JPS60158616A - 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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JPS60158616A JP59011919A JP1191984A JPS60158616A JP S60158616 A JPS60158616 A JP S60158616A JP 59011919 A JP59011919 A JP 59011919A JP 1191984 A JP1191984 A JP 1191984A JP S60158616 A JPS60158616 A JP S60158616A
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しくは、非晶
質基板或いは薄膜上に形成した非晶質もしくは多結晶層
の所望の領域のみを良質の単結晶薄膜層に再結晶化し、
その他の領域を上記単結晶領域に対し自己整合的に除去
して誘電分離を行なった後、上記除去工程の結果として
露出されている単結晶領域のみを上記同様・選択的且つ
自己整合により酸化させる方法に関する。
〔発明の背景〕
非晶質基板或いは薄膜上に単結晶領域を形成する方法の
１つとして、上記非晶質領域上に単結晶化すべき多結晶
層もしくは非晶質層を形成し、これに大出力レーザ光を
照射し、これを融解せしめ、その再結晶化過程において
これを単結晶化あるいは粒径増大化する方法が提案され
ている。
このようにして形成される単結晶領域は通常の単結晶半
導体基板と同様に電気的素子を形成するために用いられ
るのが一般的である。ところでこのような目的のために
上記単結晶領域を用いるにはこれまで以下に述べるよう
な問題点が存在していた。
その第１点は再結晶成長時にブリツジンダエビタキシー
法（％開昭５６−７３６９７）にみられるように単結晶
の種結晶を用いない限り所望の領域に結晶粒界を含まな
い単結晶領域を形成する事が困難である事。第２点とし
てはこのようにして形成した単結晶領域を素子分離のた
めに誘電分離する際にマスク合わせ余裕が必要であると
いう点である。特に後者についてはこれまで予め半導体
“媚を酸化、或いは除去する事による透電分離を行なっ
た後にレーザ照射を行なうといった方法も提案されてい
るが・この場合については適正なレーザ照射条件域が狭
くなる事やパターン崩れを生じたりするなどの問題点が
指摘されていた。又・レーザー照射を行なった後に半導
体層を除去する場合、切り口の単結晶領域が露出される
ため例えばＭＯＳデバイスでは寄生チャネル発生の原因
や寄生容量の発生原因となっていた。従ってこれを一部
駿化する事によってその表面を安定化する必要があった
。しかしこれを行なうためには上記竿結晶半導体層全体
を酸化する結果となり、半導体層り膜厚減少を誘発する
結果となっていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記従来の問題点を解決し、非晶質基板
あるいは薄膜上に被着した半導体層の所望の領域を良質
に単結晶化し、残りの領域を上記畦結晶領域と自己整合
で除去し、透電分離を行なりた後に上記誘電分離に伴い
露出された半導体層表面のみを選択的に酸化する方法を
１是供する事にある。
〔発明の概要〕
本発明では・非晶質基板あるいは薄膜上に形成した半導
体層の上にレーザ照射に先立って、上記レーザ光非吸収
物体よりなる保護膜を形成した後に、更にその上にレー
ザ光照射によって発生する上記半導体層の温度分布を制
御する目的で耐酸化性の第２の保護膜を形成する。この
ような系にレーザ照射を行ない、２層の保護膜によって
被覆されている上記半導体層のみを良質の単結晶層とし
。
その後にこの領域に自己整合でこれ以外の領域をエツチ
ング工程により除去する。そして更に、このエツチング
工程によって露出された単結晶領域のみを系全体を酸化
性雰囲気中で熱処理する事によって選択的に酸化する。
以上のように、単結晶領域に対して自己整合で誘電分離
、単結晶１層の表面酸化を行なう事を特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例１ 第１図に断面構造を示すように単結晶シリコン（１００
）面基板１上に厚さ６００ｎｍの熱酸化膜（Ｓ１０２）
２を形成した後、この上に更に厚さ４０００ｍの多結晶
シリコン層３をモノシラン（ＳｉＨ４）の熱分解（６３
０℃）を用いたＣＶＤ法により形成した。次に第１層の
保護膜として厚さ２０ｎｍの酸化膜４をＣＶＤ法により
形成した後、引き続いて第２層の保護膜として窒化シリ
コン膜（ＳＩ３Ｎ４）５を厚さ１０００ｍ形成した。次
にホトリソグラフ工程により多結晶シリコン層３の学績
