JPS61135110A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS61135110A JPS61135110A JP59257992A JP25799284A JPS61135110A JP S61135110 A JPS61135110 A JP S61135110A JP 59257992 A JP59257992 A JP 59257992A JP 25799284 A JP25799284 A JP 25799284A JP S61135110 A JPS61135110 A JP S61135110A
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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。
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製造方法のうち、特にＳＯＩ構造
半導体装置における単結晶半導体層の形成方法に関する
。
半導体装置における単結晶半導体層の形成方法に関する
。
半導体集積回路（ＩＣ）は需要の拡大と共に、ＬＳｌ、
ＶＬＳＩと二次元（平面的）領域で微細化、高集積化さ
れてきたが、その微細化にも限度があって、それを更に
高集積化するための手段として、現在、立体的に積み上
げる三次元デバイスが鋭意検討されている。
ＶＬＳＩと二次元（平面的）領域で微細化、高集積化さ
れてきたが、その微細化にも限度があって、それを更に
高集積化するための手段として、現在、立体的に積み上
げる三次元デバイスが鋭意検討されている。
この三次元デバイスの基礎になるのが、５ｏｌ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造の半導体素
子で、それは、絶縁基板上に非単結晶性半導体層を被着
し、ビームアニールして単結晶化し、その単結晶半導体
層に素子を形成する方法によって作成される。かくして
、このような半導体素子が絶縁膜を介して多層に積み上
げられて三次元ＬＳＩが形成される。
ｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造の半導体素
子で、それは、絶縁基板上に非単結晶性半導体層を被着
し、ビームアニールして単結晶化し、その単結晶半導体
層に素子を形成する方法によって作成される。かくして
、このような半導体素子が絶縁膜を介して多層に積み上
げられて三次元ＬＳＩが形成される。
しかし、そのＳｏＩ構造の基台となる単結晶半導体基板
は、各種の半導体材料からの作成が可能で、できるだけ
結晶品位が高く、且つ、その素子形成領域は、任意な大
きさに形成できる自由度の高い領域であることが望まれ
る。
は、各種の半導体材料からの作成が可能で、できるだけ
結晶品位が高く、且つ、その素子形成領域は、任意な大
きさに形成できる自由度の高い領域であることが望まれ
る。
［従来の技術］
従来より良く知られているＳＯＩ構造半導体基板の作成
方法は、第３図（ａ）、 （ｂｏｏ）工程断面図に示し
ているように、絶縁基板１の上に膜厚４０００人の多結
晶シリコン層２゛を化学気相成長（ＣＶＤ）法によって
被着させ、その上から連続アルゴンレーザ（ＣＷ −Ａ
ｒ Ｌａ５ｅｒ）ビームをスキャンニング（走査）して
加熱熔融させる。そうして、同図山）に示すように、漸
次に冷却固化して、多結晶シリコン層を再結晶化シリコ
ン層２に変成させる。その時、連続アルゴンレーザのレ
ーザ出力はＩＯＷ。
方法は、第３図（ａ）、 （ｂｏｏ）工程断面図に示し
ているように、絶縁基板１の上に膜厚４０００人の多結
晶シリコン層２゛を化学気相成長（ＣＶＤ）法によって
被着させ、その上から連続アルゴンレーザ（ＣＷ −Ａ
ｒ Ｌａ５ｅｒ）ビームをスキャンニング（走査）して
加熱熔融させる。そうして、同図山）に示すように、漸
次に冷却固化して、多結晶シリコン層を再結晶化シリコ
ン層２に変成させる。その時、連続アルゴンレーザのレ
ーザ出力はＩＯＷ。
ビームスポット径は３０〜５０μｍ、走査速度はｌ０Ｃ
ＩＩＩ／ｓｅｃ程度にする。
ＩＩＩ／ｓｅｃ程度にする。
この場合に、結晶粒界が消えて完全に単結晶化された、
結晶品質の良い単結晶シリコン層を得ることが重要で、
そのために、種々の付随的手法が考えられている。例え
ば、第４図に示すように、照射ビームの反射を防止する
目的で、窒化シリコン（Ｓｉ３ Ｎａ ）膜３を選択的
に被覆し、熱分布を制御する作成方法が行なわれている
