JPH01162321A - 半導体単結晶層の製造方法 - 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】 膜上に保護膜を形成し、エネルギービームの走査により
再結晶化を行う半導体単結晶層の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、絶縁膜上に半導体単結晶層を製造するには、絶縁
膜上に堆積された多結晶シリコン膜を、エネルギービー
ムの走査により溶融・再結晶化する方法が行われている
。この際、シリコン再結晶層の均一性を確保するため、
多結晶シリコン膜の上に保護膜を形成する方法が採用さ
れている。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、エネルギービームにより多結晶シリコ
ン膜を溶融・再結晶化する際、最初にエネルギービーム
が照射されシリコンが溶融する部分では、シリコンが溶
融するとき体積が減少することから空洞が生じる。この
空洞内部では、１酸化硅素ガスが発生し、再結晶化過程
でこの空洞を成長させる。このため、再結晶化層の一部
か剥離し、均一な膜が形成できないと云う問題か生び保
護膜２３を形成し、この状態で電子ビーム２５を照射す
ると共に走査する。このとき、最初に電子ビーム２５が
照射されシリコンが溶融する部分２６では、シリコンが
溶融するときの体積減少により空洞２８が生じる。この
空洞２８の内部では１酸化硅素ガスが発生するが、多結
晶シリコン膜２２が絶縁膜２１及び保護膜２３で挟まれ
ているので、１酸化硅素ガスは逃げ場がない。このため
、第２図（ｂ）に示す如く電子ビームを走査した場合、
再結晶化過程で上記空洞２８がビーム走査方向に沿って
成長する。従って、第２図（ｅ）に示す如く、再結晶化
後の単結晶シリコン層２７の内部に大きな空洞２８が残
ることになる。この空洞２８は均一な膜形成の障害にな
ると共に、素子形成領域として使えない。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来、多結晶シリコン膜上に保護膜を形成し
てビームアニールする方法では、シリコンの溶融時の体
積減少に起因して空洞が発生し、この空洞がビーム走査
に沿って成長し、大きな空体積減少に起因する空洞発生
を防止することができ、絶縁膜上の半導体薄膜を均一に
単結晶化することのできる半導体単結晶層の製造方法を
提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、単結晶化すべき半導体薄膜の体積減少
に起因する空洞発生を防ぐため、保護膜の一部を除去す
ることにある。

即ち本発明は、絶縁膜上に多結晶若しくは非晶質の半導
体薄膜を形成し、この半導体薄膜上に保護膜を形成した
状態で、エネルギービームの走査により該半導体薄膜を
溶融・再結晶化する半導体単結晶層の製造方法において
、エネルギービームが最初に照射される場所の半導体薄
膜上の保護膜を予め除去しておくようにした方法である
。

（作　用） 半導体薄膜を単結晶化する際、エネルギービームし、均
一な膜形成の障害となる。そこで本発明では、最初にエ
ネルギービームが照射され半導体薄膜が溶融する部分の
保護膜を除くことにより、この体積収縮を半導体薄膜の
表面変化により吸収させることができる。その結果、空
洞が生じなくなり、均一な再結晶化が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるシリコン単結晶層の
製造工程を示す断面図である。まず、第１図（ａ）に示
す如く、（１００）面方位の単結晶シリコン基板１０上
にＣＶＤ法により厚さ２μｍの５ｉ０２膜（絶縁膜）１
１を堆積し、その上にシラン（ＳｉＨａ）の熱分解を用
いたＣＶＤ法により厚さ０．４μｍの多結晶シリコン膜
（半導体薄膜）１２を堆積し、更にその上にＣＶＤ法に
より厚さ　０．５μｍの３ｉ０２（保護膜）１３を堆積
した。その後、線状電子ビーム１５の長さ方向に−この
ようにして形成した試料に、エネルギービームとして後
述する疑似線状電子ビーム１５を照射し、溝１４を起点
として図中矢印方向に走査し、多結晶シリコン膜１２の
溶融・再結晶化を行った。

このとき、最初に電子ビーム１５が照射されて溶融する
部分１６の保護膜１３が除去されているので、シリコン
の溶融時の体積減少に起因する空洞の発生はなかった。

そして、ビームを走査しても第１図（ｂ）に示す如く、
初期時に空洞がないことから空洞が成長することはなく
、さらにシリコンの体積収縮はシリコン表面の変化によ
り吸収されることになり、安定して再結晶化することが
できた。その結果、第１図（Ｃ）に示す如く、空洞等の
素子形成に使えない無駄な領域が発生することもなく、
均一な単結晶層１７を形成することができた。

なお、電子ビーム１５の走査は、Ｔ、Ｈａｍａｓａｋｉ
ｅｔ　ａｌ、、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５９（１９８
［１）２９７１による方法を用いた。即ち、３８ＭＨｚ
の振幅変調した正弦波により半値幅約１５０μｍのスポ
ットビームを一方向（Ｙ方向）に高速偏向することによ
り、長さ約５を持つ変調波を用いた。この線状化された
ビームをビーム加速電圧１２ＫＶ、ビーム電流９　、５
ｍＡ、走査速度１００＋ｎｍ／ｓで線状化ビームと直角
な方向（Ｘ方向）に走査した。１回のＸ方向走査が終わ
ると、線状化ビームはＹ方向にずらして溝１４に戻され
、次のＸ方向走査がなされ、以後試料全面を終えるまで
繰返される。

かくして本実施例方法によれば、１回のビーム走査領域
において最初にビーム照射される部分で保護膜１３を除
去しておくことにより、シリコンの体積減少に起因する
空洞の発生を未然に防止することができ、シリコンを均
一に溶融・再結晶化することができる。このため、絶縁
膜１１上に均一なシリコン単結晶層１７を形成すること
ができ、３次元ＩＣの製造等に極めて有効である。また
、保護膜１３に設ける溝１４は全体の面積に比べて僅か
で済み、また空洞が生じないことから、ビームアニール
領域の略全面を素子形成に使用することができ、ウェハ
利用効率の向上をはかり得る。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されらに他の
半導体を用いることも可能である。また、エネルギービ
ームとして、電子ビームの代りにレーザビームを用いる
ことも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することかできる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、保護膜の一部に溝
を形成することにより、半導体薄膜の溶融時における空
洞発生を防止することができ、均一な単結晶層を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に係わるシリコン単結晶
層の製造工程を示す断面図、第２図は従来方法の問題点
を説明するための断面図である。 １０・・・単結晶シリコン基板、１１・・・５ｉ０２膜
（絶縁膜）、１２・・・多結晶シリコン膜（半導体薄膜
）、１３・・・５ｉ０２膜（保護膜）、１４・・・溝、
＝　１０−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜上に多結晶若しくは非晶質の半導体薄膜を
   形成し、この半導体薄膜上に保護膜を形成した状態で、
   エネルギービームの走査により該半導体薄膜を溶融・再
   結晶化する半導体単結晶層の製造方法において、エネル
   ギービームが最初に照射される場所の半導体薄膜上の保
   護膜を予め除去することを特徴とする半導体単結晶層の
   製造方法。
2. （２）前記保護膜を除去する範囲を、前記エネルギービ
   ームにより溶融される領域以下の面積の円、線状又は点
   線状としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の半導体単結晶層の製造方法。
3. （３）前記エネルギービームとして、電子ビーム又はレ
   ーザビームを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の半導体単結晶層の製造方法。
4. （４）前記絶縁膜は単結晶半導体基板上に設けられたも
   のであり、前記保護膜の除去する部分を該半導体基板の
   スクライブライン上としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体単結晶層の製造方法。