JPH0432221A - 半導体単結晶膜の製造方法 - Google Patents
半導体単結晶膜の製造方法Info
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- JPH0432221A JPH0432221A JP13887190A JP13887190A JPH0432221A JP H0432221 A JPH0432221 A JP H0432221A JP 13887190 A JP13887190 A JP 13887190A JP 13887190 A JP13887190 A JP 13887190A JP H0432221 A JPH0432221 A JP H0432221A
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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。
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〕
この発明は、半導体単結晶膜の製造方法に関し、特に、
レーザ光を用いて絶縁体上に単結晶の半導体膜を形成す
る方法に関するものである。
レーザ光を用いて絶縁体上に単結晶の半導体膜を形成す
る方法に関するものである。
半導体装置の高性能化を図るために、回路素子を誘電体
で分離して浮遊容量の少ない半導体集積回路を製造する
試み、さらには回路素子を立体的に多層積層化した積層
型半導体装置いわゆる三次元回路素子を製造する試みが
なされており、その−工程として絶縁体上に堆積された
非単結晶の半導体層に、レーザを照射することにより半
導体層のみを加熱、溶融して再結晶化させ、単結晶化さ
れた半導体層を形成する工程がある。
で分離して浮遊容量の少ない半導体集積回路を製造する
試み、さらには回路素子を立体的に多層積層化した積層
型半導体装置いわゆる三次元回路素子を製造する試みが
なされており、その−工程として絶縁体上に堆積された
非単結晶の半導体層に、レーザを照射することにより半
導体層のみを加熱、溶融して再結晶化させ、単結晶化さ
れた半導体層を形成する工程がある。
第２図（ａ）は従来の半導体単結晶膜の製造方法を説明
するための基板構造の平面図であり、第２図（ハ）は第
２図（ａ）中の■−ビ線の断面図である。
するための基板構造の平面図であり、第２図（ハ）は第
２図（ａ）中の■−ビ線の断面図である。
図において、１は単結晶シリコン基板、２は厚さ１μｍ
の酸化膜、３は３μｍ径のシード、４は化学的気相成長
法（ＣＶＤ法）によって堆積された厚さ０．５μｍの多
結晶シリコン、５はＣＶＤ法により堆積された５００人
のシリコン窒化膜（以下、窒化膜と称する）である。こ
の窒化膜５はシード３の上部に４μｍ径で酸化膜２上に
幅５μｍ、間隔１０μｍでバターニングされている。
の酸化膜、３は３μｍ径のシード、４は化学的気相成長
法（ＣＶＤ法）によって堆積された厚さ０．５μｍの多
結晶シリコン、５はＣＶＤ法により堆積された５００人
のシリコン窒化膜（以下、窒化膜と称する）である。こ
の窒化膜５はシード３の上部に４μｍ径で酸化膜２上に
幅５μｍ、間隔１０μｍでバターニングされている。
次にこの多結晶シリコン４をレーザ光により単結晶化す
る方法について説明する。第３図（ａ）に示すように第
２図で説明した基板構造に直径１００μｍに絞った連続
発振のアルゴンレーザ光６を走査速度２５ｃｍ／ｓで走
査しながら図中矢印の方向に照射する。レーザ光６の照
射により多結晶シリコン４は溶融して溶融シリコン４１
になる。溶融シリコン４１が固化再結晶化して単結晶シ
リコン４２になるわけであるが、この再結晶化がシード
３から起こることによって単結晶化シリコン４２の結晶
軸は基板単結晶化シリコン１の結晶軸と同一のものにな
る。ここで幅５μｍ５間隔１０ａｍの窒化膜５はアルゴ
ンレーザ光の反射防止膜として働き、かつシード３から
の結晶成長が長く維持されるように横方向の温度分布を
制御するために設けられている。この再結晶化の機構に
ついては、第１８回国際固体素子、材料コンファレンス
（１９８６）ｐ５６５からｐ５６８の“０ｒｉｅｎｔａ
ｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＳＯＩ ｆｉｌｍ ｂ
