JPS61106484A - 半導体装置用基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置用基板及びその製造方法

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JPS61106484A
JPS61106484A JP59224625A JP22462584A JPS61106484A JP S61106484 A JPS61106484 A JP S61106484A JP 59224625 A JP59224625 A JP 59224625A JP 22462584 A JP22462584 A JP 22462584A JP S61106484 A JPS61106484 A JP S61106484A
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silicon
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silicon film
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Koji Egami
江上　浩二
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は電子デバイス工業に用いられるシリコン半導体
デバイス製造に必要な半導体装置用基板及びその製造方
法に関するものである。
（従来技術とその問題点） 絶縁体基板上のシリコン膜をレーザビームにより再結晶
化させて、単結晶化する場合、結晶学的方位制御の一つ
として、単結晶シリコン基板表面を絶縁体層で覆い、一
部に開口部を設け、基板シリコンの表面を露出させた後
、シリコン膜を堆積し、レーザでアニールし、基板シリ
コンを種子結晶として用いるＳＯＩ形成法（Ｍ、Ｔａｍ
ｕｒａｅｔ　ａｌ。
Ｊｐｎ−Ｊ−Ａｐｐｌ−Ｐｈｙｓ−１９，Ｌ２３　（１
９８０）　、　）　カ知られている。しかしながら、こ
のような方法では、使用する基板が３ｉ基板に限定され
てしまうことや常に種子領域を残しておく必要がある。
またレーザアニールの条件が種子部と絶縁体層上とで異
なってしまう等の問題点がある。
（発明の目的） 本発明は、このような従来例の欠点、特に種子結晶とし
て単結晶Ｓｉ基板を用いなければならないことを改善す
る目的で、どのような基板、ただし高熱伝導率基板を用
いても配向性が制御された単結晶シリコン膜を基板を種
子結晶とせずにしかも同一条件の１回のレーザアニール
で形成することが可能な、半導体装置用基板及びその製
造方法を提供することにある。
（発明の構成） 本発明によれば、高熱伝導率基板上に低熱伝導率絶縁体
膜が、その一部分が他の部分よりも膜厚が大なる状態で
設けられ、さらに該絶縁体膜上にはシリコン膜が設けら
れ、しかも前記絶縁体膜の他の部分よりも膜厚が小なる
部分上の前記シリコン膜は単結晶であることを特徴とす
る半導体装置用基板か得られる。
更に本発明によれば、高熱伝導率基板上に、その膜厚が
大なる部分と小なる部分とを備えた低熱伝導率絶縁体膜
を形成し、次いで、非晶質もしくは多結晶シリコン膜を
前記絶縁体膜上に形成し、次いで、前記絶縁体膜の膜厚
が小なる部分の上の前記シリコン膜のうち再結晶化させ
たい部分の上に光反射防止膜を形成し、しかる後、レー
ザビームを該光反射防止膜が具備されていない領域がら
該光反射防止膜が具備されている領域へ向って、走査し
て、前記シリコン膜を再結晶化させて、基板垂直方向が
＜１００＞方位であるシリコン単結晶層を形成すること
を特徴とする半導体装置用基板の製造方法が得られる。
（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることにより、従来技術にな
い、シリコン基板を種子結晶として用いずに、＜１００
＞単結晶シリコン膜の形成を可能とした。以下第１図、
第２図を参照して説明する。
第４図り本発明の基本概念を説明するための基板構造の
斜視図、第２図は同じく基板の平面図である。先ず、高
熱伝導率基板ｌ上に膜厚が大きい低熱伝導率絶縁体膜２
が設けられている部分Ｓの上のシリコンＭ３をレーザア
ニールすると、該シリコン膜の熱伝導率が大きいので基
板断面内での横方向の熱拡散が大となって、アニール幅
（’Ｌ）が大きくなる。このときのレーザビームパワー