晶化したい領域上を除き窒化シリコン膜５を除去した。
以上の工程によって得られた構造に対し、レーザ照射を
行なった。レーザ照射にはアルゴンイオンレーザ光を用
い、試料温度を４００〜５００　’Ｃに保ちながら・照
射パワー５〜１５Ｗ、ビーム走査速度１〜１００　ｃｒ
ｔｒ／　Ｓで行なった。尚、この時ビーム直径は３０〜
１００μｍとした。
上記試料構造において多結晶シリコン層３に到達するレ
ーザパワーは保護膜が１層の場合と２１皆の場合とで異
なる。これは保護膜が照射レーザ光に対して光学的に透
明であり２界面の多重反射効果によって反射率が変化す
るためである。本実施例で用いた保護膜の膜厚では１＠
の場合、多結晶シリコン層３に到達するレーザパワーは
照射パワーの６５係２２層の場合については５０％であ
った。
このような条件下でレーザ照射後の再結晶化過程におい
て結晶成長がどのように生じたかを第２図によって説明
する。上述のように保護膜１層の領域１１では多結晶シ
リコン層３に到達するレーザパワーが保護膜２層の領域
１２より大きくなっているため、温度上昇はこの領域の
方が大きくなる。その結果として矢印Ａで示したように
固化は低温である保護膜２層の領域１２より開始し、漸
次保護膜１層領域１１へと進行する。
以上の結果として得られた試料表面をエツチングにより
結晶粒界を顕在化せしめ、顕微鏡観察した結果を模式的
に第３図に示す。図よりわかるように保護膜２層領域２
１においては良質の単結晶層が得られており、その他の
保護膜１層領域２２では結晶粒界１３を含む結晶が得ら
れている〇又・上記保護膜の効果によりレーザ照射後の
表面は平坦であった。
次に上記保護膜１層領域下１１．即ち結晶内に結晶粒界
を含むシリコン層を選択的に除去した。
エツチング液としては、弗酸（ＨＦ）を用い、酸化膜４
を除去した後、次いで弗酸と硝酸（ＨＮＯａ）の混合液
（混合比　ＨＮＯ３：　ＨＦ　＝　１　：　１０　）に
よりシリコン層３を除去した。以上用いたエツチング液
に対して第２層保護膜であるシリコン窒化膜５のみは耐
エッチ性を示すため、上記エツチング工程においてシリ
コン窒化膜５によって被覆されている領域１２のシリコ
ン層３は選択的かつ上記保護膜に対して自己整合で残存
する結果となった。この状態における試料断面構造を第
４図に示す。図中１は単結晶シリコン基板・２は層間絶
縁膜として形成した熱酸化模、１４は上記エツチング工
程において選択的に残存した良質の単結晶シリコン層・
４．５は夫々保護膜を表わしている。
以上の工程で、夫々の単結晶領域の誘電分離が完了した
訳であるが、このままではこれら単結晶シリコン層１４
の側面が露出されており、例えばＭＯ８素子をこの領域
に作製した際に寄生チャネルや容置の発生など特性劣化
の原因を抱えている。
そこで次にこの露出されている側面のみを選択的。
自己整合的１ｃ５０ｒ１ｍ以上酸化し、上記要因を排除
した。試料全体を酸化性雰囲気中で１０００　’ｃ、３
００分の熱処理を行なった後の試料断面構造を第５図に
示す。第２層保護膜である窒化シリコン膜５の耐酸化性
故にこれで被覆されている領域は酸化されず、上記露出
された側面のみが酸化された。その結果として表面層が
完全に酸化膜２によって被覆された単結晶シリコン薄膜
層１４が誘電分離された状態で形成された。次に窒化シ
リコン膜を熱リン酸を用いて除去した。
以上、第１図の５に示される窒化シリコン膜の形状に対
して自己整合で、単結晶領域が形成され。
更にこれらの誘電分離、側面の表面酸化が全て選択的に
達成された。
尚・本実施例では保護膜として酸化膜、シリコン窒化膜
の組合せを用いたが、本発明の効果はこれに限定される
ものではなく・１）双方の材料が照射レーザ光非吸収体
である事、２）一方の材料のみは１耐酸化性を有すると
同時に他方の材料のエツチング材料に対して耐エッチ性
を示すという・条件を満足すればどのような材料を用い
ても構わない。又、その膜厚についても本実施例の他に
１）レーザ照射後の表面が平坦であること、２）−要保
護１漠のみの照射レーザ光透過率が二層の場合のそれよ
りも高いことの２条件を満足すれば、自由に選択可能で
ある。更に照射レーザに対しても本実施例の他に、１）
大出力が得られる。２）Ｓｉに対する吸収係数が大きい
といった条件を満足するＹＡＧレーザやクリプトンレー
ザなどが使用可能である。
実施例２ 本実施例は実施例工に対して結晶成長の核となる遣結晶
を有する構造、即ちブリッジングエピタキシーに本発明
を適用したものである。試料断面構造を第６図に示す。
実施例１と異なる点はｓｉ基板１上に熱酸化嘆２を形成
した後、これをホトリソグラフ工程によって素子作製を
行なうべき所望の領域を除いて一部除去し・レーザ照射
後の再結晶成長時の種結晶部分を露出させている点であ
る。その後は実癩例１と同様に多結晶シリコン層３．１
