JPS6091624A - 半導体装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体装置の構造、特に絶縁膜上の分離され
た島状の非単結晶領域を高エネルギービーム等の照射に
よるアニールで単結晶化した半導体領域に半導体素子を
形成する半導体装置の構造に関するものである。

従来例の構成とその問題点 ＬＳＩなどの高密度集積回路の集積度の向上とともに、
平面上の加工寸法の縮小による微細化にも限界があり、
そのため厚さ方向へ能動素子領域を積み重ねる構造が要
求されてくる。これを実現するため、絶縁膜上に結晶の
よい多結晶又は単結晶半導体領域を形成させこの半導体
領域に半導体素子をつくることが必要となってくる。

非晶質絶縁膜基板上に半導体単結晶膜を形成する方法の
１つとしてその基板上に非晶質又は多結晶半導体膜を堆
積しておきこれにレーザー光を照射して単結晶に成長さ
せる方法がある。これをデバイスとして用いる場合には
通常半導体単結晶膜をこの絶縁膜に分離して島状に形成
し、その領域を半導体素子領域として半導体装置をつく
る。このとき、レーザー照射前に非晶質又は多結晶半導
体膜を島状に形成してその後レーザー照射して単結晶化
するかあるいはレーザー照射した後にその半導体膜を島
状にパターニングする方法がとられる。

これらの方法を用いて、絶縁膜上の分離された半導体領
域の形成された場合の構造の平面図及び断面図を第１図
ａ及びｂに示す。

すなわち、表面が絶縁物２よりなる基板１上の島状の分
離された半導体領域３に半導体素子を形成するＳｏ　Ｉ
　（５ｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　１ｎｓｕｌａｔｏｚ　）構
造の半導体装置において、絶縁物２上の非晶質半導体或
いは多結晶半導体より形成され島状に分離された薄膜状
の構造をもつ半導体領域３を単結晶化するためレーザー
光等によりアニールする。この場合、一般にそれらの各
半導体領域３の端部は、その領域３の中央部分に比べて
低い温度となり、アニールによる融解後の再結晶化は、
特定の明確な箇所より再現性よく開始するのではなく周
辺部の任意の位置より随時開始する。そのためこの半導
体領域３は、多結晶−になりやすく結晶性のよいものを
得ることは困難である。そこで、その非単結晶領域を、
結晶性のよいグレインサイズの大きな多結晶さらには単
結晶へ再結晶化させることを実現するためには、各半導
体領域３の再結晶化の開始する部分の制御及び熱伝搬の
方向の制御等を適切に行なう必要があり、従来のどと（
ＳＯＩ構造の半導体装置における単なる絶縁膜上に分離
された島状の半導体領域３を単結晶化する方法では、そ
の結晶性にも問題が多く、さらに島の寸法が大きければ
大きいほど単結晶化が困難となる。また、要求される半
導体装置の特性を得ることも困難となる。

つまり、従来の方法での単結晶化における結晶性の悪さ
は、結晶の移動度の低下、リーク電流の増加などの特性
の悪化などの問題をひき起こしたりレーザー光照射によ
る結晶の融解後の再結晶化の際に表面の凹凸の発生など
をひき起こす。

発明の目的 本発明は、ＳＯＩ構造の半導体装置において、基板上の
絶縁膜に分離形成された島状の非単結晶半導体領域を確
実に制御性よく単結晶化することを目的とする。

発明の構成 本発明は、絶縁膜上の島状の非単結晶半導体領域の下方
に選択的に配置形成された高熱伝導性物質のパターンを
絶縁層を介して埋め込んだ構造をもつ半導体装置を提供
するものである。すなわち、本発明は基板上に形成され
、た絶縁膜上の分離された島状の非単結晶領域の単結晶
化のためのレーザー光等のエネルギービーム照射による
熱処理において、再結晶化の開始する部分及び熱伝搬の
方向の制御を有効的に行なうため、その島状の半導体領
域の下方へ選択的に配置形成された高熱伝導性を示す物
質のパターンを絶縁層を介して埋め込んだ構造をとる。

それによって非単結晶半導体領域の一部分と絶縁膜下面
の基板との間の熱抵抗を他の部分との熱抵抗より小さく
でき、エネルギービーム照射後、融解した半導体領域に
おける再結晶化の最初に再結晶化温度に達する部分を、
最適な一箇所に設定し確実に単結晶化させることができ
る。また、前記高熱伝導性物質として高融点金属物質等
を用いることにより半導体装置製造工程中の高温プロセ
スに十分耐えしかも島状の半導体領域間の配線に用いる
ことができる半導体装置である。

