JPS5893219A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5893219A
JPS5893219A JP56190625A JP19062581A JPS5893219A JP S5893219 A JPS5893219 A JP S5893219A JP 56190625 A JP56190625 A JP 56190625A JP 19062581 A JP19062581 A JP 19062581A JP S5893219 A JPS5893219 A JP S5893219A
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layer
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JP56190625A
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Kenji Shibata
健二 柴田
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に絶縁膜上に
単結晶化した半導体層を形成する手段を改良した半導体
装置の製造方法に関する。
従来技術とその問題点 周知の如く、半導体基板上（以下シリコン基板を用いる
）に素子を形成する半導体装置においては、酸化、拡散
、イオン注入、写真蝕刻など公知の技術を用いて、シリ
コン基板上に平面的（二次元的）に素子を配列するが通
常で、二１１１以上の多層に素子を形成することはほと
んどなかった。そのため従来よりも素子を微細化して、
半導体装置を高集積化、高速化するためには限界があり
、この限界を越える手段として、多層に素子を形成する
、いわゆる三次元半導体装置が提案され、これを実現す
るために、絶縁膜上の多結高士たは非晶質半導体層にエ
ネルギービームを照射して粗大粒の多結晶または単結晶
半導体層（以下シリコン層を用いる）を形成する方法が
提案されている。例えば、シリコン基板をＳｌｏｗまた
１ｌ−１：ＳＩＮ等の絶縁膜でおおってその上に多結晶
シリコン層を被着１〜、これを連続ビームのレーザー光
または電子線により照射アニールすることにより単結晶
シリコン層となし、核層中に素子を形成することにより
、三次元半導体装置を製造しようというものである。
しかし従来の方法では、直径で加μｍ程度の粗大粒多結
晶シリコンにしかならず単結晶シリコン層を得ることは
きわめてむずかしい。また実現した単結晶中には多数の
転位、双晶、積層欠陥等が含まれ、シリコン層の結晶性
はきわめて悪いものであった０またそのシリコン層の表
面には、かなり大きな凹凸ができ、そのため該１−中１
に素子を作る際にはリソグラフィー上多くの難薇があり
、出来上がった素子の特性は５ＯＳ（サファイア基板上
のシリコン層）に形成されたものより悪いものであった
０ 現在最も有望と考えられている、シリコン層の単結晶化
法はＬＢＳＳ法である。第１図はこの方法の概略を示す
ものである。まずシリコン基板ｌ上の絶縁膜２の一部を
開孔し、その上に多結晶または非晶質シリコン層３を被
着したのちエネルギービーム４を照射して、上記開孔部
において下地単結晶シリコン基板との接触部を種結晶と
してエピタキシャル成長させ、引き続き横方向へ結晶成
長させるというものである。この方法の特徴は基板と同
−面方位の単結晶領域を希望する場所に作り得る点にあ
り、この技術をくりかえしてゆけば三次元半導体装置は
可能であると考えられる。
しかし、現′実には横方向に単結晶化できる長さは最大
でも１００μｉｎ程度であり、表面の凹凸も大きい。こ
の原因はいろいろ考えられるが、その中で特に重要と考
えられ：：Σのはエネルギービームとしてレーザー光を
用いている点にある０すなわち、レーザー光においては
連続的に発振させる場合、約５係のふらつきがあり、そ
のためにアニールがむらになる。さらにレーザー光特有
の干渉効果があり、このためやはりアニールむらができ
る。これら以外にもレーザー光にはアニール対象となる
物質によって反射係数、吸収係数が異なるため、異なる
物質を同時に最適条件にてアニールすることができない
など、多くの欠点がある。
発明の目的 本発明はこのような点に鑑みてなされたもので良質の半
導体層を得る事を目的とする。
発明の概要 本発明はＬＦｉＳＳ法においてレーザー光のかわりに電
子ビームにてアニールするものである。
