JPH01132114A - 単結晶薄膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は単結晶薄膜の形成方法に関し、詳しくは半導体
基板表面に被着された絶縁膜上の多結晶薄膜もしくは非
晶質薄膜をレーザ光等のエネルギビームを照射して単結
晶薄膜を形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体基板表面に被着された絶縁膜領域上の多結
晶もしくは非晶質シリコン層を単結晶化する方法は、特
開昭５６−７３６９７号に記載のように弔結晶基板上の
一部に絶縁膜領域を設け、この上に形成した非晶質もし
くは多結晶シリコン層をエネルギビームの照射により融
解せしめ、再同化の際に結晶成長が単結晶基板上部から
非晶質領域さらに横方向へと進む事を利用するものとな
っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、結晶成長が単結晶基板上部から絶縁膜
上へ進むため、絶縁膜段差部を乗り越える際に結晶成長
が阻害されると共に、単結晶基板を融解するため基板表
面に不純物ドープが介在する場合、その不純物が融液中
に流出して散逸する問題があった。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、絶縁膜段差
を低減し絶縁膜上に形成される単結晶成長領域の拡大を
図るとともに、曝結晶基板に予め形成された不純物ドー
プ層を損うことなく単結晶層を得る嚇結晶薄膜の形成方
法を提供する事にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は第１図に示す如く単結晶シリコン基板１に予め
形成した不純物ドープ層３が融解することを避ける為に
、単結晶基板上に固相エピタキシャル成長によって不純
物を含まないノンドープのシリコン層領域６を形成し、
これを液相エピタキリコン層領域６を形成し、これを液
相エピタキシャルの種としてエネルギビーム照射による
ブリッジングエピタキシーを行なうものである。

〔作用〕

噴結品基板上に形成する固相エピタキシャル成長層は、
液相エピタキシャル成長の種として用いることが可能で
あり、単結晶基板表面を融解する必要がなくなる。゛従
って、液相エピタキシャルの際、絶縁膜上のシリコン膜
内に単結晶基板表面の不純物が流出して混入することが
ない。また、液相成長によるブリッジングエピタキシー
の際の結晶成長の種は、固相エピタキシャル成長によっ
て絶縁膜上に進入しているため、ブリッジングエピタキ
シーの進行中に絶縁膜段差を乗り越える必要がなく、結
晶成長はスムーズに進行する。

〔実施例〕

以下に、第２図を用い本発明の詳細な説明する。先ず、
単結晶シリコン（１００）基板１上の一部に通常のＬＯ
ＧＯ８工程により厚さ２００ｎｍの酸化膜２を形成した
。このときのパターン郡部は固相エピタキシャル成長の
種（シード４）となるものである。

次に酸化膜で覆われていない領域にｌＸ１０１’■−３
以上のＡａやＰのドープにより不純物ドープ層３を形成
した。

次にＬＯＧＯ８に用いた５ｉａＮａ膜および下敷酸化膜
を除去し、シリコン蒸着装置内でウェーハの表面クリー
ニングを行い清浄なシード表面を得た後、Ｌ　Ｘ　Ｉ　
０−９ｔｏｒｒ以下の超高真空中で電子ビーム蒸着によ
り［厚が約０．５　　μｍの非晶質シリコン膜５を堆積
した（第２図（ａ）参照）。

引き続き真空中で４５０℃、６０分の熱処理を行い非晶
質シリコン膜を緻密化した後、ウェーハを装置から取り
出し、６００℃の窒素雰囲気中で１０時間のアニールに
よる非晶質シリコン膜の固相エピタキシャル成長を行っ
た（第２図（ｂ）＄照）。このＮ２アニールによって固
相エピタキシャルは、単結晶基板表面のシード４から縦
方向に進行した後、酸化膜２のエツジを乗り越え、そこ
から横方向に進む。固相エピタキシャルによる絶縁膜上
への単結晶成長６の距離は、酸化膜２上の非晶質シリコ
ン膜５内に多結晶となる核が発生し。

これが成長して多晶質シリコン膜７となるまでにシード
４からの結晶成長がどこまで進行するかによって決まる
０本実施例の場合、固相エピタキシャルによる単結晶成
長６の距離は約５μｍであった。

上記、固相エピタキシヤル成長したウェーハとそうでな
いウェーハ（第３図参照）に連続発振アルゴンイオンレ
ーザ光８を図のように走査しながら照射し、多結晶シリ
コン領域７の単結晶化を行なった（第２図（ｃ）参照）
。照射条件は、試料基板温度を５００℃とし、ビーム直
径１０〜１００μｍ、照射パワー５〜１５Ｗ、ビーム走
査速度１〜１００ａｏ／Ｓとした。

レーザ光の照射における非晶質シリコン膜５の融解は、
試料の構造とレーザ照射条件によって異なる。非晶質シ
リコン膜５が酸化膜２上に有る場合とシード４上に有す
場合とでは、照射されたレーザ・エネルギーの熱放散は
非晶質シリコン膜の下にある材料の熱伝導により異なる
ため酸化膜上の方が温度が上昇し、融解が容易に生じた
。また、固相エピタキシャル成長を行った試料（第２図
参照）において、固相エピタキシャル成長領域６と多結
晶シリコン領域７とでは、熱放散の違いに加えて、単結
晶と多結晶による融解の違いがあり、その差が顕著に現
われた。これらの結果をシリコン膜の融解に必要なレー
ザ照射パワーでまとめると第１表となる。第１表は、レ
ーザのビーム直径が約５０μｍ、走査速度が２５　ａｍ
　／　Ｓの場合の結果である。

