JPH0283915A - 半導体単結晶薄膜の製造方法 - 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） 本発明は多層構造の半導体集積回路装置を製造するため
に、上層の半導体単結晶薄膜を製造する方法に関するも
のである。

（従来の技術） 半導体単結晶薄膜を製造する方法には、下地上に多結晶
又は非晶質の半導体薄膜を形成し、その半導体薄膜にエ
ネルギを照射して溶融させ、その溶融部分を移動させな
がら結晶成長を行なう方法がある。そのような方法は一
般にはＳＯＩ構造形成技術と称され、例えば、線状加熱
形帯域溶融再結晶化法、レーザビーム再結晶化法、電子
ビーム再結晶化法などがある。

多層構造の半導体集積回路装置を作製した場合、上層に
形成される半導体単結晶薄膜の結晶性に下層デバイスの
凹凸が影響を及ぼすことが知られている。実際に、多層
半導体集積回路装置を製作すると、上層に行くほどトラ
ンジスタの移動度が低下する。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 下層デバイスの表面の凹凸によって上層デバイスの特性
が低下するのは、上層の半導体単結晶薄膜を製造する際
、下層デバイスの表面の凹凸によって溶融再結晶化の際
の単結晶化しようとする半導体薄膜の表面の温度分布が
下層デバイスの表面の凹凸の影響を受けるためであると
考えらハる。

例えば、第５図は下地２の表面に凹凸がある場合の従来
のレーザビーム再結晶化法を表わしたものである。凹凸
のある下地２上に多結晶又は非晶質のシリコンなどの半
導体薄膜４を形成する。半導体薄膜４の表面にも下地の
表面の影響で凹凸が表われる。レーザビーム再結晶化法
では、例えばＡｒレーザビーム６を照射して矢印方向（
右方向）に移動させると、溶融部分８も移動し、結晶化
した半導体薄膜ＩＯが形成されていく。このとき、半導
体薄膜４の表面の凹凸によって温度分布曲線１２は均一
ではなくなり、形成される単結晶薄膜ＩＯの結晶性もよ
くない。

そこで、本発明は、溶融再結晶化する際、単結晶化しよ
うとする半導体薄膜の表面の温度分布の均一性をよくす
ることによって、得られる半導体単結晶薄膜の結晶性を
向上させることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 下地表面が凹凸をもつ場合、下地表面を平坦化した後に
多結晶又は非晶質の半導体薄膜を形成し、又は凹凸のあ
る下地表面上に多結晶又は非晶質の半導体薄膜を形成し
た後にその半導体薄膜の表面を平坦化し、その後にエネ
ルギを照射する。

（作用） 下地表面を平坦化すればその上に形成される多結晶又は
非晶質の半導体薄膜の表面も平坦になり、溶融再結晶化
の際の半導体薄膜表面の温度分布の均一性がよくなる。

下地に凹凸がある状態で多結晶又は非晶質の半導体薄膜
を形成した場合には、その半導体薄膜の表面を平坦化す
ることによっても溶融再結晶化の際の半導体薄膜表面の
温度分布の均一性をよくすることができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を表わす。

下地２は１例えばシリコン単結晶基板にトランジスタな
どを形成し、配線を施して表面を誘電体層で被ったもの
である。下地２の表面には本来下層デバイスの影響によ
って凹凸が表われるので、本実施例ではその表面を平坦
にする。

下地２の表面を平坦化するには、例えばレジストなどの
有機物層を表面が平坦になるまで塗布し、有機物層と下
地２とのエツチング速度が等しくなるようなエツチング
条件によってエッチバックを行な°えばよい。

平坦化された下地２上に単結晶化しよかとする半導体薄
膜４、例えば多結晶又は非晶質のシリコン薄膜を形成す
る。

レーザビーム再結晶化法を行なう場合は、Ａｒレーザな
どのレーザビーム６を照射し、走査してその溶融部分８
を移動させる。このとき、半導体薄ｌｌＩ４の表面が平
坦であるので、温度分布曲線１２の均一性がよくなり、
得られる単結晶薄膜１０の結晶性がよくなる。

レーザビーム再結晶化法の１つの改良された方法として
単結晶化しようとする半導体薄膜の表面を冷却媒体で被
い、レーザビームなどのエネルギを照射する方法が提案
されている。

第２図はその冷却媒体を用いる方法の一例を示したもの
である。

下地は例えばトランジスタなどのデバイスが形成された
単結晶シリコン基板１４の表面を１μｍ程度の厚さのシ
リコン酸化膜（ＳｉＯり）＋６で被ったものである。し
かし、下地はこれに限定されない。シリコン酸化膜１６
の表面を平坦化する。

シリコン酸化膜１６上から減圧ＣＶＤ法により多結晶シ
リコン膜４を５０００人〜１μｍの厚さに堆積し、その
上にバッファ誘電体層として減圧ＣＶＤ法によりシリコ
ン窒化膜（Ｓ１３Ｎ４）２０を約８００人の厚さに堆積
する。さらにその上に減圧ＣＶＤ法によりシリコン酸化
膜２２を約ｌ０００人の厚さに堆積し、その表面に冷却
媒体としてポリエチレングリコール層２４を形成する。

