JPH043459A - 積層型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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、積層型半導体装置の製造方法に関し、特に
、基板と同じ結晶軸を持つ半導体層を形成する方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の高密度化、多機能化を実現するために、回
路素子を立体的に多層積層する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いる。その
一方法として、既に形成された回路素子の上に絶縁体を
形成し、この絶縁体上に堆積された非単結晶の半導体層
に、レーザー光のエネルギー線を照射することにより、
半導体層のみを加熱溶融し、単結晶化させ、この単結晶
化された半導体層に回路素子を形成し、積層化してい（
という方法がある。

第３図（ａ）〜（ｄ）は従来の積層型半導体装置の製造
方法を示す工程断面図であり、図において、１は単結晶
シリコン基板、２１．２２は酸化膜、３はゲート電極、
４はソース、ドレイン配線、５は開孔部、７．９は多結
晶シリコン、７１．９１は単結晶化シリコン、８はレー
ザ光、９２は溶融シリコンである。

次に製造方法について説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように、ソース、ドレイン電
極４は後の積層化のための高温熱処理に耐えられるよう
に、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２）等の高融点金
属シリサイドで作られている。単結晶シリコン基板１上
に半導体素子を形成後、層間絶縁膜として酸化膜２２を
化学的気相成長法（以下、ＣＶＤ法と称す）によって堆
積し、レジスト塗布、エッチパック法により表面を平坦
化する。

そしてこの酸化膜２２上に基板単結晶１と同じ結晶軸を
持った単結晶シリコン層を形成するために、酸化膜２２
の一部に基板シリコン１に達する開孔部５を形成する。

その後、第３図（ｂ）に示すように、この開孔部５にＣ
ＶＤ法およびエッチハック法により多結晶シリコン７を
埋め込む。

その後、第３図（Ｃ）に示すようにこの上に厚さ０゜５
μｍの多結晶シリコン９をＣＶＤ法で形成し、その後、
この多結晶シリコン９にビーム径１００μｍのアルゴン
レーザー光８を図中矢印の方向に走査速度２５ｃｍ／ｓ
ｅｃで走査しながら照射する。

このレーザー光８の照射によって多結晶シリコン９は溶
融シリコン９２になり、照射が終了すると固体結晶化す
る。

この溶融シリコン９２が固化する際、基板単結晶シリコ
ン１と溶融した多結晶シリコン７を種とする横方向のエ
ピタキシャル成長が生して酸化膜２２上の多結晶シリコ
ン９は、基板単結晶１と同じ結晶軸を持った単結晶９１
になる（第３図（ｄ））。

このレーザー光照射による酸化膜上べの単結晶半導体層
の形成機構については特開昭６１−４７１９２号公報、
特開昭６１−４８４７０号公報特開昭６１−１１８４３
８号公報、及び特開昭６１−４８４６８号公報等に詳し
く述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の積層型半導体装置は、以上のように構成されてお
り、シリコンは酸化膜に比べて熱伝導率が大きいため、
レーザ照射時に開孔部内の多結晶シリコン７の温度の上
昇は小さくて溶融しにくく、この結果、横方向のエピタ
キシャル成長が起こりにくいという問題点があった。

この発明は上記のような問題を解消するためになされた
もので、良好な横方向エピタキシャル成長で、基板と同
じ結晶軸を有する半導体層を形成できる積層型半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る積層型半導体装置の製造方法は、素子が
形成された基板上の層間絶縁膜に開孔部を設け、この開
孔部下部に相当する基板内にイオン注入により自己整合
的に不純物拡散層を形成し、開孔部を半導体で埋め込む
とともに、層間絶縁膜上にも半導体層を設け、これらの
半導体層をレーザ照射により単結晶化し、基板と同じ結
晶軸を持つ単結晶半導体層を形成するようにしたもので
ある。

〔作用〕

この発明では、開孔部下部の基板にイオン注入により自
己整合的に形成された不純物拡散層は、半導体層の再結
晶化時の熱拡散を防止し、良好な横方向エピタキシャル
成長を可能にする。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例である積層型半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。

図において、ｌは単結晶シリコン基板、２１゜２２は層
間酸化膜、３はゲート電極、４はソース・ドレイン配線
である。６１は酸素拡散層、７１９１は単結晶化シリコ
ンである。

