JPH02123733A - 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】 〔概要〕 半導体基板など、所謂、半導体バルクに作り込まれたト
ランジスタ及びそのバルク上に形成されたＳｏｌ構造に
作り込まれたトランジスタを有する半導体装置を製造す
るのに好適な方法に関し、段差をもつ絶縁膜上の多結晶
或いはアモルファスＳｉ膜にレーザ・ビームを照射して
単結晶化する場合、Ｓｉ膜の段差部分に空洞が発生しな
いように、また、その近傍に異常に厚い部分が生成され
ないようにすることを目的とし、 Ｓｉ半導体基板上に素子間分離絶縁膜を形成する工程と
、次いで、該素子間分離絶縁膜に囲まれた活性領域の表
面に該素子間分離絶縁膜の厚さに比較して薄い絶縁膜を
形成する工程と、次いで、全面に多結晶或いはアモルフ
ァスＳｉ膜を形成する工程と、次いで、全面にレーザ・
ビームに対する反射防止膜を形成する工程と、次いで、
該反射防止膜をパターニングして前記薄い絶縁膜の上及
び咳薄い絶縁膜と前記素子間分離絶縁膜との境界部分近
傍の上にあるものを除去する工程と、次いで、前記残さ
れた反射防止膜の下に在る前記多結晶或いはアモルファ
スＳｉ膜の部分が溶融するに必要なエネルギのレーザ・
ビームを照射して単結晶化の為のアニールを行う工程と
が含まれてなるよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体基板など、所謂、半導体バルクに作り
込まれたトランジスタ及びそのバルク上に形成されたＳ
ｏｌ　　（ｓｉｌｉｃｏｎ　　ｏｎ　　１ｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）構造に作り込まれたトランジスタを有する半導体
装置を製造するのに好適な方法に関する。

一般に、Ｓｏｌ構造に作り込まれたＭＩＳ（ｍｅｔａｌ
　　１ｎｓｕｌａｔｏｒ　　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ）電界効果トランジスタは、半導体バルクに作り込ま
れたものに比較して寄生容量を溝かに小さくすることが
できるので、斯かるトランジスタを用いて構成した集積
回路装置は高速且つ低消費電力となる。このＳｏｌ構造
をもつＭＩＳ電界効果トランジスタと、その下地になっ
ている半導体バルクに作り込まれた例えばバイポーラ・
トランジスタなどとを組み合わせると、商機能の半導体
装置を実現することができる。

〔従来の技術〕

第３図及び第４図はＳｏｌ構造に作り込まれるトランジ
スタと、半導体バルクに作り込まれるトランジスタとを
組み合わせた半導体装置を製造する場合について解説す
る為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を
表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。

第３図参照 （１）Ｓｉ３Ｎ４膜を耐酸化性マスクとする選択的熱酸
化（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ　　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　　ｏ
ｆ　　５ｉｌｉｃｏｎ：ＬＯＣＯ３）法を適用すること
に依り、Ｓｉ半導体基板１上にＳ　ｉ　Ｏ２からなる素
子間分離絶縁膜２を形成する。

（２）耐酸化性マスクとして用いたＳ　ｉ　３　Ｎ　４
膜を除去してから熱酸化法を適用することに依って活性
領域上を覆う５ｉ０２からなる薄い絶縁膜３を形成する
。

（３）化学気相堆積（ｃｈｅｍｉ　ｃａ　Ｉ　　ｖａｐ
。

ｒ　　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を適用するこ
とに依り、多結晶Ｓｉ膜４を形成する。

（４）　　同じ＜　ＣＶＤ法を適用することに依り、５
ｉ０２膜とＳ　ｉ　３　Ｎ　４膜とを積層してキャップ
膜５を形成する。

第４図参照 （５）　　レーザ・ビームを照射して多結晶Ｓｉ膜４の
溶融・再結晶化を行って単結晶Ｓｔ膜４′に変換する。

（６）浸漬法を適用することに依り、キャップ膜５を除
去する。

（７）通常のフォト・リソグラフィ技術を適用すること
に依り、単結晶Ｓｔ膜４′のパターニングを行って、素
子間分離絶縁膜２上に単結晶Ｓｉの島（図示せず）を形
成する。

この後、絶縁膜３を除去して３４半導体基板１の一部、
即ち、活性領域を表出させ、そこに例えばバイポーラ・
トランジスタを作り込み、そして、前記単結晶Ｓｉの島
に例えばＭｉｓ電界効果トランジスタを作って完成させ
る。

さて、前記従来の技術に於いて、キャップ膜５はレーザ
・ビームの反射を防止する働きと、そして、溶融された
多結晶Ｓｉ膜４が流動するのを抑止する働きとをさせる
為に設けている。

