JPH01264215A - 半導体装置の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置、特に、高集積、高速の高性能な完
全絶縁分離された半導体集積回路、即ち、ＳｏＩ　（Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　Ｏｎ　　Ｉｎ５ｕｌａｔ
ｏｒ）デバイス用基体の製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体集積回路の高密度化、高速化を目指して、
ＳＯＩデバイスの開発が活発に行われている。ＳＯエデ
バイスを形成する際に最も重要となるのは、絶縁物基板
上に単結晶半導体層を形成する技術である。そのなかで
も、絶縁物基板上に絶縁分離形成された非単結晶半導体
の島にレーザビームや電子ビーム等のエネルギービーム
を照射して、前記島状の非単結晶半導体を溶融し単結晶
化する技術は、比較的単結晶の半導体層を得やすい技術
であることが知られている。しかし、前記手法では、単
結晶化半導体島の面方位を制御し均一化することができ
ず、デバイス特性のばらつきを制御できない。このため
、単結晶化後の面方位を制御する手法として、絶縁物基
板の一部を開口し、シリコン基板の面方位を引き継がせ
ようとする、いわゆる単結晶シード法が用いられてきた
。

以下に、従来の半導体装置の製造方法について第３図と
ともに説明する。第４図は、従来の単結晶シード法を用
いた半導体装置の製造工程を、前記半導体装置の断面図
によって示したものである。

第４図ａにおいて１はシリコン基板、２人は気相成長法
で形成した５ｉｎ２である。第４図すは写真食刻法によ
りＳｉＯ□２ムに選択的に開口部９ムを設けた状態であ
る。この後、第４図Ｃに示すように非単結晶半導体例え
ば気相成長法で多結晶シリコン膜３を堆積し、再び写真
食刻法を用いて選択的に多結晶シリコン島６ムを第４図
ｄに示すように残す。次に、第４図ｅに示すように気相
成長法により５ｉ０２２Ｂを形成し、第４図ｆに示すよ
うに写真食刻法を用いて選択的に多結晶シリコン島５ム
上の５ｉ０２２Ｂを除去する０しかるのち、多結晶シリ
コン島５ムにレーザビームを照射して溶融せしめ、シリ
コン基板１を結晶成長の種として単結晶化し、単結晶化
したシリコン島の面方位をシリコン基板１と同じになる
ようにしていた。

発明が解決しようとする課題 第４図ｆに示したような半導体装置にエネルギービーム
を照射し単結晶化を行った場合、開口部９人とその他の
部分で熱的環境が著しく異なるため、レーザビームアニ
ールの最適条件の決定が非常に厳しくなるという問題が
あった。これは、開口部９人の下が単結晶シリコンであ
るため熱伝導が大きく熱が逃げやすいのに対して、開口
部９人以外の部分の多結晶シリコン層は保温効果が大き
く熱がこもりやすくなるからである。また、将来の素子
の積層化を考えた場合、第５図に示したような構造にお
ける多結晶シリコン島６Ｂの単結晶化では、レーザビー
ムアニールによる単結晶化シリコン島１ｏを種としなけ
ればならないために、単結晶化シリコン島１０の結晶性
を完全に保証しなければならないという問題や、開口部
９人や９Ｂを設けるためにＳＯＩの実効的な面積が減り
、集積度の向上を妨げるという問題が発生するため、素
子の積層化を考慮した面方位制御は、単結晶シード法で
は実現し得ないという課題があった。

本発明は従来のものがもつ、以上のような課題を解消さ
せ、レーザビームアニールによって所ｍの面方位に制御
することが可能となる半導体装置を提供することを目的
とする。

課題を解決するだめの手段 この目的を達成させるために、本発明は、絶縁物上に非
単結晶半導体を形成するに際し、絶縁物に、段差部に傾
斜をつけた溝を選択的に形成し、絶縁物上に非単結晶半
導体を形成し、前記溝上の非単結晶半導体をレーザビー
ムアニールによっても未溶融とし、前記未溶融非単結晶
半導体を種とした結晶成長を行い、所望の面方位をもつ
単結晶化半導体島を得ることを特徴とする半導体装置の
製造方法である。

作用 本発明による半導体装置の製造方法では、溝を形成した
部分を除いた非単結晶半導体島の最適条件下でレーザビ
ームアニールを行った時、前記溝を形成した部分は、他
の部分と比べて絶縁物の厚さが薄くなっているため、熱
伝導が大きく熱が逃げやすいので、前記溝を形成した部
分の非単結晶半導体は未溶融のまま残る。従って、レー
ザビームが前記溝を形成した部分を通過した後は、前記
未溶融非単結晶半導体を種とした結晶成長がおこる。ま
た、前記溝の段差部には傾斜が設けであるので、前記結
晶成長は非常になめらかに進行する。

このとき、非単結晶半導体として、減圧化学気相成長法
で形成した多結晶シリコンを用いれば、前記多結晶シリ
コンには第３図に示したような形成温度に依存した配向
性があるため、非単結晶半導体島の材料として所望の配
向性をもつ多結晶シリコンを用いることによって、その
配向性が単結晶化シリコン島に引き継がれ、所望の面方
位をもつ単結晶化シリコン島を得る仁とが可能となる。

