の反射防止膜下の結晶粒
界の間に囲まれたストライプ状の単結晶粒を形成する事
を特徴とするSOI基板の製造方法である。 （作用） 以下に本発明によって、種結晶を用いずに基板垂直方
向が〈100〉に制御された大面積の単結晶粒からなるSOI
を得る事ができる原理を述べる。 本発明者が基板垂直方向に〈100〉方位を持つ人工的
な種結晶として用いる事が可能なSiラメラの形成メカニ
ズムについて詳細に検討した結果によれば、多結晶シリ
コン中の微小結晶粒のうち基板垂直方向に〈100〉方位
を持つものは他のものに比べてレーザ光の反射率がわず
かに大きい。従って適当なレーザパワーを選べば〈10
0〉方位を持つ微小結晶粒のみを残して他のものを溶解
する事が可能である。この〈100〉方位を持つ微小結晶
粒が種結晶となって溶液が固化したものがSiラメラであ
り、さらにこのSiラメラがいくつか合体して生じた結晶
粒を人工的種結晶として用いて、大面積の単結晶粒を得
るのが従来技術で２番目にあげた方法である。 この観点は、シリコン窒化膜による選択反射防止膜法
の構造を見直すと、この方法ではSiラメラが合体する際
にSiラメラの長手方向が、シリコン窒化膜の存在で生じ
た温度分布にそって（すなわちストライプにそった方向
に）並ぶ。Siラメラはその側面がすべて（111）面に囲
まれているゆえに、幾何学的な要請からその長手方向は
面内方位が〈110〉である。一方基板を種結晶として用
いた際の研究から、単結晶粒の種結晶からの成長距離は
結晶の成長方向に大きく依存し、〈110〉方向で最小、
〈100〉方向で最大となる。 そこで本発明では、Siラメラを形成する領域のみシリ
コン窒化膜のストライプの方向を他の領域に対して約45
゜の角度を持たせる事によって、基板垂直方向に〈10
0〉方位、単結晶の成長方向に対して〈100〉の面内方位
を持つ人工的種結晶を形成し、それを種結晶として通常
のシリコン窒化膜による選択反射防止膜法によるSOI形
成を行う事によって、基板垂直方向が〈100〉である大
面積の単結晶粒からなるSOI基板の製造方法を得る事が
可能となる。 （実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。 第１図は、本発明の実施例を説明するための斜視図で
ある。試料はシリコン基板10にSiO2膜20をCVD法で膜厚
１μｍ堆積し、その上に基板温度700℃±20℃のLPCVD法
で多結晶シリコン膜30を厚さ0.5μｍ堆積した。この多
結晶シリコン膜は通常のデバイス製造工程で使われる温
度より高い温度で堆積しているので、堆積直後の状態で
基板垂直方向に〈100〉方位を持つ結晶粒が他のものに
比べて20倍以上の割合で存在し、強い〈100〉配向性を
持ち、Siラメラの形成に有利である。この〈100〉配向
性は、強ければ強い程後のSiラメラの形成に有利である
が、実用的には700℃±20℃の基板温度を選ぶ事によっ
て、適当なレーザパワーを選べばSiラメラの形成には支
障がなかった。さらに厚さ0.06μｍのシリコン窒化膜40
を堆積し、ピッチを12μｍ、ストライプ幅を２μｍに一
部領域のみ他の領域に対してストライプの方向を45゜傾
けて、通常のフォトリソグラフィー技術で形成した。 まず上記の試料のストライプの方向が傾いた領域を基
板温度300℃〜500℃、レーザ径20〜90μｍ、走査速度１
〜3mm/sec、レーザパワー８〜18Wで走査し、Siラメラを
形成した。次に、ストライプに平行な方向あるいはスト
ライプとなす角が60度以内の方向に、基板温度300℃〜5
00℃、レーザ径50〜150μｍ、走査速度10〜20mm/sec、
レーザパワー８〜19Wで単独走査あるいは重ね合わせて
複数回の走査を行い、前記Siラメラを種結晶としての単
結晶粒の成長を行った。 このSOI結晶の面方位の観察をECP法で、結晶性の評価
を選択エッチ法で行った。すると、形成したSiラメラを
種結晶として、シリコン窒化膜のストライプ方向に1mm
以上の長さをもち、基板垂直方向が〈100〉方位、スト
リップに平行な方向に〈100〉の面内方位を持つ大面積
の単結晶粒からなるSOI基板が得られた。 またSOI面積率は100％であり、従来基板を種結晶とし
て用いた場合での最大90％程度に比べて大きい。 本実施例ではシリコン基板を用いたがサファイア基板
等他の基板を用いても同様な効果が得られる。また、シ
リコン窒化膜のかわりに他の材料でできた反射防止膜を
用いても本発明の効果は同様である。 また、本実施例では、ストライプの端の一か所のみ45
゜に傾けたが、中央部をSiラメラ形成領域としても良
い。さらに、２か所以上（例えば100μｍ間隔で）Siラ
メラの形成領域として、斜めのストライプを設ければ
〈100〉方位制御の制御性の向上が望める。 （発明の効果） 本発明によって、大面積のSOI面積で、基板垂直方向
が〈100〉方位に制御されたSOI基板を基板を種結晶とし
て用いる事なく得る事が可能となり、LSIの三次元化に
多大な効果を発揮すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を説明するための斜視図であ
