JPH0574706A

JPH0574706A - 単結晶半導体膜の製造方法

Info

Publication number: JPH0574706A
Application number: JP23612991A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sugahara; 和之須賀原; Takashi Ipposhi; 隆志一法師
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】すでにデバイスが作製された単結晶半導体基
板上に絶縁体を介して結晶軸が単結晶半導体基板と同一
の単結晶半導体膜を得る。【構成】デバイスが作製された単結晶シリコン基板１
上に層間絶縁膜５を形成し、この層間絶縁膜５に単結晶
シリコン基板１まで達する開口部６Ａを設ける。この開
口部６Ａ内および層間絶縁膜５上に非晶質シリコン膜９
を設ける。この非晶質シリコン膜９を固相成長させて、
開口部６Ａ内とその周辺の非晶質シリコン膜９を単結晶
シリコン基板１と結晶軸が同じ単結晶化シリコン膜１０
にする。層間絶縁膜５上に多結晶シリコン膜１２を堆積
し、これにレーザ光を照射して単結晶化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、単結晶半導体膜の製
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。

【０００２】

【従来の技術】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
製造する試みが従来からなされており、その一工程とし
て絶縁体上に堆積された非単結晶の半導体層にレーザ光
を照射することによりこの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。

【０００３】図６のＡは単結晶半導体膜を製造する従来
の方法を説明するための基板構造の平面図であり、そし
て図６のＢは図６のＡ中のイ−イ線沿いの断面図であ
る。この図６において、１は単結晶半導体基板例えば単
結晶シリコン基板、２はこの単結晶シリコン基板１の一
部に形成されたデバイス分離用酸化膜（例えばＳｉ
Ｏ₂）、２Ａはこの分離用酸化膜２および単結晶シリコ
ン基板１の一部上に更に形成された分離用酸化膜、３は
絶縁膜を介して単結晶シリコン基板１の一部上に形成さ
れ、燐を高濃度にドープした厚さ３０００Åの多結晶シ
リコンからなるゲート電極、４は単結晶シリコン基板１
の一部上に形成され、厚さ３０００Åのタングステンシ
リサイド（ＷＳｉ₂ ）からなる配線、５はこれら単結晶
シリコン基板１、分離用酸化膜２，２Ａ，ゲート電極３
および配線４を覆って化学的気相成長法（ＣＶＤ法）に
より形成された厚さ１〜２μｍの絶縁体例えば層間絶縁
膜、６はこの層間絶縁膜５に、単結晶シリコン基板１に
達するまで開口されたサイズ１．４×１．４μｍの開口
部、７はこの開口部６内を埋めると共に層間絶縁膜５上
に堆積された厚さ５０００Åの多結晶シリコン膜であっ
て、シラン（ＳｉＨ₄ ）をソースガスとしかつ被着温度
が６２０℃のＣＶＤ法により形成される。なお、開口部
６の深さ（従って開口部６近傍の層間絶縁膜５の膜厚）
は２μｍとなる。８はＣＶＤ法により多結晶シリコン膜
７上に堆積されたシリコン窒化膜（以下、窒化膜と称す
る）である。この窒化膜８は開口部６の上方に在って開
口部６と同じサイズ（１．４×１．４μｍ）の正方形状
のものと、層間絶縁膜５の上方に在って幅５μｍ、間隔
１０μｍのストライプ状のものとが多結晶シリコン膜７
上でパターニングされている。更に、単結晶シリコン基
板１、分離酸化膜２，２Ａ、ゲート電極３および配線４
により１層目のＭＯＳＦＥＴが形成されている。