実施例 本発明の実施例を図面に基づき説明する。第１図は、本
発明に係る半導体装置の製造工程を、前記半導体装置Ｑ
断面図によって示したものである。

第１図へにおいて、１はシリコン半導体基板、２人は気
相成長法で形成したＳｉＯ□である。第１図ｂは、写真
食刻法によって選択的に５ｉ０２２人に、段差部にθ＝
４０°以下の傾斜をもつ溝３を形成しさらに例えば０＝
４ｏ’　とした状態である。次に、第１図Ｃに示すよう
に、Ｓｉ０□２Ｂ上に減圧化学気相成長法によって形成
温度６１０°Ｃで成長せしめた、１００％の（１１０）
面配向性をもつ多結晶シリコン膜４を形成する。第１図
ｄは、写真食刻法により選択的に多結晶シリコン島５人
を残した状態である。この後、第１図ｅに示すごとく、
気相成長法によりＳｉ０□２Ｂを形成し、第１図ｆに示
すように、再び写真食刻法を用いて多結晶シリコン島６
人の上のＳｉ０□２Ｂを選択的に取り除く。

以上のようにして得られた多結晶シリコン島６ムに、溝
３部分を除いた部分が溶融し単結晶化する最適条件、例
えばレーザパワーＰ＝３Ｗ　、走査速度１００■７”ｂ
６０の条件でレーザビームＬを照射し単結晶化させる。

この時の様子を第２図とともに説明する。多結晶シリコ
ン島６ムの溝３部分を除いた部分が溶融し単結晶化する
最適条件でレーザビームアニールを行うと、多結晶シリ
コン島６人の溝３部分は、他の部分と比べて、下地３１
０２２人の厚さが薄いために、熱伝導率が大きく熱が逃
げやすく、レーザビームアニールによっても未溶融のま
ま多結晶シリコン６として残っている。また、結晶粒界
８の状態から、レーザビームＬが溝３を通過した後は、
溝３部分の未溶融多結晶シリコン６が種となって結晶成
長が起こっていることがわかる。この時、溝３の段差部
には４０’以下の傾斜をつけであるので、未溶融多結晶
シリコン６のもつ配向性は溶融単結晶化部分７にスムー
ズに引き継がれる。

なお溝３の段差部の傾斜が４０’を越えると、前記段差
部での熱伝導率の差が極端に変化する為に、溝３部分を
除いた部分が溶融し単結晶が得られる最適条件の設定が
困難となり、前記段差部でのシリコンの飛散が発生する
。したがって、傾斜は４０’以下が望ましいがこれに限
られるものではない。本実施例の場合、（１１０）面に
１００％配向している多結晶シリコンを用いているので
、溶融単結晶化部分７は（１１０）面に制御されていた
。

減圧化学気相成長法で形成する多結晶シリコンの配向性
は、既に第３図で説明したように、多結晶シリコンの形
成温度に依存する。従って、あらかじめ所望とする面方
位の多結晶シリコン島を上記の方法で成長異方性を利用
して形成しておけば、レーザ照射により形成した単結晶
化シリコン島の面方位を決定できる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、絶縁物上に絶縁分
離形成された非単結晶半導体島にレーザビームを照射し
、前記島状の非単結晶半導体を溶融、固化し単結晶化す
る際に、所望の面方位をもった単結晶化半導体島を形成
することができ、その実用的効果は極めて大なるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ　／％／　ｆは本発明における実施例の半導体
装置の製造方法の工程断面図、第２図はレーザ照射によ
る半導島の説明のだめの平面図、第３図は減圧化学気相
成長法で形成した多結晶シリコンの配向性の形成温度依
存性を示した図、第４図ａ〜ｆは従来の半導体装置の製
造方法の工程断面図、第５図は他の従来の半導体装置の
断面図でちる。 １・・・・・・シリコン基板、２人、２Ｂ、２Ｇ、２Ｄ
・・印・ＳｉＯ２，３・・・・・・溝、４・・・・・・
多結晶シリコン膜、６人、５Ｂ・・・・・・多結晶シリ
コン島、６・川・・未溶融多結晶シリコン、７・・・・
・・溶融単結晶化部分、８・・・・・・結晶粒界、９ム
、９Ｂ・・・・・・開口部、１０・川・・単結晶化シリ
コン島。 特許出願人　工業技術院長　飯　塚　幸　三第　１　図 第１図 Ｌ→ 第　２　図 第　３１７Ｉ ６Ｄｏ　　　　　　　６５０　　　　　　　’１００Ｄ
εｐｏｓ＋−ｒ＋ｏＮＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ（’、ｃ
）（ｔｉ　　オ實　温　贋　〕 第４図 ９Ａ　　Ｍ口部 第４図 第５図 １Ｏ隼結晶化ンリコン島

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁物上に非単結晶半導体島をレーザビームアニ
   ールによって溶融単結晶化するに際し、前記絶縁物に、
   段差部に傾斜をつけた溝を選択的に形成し、前記絶縁物
   上に非単結晶半導体を形成し、前記溝の上の前記非単結
   晶半導体をレーザビームアニールによっても未溶融とし
   、前記未溶融非単結晶半導体を種として結晶成長を行い
   、所望の面方位をもつ前記単結晶化半導体島を得ること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）非単結晶半導体島は、減圧気相成長法により５５
   ０℃〜７５０℃の温度範囲で堆積された多結晶シリコン
   膜から形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の半導体装置の製造方法。