即ち、キャップ膜５を形成すると、その屈折率の関係で
、レーザ・ビームは反射されることなく多結晶Ｓｉ膜４
に入射してアニールを行うことができ、また、溶融した
多結晶Ｓｉ膜４は表面張力の関係で円い形状を採る傾向
にあるので、それを抑止するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、絶縁膜上に形成された多結晶或いはアモルフ
ァスＳｉ膜にレーザ・ビームを照射して単結晶化するこ
とはそれ程簡単ではない。

通常、半導体装置に於いては、第４図に見られるように
、活性領域と素子間分離絶縁膜２との間には必ず段差が
存在し、その上に形成された多結晶Ｓｉ膜４にレーザ・
ビームを照射して溶融した場合、その部分に於いては多
結晶５ｔｌ１４が円い形状になり易く、従って、図示の
ような空洞４Ａが発生し、且つ、単結晶化されたＳｔ膜
４′には厚い部分４Ｂが形成される。

このようになると、後に単結晶Ｓｉ膜４′をパターニン
グして島状にする際、素子間分離絶縁膜２に於ける空洞
４Ａに対応する部分が損傷されて半導体装置表面に於け
る凹凸が顕著になったり、また、厚い部分４Ｂを除去し
なければならないことから、単結晶Ｓｉ膜４′を島状に
パターニングする為の最小エツチング時間にバラツキを
生ずるなどの問題が起こる。

本発明は、段差をもつ絶縁膜上の多結晶或いはアモルフ
ァスＳｉ膜にレーザ・ビームを照射して単結晶化する場
合、Ｓｉ膜の段差部分に空洞が発生しないように、また
、その近傍に異常に厚い部分が生成されないようにする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に依る半導体装置の製造方法では、Ｓｉ半導体基
板（例えばＳｉ半導体基板ｌ）上に素子間分離絶縁膜（
例えば５ｉｎ２からなる素子間分離絶縁膜２）を形成す
る工程と、次いで、該素子間分離絶縁膜に囲まれた活性
領域の表面に該素子間分離絶縁膜の厚さに比較して薄い
絶縁膜（例えば３４０２からなる絶縁膜３）を形成する
工程と、次いで、全面に多結晶或いはアモルファスＳｉ
膜（例えば多結晶Ｓｉ膜４）を形成する工程と、次いで
、全面にレーザ・ビームに対する反射防止膜（例えばｓ
　ｉＱｚ膜及びＳ　ｉ　３　Ｎ　４膜からなるキャップ
膜５）を形成する工程と、次いで、該反射防止膜をパタ
ーニングして前記薄い絶縁膜の上及び該薄い絶縁膜と前
記素子間分離絶縁膜との境界部分近傍の上にあるものを
除去する工程と、次いで、前記残された反射防止膜の下
に在る前記多結晶或いはアモルファスＳｉ膜の部分が溶
融するに必要なエネルギのレーザ・ビームを照射して単
結晶化の為のアニールを行う工程とが含まれてなるよう
構成する。

〔作用〕

前記手段を採ることに依り、反射防止膜が存在する部分
ではレーザ・ビーム・エネルギが多結晶或いはアモルフ
ァスＳｉ膜に吸収される量は大であり、また、反射防止
膜が存在しない部分では逆に小であることから、反射防
止膜が存在する部分の多結晶或いはアモルファスＳｉ膜
が溶融する程度に制御されたレーザ・ビームを照射する
ことで、その部分では単結晶化が行われ、そして、反射
防止膜が存在しない部分では溶融が起こらず、従って、
空洞が発生したり、膜厚が異常に厚くなることもない。

勿論、反射防止膜が存在しない部分の多結晶或いはアモ
ルファスＳｉ膜は、そのままの状態で残ることになるが
、それは、半導体バルクにトランジスタを作り込むのに
除去されるべきものであるから、何等の問題も起こらな
い。

〔実施例〕

第１図及び第２図は本発明一実施例を解説する為の工程
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、第３
図及び第４図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示
すか或いは同じ意味を持つものとする。

第１図参照 （１１Ｌ　ＯＣＯＳ法を適用することに依り、Ｓｉ半導
体基板１上に厚さ例えば１．５　〔μｍ〕程度の５ｉ０
２からなる素子間分離絶縁膜２を形成する。

（２１Ｌ　ＯＣＯＳ法を実施するに際して耐酸化性マス
クに用いたＳ　ｉ　３　Ｎ　４膜を除去し、次いで、熱
酸化法を適用することに依って活性領域上を覆う厚さ例
えば１０００　（人〕程度の５ｉ０２からなる絶縁膜３
を形成する。

