JP2840081B2 - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
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- JP2840081B2 JP2840081B2 JP1146969A JP14696989A JP2840081B2 JP 2840081 B2 JP2840081 B2 JP 2840081B2 JP 1146969 A JP1146969 A JP 1146969A JP 14696989 A JP14696989 A JP 14696989A JP 2840081 B2 JP2840081 B2 JP 2840081B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体集積回路装置を製造する半導体薄膜で
あって、一般にSOI（Silicon On Insulator）構造と称
させる構造の半導体薄膜を製造する方法に関し、特に再
結晶化法と称される方法に関するものである。
あって、一般にSOI（Silicon On Insulator）構造と称
させる構造の半導体薄膜を製造する方法に関し、特に再
結晶化法と称される方法に関するものである。
本発明の半導体基板は高集積LSI、高耐圧デバイス、
耐放射線デバイス、三次元集積回路など多くの分野で利
用することができる。
耐放射線デバイス、三次元集積回路など多くの分野で利
用することができる。
成長させる半導体薄膜がシリコン以外に、例えばGaAs
などの化合物半導体であっても一般にはSOI構造と称さ
れているように、本発明でも成長させる半導体薄膜はシ
リコンに限定されない。
などの化合物半導体であっても一般にはSOI構造と称さ
れているように、本発明でも成長させる半導体薄膜はシ
リコンに限定されない。
（従来の技術） SOI構造形成技術には、再結晶化法、エピタキシャル
成長法、絶縁層埋込み法、張り合せ法などがある。SOI
構造形成技術の全般的な説明は「SOI構造形成技術」
（産業図書株式会社発行、昭和62年）に詳しく述べられ
ている。
成長法、絶縁層埋込み法、張り合せ法などがある。SOI
構造形成技術の全般的な説明は「SOI構造形成技術」
（産業図書株式会社発行、昭和62年）に詳しく述べられ
ている。
再結晶化法のうち、レーザビーム再結晶化法では、絶
縁膜などの下地上に形成した多結晶又は非晶質の膜をレ
ーザビームのエネルギーで溶融し、その溶融部分を移動
させならが結晶成長を行なわせる。
縁膜などの下地上に形成した多結晶又は非晶質の膜をレ
ーザビームのエネルギーで溶融し、その溶融部分を移動
させならが結晶成長を行なわせる。
レーザビーム照射による多結晶又は非晶質の膜内の温
度分布を改善して単結晶膜を得るために次のような試み
がなされている。
度分布を改善して単結晶膜を得るために次のような試み
がなされている。
（ａ）光学系を改善し、又は複数のレーザ光源を用いる
ことによってレーザビームのスポット内の温度分布を改
善する方法。
ことによってレーザビームのスポット内の温度分布を改
善する方法。
（ｂ）試料膜表面に反射防止膜や光吸収膜を設け、入射
するレーザビームの吸収を変化させて温度分布を改善す
る方法。
するレーザビームの吸収を変化させて温度分布を改善す
る方法。
（ｃ）試料の構造を変化させることにより場所的な熱放
散を変化させて温度分布を改善する方法。
散を変化させて温度分布を改善する方法。
（発明が解決しようとする課題） しかし、これらの方法によっても部分的な単結晶は得
られるが、大面積の単結晶を得るには至っていない。
られるが、大面積の単結晶を得るには至っていない。
本発明は、簡単なプロセスで大面積の単結晶膜を得る
ことのできる方法を提供することを目的とするものであ
る。
ことのできる方法を提供することを目的とするものであ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明では、多結晶又は非晶質の半導体薄膜にエネル
ギービームを照射して溶融させ、その溶融部分を移動さ
せるとともに、薄膜構造表面でエネルギービーム照射中
の部分又はエネルギービーム照射から僅かに遅れた部分
に冷却用ガスを吹きつける。
ギービームを照射して溶融させ、その溶融部分を移動さ
せるとともに、薄膜構造表面でエネルギービーム照射中
