JPS59108313A - 半導体単結晶層の製造方法 - Google Patents

半導体単結晶層の製造方法

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JPS59108313A
JPS59108313A JP57219961A JP21996182A JPS59108313A JP S59108313 A JPS59108313 A JP S59108313A JP 57219961 A JP57219961 A JP 57219961A JP 21996182 A JP21996182 A JP 21996182A JP S59108313 A JPS59108313 A JP S59108313A
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semiconductor
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、半導体単結晶の一主面に厚い絶縁物層を形
成した基体上に多結晶または非晶質の半導体層を形成し
、この半導体層を連続発振のレーザ光で走査しながら溶
融させることによシ、下地半導体単結晶を樵として半導
体単結晶層を前記絶縁物層上に製造する方法に関するも
のである。
〔従来技術〕
従来、絶縁物層上への半導体単結晶の製造方法として第
１図に示すものがあった。第１図において、ａυは（１
００）面を主面とする単結晶シリコン基板（以下、シリ
コン基板と称する）、ａ２はシリコン基板Ｉの一主面上
に形成された二酸化シリコン膜からなる比較的厚い酸化
膜、（＋３ｉはこの酸化膜αり上に化学的気相成長法（
以下、ＣＶＤ法と称する）で形成された多結晶シリコン
層、０勺は多結晶シリコン層側上に照射されるレーザ光
（１５）によシ該シリコン層が溶融してシリコン基板（
１１ｊの面方位をなぞって単結晶化された単結晶シリコ
ン層である。
ここで、前記シリコン基板（１１）上に形成される多結
晶シリコン層（１３１の製作工程を第２図（ＩＬ）乃至
（ｄ）に示して説明する。まず、第２図（ＩＬ）に示す
ように、（１００）面を主面とするシリコン基板０１）
を９５０℃の酸化雰囲気にさらし、表面に５０ＯＡの熱
酸化膜０１）を形成したあと、ＣＶＤ法で窒化シリコン
膜ｃ２功を１ｏｏｏＸ程度に形成する。ついで、窒化シ
リコン膜翰を写真製版技術を用いて第２図（ｂ）に示す
ように、シリコン基板αυ上の開口部にあたる部分のみ
残して他の部分の窒化シリコン膜を除去する。さらに、
前記窒化シリコン膜（ハ）をマスクにして露出した酸化
膜０υも除去してシリコン基板Ｑｌｌの表面を５０００
＾程度にエツチングして取シさる。そして、このような
シリコン基板（１１）を９５０℃の酸化雰囲気に長時間
さらすことによって第２図（ｃ）に示すように厚さ１μ
ｍ程度の二酸化シリコンからなる酸化膜（１２＋を成長
させる。しかる後、シリコン基板ａυの表面に残った窒
化シリコン膜０渇とその下部の酸化膜０］）を除去し、
ＣＶＤ法で多結晶シリコン層Ｃ１３）を７０００Ｘ程度
の膜厚に成長させる。これによって第２図（ａ）に示す
ように、シリコン基板θυ上に形成した厚い酸化膜Ｑ２
１の主面上の少くとも一部分に下部シリコン基板に達す
る開口部（２３）を有する基体上に多結晶シリコン層Ｑ
３）が形成される。
しかして、厚い酸化膜０４上への半導体単結晶層の製造
に際し、第１図に示すように、前記開口部Ｑ■上部の多
結晶シリコン層α３）をレーザ光Ｑ５１の照射によって
溶融させ、さらにその開口部のシリコン基板←υの表面
までこの溶融を及ばせることによシ、固化の際にエピタ
キシャル成長を生じて多結晶シリコン層０３１が単結晶
化する。したがって、多結晶シリコン層０３）に対して
レーザ光（１５１を第１図の矢印（ｘ）方向に走査しな
がらこれを溶融させることによって、横方向にエピタキ
シャル成長が連続して生じ、絶縁物層としての酸化膜α
り上にまで単結晶層を成長させることができる。
しかし、かかる従来の方法では、シリコン基板αυ上の
開口部ｆｆ１３）と酸化膜０りの存在する領域では熱伝
導状態が異なるため、多結晶シリコン層θ東を溶融させ
るのに必要なレーザ光のパワーが同じではなく、開口部
上の多結晶シリコン層を溶融させるパワーでは酸化膜上
の多結晶シリコンに対して過剰パワーとなって多結晶シ
リコン層がはくすするなどの問題があった。
またこれを解決するために、反射防止膜を前記各開口部
および酸化膜上の多結晶シリコン層表面にそれぞれ設け
、溶融に必要なレーザ光のパワーを制御することも提案
されている。しかし、この場合も、酸化膜上の多結晶シ
リコン層内部で溶融時の横方向の熱分布が制御されてい
ないため、開口部からのエピタキシャル成長が一定の幅
で制限されず、かつ酸化膜上で連続するものではない。
また横方向の熱分布を制御していないことから、レーザ