【０００４】次に、この１層目のＭＯＳＦＥＴの上に層
間絶縁膜５を介して２層目のＭＯＳＦＥＴを作成するた
め、層間絶縁膜５上に堆積された多結晶シリコン膜７を
エネルギー線例えばレーザ光の照射により単結晶化する
必要がある。そこで、この多結晶シリコン膜７をレーザ
光により単結晶化する方法について説明する。図６で説
明した基板構造に直径１００μｍに絞った連続発振のア
ルゴンレーザ光を走査速度２５ｃｍ／ｓで走査しながら
図中左から右の方向に照射する。レーザ光の照射により
多結晶シリコン膜７は溶融し、固化再結晶化して単結晶
シリコンになるわけであるが、この再結晶化が開口部６
から起こることによって単結晶化した多結晶シリコン膜
つまり単結晶化シリコン膜の結晶軸は単結晶シリコン基
板１の結晶軸と同一になる。ここで窒化膜８はアルゴン
レーザ光の反射防止膜として働き、幅５μｍ、間隔１０
μｍのストライプ状の窒化膜８は開口部６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。また開口部６は１００μｍから
１ｍｍの間隔で形成されている。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年）の第５６５〜５６８頁に掲載された論文
“レーザ再結晶化によるＳＯＩフィルムの方位制御”に
詳細に述べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法による
絶縁体上の単結晶半導体膜は以上のように形成されてい
た。ところで多結晶シリコン膜７を再結晶化後その結晶
軸を単結晶シリコン基板１のそれと同一にするためには
次の２つの条件を満たす必要がある。（１）開口部６内
の多結晶シリコン膜７が完全に溶融すること、（２）固
化再結晶化が単結晶シリコン基板１から始まることであ
る。シリコンの熱伝導率は酸化膜のそれに比べて１０倍
程度大きい。従って層間絶縁膜５上の多結晶シリコン膜
７は開口部６内の多結晶シリコン膜７に比べてより低い
レーザパワーで溶融する。従って、層間絶縁膜５の膜厚
が厚くなるほど開口部６内の多結晶シリコン膜７を溶融
させることが困難になる。図６に示すような基板構造に
おいて、同一のレーザパワーで開口部６内の多結晶シリ
コン膜７と層間絶縁膜５上の多結晶シリコン膜７を溶融
させるためには開口部６のサイズを１．６×１．６μｍ
以下にする必要があることが分かった。さて開口部６の
サイズが小さい場合は、開口部６内の多結晶シリコン膜
７は完全に溶融するが、開口部６から単結晶シリコン基
板１への熱伝導が小さくなるため、固化再結晶化が開口
部６から起こらず、反射防止膜である窒化膜８の存在し
ない温度の低い点Ｂ（図６のＡ中に示す）から起こる現
象が発生することがあることが分かった。このような場
合は、溶融した多結晶シリコン膜７は単結晶シリコン基
板１から固化再結晶化しないため再結晶化後の多結晶シ
リコン膜７の結晶軸は単結晶シリコン基板１のそれと同
一にならない（シーディングしない）。図６に示すよう
な基板構造においては、開口部６のサイズが１．４×
１．４μｍ以下でこのような現象が起こることが分かっ
た。以上の実験事実から、上記２つの条件を満たすため
には開口部６のサイズを１．４×１．４μｍから１．６
×１．６μｍの間に設定する必要がある。ところが写真
製版技術においてはレジストの寸法シフトを±０．１μ
ｍ内に押さえることは困難である。また半導体プロセス
において、絶縁膜や半導体膜の膜厚は基板（ウエハ）内
で１０％の変動が存在する。さらにレーザ光のパワーも
±０．５％程度の変動が避けられない。レーザ再結晶化
時の温度分布は絶縁膜や半導体膜の膜厚、開口部サイズ
およびレーザパワーの影響を受けるため、半導体プロセ
ス中に通常発生する各種パラメータの変動によりシーデ
ィングするための条件が満たされない領域が基板内で発
生する。したがって三次元回路素子の上層のシリコン膜
の結晶軸を基板全体にわたってそろえることは不可能で
あった。