る。 10……シリコン基板、20……SiO2膜、 30……多結晶シリコン膜、40……シリコン窒化膜。
る。 10……シリコン基板、20……SiO2膜、 30……多結晶シリコン膜、40……シリコン窒化膜。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．少なくとも表面に絶縁膜を備えた基板上に、レーザ
ビームアニールされるべき多結晶シリコン膜として基板
垂直方向に＜100＞方位を持つ結晶粒を多数含む膜を堆
積し、該多結晶シリコン膜上にストライプ状で、一部領
域のみ該ストライプが平行を保たれたまま他の領域に対
して同一方向に約45゜の角度を持つレーザ光の反射防止
膜を形成し、まずストライプが他の領域に対して約45゜
の角度を持つ領域でレーザビームを走査し、次に残りの
領域でストライプに平行あるいはストライプと斜めの方
向にレーザビームを走査して、基板垂直方向に＜100＞
方位を持ちレーザ光の反射防止膜下の結晶粒界の間に囲
まれたストライプ状の単結晶粒を形成する事を特徴とす
るSOI基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62147682A JP2674751B2 (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62147682A JP2674751B2 (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63311719A JPS63311719A (ja) | 1988-12-20 |
| JP2674751B2 true JP2674751B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=15435899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62147682A Expired - Lifetime JP2674751B2 (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674751B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0799734B2 (ja) * | 1986-10-31 | 1995-10-25 | 三菱電機株式会社 | 単結晶成長方法 |
-
1987
- 1987-06-12 JP JP62147682A patent/JP2674751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63311719A (ja) | 1988-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4444620A (en) | Growth of oriented single crystal semiconductor on insulator | |
| JPS59161014A (ja) | 半導体薄膜結晶化方法 | |
| JP2840434B2 (ja) | 結晶の形成方法 | |
| JPS62206816A (ja) | 半導体結晶層の製造方法 | |
| JP2674751B2 (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JPH0777195B2 (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JPH0569076B2 (ja) | ||
| JPS59128292A (ja) | 薄膜の結晶化方法 | |
| JP2000211988A (ja) | 半導体薄膜及びその形成方法 | |
| JPS634607A (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JPH024559B2 (ja) | ||
| JPS5886716A (ja) | 単結晶半導体膜形成法 | |
| JPS62165907A (ja) | 単結晶薄膜の形成方法 | |
| JPS63175415A (ja) | 単結晶薄膜の形成方法 | |
| JPH0524113B2 (ja) | ||
| JPS62179112A (ja) | Ｓｏｉ構造形成方法 | |
| JPS62206815A (ja) | 半導体ウエハ | |
| JPS62130509A (ja) | 半導体基体の製造方法 | |
| JPS6239009A (ja) | Ｓｏｉ基板形成方法 | |
| JPS6015916A (ja) | 単結晶薄膜の製造方法 | |
| JPS63306618A (ja) | Ｓｏｉ構造の形成方法 | |
| JPS5939022A (ja) | 半導体単結晶薄膜の製造方法 | |
| JPS63151013A (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JPS61203630A (ja) | 半導体ウェーハとその製造方法 | |
| JPS62272520A (ja) | 半導体基板の製造方法 |