第　　１　　表 第１表の結果を基に第３図に示した構造における単結晶
成長を考える。非晶質シリコン膜５は。

レーザパワーが８Ｗ未満のときシード４上、絶縁膜２上
ともに融解せず、変化しない。レーザパワーが８Ｗでは
絶縁膜２上の非晶質シリコン領域は融解するが、シード
４上は融解しないためシードからの単結晶成長が始まら
ず、絶縁膜２上の非晶質シリコン領域はブレーンの大き
い（１０〜２０μｍ）多結晶シリコンとなる。さらに、
レーザパワーが８．５Ｗ以上では、非結晶シリコン膜は
シード上、絶縁膜２上ともに融解し、シードからの単結
晶成長は２０μｍの領域で得られたが、この場合、基板
面に形成した不純物ドープ層３の不純物が絶縁膜２上に
形成した単結晶成長領域に混入した。

固相エピタキシャル層３をシード４上に形成した試料（
第２図参照）の場合、レーザパワーが９Ｗ未満ではシリ
コン膜に変化は見られず、９Ｗではランダムな１０〜２
０μｍのブレーンが形成され、９．５　Ｗ以上ではシー
ド端から約３０μｍの単結晶成長領域が得られた。レー
ザパワーが９．５Ｗ程度のとき、固相エピタキシャル層
はシード４上で融解せず絶縁膜２上に形成された約５μ
ｍの領域のみが融解し、結晶成長の種となって単結晶成
長が生じたものである。したがって、このとき得られた
単結晶シリコン膜内には不純物が含まれておらず、基板
表面をシードとして用いる試料（第３図参照）に比べて
酸化膜段差を乗り越える必要がないので結市成長がスム
ーズに進行し、単結晶化面積も増大した。

上記の説明ではレーザ照射条件としてレーザ直径、およ
びレーザ走査速度を一定としたものであるが、これらの
条件を変化させても不純物が混入しない単結晶成長が得
られることを確認している。

なお１本実施例では連続発振アルゴンイオンレーザ光を
用いたが、本発明の結果はこれに限定されず、電子線、
ストリップヒータ等による局所加熱を用いればよく、更
に、不純物ドープ層３はｎ＋およびｐ十層のいずれでも
よい。

また、酸化膜２は原理的には絶縁膜であればよ＜、５ｉ
Ｏｚに限定するものではない。

さらに、本実施例における絶縁膜２上の単結晶化領域の
拡大の理由は、固相エピタキシャル成長による絶縁膜上
へ単結晶領域がオーバ・ハングした事と共に、シード４
を超高真空中でクリーニングし、引き続きその中で堆積
した非晶質シリコン１１！Ｊ５を固相エピタキシャル、
さらに液相エピタキシャル成長したことによる。それは
、液相エピタキシャル成長の際に固相エピタキシャル領
域６と多結晶シリコン領域７の界面に汚染や自然酸化膜
等が介しなかったことが重要な要因であるからである。

〔発明の効果〕

上記説明から明らかなように、本発明によれば、基板表
面に形成した不純物ドープ層を含む領域を融解すること
なく酸化膜上の多結晶もしくは非晶質シリコン膜の単結
晶が可能であるとともに、結晶成長がスムーズに進行す
るので、得られるｍ結晶化領域の面積も拡大される。こ
れによって、Ｓ○工　（シリコンオンインシュレータ：
Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）を積層する
際に下地の影響を受けないので高精度のデバイス製作が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示す断面図である。 １・・・単結晶シリコン基板、２・・・酸化膜、３・・
・不純物ドープ層、４・・・シード、５・・・非晶質シ
リコン膜、６・・・固相エピタキシャル領戦、７・・・
多結晶シリコ（す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の露出された表面と上記半導基板上に被
   着された絶縁膜を連続して覆う多結晶もしくは非晶質シ
   リコン膜を局所加熱融解によって単結晶化させる方法に
   おいて、上記多結晶もしくは非結晶シリコン膜を予め１
   ２００℃以下の不活性ガス雰囲気中で熱処理することに
   より半導体基板の露出表面上にエピタキシャル層を形成
   した後、局所加熱法による単結晶化を行なうことを特徴
   とする単結晶薄膜の形成方法。 ２、半導体基板の露出された表面と上記半導体基板上に
   被着された絶縁膜を連続して覆う非晶質シリコン膜を局
   所加熱融解によって単結晶化させる方法において、半導
   体基板の露出された表面の少なくとも一部には１×１０
   ＾１＾８ｃｍ＾−＾３以上の不純物ドープ層をそなえ、
   該不純物ドープ層と上記絶縁膜を連続して覆う非晶質シ
   リコン膜を予め８００℃以下の不活性ガス雰囲気中で熱
   処理することにより不純物ドープ層と非晶質シリコン層
   の間に不純物濃度が１×１０＾１＾７ｃｍ＾−＾３未満
   の固相エピタキシャル層を形成し、単結晶化の際、上記
   不純物ドープ層を含む領域が融解されない事を特徴とす
   る単結晶薄膜の形成方法。