【０００６】三次元回路素子の上層のデバイスはレーザ
再結晶化された単結晶化シリコン上に作成される。デバ
イスとしてＭＯＳＦＥＴを作製するとすれば、単結晶シ
リコン膜に異なった結晶軸を持つ結晶が含まれている場
合、結晶面によってゲート酸化膜界面の界面密度が変化
し、しきい値電圧の変動を招く、バイポーラトランジス
タを作製する場合は、結晶面方位（面方向）によって荷
電坦体（電子または正孔）の有効質量が変化するために
動作特性が変化する。ＬＳＩ中に特性の異なったデバイ
スが存在するとその回路の動作速度が最も動作速度の遅
い素子によって律速され、他の回路への信号の授受が遅
れることによってＬＳＩ全体の機能が損なわれる。また
単結晶シリコン膜に異なった結晶軸を持つ結晶が含まれ
ている場合、異なった結晶軸を持つ結晶は一般的に結晶
成長しにくい結晶であることが多く、再結晶化時に結晶
欠陥が発生する。この結晶欠陥はデバイスの特性を劣化
させ、最悪の場合はデバイスの動作が損なわれる。この
ように単結晶シリコン膜の結晶軸が異なっていると、三
次元回路素子が動作しなくなるためチップの歩留を低下
させるという問題点があった。

【０００７】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、結晶軸を基板全体にわたってそ
ろえることができる単結晶半導体膜の製造方法を得るこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる単結晶
半導体膜の製造方法は、絶縁体上の非単結晶半導体膜を
再結晶化する前に、前記絶縁体に形成された開口部の周
辺まで単結晶半導体膜を形成するものである。また、第
１の絶縁体上に第１の単結晶半導体膜を形成してから単
結晶半導体基板上に１層目のデバイスを形成し、このデ
バイスおよび前記第１の単結晶半導体膜上に第２の絶縁
体を形成し、この第２の絶縁体に２層目のデバイスのた
めの第２の開口部を形成し、この第２の開口部および前
記第２の絶縁体上に第２の単結晶半導体膜を形成するも
のである。

【０００９】

【作用】この発明では開口部の周辺まで設けられた単結
晶半導体膜が存在するため、あるいは第２の絶縁体に設
けられた第２の開口部は単結晶成長のシードが常に熱伝
導率の小さな第１の絶縁体上に存在するために、半導体
プロセスにおいて各種膜厚、寸法が変動しても容易に溶
融し、かつ確実に単結晶半導体から再結晶化するため
に、絶縁体上の半導体膜の結晶軸を単結晶シリコン基板
のそれと常に同一にする。

【００１０】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図１
〜図３について説明する。これら図１〜図３はこの発明
の一実施例を説明するための工程順の断面図である。図
１のＡにおいて、１．２．２Ａ．３〜５は図６に示した
ものと同じである。６Ａは所定のサイズ例えば１．５×
１．５μｍの開口部である。次に、図１のＢに示すよう
に、基板構造全面に非晶質シリコン膜９を堆積する。こ
の非晶質シリコン膜９はシランをソースガスとして５５
０^oＣのＣＶＤ法によって層間絶縁膜５上に厚さ５００
Å堆積される。厚さ５０００Åの非晶質シリコン膜９を
堆積することにより、開口部６Ａ内を全て非晶質シリコ
ン膜９で埋めることができる。次に、この基板構造を電
気炉中で６００^oＣで２０時間アニールする。アニール
後、図２のＡに示すように、開口部６Ａ内およびこの開
口部６Ａのエッジから４μｍの非晶質シリコン膜９は単
結晶シリコン基板１をシードとして成長し、単結晶シリ
コン基板１と同じ結晶軸を持った単結晶半導体膜すなわ
ち単結晶化シリコン膜１０に再結晶化する。その他の領
域の非晶質シリコン膜９は非晶質シリコン膜９内および
非晶質シリコン膜９と層間絶縁膜５の界面に発生したラ
ンダムな結晶成長核から再結晶化し、多結晶化シリコン
膜１１になる。次に図２のＢに示すように、多結晶化シ
リコン膜１１だけをエッチング技術により除去する。そ
の後、図３のＡに示すように、厚さ５０００Åの非単結
晶半導体膜例えば多結晶シリコン膜１２をシランをソー
スガスとした６２０℃のＣＶＤ法により単結晶化シリコ
ン膜１０および層間絶縁膜５上に堆積する。この後は、
従来の方法と同様な方法により多結晶シリコン膜１２上
に窒化膜８Ａを形成し、レーザ光を照射して多結晶シリ
コン膜１２の単結晶化を行う。