また、第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の積層型半導体装
置の製造方法を示す各工程別断面図であり、以下、製造
方法について説明する。

第２図（ａ）に示す工程は、従来の第３図（ａ）に示す
ものと同じものである。その後、第２図（ｂ）に示すよ
うに、酸素イオン６を１８０ｋｅＶの加速電圧で２　Ｘ
　１０　”ａｔｏｍｓ　７ｃｍ−２注入することにより
開孔部５の下のシリコン基板に自己整合的に酸素拡散層
６１を形成する。

次に第２図（Ｃ）に示すように、この開孔部５にＣＶＤ
法およびエッチバンク法により多結晶シリコン７を埋め
込む。

そして、第２図（ｄ）に示すように、この上に厚さ０．
５μｍの多結晶シリコン９をＣＶＤ法で形成し、その後
、この多結晶シリコン９にビーム径１００μｍのアルゴ
ンレーザー光８の図中矢印方向に走査速度２５ｃｍ／ｓ
ｅｃで走査しながら照射する。

レーザー光８の照射によって多結晶９は溶融シリコン９
２になり、照射が終了すると固化結晶化する。

この溶融シリコン９２が固化する際、基板単結晶シリコ
ン１と溶融した多結晶シリコン７を種とする横方向のエ
ピタキシャル成長が生じて酸化膜２２上の多結晶シリコ
ン９は基板単結晶１と同じ結晶軸を持った単結晶９１に
なる（第２図（ｅ））。

ここで、イオン注入により形成した酸素拡散層６１の深
さは５０００人程度７あり、これは再結晶化時の熱拡散
を防止し、良好な横方向エピタキシャル成長を可能にす
る働きがある。

従って、このような本実施例においては、開孔部下部の
シリコン基板１内にイオン注入により自己整合的に酸素
拡散層を設けるようにしたので、再結晶化時の開孔部内
に設けたシリコン層の熱拡散が防止され、その部分での
温度上昇が大きくなり、横方向エピタキシャル成長が起
こりやすくなる。

なお、上記実施例では、熱拡散を防止するための不純物
拡散層として、酸素イオンの注入による酸素拡散層６１
を用いた例について示したが、該不純物拡散層は酸素拡
散層のみに限定されるものではなく、これは例えば、酸
素イオンと同様にＳｉと結合力が強く容易に窒化物を形
成しやすい窒素イオンの注入による窒素拡散層としても
よい。

また、上記実施例では、ＭＯ３型トランジスタ素子を持
つ積層型半導体装置の例を示したが、この素子はＭＯ３
型トランジスタに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、開孔部下のシリコン
基板に不純物拡散層を形成したので、これにより再結晶
化時のシリコン層の熱拡散が防止されて開孔部内の半導
体層の温度上昇が大きくなり、横方向エピタキシャル成
長を良好に行うことができ、高品質の積層型半導体装置
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例による積層型半導体装置の
構造を示す図、第２図はこの発明の一実施例による積層
型半導体装置の製造方法を示す工程別断面図、第３図は
従来の積層型半導体装置を示す工程別断面図である。 １は単結晶シリコン基板、２１．．２２は層間酸化膜、
３はゲート電極、４はソース・ドレイン配線、５は開孔
部、６は酸素イオン、６１は酸素拡散層、７は多結晶シ
リコン、７１．９１は単結晶化シリコン、８はレーザ光
、９は多結晶シリコン、９２は溶融シリコンである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の半導体素子が形成された単結晶半導体基板
   上に層間絶縁膜を介して単結晶半導体層を設け、該単結
   晶半導体層に第２の半導体素子を形成してなる積層型半
   導体装置の製造方法において、上記単結晶半導体層は、 上記単結晶半導体基板上に形成した上記層間絶縁膜に、
   該基板に達する開孔部を形成し、 該開孔部下部に相当する上記基板内にイオン注入により
   自己整合的に不純物拡散層を形成し、上記開孔部内、及
   び上記層間絶縁膜の表面に非単結晶半導体層を設け、 該非単結晶半導体層にレーザ光を照射することにより形
   成したことを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。