層目保護膜（酸化膜）４および２層目保護膜（シリコン
窒化膜）５を形成した後、上記２層目保護膜５のみを所
望領域を除いて除去した。なお、各層の膜厚は実施例１
のものと同じ直を用いたＯ 次に実施例１と同じ条件でレーザ照射を行なった。この
場合も保護膜２層領域に入射されるレーザパワーは保護
膜１層領域の場合よりも小さくなる。但し、この場合前
者は酸化膜上２に、そして後者では単結晶基板１上に多
結晶シリコン層３が存在し、これらの熱伝導率が約１０
０倍異なるために多結晶シリコン層の温度上昇は保護膜
２層領域の方が却って大きくなる。従って本実施例にお
いては第２層目の保護膜はこの温度差を緩和する役割を
果たしていると考えてよい。
上記より、再結晶成長は保護膜１層領域より開始し、保
護膜２層領域へと、単結晶基板の面方位情報を引継ぎな
がら進行し、再結晶化後のシリコン層４３は単結晶とな
った。
次に実施例１と同様にこの単結晶層のうち１層の保護膜
のみで覆われている領域のみを自己整合により選択的に
除去した後に、この結果として露出されている単結晶シ
リコン層表面のみを選択的に酸化し、最終的に第２層保
護膜である窒化シリコン嘆５を除去し、全工程を完了し
た。この状態における試料断面構造を第７図に示す。実
施例１と同様に鵠結晶シリコン層１４が酸化膜２によっ
て単結晶シリコン基板１及び他の単結晶領域から誘電分
離された状態で形成されている。又、これラ一連ノプロ
セスは全て第６図に５で示した窒化シリコン膜に対して
自己整合で行なわれたものである。
以上ブリッジングエビタキシーにおいても本発明が効力
を発する事がわかった。
尚、本実施例においても実施例１と同様に、保護膜材料
や１漠厚、照射レーザ光に対して大きな自由度が存在す
ることには変わりはないことは明白である。
〔発明の効果〕
上記説明から明らかなように、本発明によれば、非晶質
基板もしくは薄膜上の所望の領域に粒界を含まない良質
の単結晶半導体薄膜層を形成し、なおかつこれらをその
結晶性に対し自己整合によって誘電分離した上に、同じ
く自己整合により側面の表面酸化処理することが可能に
なるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図２第４図、第５図は本発明の実施例を示す断面図
、第２図はレーザ照射後の結晶成長方向を説明するだめ
の模式図、第３図はレーザ照射後の結晶性を説明するだ
めの図、第６図、第７図は他の実砲例を説明するだめの
断面図である。 １・・・シリコン単結晶基板、２・・・シリコン酸化膜
、３・・・多結晶シリコン層、４・・・第１層保護膜（
シリコン酸化膜）、５・・・第２層保護膜（シリコン窒
化膜）、１１・・・保護膜１層領域、１２・・・保護膜
２層第１図 第　３　図 第４図 面５図 ）５　６　Ｇｎ　′ Ｚ　７　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　下記の工程を含む半導体装置の製造方法（１）　
    絶縁性基板あるいは薄膜上に形成した非晶質あるいは多
    結晶半導体薄膜、層を大出力レーザ光照射を用いた局所
    的加熱により融解、再結晶化する事によりこれを単結晶
    化する工程において渦紋半導体薄膜層上に予め照射レー
    ザ光に対し光学的に透明である物質を用いて保護膜を形
    成する工程。 （２）上記保護膜上に耐酸化性を有しなおかつ上記レー
    ザ光に対し光学的に透明である物質を用いて第２の保護
    膜を形成した後、所望の領域のみを除いてこれを除去す
    る工程・ （３）　レーザ照射により上記半導体層を単結晶化した
    後に上記第２の保護膜の除去された領域下の半導体層の
    みを選択的かつ自己整合的に除去する工程。 （４）上記（３）によって得られた構造を酸化性雰囲気
    中で熱処理する事によって、上記半導体層のうち、保護
    膜によって被覆されていない領域のみ−を選択的かつ自
    己整合的に酸化する工程。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011082489A (ja) * 2009-07-16 2011-04-21 Kobe Steel Ltd リアクトル

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011082489A (ja) * 2009-07-16 2011-04-21 Kobe Steel Ltd リアクトル
US8614617B2 (en) 2009-07-16 2013-12-24 Kobe Steel, Ltd. Reactor

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