【００１１】実施例１において、（１）レーザパワーが
小さくなる、（２）層間絶縁膜５の膜厚が薄くなる、
（３）開口部６Ａのサイズが大きくなる、（４）窒化膜
８Ａの幅が細くなる等の半導体プロセスの変動によって
開口部６Ａ内の単結晶化シリコン膜１０が溶融しない、
すなわち単結晶シリコン基板１からのシーディングが起
こらない条件になつても、開口部６Ａの周辺部の単結晶
化シリコン膜１０上にある多結晶シリコン膜１２は層間
絶縁膜５上にあるために容易に溶融し、単結晶化シリコ
ン膜１０を再結晶化の種として多結晶シリコン膜１２は
結晶軸が単結晶シリコン基板１と同じ単結晶になる。こ
れと反対に、（５）レーザパワーが大きい、（６）層間
絶縁膜５の膜厚が厚い、（７）開口部６Ａのサイズが小
さい、（８）窒化膜８Ａの幅が太くなる等の半導体プロ
セスの変動が起こった場合には、開口部６Ａ内の単結晶
化シリコン膜１０が溶融し、単結晶シリコン基板１を再
結晶化の種として多結晶シリコン膜１２は結晶軸が単結
晶シリコン基板１の結晶軸と同じ単結晶になる。なお、
開口部６Ａのサイズが１．４×１．４μｍより小さい場
合には、開口部６Ａの周辺部の単結晶化シリコン膜１０
を再結晶化の種として多結晶シリコン膜１２は結晶軸が
単結晶シリコン基板１と同じ単結晶になる。このように
この発明の実施例１によれば、半導体プロセスの各種パ
ラメータが±１０％程度変動してもシーディングは良好
に行われ、基板構造全体に単結晶シリコン基板１と同じ
結晶軸を持った単結晶シリコン膜が得られる。実験によ
れば、実施例１の構造において、開口部６Ａから２μｍ
以上離れた所まで単結晶化シリコン膜１０か存在すれ
ば、シーディングが良好に行われることが分かった。再
結晶化後、窒化膜８Ａを除去する。単結晶化した多結晶
シリコン膜つまり単結晶化シリコン膜１３はその後ＭＯ
ＳＦＥＴの活性層としてパターニングされ、分離用酸化
膜２Ｂ、ゲート電極３Ａ、アルミニウムによる配線４Ａ
を行って上層のＭＯＳＦＥＴを作成することにより、２
層構造の三次元回路素子が完成する。図３のＢに完成し
た三次元回路素子の断面図を示す。