ｙ Ｌａ５ｅｒ Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ
”に詳細に述べられている。
る方法について説明する。第３図（ａ）に示すように第
２図で説明した基板構造に直径１００μｍに絞った連続
発振のアルゴンレーザ光６を走査速度２５ｃｍ／ｓで走
査しながら図中矢印の方向に照射する。レーザ光６の照
射により多結晶シリコン４は溶融して溶融シリコン４１
になる。溶融シリコン４１が固化再結晶化して単結晶シ
リコン４２になるわけであるが、この再結晶化がシード
３から起こることによって単結晶化シリコン４２の結晶
軸は基板単結晶化シリコン１の結晶軸と同一のものにな
る。ここで幅５μｍ５間隔１０ａｍの窒化膜５はアルゴ
ンレーザ光の反射防止膜として働き、かつシード３から
の結晶成長が長く維持されるように横方向の温度分布を
制御するために設けられている。この再結晶化の機構に
ついては、第１８回国際固体素子、材料コンファレンス
（１９８６）ｐ５６５からｐ５６８の“０ｒｉｅｎｔａ
ｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＳＯＩ ｆｉｌｍ ｂ
ｙ Ｌａ５ｅｒ Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ
”に詳細に述べられている。
従来の単結晶半導体膜の製造方法による半導体膜は以上
のように形成されていた。ところがこのようにして得ら
れた単結晶シリコン膜４２の結晶軸はシード３から離れ
るに従って連続的に回転していくという問題があった。
のように形成されていた。ところがこのようにして得ら
れた単結晶シリコン膜４２の結晶軸はシード３から離れ
るに従って連続的に回転していくという問題があった。
第４図はＥＣＰ （エレクトロンチャネリングパターン
）より測定した単結晶シリコン膜４２の結晶軸と単結晶
シリコン基板１の結晶軸のなす角と、シードからの距離
の関係を示したもので、Ｏ印が従来の方法で得られた単
結晶シリコン膜４２の結晶軸の回転角度を示している。
）より測定した単結晶シリコン膜４２の結晶軸と単結晶
シリコン基板１の結晶軸のなす角と、シードからの距離
の関係を示したもので、Ｏ印が従来の方法で得られた単
結晶シリコン膜４２の結晶軸の回転角度を示している。
この図によるとシード３から３００μｍの距離で結晶軸
は３０度程度回転していることが分かる。この結晶軸回
転現象は以下のように説明される。
は３０度程度回転していることが分かる。この結晶軸回
転現象は以下のように説明される。
即ち、レーザ光６は第３図（ａ）に示すように、その強
度分布は中心部が高く周辺部が低いガウス型の分布を持
つ。その結果、溶融シリコン４１の周辺部の上部の温度
は、溶融を起こさないパワーの光が照射されているため
高く保持される。そのため、固化、単結晶化する側の固
液界面４３はレーザ光の進行方向に対して後ろ側に倒れ
る。
度分布は中心部が高く周辺部が低いガウス型の分布を持
つ。その結果、溶融シリコン４１の周辺部の上部の温度
は、溶融を起こさないパワーの光が照射されているため
高く保持される。そのため、固化、単結晶化する側の固
液界面４３はレーザ光の進行方向に対して後ろ側に倒れ
る。
第５図（ａ）は通常のガウス型のレーザ光を窒化膜５を
設けない基板構造に走査速度２５ｃ１１／Ｓで矢印の方
向に走査しながら照射して再結晶化した５０１１１１（
絶縁体上の単結晶化シリコン膜）をセコエツチング液を
用いてエツチングした後の写真を描いた図である。溶融
再結晶化したシリコンの両側に１４μｍの不完全溶融領
域が観察された。これは両側１４μｍは多結晶シリコン
の上層部のみ溶融し、下層部には未溶融で結晶粒が大き
くなった（融点近くまで温度が上昇するためには結晶粒
は大きくなる）多結晶シリコンが残存していることを示
している。レーザ光はこの場合円形であるので、第５図
ら）中、レーザビームの下側、すなわち固化再結晶化す
る側も固液界面は進行方向に対して後ろ側に倒れている
。すなわち、固液界面４３近傍の上部の温度は下部の温
度より高いことが容易に推測される。このように固液界
面近傍の単結晶シリコン４２の上部の温度が下部の温度
より高いと、単結晶シリコン４２の上部の結晶格子は熱
