JPS5886717A - 単結晶シリコン膜形成法 - Google Patents
単結晶シリコン膜形成法Info
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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】
本発明は、レーザ光を用いて非品質絶縁体基板上に単結
晶シリコン膜を形成する方法に関するものである。
晶シリコン膜を形成する方法に関するものである。
最近の著しいＬＳＩ技術の進展に伴い、ＭＯＳデバイス
の高速化や三次元化を目指し、非品質絶縁体基板上に単
結晶シリコン膜を形成する研究が盛んに行われるように
なった。このような研究はレーザアニール技術の出現と
共に急速に活発化し例えば、非晶質絶縁体基板表面に幅
２μｍ程度の小さな溝を複数個形成し、その上に非品質
シリコン膜を堆積し、レーザ照射により単結晶シリコン
膜を形成するいわゆるグラフオエピタキシーが報告され
ている。この一例を第１図を用いて説明する。第ｌ図は
溝加工が施された石英ガラス基板１上に多結晶シリコン
膜２を堆積したときの基板断面図で、このような状態で
レーザ照射される。溝の深さは、０．１μｍ程度でシリ
コン膜の厚さに比べて小さい。レーザ照射により単結晶
粒を大きくするには連続発振レーザ光が有利であるが、
レーザ照射後シリコン膜表面の平坦性が悪くなるという
欠点をも有する。これはシリコンが溶融したとき融液の
移動や表面張力などにより生ずるもので単結晶島同志が
つながってしまうこともしばしば生ずる。このような欠
点を防ぐために、例えば第２図のような方法が用いられ
る（特願昭５５−１３６２９２）。この方法は溝の内部
にのみ多結晶シリコン膜２を形成したのちレーザ照射を
行うもの＋、レーザ照射時のシリコン融液の移動が低減
されると同時に、溝効果による面内方位の制御も可能と
なる。第２図のような構造を用いてレーザ照射を行う場
合にもさらに改良すべき幾つかの点が見出される。第２
図の構造では、シリコン膜の周囲はレーザ光をはとんど
吸収しない石英ガラスで囲まれているため、シリコン膜
２を溶融する場合全面にシリコン膜が存在する場合に比
べて溶融しに＜＜、より大きなレーザパワーを必要とす
る。
の高速化や三次元化を目指し、非品質絶縁体基板上に単
結晶シリコン膜を形成する研究が盛んに行われるように
なった。このような研究はレーザアニール技術の出現と
共に急速に活発化し例えば、非晶質絶縁体基板表面に幅
２μｍ程度の小さな溝を複数個形成し、その上に非品質
シリコン膜を堆積し、レーザ照射により単結晶シリコン
膜を形成するいわゆるグラフオエピタキシーが報告され
ている。この一例を第１図を用いて説明する。第ｌ図は
溝加工が施された石英ガラス基板１上に多結晶シリコン
膜２を堆積したときの基板断面図で、このような状態で
レーザ照射される。溝の深さは、０．１μｍ程度でシリ
コン膜の厚さに比べて小さい。レーザ照射により単結晶
粒を大きくするには連続発振レーザ光が有利であるが、
レーザ照射後シリコン膜表面の平坦性が悪くなるという
欠点をも有する。これはシリコンが溶融したとき融液の
移動や表面張力などにより生ずるもので単結晶島同志が
つながってしまうこともしばしば生ずる。このような欠
点を防ぐために、例えば第２図のような方法が用いられ
る（特願昭５５−１３６２９２）。この方法は溝の内部
にのみ多結晶シリコン膜２を形成したのちレーザ照射を
行うもの＋、レーザ照射時のシリコン融液の移動が低減
されると同時に、溝効果による面内方位の制御も可能と
なる。第２図のような構造を用いてレーザ照射を行う場
合にもさらに改良すべき幾つかの点が見出される。第２
図の構造では、シリコン膜の周囲はレーザ光をはとんど
吸収しない石英ガラスで囲まれているため、シリコン膜
２を溶融する場合全面にシリコン膜が存在する場合に比
べて溶融しに＜＜、より大きなレーザパワーを必要とす
る。
又、第２図のような構造では、第１図のような場合に比
べて、シリコン膜を溶融したとき、融液の移動が低減さ
れ、平坦性の良いシリコン膜表面が得られるが、高密度
、高品質のＬＳＩデバイスを作成する観点からは、いま
だ十分とはいえず、より平坦性の良い表面状態−が要求
される。
べて、シリコン膜を溶融したとき、融液の移動が低減さ
れ、平坦性の良いシリコン膜表面が得られるが、高密度
、高品質のＬＳＩデバイスを作成する観点からは、いま