【００１２】実施例２．この発明の他の実施例を図４お
よび図５について説明する。これら図４および図５はこ
の発明の他の実施例を説明するための工程順の断面図で
ある。まず図４のＡに示すように、単結晶シリコン基板
１に選択酸化法によって厚さ５０００Åの第１の絶縁体
例えば酸化膜１４と例えば４×４μｍの第１の開口部１
５を形成する。この基板構造上に、図４のＢに示すよう
に、厚さ５０００Åの多結晶シリコン膜１６を形成し、
この上に更に窒化膜１７を形成する。この窒化膜１７は
図６のＡに示したように第１の開口部１５の上方の正方
形状のものと、幅５μｍ、間隔１０μｍのストライプ状
のものとにパターニングする。多結晶シリコン膜１６を
上述したレーザ再結晶化法によって再結晶化し、単結晶
シリコン基板１と同じ結晶軸を持つ第１の単結晶半導体
膜すなわち単結晶化シリコン膜１８にしたのが図４のＣ
である。次に図４のＤに示すように、第１の開口部１５
の周辺１０μｍの単結晶化シリコン膜１８と酸化膜１４
を残して、単結晶化シリコン膜１８と酸化膜１４を除去
する。この単結晶化シリコン膜１８と酸化膜１４を除去
した領域に１層目のデバイスを作製した後に、ここでは
第２の絶縁体である層間絶縁膜５を形成したのが図５の
Ａである。この図５のＡにおいて、２，２Ａは分離用酸
化膜、３はゲート電極、４は配線である。次に図５のＢ
に示すように、第１の開口部１５から５μｍ離れた位置
に第２の開口部６Ａを開口する。更に図５のＣに示すよ
うに、第２の開口部６Ａ内および層間絶縁膜５上に非単
結晶の半導体膜例えば多結晶シリコン膜７を堆積する。
この多結晶シリコン膜７はシランをソースガスにした６
２０^oＣのＣＶＤ法で膜厚５０００Å堆積される。その
後は従来の方法と同様にレーザ光を照射して、多結晶シ
リコン膜７を溶融再結晶化させて単結晶化する。

【００１３】実施例２において、１回目のレーザ再結晶
化工程では酸化膜１４の膜厚が薄いために第１の開口部
１５上の多結晶シリコン膜１６と酸化膜１４上の多結晶
シリコン膜１６を溶融させるためのレーザパワーの差が
少なくなるので、多結晶シリコン膜１６は容易に単結晶
化シリコン膜１８になる。２回目のレーザ再結晶化工程
では第２の開口部６Ａ直下の単結晶化シリコン膜１８は
熱伝導率の小さな酸化膜１４上にあるので、第２の開口
部６Ａ内の多結晶シリコン膜７と層間絶縁膜５上の多結
晶シリコン膜７を溶融させるためのレーザパワーの差は
小さくなり、多結晶シリコン膜７は容易に結晶軸が単結
晶シリコン基板１と同一の単結晶になる。実験によれ
ば、多結晶シリコン膜７の膜厚が５０００Åの場合、酸
化膜１４の膜厚が３０００Åの時は第１の開口部１５と
第２の開口部６Ａを１５μｍ以上離せば、５０００Åの
時は５μｍ以上離せば、１００００Åの時には３μｍ以
上離せば、多結晶シリコン膜７は結晶軸が単結晶シリコ
ン基板１と同一の単結晶になることが分かった。

【００１４】なお、上記実施例１では開口部６Ａ内を非
晶質シリコン膜９で完全に埋め込んだが、この発明にお
いては開口部６Ａおよびその周辺に単結晶シリコン膜が
存在することが重要であるため、開口部内を非晶質シリ
コン膜９で完全に埋め込む必要は無い。また、上記実施
例１では非晶質シリコン膜９を単結晶化した後に多結晶
化したシリコン膜１１を除去し、あらためて多結晶シリ
コン膜１２を堆積したが、非晶質シリコン膜９を単結晶
化した後直接窒化膜８Ａを堆積し、多結晶化したシリコ
ン膜１１にレーザ再結晶化を行っても良い。この場合は
堆積する非晶質シリコン膜９の膜厚を単結晶化後に所定
の膜厚（５０００Å）になるように設定しておく必要が
ある。それは非晶質シリコン膜９が単結晶化する際には
若干体積が減少するからである。

【００１５】なお、上記実施例２では単結晶化シリコン
層１８をレーザ再結晶化法で作製したが、単結晶シリコ
ンであればその製法は問わないことは言うまでも無い。
電子ビームを照射して単結晶化してもいいし、非晶質シ
リコンを堆積して、６００℃で２０時間アニールして単
結晶化（固相成長）させても良い。また単結晶化シリコ
ン層１８は開口部１５を介して単結晶シリコン基板１に
接続していなくても、上記実施例１と同様の効果を奏す
る。