光のパワー分布の小さなゆらぎでもエピタキシャル匁単
結晶成長が止まることがある。この機構について第３図
を参照してさらに説明すると、レーザ光のパワー分布は
第３図（ａ）のように通常正規分布またはそれに近い形
をしておシ、このようなレーザ光で多結晶シリコン層の
溶融、単結晶化を行った場合、多結晶シリコン層内の温
度分布は第３図（ａ）と同様の分布になる。したがって
、レーザ光０１）の走査に伴って固液界面０２は第３図
（ｂ）のように移動し、いかにエピタキシャル成長を開
口部から連続させてきても結晶化の向かう方向（至）が
徐々に中心方向になるため、結晶粒界が出現し、単結晶
化はできないことになる。
〔発明の概要〕
この発明は、以上の点に鑑み、かかる従来の欠点を解消
するためになされたもので、半導体単結晶上に形成した
厚い絶縁物層の一主面上の一部分に施される開口部上の
多結晶または非晶質の半導体層表面には前記絶縁物層上
のそれよシレーザ光のパワーが多く吸収されるように薄
い絶縁物層よりなる反射防止膜を設け、この領域より連
続して前記半導体層表面上に格子状の薄い絶縁物層よシ
なる反射防止膜を設けるととによシ、前記開口部からの
エピタキシャル成長を容易にするとともに、前記絶縁物
層上の多結晶または非晶質の半導体層での横方向の温度
分布を制御し、大面積での単結晶化を可能にした半導体
結晶層の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
第４図（ａ）乃至（Ｃ）はこの発明による製造方法の一
実施例を説明するだめの要部平面図、同図（、）の■−
■線断面図および■−■線断面図であり、第４図におい
て第１図および第２図と同一まだは相当部分は同一符号
を付しである。ここで、従来と同様に、シリコン基板Ｑ
ｌｌ上に形成した二酸化シリコンからなる厚い酸化膜Ｃ
１２１の主面上の少くとも一部分に下部シリコン基板に
達する開口部Ｃ３）を有した基体表面に多結晶シリコン
層側が形成される。そしてＡこの多結晶シリコン層側表
面には成形（パターニング）された薄い窒化シリコン膜
（４Ｉ）が反射防止膜として設けられている。この窒化
シリコン膜（４１１１ｉ、ＣＶＤ法テロ０θ〜１０ｏｏ
Ｘ程度）膜Ｊｉ有して形成されるもので、前記開口部（
ハ）の多結晶シリコン層（１３）上では該開口部とほぼ
同じ形状でこれを覆うように形成されるとともに、酸化
膜側止の多結晶シリコン層（１３１上では第４図０のよ
うに格子状に形成されている。
しかして、酸化膜ａつ上への半導体単結晶層の製造に際
し、連続発振のレーザ光（１５１はパワーを変化させる
ことなく一定パワーで多結晶シリコン層α東を照射しな
がら第４図伽）のように開口部Ｃ３１から酸化膜Ｑ２１
上へ前記窒化シリコン膜らυの格子方向にそって走査さ
れる。このとき、開口部（ハ）上では従来の場合と同様
に単結晶のシリコン基板Ｏυの軸方向を受けついだエピ
タキシャル成長が生じ、これがレーザ光α最の走査に伴
って酸化膜（１２１上の多結晶シリコン層側領域へと及
んでゆく。そして酸化膜（１２１上の多結晶シリコン層
α四ではレーザ光のパワー分布にかかわらず第５図（ｂ
）のように格子状の窒化シリコンＪ［（４１）　（第５
図（ａ）参照）のために略一定の温度分布が生じること
になる。このため、結晶成長は常に温度の高い方向、す
なわち格子状に設けた窒化シリコン膜（４１）下へと第
５図（ｅ）の矢印（至）で示すように生じてゆくことに
なる。ただし、軸方向は開口部０３よシエピタキシャル
に受けついでゆく。
なお、第５図中、（ＭＰ）は多結晶シリコン層の溶融点
、０３Ｊは結晶成長方向を示す。したがって、この場合
は必ず格子状の窒化シリコン膜（４１）下に結晶粒界が
現われるが、長手方向っｔ、ｂレーザ光の走査方向には
ほとんど制限されることなく良質の単結晶シリコン層を
得ることができる。また、現われた結晶粒界は格子状の
窒化シリコン膜（４υの成形によってできたものである
から、場所の制御が々されているといえる。したがって
、これをさけた半導体素子のレイアウトは容易であシ、
非常に信頼性の高い半導体素子用基板を製作することが
できる。
なお、上記実施例では多結晶シリコン層上に直接ＣＶＤ
法によって６００〜１０００λの窒化シリコン膜を形成
して反射防止膜とし、格子状の窒化シリコン膜の領域で
はその成形によって下地の多結晶シリコン層を露出させ
たが、この反射防止膜としてはレーザ光に対して多結晶
シリコン層上で反射防止膜となるような透明誘電体であ
れば材質を問うものではなく、熱酸化膜でもＣＶＤ法で
形成した酸化膜でもよい。またこれらと窒化シリコン膜
との組み合せで反射防止膜の機能をもたせてもよい。
さらに全体を薄い窒化シリコン膜などで覆って多結晶シ
リコン層を露光させないような構造をとっても、同様の
効果が得られることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明の方法によれば、半導体