だ十分とはいえず、より平坦性の良い表面状態−が要求
される。
本発明はこのような従来の方法をさらに改善し非晶質絶
縁体基板上に、表面の平坦性が優れた単結晶シリコン膜
を容易に形成できる新しい単結晶シリコン膜形成法を提
供するもので、基板表面に島状の溝が複数個形成された
非晶質絶縁体基板上に非晶質又は多結晶シリコン膜を堆
積し、該シリコン膜をレーザ照射して再結晶化し、該再
結晶シリコン膜表面の酸化膜を除去した後、レジスト膜
の被覆により表面を平坦化し、次にドライエツチングに
よりレジスト膜および再結晶シリコン膜をエツチング除
去することにより、非晶質絶縁体基板表面に形成された
溝の内部にのみ単結晶シリコン膜を形成することを特徴
としたものである。
縁体基板上に、表面の平坦性が優れた単結晶シリコン膜
を容易に形成できる新しい単結晶シリコン膜形成法を提
供するもので、基板表面に島状の溝が複数個形成された
非晶質絶縁体基板上に非晶質又は多結晶シリコン膜を堆
積し、該シリコン膜をレーザ照射して再結晶化し、該再
結晶シリコン膜表面の酸化膜を除去した後、レジスト膜
の被覆により表面を平坦化し、次にドライエツチングに
よりレジスト膜および再結晶シリコン膜をエツチング除
去することにより、非晶質絶縁体基板表面に形成された
溝の内部にのみ単結晶シリコン膜を形成することを特徴
としたものである。
以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
非晶質絶縁体基板として石英ガラスを用いた場合を例に
とり説明する。基板面に垂直方向からみる溝の形状は正
方形でも矩形でもよく、大きさとして例えば、ｌ０ＸＩ
Ｏ−μｍ、深さ０．４μｍ程度のものを用いた。又、溝
１ｕｌを５μｍ程度にとった。。
とり説明する。基板面に垂直方向からみる溝の形状は正
方形でも矩形でもよく、大きさとして例えば、ｌ０ＸＩ
Ｏ−μｍ、深さ０．４μｍ程度のものを用いた。又、溝
１ｕｌを５μｍ程度にとった。。
溝壁は基板面に垂直で、通常の１ａ＃ｌ加工技術により
溝加工を施した。本発明の方法を示す基板断面図を第３
図ａ−ｄに示す。溝加工を施した石英ガラス基板１に、
通常の化学気相堆積（ＯＶＤ）法により、多結晶シリコ
ン膜２を０．７μｍ４ｉＪ［堆積した（第３図ａ）。次
に連続発振レーザ光を該シリコン膜２に照射し再結晶化
した（第３図ｂ）。
溝加工を施した。本発明の方法を示す基板断面図を第３
図ａ−ｄに示す。溝加工を施した石英ガラス基板１に、
通常の化学気相堆積（ＯＶＤ）法により、多結晶シリコ
ン膜２を０．７μｍ４ｉＪ［堆積した（第３図ａ）。次
に連続発振レーザ光を該シリコン膜２に照射し再結晶化
した（第３図ｂ）。
レーザとして直径５００μｍ程度の連続発振ネオジム・
ヤグ（Ｎｄ ： ＹＡＧ ）を用い、基板加熱温度３５
０℃、レーザ走査速度１０■／冠の条件で照射した。１
２Ｗ程度のレーザパワーで再結晶化できた。第２図のよ
うに（１４ａｍ程度の深さの溝にのみ多結晶シリコン膜
が存在するような構造の場合には、これよりも大きな１
５Ｗ程度のレーザパワーを必要とする。レーザ照射後の
再結晶シリコン膜３は１０μｍ程度の大きさの矩形状の
グレインの集合体からなり、その表面は平坦でなく大き
いもので０．５μｍ程度の凹凸が存在する。レーザ照射
は通常、空気中で行われるため、再結晶シリコン膜３０
表面には薄い酸化膜が形成漬れている。
ヤグ（Ｎｄ ： ＹＡＧ ）を用い、基板加熱温度３５
０℃、レーザ走査速度１０■／冠の条件で照射した。１
２Ｗ程度のレーザパワーで再結晶化できた。第２図のよ
うに（１４ａｍ程度の深さの溝にのみ多結晶シリコン膜
が存在するような構造の場合には、これよりも大きな１
５Ｗ程度のレーザパワーを必要とする。レーザ照射後の
再結晶シリコン膜３は１０μｍ程度の大きさの矩形状の
グレインの集合体からなり、その表面は平坦でなく大き
いもので０．５μｍ程度の凹凸が存在する。レーザ照射
は通常、空気中で行われるため、再結晶シリコン膜３０
表面には薄い酸化膜が形成漬れている。
この酸化膜は、後の工程で示すレジスト膜とシリコン膜
のエツチングの際、障害となるため１例えば希弗酸によ
りあらかじめエツチング除去しておき、その後、再結晶
シリコン膜３上にレジスト膜４を被覆した（第３図Ｃ）
。レジスト膜として例えばＡＺレジストを用い、３μｍ
程度被覆することにより、はぼ平坦な表面が得られた。
のエツチングの際、障害となるため１例えば希弗酸によ