【００１６】さらに、上記実施例１，２では、２層構造
の三次元回路素子のための単結晶シリコン膜の製造方法
について記述したが、３層以上の三次元回路素子であっ
ても、第２層の単結晶半導体層を形成する際にこの発明
は有効である。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、絶縁
体上の非単結晶半導体膜を再結晶化する前に、前記絶縁
体に形成された開口部の周辺まで単結晶半導体膜を形成
するか、或は第１の絶縁体上に第１の単結晶半導体膜を
形成してから単結晶半導体基板上に１層目のデバイスを
形成し、このデバイスおよび前記第１の単結晶半導体膜
上に第２の絶縁体を形成し、この第２の絶縁体に第２の
開口部を形成し、この第２の開口部および前記第２の絶
縁体上に第２の単結晶半導体膜を形成するようにしたの
で、レーザ再結晶化のプロセスマージンが拡大し、ウエ
ハ全面にわたって結晶軸が単結晶半導体基板と同一の半
導体膜が絶縁体上に得られ、三次元回路素子の製造歩留
を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の一部を説明するための断
面図である。

【図２】この発明の一実施例の他の一部を説明するため
の断面図である。

【図３】この発明の一実施例の残部を説明するための断
面図である。

【図４】この発明の他の実施例の一部を説明するための
断面図である。

【図５】この発明の他の実施例の残部を説明するための
断面図である。

【図６】従来の単結晶半導体膜の製造方法を説明するた
めの平面図および断面図である。

【符号の説明】

１単結晶シリコン基板３ゲート電極４配線５層間絶縁膜６Ａ，１５開口部７，１２，１６多結晶シリコン膜９非晶質シリコン膜１０，１８単結晶化シリコン膜１１多結晶化シリコン膜１４酸化膜