が、いわゆるシリコンの固相一液相が共存する相を形成
するパワー領域であると、基板垂直方向が４００＞方位
であるシリコン結晶粒が選択的に成長する。
引き続き、レーザビームを反射防止膜４の具備されてい
ない部°分（すなわち、膜厚の大きい低熱伝導率絶縁体
膜２が設けられている部分）から反射防止膜４が設けら
れている部分Ｇへ向って走査すると、レーザビーム径、
レーザ走査速度が一定条件にもかかわらず、レーザアニ
ール条件が変化する。すなわち、反射防止膜４の存在に
より、シリコン膜３へ注入されるレーザパワー効率が高
くなり、シリコンが完全に溶融する状態となる。また、
この反射防止膜４が具備されている部分の下の低熱伝導
率絶縁体膜２の膜厚は小さいので、高熱伝導率基板１へ
向って、基板断面内での縦方向の熱拡散が大となって、
アニール幅（ｄ２）が小さくなる。このとき、前記のア
ニール幅ｄ、との関係はｄ、（ｄ、である。このとき、
上述のごとく、反射防止膜４下のシリコン膜３はいわゆ
るゾーンメルトの状態となり、反射防止膜４の具備され
ていない部分で形成された基板垂直方向が＜１００＞方
位である比較的サイズの小さいシリコン結晶粒を種子結
晶として成長するので、基板垂直方向が４００＞方位で
あるレーザ走査方向に長く伸びた単結晶シリコン膜が形
成される。
（実施例） 以下、本発明の実施例について、第１図、第２図を参照
して詳細に説明する。
１で示した高熱伝導率基板としてシリコンあるいは窒化
アルミニウムを用いた。室温における熱伝導率はそれぞ
れ１．５成６・ｄｅＬｌ〜２Ｖ個・ｄｅｇである。
低熱伝導率絶縁体膜２として二酸化シリコン（ｓｉｏ、
＞を用いた。室温における熱伝導率は、０．０１４Ｗ／
ａｎｄｅｇ・である。
３は再結晶化用シリコン膜で、減圧化学気相成長法、７
００°０で成長させた多結晶シリコン膜である。４で示
した反射防止膜として、窒化シリコンを用いた。
次に、該半導体装置用基板の形成手順について説明する
。ｌとして単結晶シリコン表面を用いた場合について述
べる。先ず、３ｘ３ｍ”の領域の一部０．２Ｘ３″ＩＩ
Ｉ”の領域に通常のリングラフィ技術、ドライエツチン
グ技術を用いて深さ４μｍの溝を加工した。
次に、化学気相成長法で５ｉｏｘ膜を該シリコン基板表
面全面に膜厚４μｍの条件で堆積した。溝領域以外の５
ｒｏｔ膜を除去するために、ケミカルーメカニカルポリ
シング技術を用いて、不必要な５ｉｏｔ膜を取りのぞき
、溝領域以外の部分ではシリコン表面が露出した状態と
した。このとき、溝領域内の５ｉｆｔ膜の膜厚は３．６
μｍとなった。次いで、化学気相成長法でｓｔｏｗ膜を
該基板表面全面に膜厚０．４μｍの条件で堆積した。こ
のとき、ｓｉｏ、膜の膜厚が大なる領域Ｓの膜厚ｔｓは
４μｍ、膜厚が小なる領域Ｇの膜厚ｔｇは０．４μｍで
ある。
次いで、該基板表面上に、原料ガスとしてモノシラン（
ＳｉＨ＋）を用いて、減圧化学気相成長法、７００℃で
、膜厚０．６ａｍの多結晶シリコン膜３を堆積させた。
この多結晶シリコン膜３は堆積した状態で基板垂直方向
が＜１００＞方向に優先配向している。
次いで、基板表面全面に反射防止膜である窒化シリコン
膜４を膜厚６００λの条件で堆積し、通常のりソグラフ
ィ技術、ドライエツチング技術を用いて、前記低熱伝導
率絶縁体膜の膜厚が大なる領域Ｓ　（０，２Ｘ３ｍ−の
大きさ）上の窒化シリコン膜のみ取りのぞいた。以上の
ごとく形成した基板が第１図に示されている。
次に、本発明の半導体装置用基板を製造するためのアニ
ール方法及び結晶学配向性原理について述べる。用いた
レーザビームはＣＷ−Ａ　ｒ＋である。
ビーム径５０μｍ、レーザパワー８Ｗ、走査速度、％／
Ｓ基板加熱温度３００℃の条件で、アニールを行った。
レーザの走査方向は第１図の矢印で示したごとく領域Ｓ
から領域Ｇへ向う方向とした。第２図は、レーザアニー
ル後の状態を示す、基板表面の模式図である。領域Ｓ（
低熱伝導率絶縁体膜２が４μｍと厚い部分）で、いわゆ
る固相一液相が共存する加熱条件でアニールしたところ
、そのアニール幅ｄ１は約６０μｍ、再結晶化して得ら
れた３ｉ結晶粒のサイズは５〜１０μｍで、基板垂直方
向が＜１００＞方位を有するものが高い確率で形成され
ていた。このときの、アニール幅を走査速度で割った値
、ｄｗｅｌｌ　ｔｉｍｅは２０ｍ５ｅｃ、であった。次
に、引き続いて、再結晶化された領域Ｇでは、完全溶融
状態となった。このとき、アニール幅ｄ２は約２０μｍ