りあらかじめエツチング除去しておき、その後、再結晶
シリコン膜３上にレジスト膜４を被覆した（第３図Ｃ）
。レジスト膜として例えばＡＺレジストを用い、３μｍ
程度被覆することにより、はぼ平坦な表面が得られた。
次に、反応性スパッタエツチングによりレジスト膜４お
よび再結晶シリコン膜３をエツチング除去し、最終伯に
、非晶質絶縁体基板に形成した溝の内部にのみ単結晶グ
レインからなる再結晶シリコン膜（単結晶シリコン膜）
３を残した（第３図ｄ）。反応性スパッタエツチングで
は、常に表面の平坦性を維持させるために、レジスト膜
４と再結晶シリコン膜３のエツチング速度を同じにする
必要がある。
よび再結晶シリコン膜３をエツチング除去し、最終伯に
、非晶質絶縁体基板に形成した溝の内部にのみ単結晶グ
レインからなる再結晶シリコン膜（単結晶シリコン膜）
３を残した（第３図ｄ）。反応性スパッタエツチングで
は、常に表面の平坦性を維持させるために、レジスト膜
４と再結晶シリコン膜３のエツチング速度を同じにする
必要がある。
このため例えばフｐン１１ （（ｊｏｌｓＦ）に２０％
程度の酸繁を加えたエツチングガスを用いた。この結果
、表面の凹凸が２００Ｘ以下の平坦性の良い島状の単結
晶シリコン膜３を形成することができた。
程度の酸繁を加えたエツチングガスを用いた。この結果
、表面の凹凸が２００Ｘ以下の平坦性の良い島状の単結
晶シリコン膜３を形成することができた。
このようにして得られた第３図ｄに示す単結晶シリコン
膜３の結晶性をＸ線回折によりト価した。
膜３の結晶性をＸ線回折によりト価した。
その結果、基板面に垂直方向はほぼ＜１００＞であり、
又、基板面内でも溝壁に対して平行および垂直方向に＜
１００ ＞配向している事が確認された。このように
、溝加工が施された基板上に堆積した多結晶シリコン膜
をレーザ照射したのち、レジスト膜の被覆による表面平
坦化、およびドライエツチング技術を用いることにより
容易に表面が平坦な島状の単結晶シリコン膜を形成する
ことができる。
又、基板面内でも溝壁に対して平行および垂直方向に＜
１００ ＞配向している事が確認された。このように
、溝加工が施された基板上に堆積した多結晶シリコン膜
をレーザ照射したのち、レジスト膜の被覆による表面平
坦化、およびドライエツチング技術を用いることにより
容易に表面が平坦な島状の単結晶シリコン膜を形成する
ことができる。
以上の実施例では、非晶質絶縁体として石英ガラス、シ
リコン膜として多結晶シリコンを用いたが、例えば基板
として単結晶シリコンウェーハを熱酸化したものを用い
てもよく、シリコン膜として非晶質シリコン膜を用いて
も本発明は有効である。又、レーザ光として、連続発振
レーザ光であれば、Ｎｄ：ＹＡＧ以外のものでもよく、
例えばアルゴンやクリプトンレーザを用いてもよい。又
、溝の形状としては、矩形や正方形以外に、これらを複
数個結合させたものでもよい。
リコン膜として多結晶シリコンを用いたが、例えば基板
として単結晶シリコンウェーハを熱酸化したものを用い
てもよく、シリコン膜として非晶質シリコン膜を用いて
も本発明は有効である。又、レーザ光として、連続発振
レーザ光であれば、Ｎｄ：ＹＡＧ以外のものでもよく、
例えばアルゴンやクリプトンレーザを用いてもよい。又
、溝の形状としては、矩形や正方形以外に、これらを複
数個結合させたものでもよい。
以上述べたように、本発明れ非晶質絶縁体基板上に島状
の章結晶シリコン膜を形成する場合に、非晶質絶縁体基
板表面に、所望する単結晶シリコン膜厚とほぼ同じ深さ
の溝を形成しておき、かっレー斗光による再結晶化プロ
セスの後にレジスト膜被覆による表面の平坦化とドライ
エッチンゲの各フロセスを有効に結合させることにより
、レーザ光で再結晶化したシリコン膜表面の平坦性が劣
化していても、容易に表面の平坦性が優れた島状の単結
晶シリコン膜を形成することができ、しがも非晶質又は
多結晶シリコン膜をあらかじめ島状に形成してからレー
ザ光で再結晶化するという従来の方法に比べて低いレー
ザパワーで再結晶化できるという利点を有する。本発明
の方法を用いることにより、基板表面全体が非晶質絶縁
体であっても、このような基板上に表面の平坦性がすぐ
れかつ結晶方位のそろった島状の単結晶シリコン膜を形
成することができ、本発明はデバイスの高速化、三次元
化に多大の効果を発揮するものである。
の章結晶シリコン膜を形成する場合に、非晶質絶縁体基
板表面に、所望する単結晶シリコン膜厚とほぼ同じ深さ