の部分又はエネルギービーム照射から僅かに遅れた部分
に冷却用ガスを吹きつける。
冷却用ガスとしては、例えばO2,N2及びNH3のうちのい
ずれかのガス若しくはそれらを含んだガス、又は単結晶
化させようとする半導体薄膜の構成元素を含むガスであ
る。
ずれかのガス若しくはそれらを含んだガス、又は単結晶
化させようとする半導体薄膜の構成元素を含むガスであ
る。
照射するエネルギーは、レーザービームその他の光ビ
ーム、電子ビーム、熱線などの形で与える。
ーム、電子ビーム、熱線などの形で与える。
（作用） 半導体薄膜にレーザービームなどのエネルギービーム
を照射し、移動させると、照射された部分が溶融し、そ
の後冷却するときに単結晶化が行なわれるが、一般には
薄膜構造の表面側は気体に接触し、裏面側には半導体ウ
エハなどが存在するため、表面側は裏面側よりも冷却さ
れにくく、このことが良好な単結晶の成長を妨げる一因
になっている。そこで、本発明により表面側に冷却用ガ
スを吹きつけることによって、溶融部分の冷却を速めて
単結晶化を促進する。
を照射し、移動させると、照射された部分が溶融し、そ
の後冷却するときに単結晶化が行なわれるが、一般には
薄膜構造の表面側は気体に接触し、裏面側には半導体ウ
エハなどが存在するため、表面側は裏面側よりも冷却さ
れにくく、このことが良好な単結晶の成長を妨げる一因
になっている。そこで、本発明により表面側に冷却用ガ
スを吹きつけることによって、溶融部分の冷却を速めて
単結晶化を促進する。
冷却用ガスは目的に応じて種々のものを用いることが
できる。溶融再結晶化させようとする半導体薄膜が多結
晶シリコン又は非晶質シリコンである場合に、冷却用ガ
スとして酸素を用いると形成される単結晶薄膜の表面が
シリコン酸化膜で被われた状態となり、単結晶薄膜の表
面に絶縁膜を必要とする場合には絶縁膜を形成する工程
を１つ省略することができて好都合である。冷却用ガス
として窒素又はアンモニアを用いるときは形成される単
結晶薄膜の表面にシリコン窒化膜が形成され、この場合
も絶縁膜形成工程を１つ省略することができる。
できる。溶融再結晶化させようとする半導体薄膜が多結
晶シリコン又は非晶質シリコンである場合に、冷却用ガ
スとして酸素を用いると形成される単結晶薄膜の表面が
シリコン酸化膜で被われた状態となり、単結晶薄膜の表
面に絶縁膜を必要とする場合には絶縁膜を形成する工程
を１つ省略することができて好都合である。冷却用ガス
として窒素又はアンモニアを用いるときは形成される単
結晶薄膜の表面にシリコン窒化膜が形成され、この場合
も絶縁膜形成工程を１つ省略することができる。
単結晶化させようとする半導体薄膜がGaAsである場合
には、Asが蒸発するのを防ぐために、冷却用ガスにAsを
含むガスを用いると良好なGaAs単結晶薄膜を形成するこ
とができる。
には、Asが蒸発するのを防ぐために、冷却用ガスにAsを
含むガスを用いると良好なGaAs単結晶薄膜を形成するこ
とができる。
（実施例） 第１図は一実施例を表わす。
１は単結晶シリコン基板であり、その表面に厚さが１
μｍ程度のシリコン酸化膜２を形成する。シリコン酸化
膜２は熱酸化又は減圧CVD法により形成することができ
る。三次元ICを製造する場合には、シリコン基板１に半
導体素子がすでに形成されている。
μｍ程度のシリコン酸化膜２を形成する。シリコン酸化
膜２は熱酸化又は減圧CVD法により形成することができ
る。三次元ICを製造する場合には、シリコン基板１に半
導体素子がすでに形成されている。
シリコン酸化膜２上に減圧CVD法により多結晶シリコ
ン薄膜３を約5000Åの厚さに堆積する。
ン薄膜３を約5000Åの厚さに堆積する。
他結晶シリコン薄膜３を単結晶シリコン薄膜に成長さ
せるために、アルゴンイオンレーザービーム６を多結晶
シリコン薄膜３に照射して走査し、レーザービーム６の
照射にやや遅れて窒素ガス７をビーム状に絞って走査し
ながら吹き付ける。レーザービーム６と窒素ガスビーム
７を走査するには、レーザービーム６と窒素ガズビーム
７を同時に矢印８方向に移動させてもよく、又はレーザ
ービーム６と窒素ガスビーム７を固定しておき、基板１
を矢印９で示される方向に移動させてもよい。
せるために、アルゴンイオンレーザービーム６を多結晶
シリコン薄膜３に照射して走査し、レーザービーム６の
照射にやや遅れて窒素ガス７をビーム状に絞って走査し
ながら吹き付ける。レーザービーム６と窒素ガスビーム
７を走査するには、レーザービーム６と窒素ガズビーム