発明の効果 本発明により絶縁膜上に単結晶化した良質の半導体層を
形成して、素子の三次元的集積化を実用上十分な特性を
もたせて実現することを可能とした半導体装置の製造方
法を提供することが出来る。
発明の実施例 以■、本発明を実施例を用いて詳しく説明する、第２図
（ａ）〜（ｅ）は一実施例の製造工程を示す断面図であ
る。
まず第２図（ａ）で示すように、たとえばＰ型（１００
）面方位の単結晶シリコン基板１０１の表面に絶縁膜と
して約１μｍの５ＩＯｔ＋膜１０２を形成する。その上
にＳＩＮ膜１０３を形成する。このＳｉＮ膜は後の工程
で多結晶あるいは非晶質シリコンＬ−を単結晶化させや
すくするために形成する１ものである。まだシリコン基
板１０１は既に所望の素子が周知の工程を経て形成され
ているとする。次に第２図（ｂ）で示すように、５ｉｏ
ｔ膜１０２、ＳｉＮ膜１０３を公知の方法にてパターニ
ングし、エツチングすることにより一部を開孔する。そ
の後全面にたとえば５０００λの多結晶シリコン層１０
４を被着する。次に第２図（Ｃ）で示すように電子ビー
ムを上部から照射して上記シリコン層１０４をアニール
する。アニール条件としては電子線の加速電圧１０ＫＶ
、シリコン基板に到達するビーム電流としては１０ｍＡ
とした。またビームスポット径は２００μｍφであり、
１００　ｃｍ／ｓ　ｅ　ｃの走査速度で走査した。さら
に電子ビームアニールの際の基板温度は４５０“０、＊
−空度は１０　　ＴＯｒｒ以上とした。
重子ビームアニール粂件において、本実施例では５ｏｏ
ｏｉの多結晶シリコン層１０４をアニールするため加速
電圧は低い方がよ＜　、　ｌ０ＫＶの時には、エネルギ
ーデボジンコンのピークは０．３μｍ程度である。
従ってもし、より厚いシリコン層を−ｒニールする時に
はより加速電圧を上げる必映がある。また真空度はよい
程よく、今回は１０　’ＴＯｒｒで行なったが、できれ
ば１０　　以トが望ましい。しかも真空の質も問題で、
・・イドロカーボンなどは出来る限り減らすことが望ま
しい。ビームの走査速度は、ビームム の賓ット径との兼ね合いによ−で決まるが、ビーム径は
大きければ一枚のウエノ・−をアニールする時間が短縮
できる。望ましいビーム径は１００μｍ〜１０００μｍ
４度である。アニール中の基板ｉｉ工熟熱温度高い程ア
ニールには向いているが、余り高すぎると先に製作した
デバイスに悪影響を与えるため５００°Ｃ以下が望まし
い。
本発明における最も重要な点はエネルギービームとして
電子ビームを用いる県である。゛電子ビームのエネルギ
ーは加速電圧と電流値によって電気的に制御できるため
、レーザービームに比べて抜群に制御性がよく、コンピ
ータ−コントロールすることによってパワーを瞬間的に
強くしたり弱くしたりすることも自由自在である。また
アニールする対象物質の質重と加速電圧によってのみ、
エネルギーのデ栄ジション深さが決定されるためアニー
ルしようという深さを簡単にコントロールし任童に選ぶ
ことができる。レーザーアニールの場合には物質量の反
射係数や吸収係数を考慮しなければならず、しかもそれ
らの物理定数が物質の結晶状態によって変化してコント
ロールしにくいのとは大きな違いである。
また電子ビームではビームの走査を醒気信号で行なうこ
とができるため制御部の回路を少し変えるだけで、走査
スピードや走査モードを自由に変えることができる。し
かも成子ビーム描画技術にて確立しているようにｌ１１
．＝、−・走査の制御性も他に類を見ない程よい。これ
らの点も１／−ザーアニールではとても追従できない利
点であると言える。
このような電子ビームアニールの利薇を充分に活用する
ことにより、本発明の効果を充分に発揮させることがで
きる。本発明によれば横方向への単結晶成長長さを数ｉ
ｌｌにすることが可能で、レーザービームの場合の数百
μｍに比べて１〜２桁向上変重要で各チップ毎にエビ成
長のだめの開孔部を設ければ１枚のウニ・−一全面を単
結晶化することも可能である。その意味でレーザービー
ムを電子ビームに置き換えたということは非常に重要で
ある。
次に第２図（ｄ）で示すように、成子ビームアニールに
よって単結晶化したシリコン層１０４′をパターニング
して素子形成領域とし、その後公矧の技術に・Ｃ素子間
分離絶縁膜１０５を形成し、菓子領域にゲート酸化膜１
０６を介して例えば多結晶シリコンからなるゲート成極
１０７全形成し、ソース・ドレイン領域１０８．１０９
を形成しτＭＯＳトランジスタとする。次に第２図（ｅ
）で示すように全面を絶縁膜１１Ｏでおおった後、Ａｌ
