JPH0297012A - 単結晶半導体薄膜の製造方法 - 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） 本発明は半導体集積回路装置を製造するための単結晶半
導体薄膜を製造する方法に関し、特に多結晶又は非晶質
の半導体薄膜にレーザビームなどのエネルギを照射して
溶融させ、その溶融部分を移動させることにより単結晶
化させる方法に関するものである。

（従来の技術） 単結晶半導体薄膜を製造する方法としては、半導体薄膜
を帯状に溶融させる線状加熱型帯状溶融再結晶化法、エ
ネルギとしてレーザビームを照射して半導体薄膜を溶融
させるレーザビーム再結晶化法、エネルギとして電子ビ
ームを照射する電子ビーム再結晶化法などが知られてい
る。

それらの再結晶化法においては、誘電体膜などの下地上
に多結晶又は非晶質の半導体薄膜を形成し、レーザビー
ムなどのエネルギを照射する。

（発明が解決しようとする課題） エネルギの照射による局部的な溶融部分からの熱の放散
は主として未溶融状態の半導体薄膜方向に行なわれる。

半導体薄膜の表面側は気体と接するため熱伝導が悪く、
下地側には厚い誘電体が存在することが多く、熱伝導が
悪いためである。そして、従来の方法により形成される
単結晶半導体薄膜の結晶性は十分なものではない。

本発明は再結晶化法により単結晶半導体薄膜を製造する
際に溶融部分からの熱の放散を改善することによって結
晶性の優れた単結晶半導体薄膜を形成することを目的と
するものである。

（ａ題を解決するための手段） 本発明の方法では、多結晶又は非晶質の半導体薄膜上に
誘電体膜を形成し、この誘電体膜に凹部を形成してこの
誘電体膜上に冷却媒体を設け、この冷却媒体を通してエ
ネルギを照射して前記半導体薄膜を溶融させ、その溶融
部分を移動させることにより単結晶半導体薄膜を製造す
る。

また、本発明の方法では、前記誘電体膜の凹部をパター
ン化し、そのパターン化された誘電体膜をマスクとして
前記単結晶半導体薄膜を処理する。

冷却媒体としてはポリエチレングリコール、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。

エネルギはレーザビームその他の光ビーム、電子ビーム
、熱線などのエネルギビームを用いることができる。

誘電体膜に凹部を形成するには、例えばＣＶＤ法などに
より誘電体膜を厚目に堆積し、写真製版とエツチングを
施せばよい。

誘電体膜としてはシリコン窒化膜やシリコン酸化膜など
を用いることができる。単結晶半導体薄膜を形成した後
、その上の誘電体膜をパターン化して例えば選択酸化の
マスクとする場合には、誘電体膜としてシリコン窒化膜
を用いる。

（作用） 単結晶化しようとする半導体薄膜上に冷却媒体が存在す
るので、エネルギの照射による溶融領域から冷却媒体へ
熱が放散し、形成される単結晶薄膜の結晶性が向上する
。

凹部が形成された誘電体膜上に冷却媒体を設けると、冷
却媒体は凹部に入って均一な厚さとなる。

冷却媒体上からエネルギを照射することにより、冷却媒
体の存在する領域、すなわち凹部が形成されている領域
のみに選択的に半導体薄膜が単結晶化される。

単結晶化後、凹部の誘電体膜をパターン化して選択酸化
処理などのマスクとして使用することができる。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす。

単結晶シリコン基板２の表面を酸化して約１μｍの厚さ
のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）４を形成したものを下地
として使用する。しかし、下地はこのようなものに限ら
ない。例えば層４が高融点金属膜であってもよく、誘電
体上にパターン化された高融点金属膜が設けられたもの
であってもよい。

また、シリコン基板２にはトランジスタなどの素子が形
成されていてもよい。下地としてはまた、ガラスやセラ
ミック、又は表面をポリイミド膜などの誘電体膜で被っ
た金属基板などを使用することもできる。

下地上に減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法により多結晶
シリコン薄膜６を５０００人〜１μｍの厚さに形成する
。