７を同時に矢印８方向に移動させてもよく、又はレーザ
ービーム６と窒素ガスビーム７を固定しておき、基板１
を矢印９で示される方向に移動させてもよい。
レーザービーム６の照射条件は、例えば照射パワー2
W、ビーム径10μｍ、走査速度2cm/秒であり、窒素ガス
ビーム７の照射条件は、例えばその温度は室温よりも10
℃程度低めであり、ビーム径1mm、走査速度はレーザー
ビーム６と同じ2cm/秒である。しかしながら、レーザー
ビーム６や窒素ガスビーム７の照射条件、レーザーの種
類などは実験的に最適なものに設定すればよい。
W、ビーム径10μｍ、走査速度2cm/秒であり、窒素ガス
ビーム７の照射条件は、例えばその温度は室温よりも10
℃程度低めであり、ビーム径1mm、走査速度はレーザー
ビーム６と同じ2cm/秒である。しかしながら、レーザー
ビーム６や窒素ガスビーム７の照射条件、レーザーの種
類などは実験的に最適なものに設定すればよい。
多結晶シリコン薄膜３にレーザービーム６が照射され
ると、照射部分が溶融する。溶融部分４が溶融後に窒素
ガスビーム７で冷却されることによって単結晶シリコン
薄膜５になる。
ると、照射部分が溶融する。溶融部分４が溶融後に窒素
ガスビーム７で冷却されることによって単結晶シリコン
薄膜５になる。
冷却用ガスとして窒素ガスを吹きつけると、形成され
る単結晶薄膜５の表面に窒化シリコン膜が形成される。
る単結晶薄膜５の表面に窒化シリコン膜が形成される。
第１図の方法は種々に変形することができる。例え
ば、多結晶シリコン薄膜３上にシリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜などの誘電体膜を形成して熱伝導性を調整する
ようにしてもよい。多結晶シリコン薄膜３の下層のシリ
コン酸化膜２に代えてシリコン窒化膜などの誘電体膜を
設けてもよい。多結晶シリコン薄膜３の膜厚は形成しよ
うとする単結晶薄膜の膜厚に応じて設定すればよい。
ば、多結晶シリコン薄膜３上にシリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜などの誘電体膜を形成して熱伝導性を調整する
ようにしてもよい。多結晶シリコン薄膜３の下層のシリ
コン酸化膜２に代えてシリコン窒化膜などの誘電体膜を
設けてもよい。多結晶シリコン薄膜３の膜厚は形成しよ
うとする単結晶薄膜の膜厚に応じて設定すればよい。
冷却用ガス７としてアンモニアガスを用いるときも、
得られた単結晶薄膜の表面にシリコン窒化膜が形成され
る。
得られた単結晶薄膜の表面にシリコン窒化膜が形成され
る。
第２図は冷却用ガスとして酸化性ガスを用いた実施例
を表わしている。
を表わしている。
冷却用ガスとして酸素だけのガス又は不活性ガスに酸
素を含んだガス10を吹きつけることにより、得られる単
結晶シリコン薄膜５の表面にシリコン酸化膜11を形成す
ることができる。
素を含んだガス10を吹きつけることにより、得られる単
結晶シリコン薄膜５の表面にシリコン酸化膜11を形成す
ることができる。
第３図は単結晶化しようとする半導体薄膜としてGaAs
薄膜を用いた実施例を表わしている。
薄膜を用いた実施例を表わしている。
シリコン基板１上にシリコン酸化膜２を形成し、その
上に多結晶GaAs薄膜12を形成する。
上に多結晶GaAs薄膜12を形成する。
GaAsの場合、その溶融部分と接するガスの蒸気圧が低
いときは蒸発によって母材料が損失したり、Asが抜けて
Ga液滴が発生する。そこで、GaAsの場合は冷却用ガス15
の圧力を高くしたり、又は冷却用ガス15にAsを含ませる
ことによって母材料損失やAs蒸発を防止することができ
る。
いときは蒸発によって母材料が損失したり、Asが抜けて
Ga液滴が発生する。そこで、GaAsの場合は冷却用ガス15
の圧力を高くしたり、又は冷却用ガス15にAsを含ませる
ことによって母材料損失やAs蒸発を防止することができ
る。
第３図の場合もレーザービーム６を走査しながら照射
し、少し遅れて冷却用ガスビーム15を走査しながら吹き
つけることによって、溶融部分13が冷却されて単結晶Ga
As薄膜14が形成される。
し、少し遅れて冷却用ガスビーム15を走査しながら吹き
つけることによって、溶融部分13が冷却されて単結晶Ga
As薄膜14が形成される。
半導体薄膜がレーザービームなどのエネルギービーム
によって溶融され、冷却されて再結晶化する際に結晶成