膨張により下部の結晶格子より伸びた状態にある。溶融
シリコン４１の下部のシリコンは熱膨張により曲げられ
た位置で固化し、下にある酸化膜２に固定される。この
ために単結晶シリコン４２の結晶軸が回転する。
設けない基板構造に走査速度２５ｃ１１／Ｓで矢印の方
向に走査しながら照射して再結晶化した５０１１１１（
絶縁体上の単結晶化シリコン膜）をセコエツチング液を
用いてエツチングした後の写真を描いた図である。溶融
再結晶化したシリコンの両側に１４μｍの不完全溶融領
域が観察された。これは両側１４μｍは多結晶シリコン
の上層部のみ溶融し、下層部には未溶融で結晶粒が大き
くなった（融点近くまで温度が上昇するためには結晶粒
は大きくなる）多結晶シリコンが残存していることを示
している。レーザ光はこの場合円形であるので、第５図
ら）中、レーザビームの下側、すなわち固化再結晶化す
る側も固液界面は進行方向に対して後ろ側に倒れている
。すなわち、固液界面４３近傍の上部の温度は下部の温
度より高いことが容易に推測される。このように固液界
面近傍の単結晶シリコン４２の上部の温度が下部の温度
より高いと、単結晶シリコン４２の上部の結晶格子は熱
膨張により下部の結晶格子より伸びた状態にある。溶融
シリコン４１の下部のシリコンは熱膨張により曲げられ
た位置で固化し、下にある酸化膜２に固定される。この
ために単結晶シリコン４２の結晶軸が回転する。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、結晶軸回転の小さい単結晶半導体膜を絶縁体
上に得ることができる単結晶半導体膜の製造方法を提供
することを目的とする。
たもので、結晶軸回転の小さい単結晶半導体膜を絶縁体
上に得ることができる単結晶半導体膜の製造方法を提供
することを目的とする。
この発明に係る半導体単結晶膜の製造方法は、固化、単
結晶化する側に相当する上記レーザ光のパワー密度が低
い領域を、上記非単結晶の半導体薄膜に照射しないよう
にしたものである。
結晶化する側に相当する上記レーザ光のパワー密度が低
い領域を、上記非単結晶の半導体薄膜に照射しないよう
にしたものである。
この発明においては、固化、再結晶化する側に相当する
上記レーザ光のパワー密度が低い領域部分を除いて、照
射したレーザ光は、固化する側の固液界面近傍の単結晶
半導体層の上下の温度差を減少させて結晶軸回転を抑え
る。
上記レーザ光のパワー密度が低い領域部分を除いて、照
射したレーザ光は、固化する側の固液界面近傍の単結晶
半導体層の上下の温度差を減少させて結晶軸回転を抑え
る。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
基板構造は従来の方法と全（同一である。以下、本発明
の一実施例による多結晶シリコンの単結晶化の方法につ
いて第１図を用いて説明する。
の一実施例による多結晶シリコンの単結晶化の方法につ
いて第１図を用いて説明する。
図において、６は従来の方法で述べたガウズ型の温度分
布を持つレーザ光、７は金属でできた遮蔽板である。遮
蔽板７はレーザ光６の進行方向（矢印で示ｔ）の後ろ側
から１４μｍ程レーザし６中に挿入されている。レーザ
光６を遮蔽板７とともに走査速度２５ＣＩｌ／Ｓで走査
しながら多結晶シリコン４に照射する。第６図ら）に多
結晶シリコン４に照射されたレーザ光６の形状を示す。
布を持つレーザ光、７は金属でできた遮蔽板である。遮
蔽板７はレーザ光６の進行方向（矢印で示ｔ）の後ろ側
から１４μｍ程レーザし６中に挿入されている。レーザ
光６を遮蔽板７とともに走査速度２５ＣＩｌ／Ｓで走査
しながら多結晶シリコン４に照射する。第６図ら）に多
結晶シリコン４に照射されたレーザ光６の形状を示す。
レーザ光６のうち、多結晶シリコン４を溶融させるだけ
のパワーの無い後半部の領域が多結晶シリコン４に照射
されないため、溶融シリコン４１の固化再結晶化する側
の固液界面４４は垂直になる。すなわち、固液界面４４
の近傍の単結晶化シリコン４２の上部の温度は下部と等
しくなる。
のパワーの無い後半部の領域が多結晶シリコン４に照射
されないため、溶融シリコン４１の固化再結晶化する側
の固液界面４４は垂直になる。すなわち、固液界面４４
の近傍の単結晶化シリコン４２の上部の温度は下部と等
しくなる。
