JPH084067B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造方法、特に絶縁体上に
半導体単結晶膜を形成し、これを基板としてトランジス
タを形成する方法の改良に関するものである。
半導体単結晶膜を形成し、これを基板としてトランジス
タを形成する方法の改良に関するものである。
半導体装置の高速化,高密度化のため、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,また、回路素子を立体的に積層する、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
一方法として絶縁体上に半導体層を形成し、その半導体
結晶中に回路素子を構成する方法がある。この半導体結
晶層を形成する方法として、絶縁体上に多結晶または非
晶質の半導体層を堆積し、その表面にレーザ光または電
子線等のエネルギー線を照射することによって表面層の
みを加熱し、単結晶の半導体層を形成する方法がある。
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,また、回路素子を立体的に積層する、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
一方法として絶縁体上に半導体層を形成し、その半導体
結晶中に回路素子を構成する方法がある。この半導体結
晶層を形成する方法として、絶縁体上に多結晶または非
晶質の半導体層を堆積し、その表面にレーザ光または電
子線等のエネルギー線を照射することによって表面層の
みを加熱し、単結晶の半導体層を形成する方法がある。
従来、絶縁体層上に半導体単結晶を製造する方法とし
て第2図に示すものがあった。第2図において、11は単
結晶シリコン基板、12は厚さ1μmの酸化シリコン膜、
13は厚さ0.5μmの多結晶シリコン膜、14は多結晶シリ
コン膜13上に堆積され、幅5μm,間隔10μmでパターニ
ングされた厚さ500Åのシリコン窒化膜である。酸化シ
リコン膜12は熱酸化法で、多結晶シリコン膜13及びシリ
コン窒化膜14は化学的気相成長法(以下CVD法と称す
る)で形成されている。多結晶シリコン膜13は、直径10
0μmに絞られたアルゴンレーザ光を走査速度25cm/sで
シリコン窒化膜14のストライプに並行に走査しながら照
射することによって溶融,再結晶化する。この際、シリ
コン窒化膜14はアルゴンレーザ光の反射防止膜として働
くため、シリコン窒化膜14の下の多結晶シリコン膜13の
温度は、シリコン窒化膜14のない領域の多結晶シリコン
膜13の温度より高く保たれる。多結晶シリコン膜13の固
化再結晶化は、温度の低いシリコン窒化膜14のない領域
から連続して起こり、シリコン窒化膜14のストライプに
はさまれた領域の多結晶シリコン膜13は単結晶化する。
て第2図に示すものがあった。第2図において、11は単
結晶シリコン基板、12は厚さ1μmの酸化シリコン膜、
13は厚さ0.5μmの多結晶シリコン膜、14は多結晶シリ
コン膜13上に堆積され、幅5μm,間隔10μmでパターニ
ングされた厚さ500Åのシリコン窒化膜である。酸化シ
リコン膜12は熱酸化法で、多結晶シリコン膜13及びシリ
コン窒化膜14は化学的気相成長法(以下CVD法と称す
る)で形成されている。多結晶シリコン膜13は、直径10
0μmに絞られたアルゴンレーザ光を走査速度25cm/sで
シリコン窒化膜14のストライプに並行に走査しながら照
射することによって溶融,再結晶化する。この際、シリ
コン窒化膜14はアルゴンレーザ光の反射防止膜として働
くため、シリコン窒化膜14の下の多結晶シリコン膜13の
温度は、シリコン窒化膜14のない領域の多結晶シリコン
膜13の温度より高く保たれる。多結晶シリコン膜13の固
化再結晶化は、温度の低いシリコン窒化膜14のない領域
から連続して起こり、シリコン窒化膜14のストライプに
はさまれた領域の多結晶シリコン膜13は単結晶化する。
このように従来の絶縁体層上の半導体層にエネルギー
線を照射して単結晶化する方法においては、従来トラジ
スタなどのデバイスを作製する半導体層に直接エネルギ
ー線が照射されるので、エネルギー線のパワーのゆらぎ
によって半導体層中の温度分布がみだれ、その領域の所
定の位置以外に結晶粒界や欠陥が発生することのほか、
パワーが一定であっても、照射後の半導体層上には凹凸
が発生するなどの問題点があった。
線を照射して単結晶化する方法においては、従来トラジ
スタなどのデバイスを作製する半導体層に直接エネルギ
ー線が照射されるので、エネルギー線のパワーのゆらぎ
によって半導体層中の温度分布がみだれ、その領域の所
定の位置以外に結晶粒界や欠陥が発生することのほか、
パワーが一定であっても、照射後の半導体層上には凹凸
が発生するなどの問題点があった。
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,表面が平坦であり、かつ大面積にわたって
