JPS59138330A - 単結晶半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

単結晶半導体薄膜の製造方法

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JPS59138330A
JPS59138330A JP58011321A JP1132183A JPS59138330A JP S59138330 A JPS59138330 A JP S59138330A JP 58011321 A JP58011321 A JP 58011321A JP 1132183 A JP1132183 A JP 1132183A JP S59138330 A JPS59138330 A JP S59138330A
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修一 斎藤
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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】 本発明は絶縁膜あるいは絶縁物上に単結晶の半導体薄膜
を形成する方法に関するものである。
3次元集積回路を形成する場合のキーポイント91つに
SOI (Sem1conductor−on−Ins
ulator )構造がある。すなわち、3次元集積回
路とはある基板上の半導体表面に集積回路を形成した後
その上に絶縁膜を設け、さらにその上に半導体薄膜を付
着、させ、単結晶成長を後なった後、この単結晶半導体
表面にも集積回路を形成するという工程の(り返しによ
り形成された立体的な集積回路である。
従って、絶縁膜あるいは絶縁物上への単結晶半導体薄膜
の形成、いわゆるSOI構造の形成が、3次元集積回路
作製のだめのキーポイントの1つになる。3次元集積回
路作製のための、SOI構造形成に対する条件としては
、まずチ、ブサイズ以上あるいは現在の集積回路の製造
プロセスで使用さ」tている直径4インチのウェハ全面
といった大面積のSOIの形成が必要である。次に必要
な条件としては、SOIを形成する場合の熱により、下
部集積回路の特性を劣化させないことである。
従来、SOIを形成する手段としては、レーザあるいは
電子ビームを用いる方法と、カーボンヒーターを用いる
方法の2つに大別できる。まず、レーザあるいは電子ビ
ームを用いる従来法について述べる。40〜100μm
のビーム径を有するレーの作製を行なっている。しかし
、この場合シリコイ薄膜を絶縁膜上に全面に付着させ、
上記の径を有するアルゴンあるいはYAGレーザまたは
W子ビ・ム°を用いて、シリコンの溶融を行なうと、局
所的なStの加熱が生じるため、歪がその溶融シリコン
の周囲に集中し、その歪を緩和するために、固化したシ
リコン薄膜に数10μm幅、数10〜数100μm長程
度の大きさでクラックが発生するため、このシリコン薄
膜には良好な特性を有する集積回路を形成できないとい
う大きな問題がある。さらにまた、これらビームを用い
て、シリコンを浴融させる場合ビームのパワー密度が目
安となるが、現存の装置ではパワー密度の安定性が悪(
、大面積のSOIの形成を行なうことは出来ない。すな
わち、例えば4インチ径のウニ/・−全面を40μm径
のビームで処理するには約1時間必要であるが、現存の
装置ではビーム径の制御が出来ず、約5公租度は安定し
ているがそれ以上長時間になるとビーム径が約20%以
上変動し、ビームの出力も10チ以上変動してしまい良
好なSOIを形成できなくなる。このように現存のビー
ムを用いた方法には路の劣化はないという利点はある。
、jニ一方、カーボンヒーターを用いる方法の場合にl
;; は、シリコン薄膜にクラックが発生せず大面積の厚 :’soxを形成出来るという利点がある。すなわちこ
一部 の場合、基板を1000〜1200℃と高温に加熱して
おき、さらにシリコン薄膜から数朋の距離に置かれた約
2000°Cに加熱されたカーボンの棒を走査すること
により、シリコン薄膜を一方向に溶融させ結晶成長させ
ているために局所的な歪の発生はなく、また溶融シリコ
ンと基板との温度差も少なくクラックは発生せず、大面
積のSOIの形成が出来る。しかし1、この方法では、
基板の加熱時間が約30〜60秒と長く、その間100
0〜1200℃と高温にさらされているためSOI形成
時に下部の集積回路の特性の劣化、例えばトランジスタ
のしきい値電圧の変動をもたらすという大きな問題があ
る。
本発明の目的は上述の如き従来のビームを用いた方法に
おける極部加熱によるクラック発生という欠点、ビーム
アニール装置の操作上の欠点及びカーボンヒータτを用
いた方法における熱の影脅えた基板上に絶縁膜を形成し
、次いで前記基板の少な(とも端部の一部分の前記絶縁
膜を除去し、次いで全面に非晶質あるいは多結晶の半導
体薄膜を形成し、次いで前記基板の端部のうち前記絶縁
膜を除去した部分で、冷却した基板ホルダーで保持し、
低パワー密度の電子ビームを走査して前記半導体薄膜に
照射して全面を同時に溶融し、次いで前記ビームの走査
範囲を前記半導体薄膜と前記半導体層とが直接接した部
分から前記絶縁膜へ向かって縮少してい(ことにより前
記半導体薄膜を単結晶化させることを特徴とした単結晶
半導体薄膜の製造方法を提供するものである。
本発明によれば絶縁膜あるいは絶縁物上に大面積かつ平