このレーザ光６の後半部を多結晶シリコン４に照射しな
いことにより単結晶化シリコン４２の上下の温度差が小
さくなっていることを確認するために、第６図（Ｃ）に
示すようにレーザ光の進行方向の両側を１４μｍ遮蔽し
て単結晶化を行った。両側を遮蔽したのは、固液界面を
直接具ることができないためである。
いことにより単結晶化シリコン４２の上下の温度差が小
さくなっていることを確認するために、第６図（Ｃ）に
示すようにレーザ光の進行方向の両側を１４μｍ遮蔽し
て単結晶化を行った。両側を遮蔽したのは、固液界面を
直接具ることができないためである。
そのセコエッチ後の表面写真を描いた図を第５図（ｂ）
に示す。この図によると溶融領域の両側には不完全溶融
領域が見られず、単結晶化シリコンの結晶軸上下の温度
差が小さくなっていることがわかる。
に示す。この図によると溶融領域の両側には不完全溶融
領域が見られず、単結晶化シリコンの結晶軸上下の温度
差が小さくなっていることがわかる。
また、本発明による単結晶化シリコンの結晶軸回転角度
のシードからの距離依存性を測定した結果を第４図にΔ
印で示す。これによると、結晶軸の回転が抑えられてお
り、レーザ光の一部を照射しないことが結晶軸回転抑制
に効果のあることがよくわかる。
のシードからの距離依存性を測定した結果を第４図にΔ
印で示す。これによると、結晶軸の回転が抑えられてお
り、レーザ光の一部を照射しないことが結晶軸回転抑制
に効果のあることがよくわかる。
なお、上記実施例ではレーザ光のうち進行方向の後ろ側
１４μｍを遮蔽したが、遮蔽する領域は基板構造とレー
ザ光照射条件、つまり単結晶の成長方向とレーザの走査
方向によって大きく異なってくる。従って予め、第５図
に示したような予備実験を行って遮蔽領域をそれぞれの
条件によって決定すればよい。
１４μｍを遮蔽したが、遮蔽する領域は基板構造とレー
ザ光照射条件、つまり単結晶の成長方向とレーザの走査
方向によって大きく異なってくる。従って予め、第５図
に示したような予備実験を行って遮蔽領域をそれぞれの
条件によって決定すればよい。
また、上記実施例では、円形のレーザ光を用いたが、レ
ーザ光の形状は楕円など如何なる形状であってもよく、
固化する側のパワー密度の低い領域を遮蔽板で遮るよう
にすれば上記実施例と同様の効果、力（期待できる。
ーザ光の形状は楕円など如何なる形状であってもよく、
固化する側のパワー密度の低い領域を遮蔽板で遮るよう
にすれば上記実施例と同様の効果、力（期待できる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればレーザ光の進行方向の
後ろ側の、非単結晶の半導体膜を溶融させることのでき
ないパワー密度の低い領域に、遮蔽板を設け、該パワー
密度の低い領域のレーザ光を非単結晶の半導体膜に照射
しないようにしたので、固化する側の固液界面近傍の単
結晶半導体膜の上下の温度差を低減でき、結晶軸回転の
少ない単結晶半導体膜が得られる効果がある。
後ろ側の、非単結晶の半導体膜を溶融させることのでき
ないパワー密度の低い領域に、遮蔽板を設け、該パワー
密度の低い領域のレーザ光を非単結晶の半導体膜に照射
しないようにしたので、固化する側の固液界面近傍の単
結晶半導体膜の上下の温度差を低減でき、結晶軸回転の
少ない単結晶半導体膜が得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による半導体単結晶膜の製
造方法を示す断面図、第２図は従来および本発明の一実
施例の基板構造を示す平面図及び断面図、第３図は従来
の半導体単結晶膜の製造方法を示す断面図、第４図は従
来及び本発明の一実施例による半導体単結晶膜の結晶軸
回転角度のシードからの距離依存性を示す図、第５図は
レーザ光をそのまま照射した場合と、レーザ光の両側を
遮蔽して照射した場合の単結晶化シリコンのセコエッチ
後の表面写真を描いた図、第６図は従来及び本発明の一
実施例による半導体膜に照射されたときのレーザ光の形
状の平面図である。 １は単結晶シリコン基板、２は酸化膜、３はシード、４
は多結晶シリコン、４１は熔融シリコン、４２は単結晶
化シリコン、４４は固液界面、５は窒化膜、６はレーザ
光、７は遮蔽板。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