ポリエチレングリコール層２４上には光学ガラス仮２６
を載せる。

第２図のように積層した後、例えば光出力３Ｗ程度のＡ
ｒレーザビーム６をレンズで集光して多結晶シリコン膜
４に照射し、レーザビーム６を走査することにより多結
晶シリコン膜４の溶融部分８を移動させて結晶成長させ
、単結晶シリコン膜１０を形成する。

その後、光学ガラス板２６、ポリエチレングリコール層
２４、シリコン酸化膜２２及びシリコン窒化膜２０を除
去する。

第２図の製造プロセスにおいて、レーザビーム６に代え
て、他の光ビームや１ｍ子ビーム、熱線などのエネルギ
ービームを用いることもできる。

冷却媒体としてはポリエチレングリコール２４の他に、
ポリエチレンエーテル、ポリエチレンエステル、ポリプ
ロピレンオキシドなど一般に表面活性剤として知られる
ものを使用することができる。

第２図におけるシリコン酸化膜２２と光学ガラス板２６
は無くても単結晶シリコン膜１０の形成は可能であるが
、ポリエチレングリコール層２４はシリコン窒化膜２０
上に直接形成するよりもシリコン酸化膜２２を介して形
成する方が濡れ性がよくなり、また、光学ガラス板２６
を載せることによりポリエチレングリコール層２４の厚
さを均一にすることができる。

冷却媒体を用いる方法では、単結晶化しようとする半導
体薄膜の下層の凹凸はあまり影響を受けず１表面が平坦
であればよい。

第３図は冷却媒体を用いる場合の他の実施例を表わして
いる。

下地２の表面に凹凸が残ったままで多結晶又は非晶質の
半導体薄膜４を形成し、その上に窒化シリコン膜２０を
形成し、その上に冷却媒体としてポリエチレングリコー
ル層２４を形成する。そしてＡ「レーザビーム６を照射
して走査し、溶融部分８を移動させながら結晶化させる
。

この場合も温度分布曲線１２の均一性がよくなり、得ら
れる鵬結晶薄膜１０の結晶性がよくなる。

単結晶薄膜は誘電体下地上に形成できるだけではなく、
再結晶化法により導電体層上にも形成することができる
。

第６図は誘電体下地２上に導電体ｆｆ１３０を形成した
ものを下地とし、その上に多結晶又は非晶質の半導体薄
膜４を形成し、レーザビーム再結晶化法などにより、溶
融部分８を移動させながら単結晶薄膜ｌＯを形成する方
法を表わしている。

この場合、半導体薄膜４の表面には導電体層３０によっ
て凹凸が発生する。そこで、本発明の一実施例では、第
４図に示されるように、下地２の表面をエッチバックに
よって平坦化した後、下地２に導電体層３０のパターン
形状に凹部を形成し、そこに導電体層３０を埋め込む、
これにより例えば誘電体の下地２と導電体層３０の表面
が同一高さになり、その上に形成される半導体薄膜４の
表面も平坦になってレーザビーム再結晶化法などによる
結晶化の際、半導体薄膜４の表面の温度分布の均一性が
よくなって得られる単結晶薄膜１０の結晶性がよくなる
。

（発明の効果） 本発明では、下地表面が凹凸をもつ場合、下地表面を平
坦化した後に多結晶又は非晶質の半導体薄膜を形成し、
又は凹凸のある下地表面上に多結晶又は非晶質の半導体
薄膜を形成した後にその半導体薄膜の表面を平坦化し、
その後にエネルギを照射するようにしたので、単結晶化
の際に半導体薄膜の表面の温度分布の均一性がよくなり
、単結晶化後の半導体薄膜の結晶性がよくなる。

そして、このようにして得られた単結晶薄膜にトランジ
スタなどのデバイスを形成すれば、デバイス特性がよく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す断面図、第２図は冷却媒体を用
いるレーザビーム再結晶化法を示す断面図、第３図及び
第４図はそれぞれ他の実施例を示す断面図、第５図及び
第６図はそれぞれ従来のレーザビーム再結晶化法を示す
断面図である。 ２．１６・・・・・・下地、４・・・・・・多結晶又は
非晶質半導体薄膜、６・・・・・・レーザビーム、８・
・・・・・溶融部分、ＩＯ・・・・・・単結晶薄膜、１
２・・・・・・温度分布曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上に多結晶又は非晶質の半導体薄膜を形成し
   、直接又は冷却媒体を介して前記半導体薄膜にエネルギ
   を照射して溶融させ、その溶融部分を移動させながら結
   晶成長を行なう方法において、下地表面が凹凸をもつ場
   合、下地表面を平坦化した後に前記半導体薄膜を形成し
   、又は凹凸のある下地表面上に半導体薄膜を形成した後
   にその半導体薄膜の表面を平坦化し、その後にエネルギ
   を照射することを特徴とする半導体単結晶薄膜の製造方
   法。