単結晶の半導体層を絶縁体層上に形成することのできる
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
れたもので,表面が平坦であり、かつ大面積にわたって
単結晶の半導体層を絶縁体層上に形成することのできる
半導体装置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装置の製造方法は、従来デバイ
スを作製する第1の絶縁体層の全体面上に形成された第
1の半導体層の全表面上に、第2の絶縁体層を介して第
2の半導体層を設け、この第2の半導体層上に所定パタ
ーンからなる第3の膜を形成した後、エネルギー線を照
射し、その後上記第2の絶縁体層,第2の半導体層及び
第3の膜を除去してから上記第1の半導体層上にトラン
ジスタを形成するようにしたものである。
スを作製する第1の絶縁体層の全体面上に形成された第
1の半導体層の全表面上に、第2の絶縁体層を介して第
2の半導体層を設け、この第2の半導体層上に所定パタ
ーンからなる第3の膜を形成した後、エネルギー線を照
射し、その後上記第2の絶縁体層,第2の半導体層及び
第3の膜を除去してから上記第1の半導体層上にトラン
ジスタを形成するようにしたものである。
この発明においては、上層の第2の半導体層はエネル
ギー線からのパワーを均質化し、ゆらぎを減衰させて下
層の第1の半導体層に伝達し、これを溶融,再結晶化さ
せるから、該第1の半導体層においては結晶粒界,結晶
欠陥の発生がなくなる。
ギー線からのパワーを均質化し、ゆらぎを減衰させて下
層の第1の半導体層に伝達し、これを溶融,再結晶化さ
せるから、該第1の半導体層においては結晶粒界,結晶
欠陥の発生がなくなる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図において、11は半導体シリコン基板12は厚さ1μm
の酸化シリコン膜(第1の絶縁体層)、13は厚さ0.3μ
mの多結晶シリコン膜(第1の半導体層)、21は厚さY
=0.5μm(ただし0.05μm≦Y≦0.8μmも可)の酸化
シリコン膜(第2の絶縁体膜)、22は厚さX=0.5μm
(ただし0.2μm≦X≦1μmも可)の多結晶シリコン
膜(第2の半導体層)、14は幅5μm,間隔10μmにパタ
ーニングされた厚さZ=500Å(ただし0.035μm≦Z≦
0.8μmも可)のシリコン窒化膜(第3の膜)である。
酸化シリコン膜12は熱酸化法で、酸化シリコン膜21およ
び多結晶シリコン膜13,22およびシリコン窒化膜14はCVD
法によって形成された膜である。
1図において、11は半導体シリコン基板12は厚さ1μm
の酸化シリコン膜(第1の絶縁体層)、13は厚さ0.3μ
mの多結晶シリコン膜(第1の半導体層)、21は厚さY
=0.5μm(ただし0.05μm≦Y≦0.8μmも可)の酸化
シリコン膜(第2の絶縁体膜)、22は厚さX=0.5μm
(ただし0.2μm≦X≦1μmも可)の多結晶シリコン
膜(第2の半導体層)、14は幅5μm,間隔10μmにパタ
ーニングされた厚さZ=500Å(ただし0.035μm≦Z≦
0.8μmも可)のシリコン窒化膜(第3の膜)である。
酸化シリコン膜12は熱酸化法で、酸化シリコン膜21およ
び多結晶シリコン膜13,22およびシリコン窒化膜14はCVD
法によって形成された膜である。
上記のような構造を有する半導体基板上に、直径100
μmに絞った連続発振のアルゴンレーザ光を窒化シリコ
ン膜14のストライプに並行に第1図中に示した矢印の方
向に速度25cm/secで走査しながら照射する。すると厚さ
Z=500Å(ただし0.035μm≦Z≦0.8μmも可)のシ
リコ窒化膜14はアルゴンレーザ光の反射防止膜として働
くため、シリコン窒化膜14の下の多結晶シリコン膜の温
度はシリコン窒化膜14のない領域の多結晶シリコン膜22
の温度より高く保たれる。またこの際、レーザ光のパワ
ーのゆらぎは、多結晶シリコン層22の熱伝導率が大きい
ため減衰し、多結晶シリコン層22の温度分布は、窒化シ
リコン膜14のストライプによって作られたものとなる。
多結晶シリコン膜22中に吸収された熱は酸化シリコン膜
21を通って多結晶シリコン膜13を加熱する。この際、ス
トライプ状にパターニングされた窒化シリコン膜14によ
る多結晶シリコン膜22中の温度分布がそのまま多結晶シ
リコン膜13に転写されるため、固化際結晶化は温度の低
い窒化シリコン膜14のない領域の多結晶シリコン膜13か
ら連続して起るため、多結晶シリコン膜13は大面積の単
結晶に成長する。さらに、多結晶シリコン膜13はウエハ
全面にわたって、酸化シリコン膜21,多結晶シリコン膜2
2によって押さえられているため、表面の凹凸も低減で
きる。
μmに絞った連続発振のアルゴンレーザ光を窒化シリコ
ン膜14のストライプに並行に第1図中に示した矢印の方
向に速度25cm/secで走査しながら照射する。すると厚さ
Z=500Å(ただし0.035μm≦Z≦0.8μmも可)のシ
リコ窒化膜14はアルゴンレーザ光の反射防止膜として働