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図１
〜図３について説明する。これら図１〜図３はこの発明
の一実施例を説明するための工程順の断面図である。図
１のＡにおいて、１．２．２Ａ．３〜５は図６に示した
ものと同じである。６Ａは所定のサイズ例えば１．５×
１．５μｍの開口部である。次に、図１のＢに示すよう
に、基板構造全面に非晶質シリコン膜９を堆積する。こ
の非晶質シリコン膜９はシランをソースガスとして５５
０^oＣのＣＶＤ法によって層間絶縁膜５上に厚さ８００
０Å堆積される。厚さ８０００Åの非晶質シリコン膜９
を堆積することにより、開口部６Ａ内を全て非晶質シリ
コン膜９で埋めることができる。次に、この基板構造を
電気炉中で６００^oＣで２０時間アニールする。アニー
ル後、図２のＡに示すように、開口部６Ａ内およびこの
開口部６Ａのエッジから４μｍの非晶質シリコン膜９は
単結晶シリコン基板１をシードとして成長し、単結晶シ
リコン基板１と同じ結晶軸を持った単結晶半導体膜すな
わち単結晶化シリコン膜１０に再結晶化する。その他の
領域の非晶質シリコン膜９は非晶質シリコン膜９内およ
び非晶質シリコン膜９と層間絶縁膜５の界面に発生した
ランダムな結晶成長核から再結晶化し、多結晶化シリコ
ン膜１１になる。次に図２のＢに示すように、多結晶化
シリコン膜１１だけをエッチング技術により除去する。
その後、図３のＡに示すように、厚さ５０００Åの非単
結晶半導体膜例えば多結晶シリコン膜１２をシランをソ
ースガスとした６２０℃のＣＶＤ法により単結晶化シリ
コン膜１０および層間絶縁膜５上に堆積する。この後
は、従来の方法と同様な方法により多結晶シリコン膜１
２上に窒化膜８Ａを形成し、レーザ光を照射して多結晶
シリコン膜１２の単結晶化を行う。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】実施例１において、（１）レーザパワーが
小さくなる、（２）層間絶縁膜５の膜厚が厚くなる、
（３）開口部６Ａのサイズが大きくなる、（４）窒化膜
８Ａの幅が細くなる等の半導体プロセスの変動によって
開口部６Ａ内の単結晶化シリコン膜１０が溶融しない、
すなわち単結晶シリコン基板１からのシーディングが起
こらない条件になつても、開口部６Ａの周辺部の単結晶
化シリコン膜１０上にある多結晶シリコン膜１２は層間
絶縁膜５上にあるために容易に溶融し、単結晶化シリコ
ン膜１０を再結晶化の種として多結晶シリコン膜１２は
結晶軸が単結晶シリコン基板１と同じ単結晶になる。こ
れと反対に、（５）レーザパワーが大きい、（６）層間
絶縁膜５の膜厚が薄い、（７）開口部６Ａのサイズが小
さい、（８）窒化膜８Ａの幅が太くなる等の半導体プロ
セスの変動が起こった場合には、開口部６Ａ内の単結晶
化シリコン膜１０が溶融し、単結晶シリコン基板１を再
結晶化の種として多結晶シリコン膜１２は結晶軸が単結
晶シリコン基板１の結晶軸と同じ単結晶になる。なお、
開口部６Ａのサイズが１．４×１．４μｍより小さい場
合には、開口部６Ａの周辺部の単結晶化シリコン膜１０
を再結晶化の種として多結晶シリコン膜１２は結晶軸が
単結晶シリコン基板１と同じ単結晶になる。このように
この発明の実施例１によれば、半導体プロセスの各種パ
ラメータが±１０％程度変動してもシーディングは良好
に行われ、基板構造全体に単結晶シリコン基板１と同じ
結晶軸を持った単結晶シリコン膜が得られる。実験によ
れば、実施例１の構造において、開口部６Ａから２μｍ
以上離れた所まで単結晶化シリコン膜１０が存在すれ
ば、シーディングが良好に行われることが分かった。再
結晶化後、窒化膜８Ａを除去する。単結晶化した多結晶
シリコン膜つまり単結晶化シリコン膜１３はその後ＭＯ
ＳＦＥＴの活性層としてパターニングされ、分離用酸化
膜２Ｂ、ゲート電極３Ａ、アルミニウムによる配線４Ａ
を行って上層のＭＯＳＦＥＴを作成することにより、２
層構造の三次元回路素子が完成する。図３のＢに完成し
た三次元回路素子の断面図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/784

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デバイスが形成された単結晶半導体基板
上に形成された絶縁体に、前記単結晶半導体基板まで達
する所定のサイズの開口部を形成する工程と、前記開口
部およびその周辺の絶縁体上に単結晶半導体膜を形成す
る工程と、前記絶縁体上に非単結晶半導体膜を形成する
工程と、前記非単結晶半導体膜にエネルギー線を照射し
て溶融、固化させて単結晶化する工程とを含むことを特
徴とする単結晶半導体膜の製造方法。
【請求項２】単結晶半導体基板上に第１の開口部を有
する第１の絶縁体を形成する工程と、前記第１の開口部
およびその周辺の前記第１の絶縁体上に第１の単結晶半
導体膜を形成しかつ前記第１の単結晶半導体膜以外の領
域の前記第１の絶縁体を除去する工程と、前記第１の単
結晶半導体膜以外の領域にトランジスタ等のデバイスを
形成する工程と、前記第１の単結晶半導体膜および前記
デバイス上に第２の絶縁体を形成する工程と、前記第２
の絶縁体に、前記第１の開口部に重ならない位置で前記
第１の単結晶半導体膜まで達する所定のサイズの第２の
開口部を形成する工程と、前記第２の開口部および前記
第２の絶縁体上に非単結晶の半導体膜を形成する工程
と、前記非単結晶半導体膜にエネルギー線を照射して溶
融、固化させて単結晶化することにより第２の単結晶半
導体膜を形成する工程とを含むこと特徴とする単結晶半
導体膜の製造方法。