再結晶化して得られたＳｉ結晶粒のサイ：Ｘ：４ｔレー
ザの走査方向に長く伸びた５００μｍから１１０Ｉ以上
であった。ｄｗｅ　１１　ｔ　ｉｍｅは約７ｍ５ＣＣ−
であった。
以上のようにして、形成されたＳｌ結晶粒成長領領域で
の再結晶化Ｓｉを、エツチング法、電子チャネリング法
、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉ　５ｓｉｏｎ　ｌｉ；ｌｅｃ
ｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃＯＩ））’）で詳しく好価した
ところ、結晶粒界が見られず、基板垂直方向が＜１００
＞方位を有している単結晶Ｓｉ膜であることが明らかと
なった。
成長のメカニズムとしては、同一条件でレーザアニール
しているのにもかかわらず、領域Ｓでは後の粒成長過程
で種子結晶となる、サイズは比較的小さいが基板垂直方
向が＜１００＞方位である結晶粒が多数形成されており
、引き続き、領域Ｇでは完全溶融状態となり、かつ、前
記の領域Ｓの結晶粒を種結晶として成長して、結晶学的
方位情報を引きついでいることが考えられる。
本実施例では高熱伝導率基板としてシリコン、窒化アル
ミニウムを用いたが、他の基板（アルミナ、シリコンナ
イトライド、サファイア、スピネル、シリコンカーバイ
ド等）を用いても、同様な結果が得られた。またレーザ
としてＣＷ−Ａ　ｒ＋レーザを用いたが、他の波長の異
なるレーザを用いても良く本発明は限定されない。
才た、基板構造において、単結晶シリコン膜の粒成長を
より促進させ、しかも所望の部分のみシリコンを単結晶
化する工夫（たとえば第１図で示せばＳからＧの方向へ
絶縁膜に溝を設けそこｌこシリコン膜をうめこむ、ある
いは反射防止膜をＳからＧの方向へ帯状に形成する）を
施してもよい。
（発明の効果） 単結晶シリコン基板を種子結晶として用いる従来例では
、基板が限定されてしまうが、本発明では用いる基板に
限定されず、まだレーザアニールプロセスを同一条件で
１回で行うことが出来る等の利点があり、その応用範囲
が広い。また、下地基板として、高熱伝導率基板を用い
るために、絶縁体膜上の単結晶シリコン膜に形成される
高集積化されたトランジスタ等のデバイス力１らの発熱
をすみやかに放熱できるという利点も同時に有する。
本発明の製造方法は基板構造の違いを反映して同一条件
でアニールしているのにもかかわらず、一部に＜１．０
０＞方位を有する種子結晶が形成され引き続いて、基板
垂直方向が＜１００＞に配向した結晶粒成長が行われる
。そのため従来のようにＳｉ単結晶基板を種子として用
いる必要がなく、デバイス回路設計の自由度が大きい。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を説明するための基板構造の斜視図。第
２図は本発明の詳細な説明するために用いた、レーザア
ニール後の基板表面の平面図。 箋　１１刀

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）高熱伝導率基板上に伝熱伝導率絶縁体膜がその一
    部分が他の部分よりも膜厚が大なる状態で設けられ、さ
    らに該絶縁体膜上にはシリコン膜が設けられ、しかも前
    記絶縁体膜の他の部分よりも膜厚が小なる部分上の前記
    シリコン膜は単結晶であることを特徴とする半導体装置
    用基板。
  2. （２）高熱伝導率基板上に、その膜厚が大なる部分と小
    なる部分とを備えた低熱伝導率絶縁体膜を形成し、次い
    で、非晶質もしくは多結晶シリコン膜を前記絶縁体膜上
    に形成し、次いで、前記絶縁体膜の膜厚が小なる部分の
    上の前記シリコン膜のうち再結晶化させたい部分の上に
    光反射防止膜を形成し、しかる後、レーザビームを該光
    反射防止膜が具備されていない領域から該光反射防止膜
    が具備されている領域へ向って、走査して、前記シリコ
    ン膜を再結晶化させて、基板垂直方向が＜１００＞方位
    であるシリコン単結晶膜を形成することを特徴とする半
    導体装置用基板の製造方法。
JP59224625A 1984-10-25 1984-10-25 半導体装置用基板及びその製造方法 Pending JPS61106484A (ja)

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