造方法を示す断面図、第２図は従来および本発明の一実
施例の基板構造を示す平面図及び断面図、第３図は従来
の半導体単結晶膜の製造方法を示す断面図、第４図は従
来及び本発明の一実施例による半導体単結晶膜の結晶軸
回転角度のシードからの距離依存性を示す図、第５図は
レーザ光をそのまま照射した場合と、レーザ光の両側を
遮蔽して照射した場合の単結晶化シリコンのセコエッチ
後の表面写真を描いた図、第６図は従来及び本発明の一
実施例による半導体膜に照射されたときのレーザ光の形
状の平面図である。 １は単結晶シリコン基板、２は酸化膜、３はシード、４
は多結晶シリコン、４１は熔融シリコン、４２は単結晶
化シリコン、４４は固液界面、５は窒化膜、６はレーザ
光、７は遮蔽板。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）絶縁体上に堆積された非単結晶の半導体薄膜をレ
ーザ光の照射により溶融、固化せしめて、単結晶化する
半導体単結晶膜の製造方法において、固化、単結晶化す
る側に相当する上記レーザ光のパワー密度が低い領域を
、上記非単結晶の半導体薄膜に照射しないようにしたこ
とを特徴とする半導体単結晶膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2138871A JP2566663B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体単結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2138871A JP2566663B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体単結晶膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0432221A true JPH0432221A (ja) | 1992-02-04 |
| JP2566663B2 JP2566663B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=15232062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2138871A Expired - Fee Related JP2566663B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体単結晶膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2566663B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60164318A (ja) * | 1984-02-06 | 1985-08-27 | Fujitsu Ltd | ビ−ムアニ−ル方法 |
| JPS6247114A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体単結晶膜の製造方法 |
| JPH01260812A (ja) * | 1988-04-12 | 1989-10-18 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法および装置 |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP2138871A patent/JP2566663B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6247114A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体単結晶膜の製造方法 |
| JPH01260812A (ja) * | 1988-04-12 | 1989-10-18 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2566663B2 (ja) | 1996-12-25 |
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