坦でクラックの発生のない単結晶半導体薄膜を短時間で
形成できる。
次に本発明をその実施例に基づいて説明する、第1図に
はSOIの形成方法を示す。単結晶Si基板1上に5i
02膜2を形成し、5i02の一部を除去し全面に多結
晶Si膜3を形成して多結晶Si膜3とSt基板lとが
一部接する構造にする。この部分(シト、゛ド部)はS
i基板1の結晶の情報を多結晶Si膜3]ト伝える役割
をする。このような構造の基板を形成後シード部分を水
冷されたホルダー4ではさみ込み基板を固定する。この
様にすることにより基板の裏面は断熱に近い状態に保持
され、基板の厚み方向に対する温度勾配は少ないが、ホ
ルダー4に向う方向に対しては一定の温度勾配が生じる
すなわち、多結晶Si膜3をホルダー4で固定されてい
る位置より数朋離れたシード部まで全面にわたり溶融さ
せた場合熱の流れは水冷ホルダー4に向う一方向となり
ホルダー4に向う方向に一定の温度勾配が生じる。よっ
て、溶融された多結晶Si膜3は溶融している範囲をシ
ード側から減少させることによりシード部から一方向に
固化し、シード部を介しSi基板1の結晶の情報が表面
の再結晶化したSi薄膜に伝わることになる。第1図に
示した構造の試料において、多結晶Si膜3の上方から
20にevの加速エネルギーを有し〜5朋φにデフォー
カスさせた2、 5 Kw/cIAという低パワー密度
の′ば子ビーム5を4 X 10’ cIn/ sec
の走査速度で3角波によるランダム走査を行なう。この
場合ビームの走査範囲は第1図に示したように0〜t、
oまでとし、Loの位置はホルダー4から数闘離れたシ
ーシード部の多結晶Si膜3の一部を大面積にわたり容
易に溶融することができる。またこの時、基板の裏面温
度は約1200°C前後と高温になっている。
従って、表面の溶融した多結晶Si膜3と基板との温度
差は約200℃と小さく、基板にクランクやスリップラ
インなどの欠陥はほとんど発生せず歪を除去できる。次
にビーム5の走査範囲をり、から除々に5i02膜2の
方向へ縮少させることによりシード部から結晶成長を行
なう。すなわち、最初り、まで多結晶Si膜3を溶融さ
せ、時間T1経過後に走査振幅L1まで減少させると多
結晶Si膜3 ViLOからLlまでシード側から固化
する。そのためSi基板1の結晶性が、再結晶化した表
面Si膜に伝わる。
実際には試料の大きさを20關幅、40mm長とし、L
oは35□、Tnは10−100 @ secとした。
、m17)様にビームの走査振幅を制御することにより
、固−液界面を制御し大面積のSolの形成を行なうこ
とが出来だ。この場合、上記に述べた様に基板は120
0℃以上の高温になっているが、加熱されている時間は
10〜100 m5ecといった短時間であるだめに基
板中の不純物の拡散の影響を無視出来を溶融させ、ビー
ムの走査振幅を制御することにより、クランクの発生の
ほとんどない大面積のSolを単時間で形成できる。
前記実施例においては多結晶Si膜を再結晶化させたが
、非晶%Si膜でもよい。また再結晶化させる半導体薄
膜は何も下の半導体層と同じ種類でな(てもよい。例え
ば本発明の方法によれば単結晶Si層上に単結晶伽膜、
更にその上に早結晶G a A s膜を形成することも
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はSOI形成のためのビームアニール時の試料の
構成及びビームの走査幅と時間の関係を示す図である。 1・・・・・・St基板、 2・・・・・・5i02膜、 3・・・・・・多結晶Si膜、 4−・・・・・水冷されたホルダー、 5・・・・・・電子ビーム 工業技術院長 手  続  補  正  書″″(自 発)25 昭和59年4月二月 特許庁長官 殿 1、事件の表示   昭和58年特  許願第1132
1号2、発明の名称   単結晶半導体薄膜の製造方法
3、補正をする者 事件との関係       出 願 人4、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 5、補正の内容 (1)明細書第5頁第13行目に「極部加熱」とあるの
を「局部加熱」に補正する。 (2)明細書第7頁第17行目に[Rev Jとあるの
を[keV JK補正する。 工業技術↓1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少な(とも表面に単結晶半導体層を備えた基板上に絶縁
    膜を形成し、次いで前記基板の少なくとも端部の一部分
    の前記絶縁膜を除去し、次℃・で全面に非晶質あるいは
    多結晶の半導体薄膜を形成し、次いで前記基板の端部の
    うち前記絶縁膜を除去した部分を冷却した基板ホルダー
    で保持し、低/くワー密度の電子ビームを走査して前記
    半導体薄膜に照射して全面を同時に溶融し、次いで前記
    ビームの走査範囲を前記半導体薄膜と前記半導体層とが
    直接液した部分から前記絶縁膜へ向かって縮少していく
    ことにより前記半導体薄膜を瞥結晶化させることを特徴
    とした単結晶半導体薄膜の製造方法。
JP58011321A 1983-01-28 1983-01-28 単結晶半導体薄膜の製造方法 Granted JPS59138330A (ja)

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