長の種を形成するのに好都合なガスを含んだものとする
こともできる。
によって溶融され、冷却されて再結晶化する際に結晶成
長の種を形成するのに好都合なガスを含んだものとする
こともできる。
本発明では薄膜構造の表面から強制的に冷却するた
め、下地の結晶の影響を受けずに溶融再結晶化させるこ
とができる。また、そのため、後に製造するデバイス構
造のことを考えて、例えば多結晶シリコン薄膜３の下に
部分的に高融点金属などの導電層を形成しておいてもよ
い。
め、下地の結晶の影響を受けずに溶融再結晶化させるこ
とができる。また、そのため、後に製造するデバイス構
造のことを考えて、例えば多結晶シリコン薄膜３の下に
部分的に高融点金属などの導電層を形成しておいてもよ
い。
（発明の効果） 本発明ではレーザービームなどのエネルギービームを
照射する溶融再結晶化法において、表面側から冷却用ガ
スを吹きつけることによって大面積の単結晶薄膜を形成
することができる。これにより、三次元集積回路装置な
どの実現が可能となる。
照射する溶融再結晶化法において、表面側から冷却用ガ
スを吹きつけることによって大面積の単結晶薄膜を形成
することができる。これにより、三次元集積回路装置な
どの実現が可能となる。
そして、冷却用ガスとして単結晶化させようとする半
導体薄膜と反応するガスやその半導体薄膜の構成元素を
含むガスを用いるので、そのガスの種類、温度、圧力な
どを選択することにより、形成される半導体薄膜を最適
化するのが容易になる。例えば、単結晶化させようとす
る半導体薄膜がシリコンである場合に、そのガスとして
酸素を用いると形成される単結晶薄膜の表面がシリコン
酸化膜で被われた状態となり、またそのガスとして窒素
又はアンモニアを用いると表面がシリコン窒化膜で被わ
れた状態となって、絶縁膜形成工程を１つ省略すること
ができる。また例えば、単結晶化させようとする半導体
薄膜がGaAsである場合には、冷却用ガスとしてAsを含む
ガスを用いるとAsが蒸発するのを防ぐことができ、良好
なGaAs単結晶薄膜を形成することができる。
導体薄膜と反応するガスやその半導体薄膜の構成元素を
含むガスを用いるので、そのガスの種類、温度、圧力な
どを選択することにより、形成される半導体薄膜を最適
化するのが容易になる。例えば、単結晶化させようとす
る半導体薄膜がシリコンである場合に、そのガスとして
酸素を用いると形成される単結晶薄膜の表面がシリコン
酸化膜で被われた状態となり、またそのガスとして窒素
又はアンモニアを用いると表面がシリコン窒化膜で被わ
れた状態となって、絶縁膜形成工程を１つ省略すること
ができる。また例えば、単結晶化させようとする半導体
薄膜がGaAsである場合には、冷却用ガスとしてAsを含む
ガスを用いるとAsが蒸発するのを防ぐことができ、良好
なGaAs単結晶薄膜を形成することができる。
第１図、第２図及び第３図はそれぞれ実施例を示す断面
図である。 １……シリコン基板、２……シリコン酸化膜、３……多
結晶シリコン薄膜、４……溶融部分、５……単結晶シリ
コン薄膜、６……レーザービーム、７……冷却用窒素ガ
ス、10……酸素を含んだ冷却用ガス、12……多結晶GaAs
薄膜、13……溶融部分、14……単結晶GaAs薄膜、15……
Asを含んだ冷却用ガス。
図である。 １……シリコン基板、２……シリコン酸化膜、３……多
結晶シリコン薄膜、４……溶融部分、５……単結晶シリ
コン薄膜、６……レーザービーム、７……冷却用窒素ガ
ス、10……酸素を含んだ冷却用ガス、12……多結晶GaAs
薄膜、13……溶融部分、14……単結晶GaAs薄膜、15……
Asを含んだ冷却用ガス。
Claims (4)
- 【請求項１】多結晶又は非晶質の半導体薄膜にエネルギ
ービームを照射して溶融させ、その溶融部分を移動させ
るとともに、薄膜構造表面でエネルギービーム照射中の
部分又はエネルギービーム照射から僅かに遅れた部分に
冷却用でありかつ前記半導体薄膜との反応用であるガス
を吹きつける半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】前記ガスはO2,N2及びNH3のうちのいずれか
のガス又はそれらを含んだガスである請求項１に記載の
半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】多結晶又は非晶質の半導体薄膜にエネルギ
ービームを照射して溶融させ、その溶融部分を移動させ