多結晶シリコン薄膜６上に減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶ
Ｄ法にによりシリコン窒化膜 （Ｓｉ３Ｎ４）８を約１〜２μｍの厚さに堆積する。写
真製版とエツチングによりシリコン窒化膜８に凹部を形
成する。８ａは凹部の底の部分であり、その膜厚は約８
００人である。８ａは四部の縁の部分であり、その膜厚
はもとのシリコン窒化膜８の膜厚である。

シリコン窒化膜８上から冷却媒体としてポリエチレング
リコールを注入する。ポリエチレングリコールはシリコ
ン窒化膜８の凹部に入って均一な膜厚のポリエチレング
リコール層１０を形成する。

第１図のように積層した後、例えば光出力３Ｗ程度のア
ルゴンレーザビーム１２をレンズで集光して多結晶シリ
コン薄膜６に照射し、レーザビーム１２を図では右方向
に走査することにより多結晶シリコン薄膜６の溶融部分
１４を移動させて結晶成長させ、単結晶シリコン薄膜１
６を形成する。

レーザビーム１２を走査するには試料を固定してレーザ
ビーム１２を移動させるか、レーザビームＩ２を固定し
て試料を移動させればよい。単結晶シリコン薄膜１６は
１５〜２０μｍのストライプ状に形成される。

第２図及び第３図は単結晶化後に誘電体膜をマスクとし
て単結晶シリコン薄膜１６を処理する一例を示したもの
である。

処理の一例として選択酸化を説明する。誘電体膜８とし
てシリコン窒化膜を用いる。

第２図は単結晶化後、冷却媒体であるポリエチレングリ
コール１０を除去し、四部の底部の窒化シリコン膜８ａ
上に選択酸化のマスクを形成するためのレジストパター
ン１８を形成した状態である。

このレジストパターン１８をマスクにしてシリコン窒化
膜８ａをエツチングすると、第３図に示されるようにパ
ターン化されたシリコン窒化膜８Ｃが得られる。このシ
リコン窒化膜８ｃをマスクにして酸化を行なうと、露出
した単結晶シリコン薄膜１６が酸化されてフィールド酸
化膜が形成される。

実施例では結晶化しようとする半導体薄膜として多結晶
シリコン薄膜を例示しているが、非晶質シリコン薄膜を
用いても同様に単結晶シリコン薄膜を形成することがで
きる。

（発明の効果） 本発明では誘電体に凹部を形成してその凹部に冷却媒体
を注入するようにしたので、冷却媒体の厚さが均一にな
り、単結晶化の際の冷却効果が安定し、結晶性のよい単
結晶半導体薄膜を得ることができる。

単結晶化しようとする領域にのみ冷却媒体が設けられる
ので、冷却媒体を無駄に使用することがなくなる。また
、誘電体膜に凹部が形成された領域でのみ選択的に単結
晶化が行なわれるので、照射エネルギの無駄を省くこと
ができる。

冷却媒体層を形成するのに用いた誘電体膜をマスクとし
て、例えば選択酸化などを行なえば、改めて誘電体膜を
形成して選択酸化を行なうのに比べると工程が短縮され
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図及び第３図は誘
電体膜をパターン化する工程を示す断面図である。 ６・・・・・・多結晶シリコン薄膜、８・・・・・・窒
化シリコン膜、８ａ・・・・・・シリコン窒化膜の薄い
部分、８ｂ・・・・・・シリコン窒化膜の厚い部分、８
ｅ・・団・パターン化されたシリコン窒化膜、１ｏ・・
・・・・ポリエチレングリコール層、１２・・・・・・
レーザビーム、１４・・・・・・溶融部分、１６・・・
・・・単結晶シリコン薄膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多結晶又は非晶質の半導体薄膜上に誘電体膜を形
   成し、この誘電体膜に凹部を形成してこの誘電体膜上に
   冷却媒体を設け、この冷却媒体を通してエネルギを照射
   して前記半導体薄膜を溶融させ、その溶融部分を移動さ
   せることにより結晶化させる単結晶半導体薄膜の製造方
   法。
2. （２）前記誘電体膜の凹部をパターン化し、そのパター
   ン化された誘電体膜をマスクとして前記単結晶半導体薄
   膜を処理する請求項１記載の単結晶半導体薄膜の製造方
   法。