単結晶の一主面上に形成した厚い絶縁物層の主面上の一
部分に施される開口部上の多結晶または非晶質の半導体
層表面に反射防止膜として薄い絶縁物層を設けるととも
に、この領域に連続して前記半導体層上には反射防止膜
として格子状の薄い絶縁物層を設け、前記開口部方向か
ら格子状に延びた前記絶縁物層上から同じ方向に格子に
そってレーザ光を走査することにより、開口部からのエ
ピタキシャル成長を容易に行うことができるとともに、
前記絶縁物層上での多結晶または非晶質の半導体層内で
の横方向の温度分布を制御することができ、したがって
、比較的大きな面積での単結晶化が可能になる。また、
前記絶縁物層で結晶軸および結晶粒界の出現についても
制御された高品質の半導体単結晶層が得られ、高信頼性
の半導体装置を得ることが可能になるなどのすぐれた効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の半導体単結晶層の製造方法を説明するだ
めの概略側面断面図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は第１図
のシリコン基板上に形成される多結晶シリコン層の製作
工程断面図、第３図（、）は従来の製造方法における一
般的なレーザ光のパワー分布図、第３図（ｂ）はそのレ
ーザ光を走査しながら多結晶シリコン層に照射した場合
の固液界面の分布と結晶成長方向を示す模式図、第４図
（ａ）乃至（ｃ）はこの発明による半導体単結晶層の製
造方法の一実施例を説明するための要部平面図、同図（
ａ）のＩ−Ｉ線断面図および同図（、）のＴＩ　−ＩＩ
線断面図、第５図（＆）は多結晶シリコン層上に厚い酸
化膜が在る部分の第４図（Ｃ）相当の断面図、第５図（
ｂ）はレーザ光が照射された際に溶融、再結晶化する多
結晶シリコン層内の温度分布図、第５図（ｃ）けレーザ
光が照射されながら走査されている際の結晶成長の様子
を示す模式図である。 ａυ・・・・単結晶シリコン基板、（１２１・・・・厚
い酸化膜、０〜・・・・多結晶シリコン層、ａ４）・・
・・単結晶化されたシリコン層、ａ５１・・・・Ｖ　−
ザ光、Ｑυ・・・・薄い下地酸化膜、Ｑ２１・・・・窒
化シリコン膜、０１）・・・・レーザ光、（Ａ℃・・・
・窒化シリコン膜（反射防止膜）。 代理人　　　　葛　　野　　信　　− ６２ 第３　図（（１） 、　　　　　　　１ １　　　　（ １ １ １。 １ ■ 第３　図（ｂ＞１ 第４図（Ｇ）　　　　　　　　第４　図（Ｃ）第４　図
（ｂ） 第５図 矛ぢフ品シリコ＞Ｉｔ　ｒｑ　＝１　（文−１手続補正
書（自発） ２、発明の名称 半導体単結晶層の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
三菱電機株式会社内 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第１０頁第２行の「露光」を「露出」と補正する
。 以　　上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体単結晶の一主面上に形成した比較的厚い絶
    縁物層を有しかつ該絶縁物層の主面上の少くとも一部分
    に下部半導体単結晶に達する開口部を有した基体であっ
    て、該基体上に形成された多結晶または非晶質の半導体
    層を連続発振のレーザ光で走査しながら溶融させること
    により、前記開口部を通じて下部半導体単結晶を種とし
    て結晶軸方向の等しい半導体単結晶層を前記絶縁物層上
    に製造する方法において、前記開口部上の多結晶または
    非晶質の半導体層表面上に薄い絶縁物層を該開口部と同
    一形状で形成するとともに、前記開口部端から絶縁物層
    上へいたる半導体層表面上には前記薄い絶縁物層から連
    続して格子状に形成された薄い絶縁物層を設け、前記開
    口部方向から格子状に延びた前記絶縁物層上から同じ方
    向に格子にそってレーザ光を走査して前記半導体層の溶
    融、単結晶化を行って半導体単結晶層を製造することを
    特徴とする半導体単結晶層の製造方法。 ０）半導体単結晶としてシリコンを用い、このシリコン
    単結晶に形成される比較的厚い絶縁物層は二酸化シリコ
    ン膜であって、多結晶または非晶質の半導体層上に形成
    される薄い絶縁物層は窒化シリコン膜であることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の半導体単結晶層の製
    造方法。
JP57219961A 1982-12-13 1982-12-13 半導体単結晶層の製造方法 Pending JPS59108313A (ja)

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