るとともに、薄膜構造表面でエネルギービーム照射中の
部分又はエネルギービーム照射から僅かに遅れた部分
に、前記半導体薄膜の構成元素を含む冷却用ガスを吹き
つける半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】前記半導体薄膜はGaAsであり、前記冷却用
ガスはAsを含んだガスである請求項３に記載の半導体薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1146969A JP2840081B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1146969A JP2840081B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311727A JPH0311727A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2840081B2 true JP2840081B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=15419675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1146969A Expired - Fee Related JP2840081B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2840081B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483918A (en) * | 1991-02-14 | 1996-01-16 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single-crystal silicon by chemical vapor deposition and method for fractional determination of ultratrace elements present in chlorosilanes as starting materials and single-crystal silicon produced |
| US20090191348A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Henry Hieslmair | Zone melt recrystallization for inorganic films |
| CA2826359A1 (en) | 2011-02-14 | 2012-08-23 | Mimedx Group Inc. | Tissue grafts modified with a cross-linking agent and methods of making and using the same |
| JP2016009695A (ja) * | 2014-06-23 | 2016-01-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法およびレーザーアニール装置 |
| CN112236843A (zh) * | 2018-06-06 | 2021-01-15 | 堺显示器制品株式会社 | 激光退火方法、激光退火装置及有源矩阵基板的制造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6144786A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-04 | Sony Corp | 半導体単結晶薄膜の製造方法 |
-
1989
- 1989-06-09 JP JP1146969A patent/JP2840081B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0311727A (ja) | 1991-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081016 Year of fee payment: 10 |
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