の溝を形成しておき、かっレー斗光による再結晶化プロ
セスの後にレジスト膜被覆による表面の平坦化とドライ
エッチンゲの各フロセスを有効に結合させることにより
、レーザ光で再結晶化したシリコン膜表面の平坦性が劣
化していても、容易に表面の平坦性が優れた島状の単結
晶シリコン膜を形成することができ、しがも非晶質又は
多結晶シリコン膜をあらかじめ島状に形成してからレー
ザ光で再結晶化するという従来の方法に比べて低いレー
ザパワーで再結晶化できるという利点を有する。本発明
の方法を用いることにより、基板表面全体が非晶質絶縁
体であっても、このような基板上に表面の平坦性がすぐ
れかつ結晶方位のそろった島状の単結晶シリコン膜を形
成することができ、本発明はデバイスの高速化、三次元
化に多大の効果を発揮するものである。
第１図、第２図は、非晶質絶縁体上に単結晶シリコン膜
を形成する場合において、従来の方法を示す基板断面図
である。 第３図ａ−ｄは本発明の一実施例を示す図で、溝内部に
のみ単結晶シリコン膜を形成する工程を示す基板断面図
である。 １・・・・・・石英ガラス ２・・・・・・多結晶シリコン膜 ３・・・・・・再結晶シリコン膜 ４・・・・・・レジスト膜 発３図
を形成する場合において、従来の方法を示す基板断面図
である。 第３図ａ−ｄは本発明の一実施例を示す図で、溝内部に
のみ単結晶シリコン膜を形成する工程を示す基板断面図
である。 １・・・・・・石英ガラス ２・・・・・・多結晶シリコン膜 ３・・・・・・再結晶シリコン膜 ４・・・・・・レジスト膜 発３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 レーザ光を用いて、非晶質絶縁体基板表面に島状
の単結晶シリコン膜を形成する方法において、基板表面
に島状の溝が複数個形成された非晶質絶縁体基板上に、
非晶質又は多結晶シリコン膜を堆積した後、該非晶質又
は多結晶シリコン膜をレーザ照射して再結晶化し、再結
晶シリコン膜表面の酸化膜を除去したのち、レジスト膜
を咳再結晶シリコン膜上に被覆して表面を平坦化し、ド
ライエツチングにより該レジスト膜および再結晶シリコ
ン膜をエツチング除去することにより、非晶質絶縁体基
板表面に形成された溝の内部にのみ単結晶シリコン膜を
形成することを特徴とする単結晶シリコン膜形成法。 ２、前記島状の溝は、非晶質絶縁体基板表面に垂直で、
かつ隣り合う面が互に直交する４つ以上の平面よ、基板
表面に平行な底面で囲まれることを特徴とする特許 の単結晶シリコン膜形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56184795A JPS5886717A (ja) | 1981-11-18 | 1981-11-18 | 単結晶シリコン膜形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56184795A JPS5886717A (ja) | 1981-11-18 | 1981-11-18 | 単結晶シリコン膜形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5886717A true JPS5886717A (ja) | 1983-05-24 |
Family
ID=16159419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56184795A Pending JPS5886717A (ja) | 1981-11-18 | 1981-11-18 | 単結晶シリコン膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5886717A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05160074A (ja) * | 1991-05-07 | 1993-06-25 | Hughes Aircraft Co | ウエハから材料を除去するシステム |
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1981
- 1981-11-18 JP JP56184795A patent/JPS5886717A/ja active Pending
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