くため、シリコン窒化膜14の下の多結晶シリコン膜の温
度はシリコン窒化膜14のない領域の多結晶シリコン膜22
の温度より高く保たれる。またこの際、レーザ光のパワ
ーのゆらぎは、多結晶シリコン層22の熱伝導率が大きい
ため減衰し、多結晶シリコン層22の温度分布は、窒化シ
リコン膜14のストライプによって作られたものとなる。
多結晶シリコン膜22中に吸収された熱は酸化シリコン膜
21を通って多結晶シリコン膜13を加熱する。この際、ス
トライプ状にパターニングされた窒化シリコン膜14によ
る多結晶シリコン膜22中の温度分布がそのまま多結晶シ
リコン膜13に転写されるため、固化際結晶化は温度の低
い窒化シリコン膜14のない領域の多結晶シリコン膜13か
ら連続して起るため、多結晶シリコン膜13は大面積の単
結晶に成長する。さらに、多結晶シリコン膜13はウエハ
全面にわたって、酸化シリコン膜21,多結晶シリコン膜2
2によって押さえられているため、表面の凹凸も低減で
きる。
そしてレーザ光照射後、シリコン窒化膜14、多結晶シ
リコン膜22、酸化シリコン膜21はエッチングによって除
去され、単結晶化した多結晶シリコン13上にトランジス
タなどのデバイスが作製される。
リコン膜22、酸化シリコン膜21はエッチングによって除
去され、単結晶化した多結晶シリコン13上にトランジス
タなどのデバイスが作製される。
なお、上記実施例では、多結晶シリコン膜13と多結晶
シリコン膜22の間の絶縁膜として酸化シリコン膜21を形
成したが、これはシリコン窒化膜と酸化シリコン膜の二
重膜であってもよく、その場合はシリコン窒化膜は酸化
シリコン膜の上にあることが望ましい。またエネルギー
線は電子線であってもよく、この場合はレーザ光照射の
際と反対に厚さb(0.05μm≦b≦1μm)のタングス
テンと厚さa(0.01μm≦a≦0.3μm)の酸化シリコ
ン膜等の二重構造を持った反射膜をストライプ状にパタ
ーニングしてもよく、また絶縁体と高融点金属のシリサ
イド膜との二重構造を持った膜を反射膜としてもよい。
さらに電子線自体に、周辺が高く中央部分が小さい強度
分布を形成しても同様の効果を奏する。
シリコン膜22の間の絶縁膜として酸化シリコン膜21を形
成したが、これはシリコン窒化膜と酸化シリコン膜の二
重膜であってもよく、その場合はシリコン窒化膜は酸化
シリコン膜の上にあることが望ましい。またエネルギー
線は電子線であってもよく、この場合はレーザ光照射の
際と反対に厚さb(0.05μm≦b≦1μm)のタングス
テンと厚さa(0.01μm≦a≦0.3μm)の酸化シリコ
ン膜等の二重構造を持った反射膜をストライプ状にパタ
ーニングしてもよく、また絶縁体と高融点金属のシリサ
イド膜との二重構造を持った膜を反射膜としてもよい。
さらに電子線自体に、周辺が高く中央部分が小さい強度
分布を形成しても同様の効果を奏する。
また上記実施例では半導体基板上に第1の絶縁体層,
第2の半導体層等を形成していく場合を説明したが、三
次元回路素子を形成する場合にはすでにデバイス構造を
有する半導体ウエハ上に第1の絶縁体層、第1の半導体
層等を形成していけばよく、この場合本発明の工程によ
り第2の絶縁体層,第2の半導体層,第3の膜を除去し
たのち、第1の半導体層を再結晶化した領域にトランジ
スタを形成することになる。
第2の半導体層等を形成していく場合を説明したが、三
次元回路素子を形成する場合にはすでにデバイス構造を
有する半導体ウエハ上に第1の絶縁体層、第1の半導体
層等を形成していけばよく、この場合本発明の工程によ
り第2の絶縁体層,第2の半導体層,第3の膜を除去し
たのち、第1の半導体層を再結晶化した領域にトランジ
スタを形成することになる。
以上のように、この発明によれば、従来デバイスを作
製する第1の絶縁体層の全表面上に形成された第1の半
導体層の全表面上に、第2の絶縁膜を介してさらに第2
の半導体層を設け、この第2の半導体層上に所定パター
ンからなる第3の膜を形成した後、エネルギー線を照射
するようにしたので、第1の半導体層にはエネルギー線
の強度のゆらぎによる結晶粒界,結晶欠陥が発生せず、
また表面の凹凸の少ない第1の半導体層が第1の絶縁体
層上に得られる効果がある。
製する第1の絶縁体層の全表面上に形成された第1の半
導体層の全表面上に、第2の絶縁膜を介してさらに第2
の半導体層を設け、この第2の半導体層上に所定パター
ンからなる第3の膜を形成した後、エネルギー線を照射
するようにしたので、第1の半導体層にはエネルギー線
の強度のゆらぎによる結晶粒界,結晶欠陥が発生せず、
また表面の凹凸の少ない第1の半導体層が第1の絶縁体
層上に得られる効果がある。
第1図(a),(b)はこの発明の一実施例による半導
体装置の製造方法における再結晶化工程の際の半導体基
板の断面図および平面図、第2図(a),(b)は従来
の方法の再結晶化工程の際の半導体基板の断面図および
平面図である。 11は半導体基板、12は酸化シリコン膜(第1の絶縁体
層)、13は多結晶シリコン膜(第1の半導体層)、14は
シリコン窒化膜(第3の膜)、21は酸化シリコン膜(第
