JPH0131288B2 - - Google Patents

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JPH0131288B2
JPH0131288B2 JP55121563A JP12156380A JPH0131288B2 JP H0131288 B2 JPH0131288 B2 JP H0131288B2 JP 55121563 A JP55121563 A JP 55121563A JP 12156380 A JP12156380 A JP 12156380A JP H0131288 B2 JPH0131288 B2 JP H0131288B2
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single crystal
layer
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energy ray
semiconductor
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Junji Sakurai
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光線・粒子線等エネルギー線の照射
を用いてなす半導体単結晶層の形成方法に関す
る。特に、単結晶化される非単結晶層の下層をな
す物質が場所により異なる等の理由によりその非
単結晶層の放・吸性が場所により異なり不均一で
ある場合に、これにエネルギー線照射をなして単
結晶化する方法において、その非単結晶層の放・
吸熱特性が不均一であるにもかゝわらず単結晶化
される非単結晶層の全領域が均一に単結晶化する
方法に関する。
半導体の単結晶上に、これと結晶格子整合の良
好な半導体の例えば非単結晶層を形成し、これに
エネルギー線照射をなしてこれを単結晶化する方
法は多くの利点を有し、半導体装置製造工程にお
いて種々の応用が進められている。この技術にお
いては、最下層をなす半導体単結晶層と単結晶化
される非単結晶層との間に任意の形状の開口を有
する任意の物質からなる中間層を介在させること
が出来、これも大きな利点の1となつている。た
とえば、第1図、第2図に示す如く、中間層のス
クライブライン領域やアイソレーシヨン領域等に
開口を設けておき、この領域下層の単結晶を結晶
核として利用するとともに、その後のスクライビ
ング工程やアイソレーシヨン拡散工程において利
用しうるからである。図において、1は半導体単
結晶よりなる基板であり、2は中間層であり、図
に示す例においては絶縁層であり、3はエネルギ
ー線照射により非単結晶から単結晶に転化された
半導体層であり、4はスクライブライン領域であ
り、5はアイソレーシヨン領域である。
この技術においては、単結晶よりなる基板を構
成する半導体と、非単結晶から単結晶に転化され
る半導体とは結晶格子定数が近似しているかぎり
異種の物質でも支障なく、又、中間層を構成する
物質も絶縁物とかぎらず、例えば金属等でも支障
はない。たゞ、中間層を構成する物質が単結晶化
の結晶核を提供することができない場合は基板の
単結晶が結晶核とならざるを得ないから、適当な
位置に開口があつて単結晶化される非単結晶と基
板の単結晶とが直接接触している必要はある。
ところが、往々にして、上記の理論に一致しな
い現象が現われる。例えば、シリコン(Si)の単
結晶よりなる基板の上に、二酸化シリコン
(SiO2)よりなる中間層を設け、その上に形成さ
れたシリコン(Si)多結晶層を単結晶化する場
合、中間層開口領域上に良好なシリコン(Si)単
結晶ができる場合は中間層上にはシリコン(Si)
層は全く形成されず、一方、中間層上に良好なシ
リコン(Si)単結晶層ができる場合は中間層開口
領域上では多結晶シリコン(Si)のまゝ残留する
か又は欠陥の多いシリコン(Si)層ができるとい
う結果が現われることである。
本発明の目的はこの問題を解決することにあ
り、放・吸熱特性が不均一な領域が散在する半導
体非単結晶層にエネルギー線を走査的に照射して
半導体非単結晶層を単結晶化する方法において、
その非単結晶層の放・吸熱特性が不均一で場所に
より異なる場合であつても、その非単結晶層を均
一に単結晶化する方法を提供することにあり、
放・吸熱特性が場所により異なる場合でも、エネ
ルギー線の照射を受けて単結晶化する半導体の温
度を適当な範囲に保持しながら、核となる単結晶
領域から徐々に凝固させることを要旨とする。
本発明の発明者は、上記の今まで知られていな
かつた新しい問題に直面して、その理由原因を
種々考究し、更に実験を繰り返し、下記の結論に
到達した。すなわち、エネルギー線照射によつて
