JPH0410214B2 - - Google Patents

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（Semiconductor On Insulator）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。SOI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
物で囲ま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。この為、単結晶化後の面方位を制御す
る手法として、絶縁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３図は、従来の単結
晶シードを設け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つて示したものである。
第３図ａにおいて１はシリコン基板、２Ａは気相
成長法で形成したSiO₂である。第３図ｂは、写
真食刻法によりSiO₂２Ａに選択的に開口部１０
を設けた状態である。この後、第３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４Ａを第３図ｄに示す
ように残す。次に、第３図ｅに示すように気相成
長法によりSiO₂２Ｂを形成し、第３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４Ａ上のSiO₂２Ｂを除去する。しかるのち、
多結晶シリコン島４ＡにレーザビームＬ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問題点 第３図ｆに示したような半導体装置にエネルギ
ービーム照射し単結晶化を行つた場合、開口部１
０Ａ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つた。これは、開
口部１０Ａの下が単結晶シリコン層のため熱伝導
が大きく熱が逃げやすいのに対して、開口部１０
Ａ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、例えば第４図に
示したように、多結晶シリコン島４Ｂ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１１を種としなければならないために、単
結晶化シリコン島１１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１０Ａや１
０Ｂを設けるため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、
素子の集積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問題点があつた。

本発明は従来のものがもつ、以上のような問題
点を解消させ、レーザビーム照射によつて面方位
制御された単結晶化が可能となる半導体装置を提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この目的を達成させるために、この発明は、絶
縁物基板上に絶縁分離形成された非単結晶半導体
島を形成するに際し、前記非単結晶半導体島の一
部を光反射膜で覆い、レーザビームを照射し溶
融、単結晶化する時には、前記光反射膜直下の前
記非単結晶半導体島を結晶成長の種として未溶融
のまま残した状態で単結晶化を行い、面方位制御
された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、非単
結晶半導体島を最適条件下でレーザビームアニー
ルを行つた時、前記非単結晶半導体島の一部が光
反射膜で覆われているため、前記光反射膜直下部
分の前記非単結晶半導体島は未溶融のまま残り、
前記未溶融部分の非単結晶半導体が結晶成長の種
となつて単結晶化がおこる。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２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
よつて、その配向性が単結晶化シリコン島に引き
継がれ、面方位の制御が可能となる。

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
記半導体装置の断面図によつて示したものであ
る。第１図ａにおいて、１はシリコン基板、２Ａ
は気相成長法で形成したSiO₂、３は減圧化学気
相成長法によつてたとえば形成温度610℃で成長
せしめた、100％の（110）面配向性をもつ多結晶
シリコン膜である。第１図ｂは写真食刻法により
選択的に多結晶シリコン島４Ａを残した状態であ
る。この後、第１図ｃに示すごとく、気相成長法
によりSiO₂２Ｂを形成し、第１図ｄ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４
Ａの上のSiO₂２Ｂを選択的に取り除く。次に、
第１図ｅに示すごとく、気相成長法によつてシリ
コン窒化膜５を形成した後、光反射膜として、高
融点金属であるMoSi₂６を化学蒸着法によつて形
成する。この後、写真食刻法によつて第１図ｆに
示すように選択的にMoSi₂を除去する。

以上のようにして得られた多結晶シリコン島４
に、最も単結晶化を行いやすいデユアルレーザビ
ームを、レーザパワーP_L1＝P_L2＝3W、走査速度
100mm／sec、ビーム間距離22μｍの条件で照射し
単結晶化させる。この時、第１図ｆに示すよう
に、光反射膜であるMoSi₂６と多結晶シリコン島
４Ａの間にはシリコン窒化膜５が形成されている
ので、レーザ照射時にMoSi₂６と多結晶シリコン
島４Ａの間に反応は起こらない。また、多結晶シ
リコン島４Ａ上のシリコン窒化膜６はキヤツプ膜
にもなり、レーザ照射時のシリコンの飛散を抑制
している。

以上のようにして、多結晶シリコン島４Ａを単
結晶化させると、光反射膜MoSi₂６直下の多結晶
シリコンは未溶融のままで、結晶成長の種となつ
て単結晶化がおこる。第１図ｇには、レーザ照射
後、MoSi₂６及びシリコン窒化膜５を除去した後
の溶融単結晶化部分７と未溶融多結晶シリコン８
の平面模式図を示してある。結晶粒界９の状態か
ら、溶融単結晶化部分７は、未溶融多結晶シリコ
ン８を種として結晶成長したことが判る。本実施
例においては、下地SiO₂２Ａには、溝や段差が
ないので、多結晶シリコン８を種とした結晶成長
は、種部での結晶の乱れが生じず、非常にスムー
ズに進行し、（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）に非常によく制御されていた。

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２図に説明したように、多結
晶シリコンの形成温度望ましくは550℃〜750℃に
依存する。従つて、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。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、絶縁物
基板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に際し、所望の面
方位をもつ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１図ｇはレーザ
照射による半導体島の説明のための説明図、第２
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３図
ａ〜ｆは従来の半導体装置の製造法の工程断面
図、第４図は他の従来の半導体装置の断面図であ
る。 １……シリコン基板、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ
……SiO₂、３……多結晶シリコン膜、４Ａ，４
Ｂ……多結晶シリコン島、５……シリコン窒化
膜、６……MoSi₂、７……溶融単結晶化部分、８
……未溶融多結晶シリコン、９……結晶粒界。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 絶縁物基板上の絶縁物で囲まれた非単結晶半
   導体島をレーザビームアニールによつて溶融単結
   晶化するに際し、前記非単結晶半導体島上の一部
   を光反射膜で覆い、前記光反射膜直下の非単結晶
   半導体をレーザビームアニールによつても未溶融
   とし、この未溶融部分を結晶成長の種として、前
   記非単結晶半導体の配向性を単結晶化半導体島に
   引き継がせて、レーザビームアニール後の前記単
   結晶化半導体島の面方位を所望の方位に制御する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。