実施例の説明 第２図ａ及びす、ｃは、本発明用１の実施例の半導体装
置を示す平面図及び断面図である。説明を容易にするた
め従来例と共通の構成要素の番号は、第１図と同様にし
ている。本実施例においてシリコン基板又は非晶質絶縁
膜１上に５ｉＯ２（二酸化シリコン）又は８１３Ｎ４（
窒化シリコン）等よりなる絶縁膜４を形成する。次に、
非晶質絶縁膜２上に形成する予定の分離された島状の半
導体領域３の下方に選択的に第２図ａ、ｂのように、所
望のパターンのＭｏ、’Ｗ等又はその化合物６を絶縁層
６中に形成する。

そして、この高熱伝導性を示す高融点金属パターンを形
成した層の上に、絶縁物２を介して分離された島状の非
単結晶領域３を設けた構造を形成する。第２図Ｃは、ｂ
において絶縁膜４を除き、その金属パターン６を基板に
形成した構造を示す。

この非単結晶半導体領域３をレーザー光等の照射により
非単結晶半導体領域を融解するに十分な温度になるまで
加熱し、冷却する。このとき、非単結晶半導体領域３よ
り基板１への熱伝導は、その間の絶縁層を介して行なわ
れる。この場合の拒絶層がＳ　ｉＯ２である場合、二酸
化シリコン（Ｓ　１０２　）の熱比抵抗がシリコン半導
体に比べて１０倍程度であるため、Ｓ　１０２　絶縁層
中のＭｏ、Ｗ等の金属パターン６の層を形成した部分は
、実質的に絶縁層が薄い。さらに、シリコンに比べ比熱
がＭＯで％倍、Ｗで％倍であるため、島状の非単結晶領
域３と高融点金属のパターン６と交錯している領域の部
分が非単結晶領域３内で最も低温となり、この部分が最
初に再結晶温度に到達し再結晶化は、この位置より始１
りしだいに島状の領域３全体へ拡がっていく結果、領域
３全体を単結晶化される。

しかも、この金属パターン６の形状を、第２図ａのよう
に島領域３と交錯していない場所で大きな面積の部分を
有する構造とすることにより、熱伝搬による冷却効果を
上げることが可能であり、再結晶化の際の最初に再結晶
化に到達する位置を適切に効果的に設定できる。なお、
領域３は単結晶化後半導体素子が作り込まれる。

第２図Ｃは、基板１がシリコンである場合、　Ｍ。

等の高融点金属パターン６を直接基板１上に比較的薄い
絶縁膜４を介さず形成した構造を示したものである。シ
リコンは、Ｓ　ｚ　Ｏ２の九倍程度の熱比抵抗をもつた
め、金属パターン６を直接基板上に形成して、半導体装
置形成後の電気的特性に影響を与えない場合には、この
非単結晶半導体領域の単結晶化に有効な構造となる。

第３図ａ及びｂは、本発明の第２の実施例を示す平面図
及び断面図である。本実施例において、第３図ａのよう
な形状の島状の非単結晶半導体領域３の単結晶化を行な
う場合に適した構造である。

例えば単一のＭＯ８ＦＥＴ形成のためには１ｏＩｉｍ角
程度の島領域の大きさでよいが、１０Ｘ２０μｍ程度に
大きくなった場合、金属パターン６の形状を、第３図ａ
のように領域３の長方形の形状の一辺の端金部を含み島
状の非単結晶半導体領域３との交錯する部分をもつ構造
とする。この構造をとることに」：す、比較的大きな島
状の半導体領域３の再結晶化の最初に再結晶化温度に達
する部分を効果的に設定するこ吉が可能となる。また、
この島状の半導体領域３へのレーザー光等の照射の場合
に、そのビームの走査の方向を金属パターン６と島状の
半導体領域３との交錯している部分よりその部分から遠
ざかる方向へ走査させることにより、その効果は増大す
る。

第４図ａ及びｂは、本発明の第３の実施例を示す・ 基板１上に薄い絶縁膜４を形成する。次に、島状の非単
結晶半導体領域を形成する部分の下方にその島状の半導
体領域３の最初に再結晶化温度に達する部分を設定し、
その位置を中心に第１層目の高融点金属パターン６を形
成し絶縁膜６で周囲を囲んだ構造にする。その次に、そ
の最初に再結晶化温度に到達させる部分の位置に第２層
目の高融点金属パターン７を形成し、絶縁膜８で囲む。