（３１ＣＶＤ法を適用することに依り、厚さ例えば５０
００　（人〕程度の多結晶Ｓｉ膜４を形成する。

（４）塩酸酸化法を適用することに依り、温度を例えば
１０００（’Ｃ）程度とし厚さ例えば３００〔人〕程度
のＳ　ｉ　Ｏ２膜を成長させ、ＣＶＤ法を適用すること
に依り、５ｉ０２膜上に厚さ例えば１０００　（人］程
度のＳｉ３Ｎ、膜を積層してキャップ膜５を形成する。

（５）通常のフォト・リソグラフィ技術を適用すること
に依り、キャップ膜５のパターニングを行って、レーザ
・ビーム照射に依るアニールが不要である部分、即ち、
活性領域上及び段差部分などに対応するキャップ膜５を
除去して関口５Ａを形成する。尚、この場合に於ける段
差部分としては活性領域のエツジから１０　〔μｍ〕以
内である。

（６）半導体ウェハをＸ−Ｙステージに設置されたホッ
ト・チャックに装着し、例えば温度５００〔°Ｃ〕程度
に予備加熱してから、ＣＷで出力５〔Ｗ〕であるＡｒレ
ーザ・ビームをレンズに依って半導体ウェハ上に集光し
、半導体ウェハを保持したＸ−Ｙステージを２００（１
ｍ／秒〕のスピードで移動させることで走査を行い、多
結晶Ｓｉ膜４を溶融・再結晶化して単結晶Ｓｉ膜４′に
変換する。

このようにすると、多結晶ｓｉ膜４は、その表面にキャ
ップ膜５が存在する部分のみ単結晶化される。その理由
は、キャップ膜５が存在する部分の多結晶Ｓｉ膜４に於
けるレーザ・ビーム・エネルギの吸収量はキャップ膜５
が存在しない部分のそれに比較して遥かに大きく、従っ
て、キャップ１り５の下にある部分では溶融しても、そ
の他の部分では溶融しないからである。

（７）浸漬法を適用することに依り、キャップ膜５を除
去する。

（８）通常のフォト・リソグラフィ技術を適用すること
に依り、多結晶Ｓｉ膜４の除去及び単結晶Ｓｉ膜４′の
パターニングを行って、素子間分離絶縁膜２上に島状の
単結晶Ｓｉ膜４′を形成する。

この後、通常の技法を適用することに依り、Ｓｉ半導体
基板１の活性領域に例えばバイポーラ・トランジスタを
形成し、且つ、島状の単結晶Ｓｉ膜４′に例えばＭ［Ｓ
電界効果トランジスタを形成して完成する。

〔発明の効果〕

本発明に依る半導体装置の製造方法では、多結晶或いは
アモルファスＳｉ膜の上に形成した反射防止膜をパター
ニングして薄い絶縁膜の上及び咳薄い絶縁膜と素子間分
離絶縁膜との境界部分近傍の上にあるものを除去してか
ら、前記残された反射防止膜の下に在る前記多結晶或い
はアモルファスＳｉ膜の部分が溶融するに必要なエネル
ギのレーザ・ビームを照射して単結晶化の為のアニール
を行うようにしている。

前記構成を採ることに依り、反射防止膜が存在する部分
ではレーザ・ビーム・エネルギが多結晶或いはアモルフ
ァスＳｉ膜に吸収される量は大であり、また、反射防止
膜が存在しない部分では逆に小であることから、反射防
止膜が存在する部分では単結晶化が行われ、そして、反
射防止膜が存在しない部分では溶融が起こらず、従って
、前記薄い絶縁膜と素子間分離絶縁膜との段差近傍で空
洞が発生したり、膜厚が異常に厚くなる旨の問題は解消
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明一実施例を説明する為の工程
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図、第３図及び
第４図は従来例を説明する為の工程要所に於ける半導体
装置の要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１はＳｉ半導体基板、２は素子間分離絶縁
膜、３は素子間分離絶縁膜２より薄い絶縁膜、４は多結
晶Ｓｉ膜、４′は単結晶Ｓｉ膜、５はキャップ膜をそれ
ぞれ示している。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　相　谷　昭　司

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｓｉ半導体基板上に素子間分離絶縁膜を形成する工程
   と、 次いで、該素子間分離絶縁膜に囲まれた活性領域の表面
   に該素子間分離絶縁膜の厚さに比較して薄い絶縁膜を形
   成する工程と、 次いで、全面に多結晶或いはアモルファスＳｉ膜を形成
   する工程と、 次いで、全面にレーザ・ビームに対する反射防止膜を形
   成する工程と、 次いで、該反射防止膜をパターニングして前記薄い絶縁
   膜の上及び該薄い絶縁膜と前記素子間分離絶縁膜との境
   界部分近傍の上にあるものを除去する工程と、 次いで、前記残された反射防止膜の下に在る前記多結晶
   或いはアモルファスＳｉ膜の部分が溶融するに必要なエ
   ネルギのレーザ・ビームを照射して単結晶化の為のアニ
   ールを行う工程と が含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造方法
   。