2の絶縁体層)、22は多結晶シリコン膜(第2の半導体
層)。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
体装置の製造方法における再結晶化工程の際の半導体基
板の断面図および平面図、第2図(a),(b)は従来
の方法の再結晶化工程の際の半導体基板の断面図および
平面図である。 11は半導体基板、12は酸化シリコン膜(第1の絶縁体
層)、13は多結晶シリコン膜(第1の半導体層)、14は
シリコン窒化膜(第3の膜)、21は酸化シリコン膜(第
2の絶縁体層)、22は多結晶シリコン膜(第2の半導体
層)。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審判の合議体 審判長 遠藤 政明 審判官 関根 恒也 審判官 岡田 宏之 (56)参考文献 電子材料 1985年1月号 P.78−82 Appl.Phys.Lett.Vo l.44,No.10 P.994−996 第32回応用物理学関係連合講演会講演予 稿集 P.472 講演番号299−C−6 第45回応用物理学会学術講演会講演予稿 集 P.444 講演番号129−C−10
Claims (5)
- 【請求項1】半導体基板上又はすでにデバイス構造を有
する半導体ウエハ上に第1の絶縁体層を形成する工程、 この第1の絶縁体層の全表面上に非晶質又は多結晶の第
1の半導体層を形成する工程、 この第1の半導体層の全表面上に第2の絶縁体層を形成
する工程、 この第2の絶縁体層の全表面上に第2の非晶質又は多結
晶の半導体層を形成する工程、 この第2の半導体層上に、照射されるべきエネルギー線
の反射防止膜としての絶縁体膜又は反射膜としての絶縁
体と高融点金属あるいはそのシリサイド膜との二重構造
膜からなり、所定のパターンからなる第3の膜を形成す
る工程、 この第3の膜を備えた上記第2の半導体層上にエネルギ
ー線を照射する工程、 上記第2の絶縁体層、第2の半導体層、及び第3の膜を
除去する工程、および 上記第1の半導体層を再結晶化した領域にトランジスタ
を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項2】上記半導体層は多結晶シリコンからなり、
上記第2の半導体層の厚さXは0.2μm≦X≦1μmで
あり、上記第2の絶縁体層は酸化シリコン層であってそ
の厚さYは0.05μm≦Y≦0.8μmであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】上記エネルギー線は連続発振のアルゴンイ
オンレーザであり、上記第3の膜は窒化シリコン膜から
なる反射防止膜であってその厚さZは0.35μm≦Z≦0.
16μmであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
たは第2項記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】上記エネルギー線は電子線であり、上記第
3の膜は絶縁体と高融点金属がそれぞれシリコン酸化膜
とタングステンからなる反射膜であり、それぞれの厚さ
a,bが0.01μm≦a≦0.3μm,0.05μm≦b≦1μmであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】上記第3の膜はストライプ状にパターニン
グしたものであることを特徴とする特許請求の範囲第1
項ないし第4項のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
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| JP60221891A JPH084067B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 半導体装置の製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP60221891A JPH084067B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 半導体装置の製造方法 |
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| JPH084067B2 true JPH084067B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=16773792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60221891A Expired - Lifetime JPH084067B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 半導体装置の製造方法 |
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