その上に、非晶質絶縁基板２上の分離された島状の非単
結晶半導体領域３を形成した構造を作る。

第１層目の金属パターン６の面積を比較的広くすること
により島状の半導体領域３から基板１への熱伝導の効率
を上げることができる。また、第２層目の金属パターン
７により、再結晶化の最初に再結晶化温度に達する部分
を第４図ａにおいて島状の半導体領域３の内部の任意の
位置に設定可能である。すなわち上記部分は、その島領
域３の中心部分にできるだけ近い方が最適となる。

第６図は、高熱伝導性物質として高融点金属を用い、か
つ配線パターン６．７として用いた第４の実施例の半導
体装置で、ＭＯ８型デバイスの断面図を示している。こ
のとき、第４図ａ及びｂと比べて構造上の異なる点は、
第２層目の高融点金属パターン７の上面を直接島状の半
導体領域下面に絶縁膜を介さず接触させている構造を持
っていることである。そこで、この場合にその構造が半
導装置形成後に電気的特性や結晶性に問題を生じないよ
うにその接触面積及び位置を適切に設定しておく必要が
ある。第６図において、島状の単結晶半導体領域をＰ型
基板９とし、リン又はヒ素のドープによるＨ＋のンース
及びドレイン領域１０゜ゲート酸化膜１１．ポリシリコ
ンゲート１２゜Ｓ　ｉ０２膜１３及びＡ１配線１４とす
るＭＯ３型デバイスである。この半導体装置における高
融点金属パターン６．７の構造は、すでに実施例で述べ
た非晶質絶縁膜上に分離された島状の半導体領域の単結
晶化の際に大きな効果を持つだけではなく別の効果を持
たせることができる。第６図に示す金属パターン６．７
は図中のＰ型基板９と他の島領域の基板と同電位で例え
ばＧＮＤ線としてつなぐため、金属パターン６を延長し
て別の島領域の基板まで配置形成することができる。さ
らに、ＭＯ３型デバイスの集積回路を形成した場合、そ
の動作時の発熱の抑制の効果をもつ。

一方、第１層目の金属パターン６下面と基板１の上面と
直接接触させた絶縁層４のない構造も、その半導体装置
の特性上問題が生じないかぎり用いることが可能である
。

本発明の第１〜３の実施例における高融点金属物質の代
りに七ラミック等の高熱伝導性物質を用いてもよい。

発明の効果 以上のように、本発明はＳＯＩ構造の半導体装置におい
て、基板上に形成された絶縁膜上に非単結晶半導体領域
をレーザー光等のエネルギー線によりアニールを行ない
単結晶化するとき、その島状の半導体領域の一部分と絶
縁膜と接する基板との間の熱抵抗をその島状の半導体領
域の他の部分より小さくすることにより、その一部分が
再結晶化の隙の最初に再結晶化温度に到達する部分とな
り、その位置よシ再結晶化させることにより単結晶化を
実現できる効果をもつ。この場合、再結晶の開始箇所は
できるだけ島領域の中心に近い方がその効果を増大する
。また半導体素子を形成した島状の半導体領域において
所望の部分を島状の半導体領域の所望の部分と配線にょ
シっなぎ同電位にすることができる効果をもち、またこ
の構造を持つ半導体装置の動作時における発熱を抑制す
る効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは基板上に形成された絶縁膜上に非単結晶
半導体領域を配置した半導体装置の従来の基板的な島状
の半導体領域の構造の平面図、断面図、第２図ａ、ｂは
本発明の第１の実施例の半導体装置の平面図、断面図、
第２図Ｃは同すにおける一部変形断面図、第３図ａ、ｂ
は本発明の第２の実施例の半導体装置の平面図、断面図
、第４図ａ、ｂは本発明の第３の実施例の半導体装置の
断面図、平面図、第６図は本発明の第４の実施例の半導
体装置の断面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・非晶質絶縁膜、３
・・・・・・島状の非単結晶半導体領域、４，５．６・
・・・・・絶縁膜、６．７・・・・・・高融点金属領域
パターン。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上の非晶質絶縁膜上に分離された島状の半導
   体領域を有し、その島状の半導体領域に半導体素子が形
   成され、前記島状の半導体領域の下面一部の下方で前記
   基板と前記島状の半導体領域との間に前記非晶質絶縁膜
   より高い熱伝導性を有する物質が、前記絶縁膜に選択的
   に埋め込み形成されてなることを特徴とする半導体装置
   。
2. （２）非晶質絶縁膜より高い熱伝導性を有する物質は、
   高融点金属又はその高融点金属化合物からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
3. （３）非晶質絶縁膜より高い熱伝導性を有する物質であ
   る高融点金属又はその高融点金属化合物は、配線上して
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
   導体装置。