非単結晶が単結晶に転化されるためにはその半導
体の温度を適当な範囲に保持しながら、核となる
単結晶領域から徐々に凝固させる必要がある。一
般に熔融物の温度は単位時間に注入される熱量と
単位時間に放出される熱量と、更には、加熱時間
が短かい場合は比熱と潜熱とによつて決定される
ものであるから、もし、ある特定の領域に特定の
時間内に注入される熱量が一定であつたとして
も、その領域の放吸熱特性によつてその領域の温
度は区々となり一定しない。この技術において
は、上記のとおり、中間層をなす物質の種類や厚
さの選択は自由であるから、中間層の放吸熱特性
は区々であり、したがつて、単結晶化される半導
体層の放吸熱特性も区々である。たとえば、シリ
コン(Si)の単結晶よりなる基板の上に、二酸化
シリコン(SiO2)よりなる中間層を設け、その
上に形成されたシリコン(Si)多結晶層を単結晶
化する場合には、二酸化シリコン(SiO2)の熱
伝導度はシリコン(Si)のそれよりはるかに悪い
から、中間層開口領域上に良好なシリコン(Si)
単結晶層ができる条件では中間層すなわち二酸化
シリコン(SiO2)上のシリコン(Si)は中間層
開口領域(シリコン(Si)単結晶形成領域)に集
中して形成され、二酸化シリコン(SiO2)上に
は、何も形成されない。一方、中間層上に良好な
シリコン(Si)単結晶層ができる条件では中間層
開口領域上では多結晶シリコン(Si)のまゝ残留
する結果となることは当然である。又、中間層が
金属等の如く熱伝導度が良好な物質であるとき
は、中間層の厚さとの関係にもよろうが、上記の
関係は一般に逆になる。したがつて、単結晶化さ
れる領域の下地(絶縁物よりなる中間層領域と中
間層開口領域)の放吸熱特性に合わせて走査的に
照射されるエネルギー照射量を選定して、単結晶
化される半導体の適当な範囲に保持しながら核と
なる単結晶領域から徐々に凝固することにすれば
上記の問題は解決するであろうとの技術的思想を
得た。
たゞ、この着想は実験的に実証されていないの
で、この着想を実験的に実証するため、下記に述
べるいくつかの実施態様に対して、実験をなし
て、中間層2が存在せず単結晶化される液相の半
導体が直接半導体基板1に接触している領域4に
照射されるエネルギー強度が中間層2の存在する
領域に対応する領域に照射されるエネルギー強度
の1.2倍以上の場合、全領域に均一に単結晶層が
形成されることを確認した。この実験結果は予想
をはるかに超える顕著なものである。
次に、本発明の発明者は、この技術的思想を実
現する実施態様として下記の4の実施態様を案出
した。
第1の実施態様は、エネルギー線をスキヤンさ
せながら、被照射体の放熱特性、具体的には単結
晶化される非単結晶層の下層をなす層の物質及び
厚さによつて決定される必要エネルギー量に合わ
せて放出エネルギーの強度を調節する方法であ
り、このエネルギー強度の調節はいづれのエネル
ギー線にあつても公知の技術をもつて十分可能で
あり、又、取り扱い上便利である利点がある。こ
の実施態様における1例として、適宜開口領域を
有する厚さ0.6μmの二酸化シリコン(SiO2)より
なる中間層上に形成された厚さ0.4μmの多結晶シ
リコン(Si)層を単結晶化する例を示す。この場
合は、スポツトサイズ約100μmφを有するアル
ゴン(Ar)連続波(CW)レーザを用い、スキヤ
ン速度は2.5cm/secとして、中間層上では出力を
10Wとし、中間層開口領域上では出力を12Wとし
たところ、いづれの領域においても均一な単結晶
層が得られた。換言すれば、第1図・第2図にお
いて、中間層たる二酸化シリコン(SiO2)層2
上の領域にも、また、中間層開口領域(多結晶シ
リコン(Si)層3が直接単結晶シリコン基板1と
接触している領域)4上の領域にも均一な厚さに
単結晶シリコン(Si)層が形成された。
第2の実施態様は、エネルギー注入量の調節は
スキヤンニング速度の調節によつて実施する方法
である。スキヤンニング速度の調節にはスキヤン
の停止を含むことは勿論である。この調節は、ウ
エーハ支持台の移動又はミラーの角度調節によつ
て実施可能なことは公知であり、精度も現実的に
十分であることも確認されており、公知技術を十
利用可能であるという利点がある。
第3の実施態様は、エネルギー線放出装置を複
数用意しておき、エネルギー注入量の調節をこの
エネルギー線放出装置の使用個数を調節してなす
方法である。操作が極めて容易である利点がある
が、強度の調節が段階的で微調整が困難であると
いう欠点はまぬがれない。
以上説明せるとおり、本発明によれば、放・吸
熱特性が不均一な領域が散在する半導体非単結晶
層にエネルギー線を走査的に照射してこれを単結
晶化する方法において、単結晶に転化される領域
の放・吸熱特性に対応して、前記走査されるエネ