による電極１１１〜１１３を形成して三次元に集積した
半導体装置を完成する。
なお、上記実施例ではＭＯＳトランジスタについて説明
したが、本発明によるシリコン層にｖｉＣ−ＭＯＳトラ
ンジスタ、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどあ
らゆる素子を形成できることはいうまでもなく、本発明
の効果を用いて、これらの素子を三次元的に配列するこ
とにより、従来より高集積、高性能、多機能な四次元集
積回路装置を実現することが可能となった。
本発明の効果はシリコン以外の半導体たとえばゲルマニ
ウムや、　　ＧａＡｓ、ＧａＰなどの三−五族化合物半
導体、Ｉ　ｎ　Ｐ　＋　Ｉ　ｎ　Ｓ　ｂなどのニー五族
化合物半導体においても期待でき、これらを組合せるこ
とにより一チップに従来の記憶回路、論理回路と共に表
示感知機能などを同時に備えた多機能素子を作りあげる
ことができる。また本実施例の第２図ｔｅ＋の工程にお
けるＡｌによる１匝は他の金属でもかまわない。その他
、この発明の主旨を逸脱しない限り種々の応用例が期待
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はエネルギービーム照射によるＬＥＳＳ構造の単
結晶膜の形成過程を説明する断面図、第２図（ａ）〜（
→はこの発明の一実施例の製造工程金示す断面図である
。 図に於いて、 １０１・・・単結晶シリコン基板、　　１０２・・・ｓ
ｉＱ、膜、１０３・ｓｉＮｇ、　　１０４・・・多結晶
シリコン層、１０４′・・・単結晶化したシリコン層、
１０５・・・絶縁膜、　　１０６・・ゲート酸化膜、１
０７・・・ゲート電極、　１０８，１０９・・・ソース
・ドレイン領域、１１０・・絶縁膜、　　　１ｌｌ−１
１３・・・Ａｌ’ｄ極。 第１図 第　　２５Ａ （乙） ＣＣ） ”逮３表電子ヒーム 第２区 （ｅ）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）単結晶半導体基板が露出ｌ〜たＡ領域と該基板上
    の所望部分に絶縁膜を被着したＢ領域とを備え、上記へ
    領域の少なくとも一部とＢ領域を連続して覆うように多
    結晶または非晶質半導体層を被着し、この半導体層の所
    望部分にエネルギービームを連続的に走査しながら照射
    してアニールを施して、該半導体層の少なくとも一部を
    単結晶とした半導体層を得、この半導体層に所望の素子
    を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. （２）エネルギービーム照射は基板を２００〜５００　
    ’０に力口熱し、１０〜１０ＴＯｒ「の圧力下にて５〜
    ３０Ｋｅｙの加速エネルギーの連続成子ビームをＯ１５
    〜５００ｃｍ／　ｓｅｃの速度にて走査しながら行なう
    ものである前記特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
    の製造方法。
  3. （３）絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリ
    コン炭化膜、アルミニウム酸化膜、タンタル酸化膜、カ
    ーボン、リンガラス、砒素ガラス、ボロンガラスからな
    る群から選ばれる前記特許請求の範囲第１項記載の半導
    体装置の製造方法。
  4. （４）半導体層の膜厚は０．０５〜２μｍである前記特
    許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6265364A (ja) * 1985-09-17 1987-03-24 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US5424241A (en) * 1992-08-21 1995-06-13 Smiths Industries Aerospace & Defense Systems, Inc. Method of making a force detecting sensor

Non-Patent Citations (1)

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APPL.PHYS.LETT=1981 *

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