ルギー線照射の強度を変化させることゝされてお
り、好ましくは、中間層が存在せず単結晶化され
る液相の半導体が直接半導体基板に接触している
領域に照射されるエネルギー強度中間層の存在す
る領域に対応する領域に照射されるエネルギー強
度の1.2倍以上とされているので、単結晶化され
る非単結晶層の下層をなす物質が場所により異な
る等の理由によりその非単結晶層の放熱特性が不
均一で場所により異なる場合であつても、この半
導体層を絶縁物よりなる中間層上にも、また、単
結晶化される多結晶層が下地の単結晶層と直接接
触している中間層開口領域においても、均一に単
結晶化することができる。
なお、本発明はシリコン(Si)、ゲルマニユウ
ム(Ge)等単体半導体は勿論、砒化ガリユウム
(GaAs)、砒化アルミニユウムガリユウム
(AlGaAs)等化合物半導体にも適用可能であり、
中間層には絶縁物のみならず金属等も使用しうる
ので、大きな自由度が許される。たゞ、エネルギ
ー線の照射を受けて熔融した半導体が凝固に際し
単結晶化するためには結晶核が必要であるから、
中間層開口領域の下層を構成する基板をなす半導
体又は中間層そのものが単結晶化される半導体と
近似した結晶格子定数を有することは必要であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は夫々本発明の適用可能な1例
を示すウエーハ断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体単結晶層上に、絶縁物よりなり開口を
    有する中間層を形成し、該中間層上に非単結晶半
    導体層を形成し、該非単結晶半導体層にエネルギ
    ー線を走査しながら照射して、前記非単結晶半導
    体層を構成する半導体を一旦溶解し、該溶解した
    半導体を、前記開口に対応する領域の前記半導体
    単結晶を結晶核として凝固させて単結晶層に転化
    してなす、エネルギー線照射による半導体単結晶
    層形成方法において、 前記エネルギー線の照射量は、前記中間層に対
    応する領域において小さくし、前記開口に対応す
    る領域において大きくする ことを特徴とするエネルギー線照射による半導
    体単結晶層形成方法。 2 前記半導体はシリコンであり、前記絶縁物は
    二酸化シリコンである場合、前記開口に対応する
    領域のエネルギー線の照射量は前記中間層に対応
    する領域のエネルギー線の照射量の1.2倍以上で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のエネルギー線照射による半導体単結晶層形成方
    法。 3 前記エネルギー線の照射量を、前記中間層に
    対応する領域において小さくし、前記開口に対応
    する領域において大きくする方法は、前記走査さ
    れるエネルギー線照射の走査速度を、前記中間層
    に対応する領域において速くし、前記開口に対応
    する領域において遅くすることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項または第2項記載のエネルギー
    線照射による半導体単結晶層形成方法。 4 前記エネルギー線の照射量を、前記中間層に
    対応する領域において小さくし、前記開口に対応
    する領域において大きくする方法は、前記走査さ
    れるエネルギー線の強度を、前記中間層に対応す
    る領域において小さくし、前記開口に対応する領
    域において大きくすることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項または第2項記載のエネルギー線照
    射による半導体単結晶層形成方法。 5 前記エネルギー線の照射量を、前記中間層に
    対応する領域において小さくし、前記開口に対応
    する領域において大きくする方法は、前記走査さ
    れるエネルギー線照射をなすエネルギー線照射装
    置を複数個用意しておき、使用されるエネルギー
    線照射装置の数を、前記中間層に対応する領域に
    おいて少なくし、前記開口に対応する領域におい
    て多くすることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項、第2項、または、第4項記載のエネルギー線
    照射による半導体単結晶層形成方法。
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J.APPL.PHYS=1966 *

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