。この方法は、照射ビームを紙面に垂直な方向に走査す
ると、Ｓｉ３Ｎ４膜の下が高温になって、両Ｓｉ３Ｎ４
膜３の中央が最も低温となるから、その低温部分に最初
にシード（種）が発生し、そのシードから固化が拡がっ
て単結晶化し易く、結晶品質の良い単結晶シリコン層が
作成されるものである。
結晶品質の良い単結晶シリコン層を得ることが重要で、
そのために、種々の付随的手法が考えられている。例え
ば、第４図に示すように、照射ビームの反射を防止する
目的で、窒化シリコン（Ｓｉ３ Ｎａ ）膜３を選択的
に被覆し、熱分布を制御する作成方法が行なわれている
。この方法は、照射ビームを紙面に垂直な方向に走査す
ると、Ｓｉ３Ｎ４膜の下が高温になって、両Ｓｉ３Ｎ４
膜３の中央が最も低温となるから、その低温部分に最初
にシード（種）が発生し、そのシードから固化が拡がっ
て単結晶化し易く、結晶品質の良い単結晶シリコン層が
作成されるものである。
これを熱吸収制御方式と云うが、その他にもラテラルエ
ピタキシャル成長法のような結晶成長の核になる部分を
設けてお（成長核制御方式なども提案され、このような
結晶品質を向上するための色々の補助的手法が提案され
ている。
ピタキシャル成長法のような結晶成長の核になる部分を
設けてお（成長核制御方式なども提案され、このような
結晶品質を向上するための色々の補助的手法が提案され
ている。
［発明が解決しようとする問題点コ
しかし、このような従来の単結晶半導体基板の作成方法
は、多結晶シリコン層のような非結晶半導体層に直接的
に照射エネルギーを吸収させる方式が多く、そのため、
その非結晶半導体層が吸収し易くて加熱溶融され易い種
類のエネルギービームを照射する方法が採られている。
は、多結晶シリコン層のような非結晶半導体層に直接的
に照射エネルギーを吸収させる方式が多く、そのため、
その非結晶半導体層が吸収し易くて加熱溶融され易い種
類のエネルギービームを照射する方法が採られている。
例えば、上記例のように、多結晶シリコン層を照射して
走査するレーザビームには通常、アルゴンレーザビーム
が使用され、炭酸ガスレーザ等は使用されていない。そ
れは、アルゴンレーザの波長（４８５０人、５１４５人
）はシリコンに吸収され易く、閑散ガスレーザの波長（
１０，６μｍ）はシリコンに吸収され難いためで、炭酸
ガスレーザは寧ろ多結畢シリコン層を透過してしまう。
走査するレーザビームには通常、アルゴンレーザビーム
が使用され、炭酸ガスレーザ等は使用されていない。そ
れは、アルゴンレーザの波長（４８５０人、５１４５人
）はシリコンに吸収され易く、閑散ガスレーザの波長（
１０，６μｍ）はシリコンに吸収され難いためで、炭酸
ガスレーザは寧ろ多結畢シリコン層を透過してしまう。
しかし、このように、エネルギービームの種類が限定を
受けることは、半導体材料によってビームの種類を換え
なければならない不都合があり、且つ、第４図に説明し
た反射防止膜を用いて、高品質な単結晶半導体層を形成
すると、ストライプ状にのみ単結晶半導体層が形成され
、そのストライプ状の単結晶半導体層の位置が一定化さ
れて、そのために素子形成領域が限定され、回路の設計
が規制を受ける問題がある。
受けることは、半導体材料によってビームの種類を換え
なければならない不都合があり、且つ、第４図に説明し
た反射防止膜を用いて、高品質な単結晶半導体層を形成
すると、ストライプ状にのみ単結晶半導体層が形成され
、そのストライプ状の単結晶半導体層の位置が一定化さ
れて、そのために素子形成領域が限定され、回路の設計
が規制を受ける問題がある。
本発明は、このような問題点を除去して、任意の位置に
素子領域が形成できる自由度の高い三次元デバイス用半
導体基板が形成される製造方法を提案するものである。
素子領域が形成できる自由度の高い三次元デバイス用半
導体基板が形成される製造方法を提案するものである。
［問題点を解決するための手段］
その問題は、非単結晶半導体層上に窓部を設けたエネル
ギー吸収膜を被覆し、該エネルギー吸収膜をビームアニ
ールして、該エネルギー吸収膜からの熱伝導により前記
非単結晶半導体層を熔融し、次いで、前記窓部の中心か
ら冷却固化させて、該窓部の非単結晶半導体層を単結晶
半導体層に再結晶化する工程が含まれる半導体装置の製
造方法によって解決される。
ギー吸収膜を被覆し、該エネルギー吸収膜をビームアニ
ールして、該エネルギー吸収膜からの熱伝導により前記
非単結晶半導体層を熔融し、次いで、前記窓部の中心か
ら冷却固化させて、該窓部の非単結晶半導体層を単結晶
半導体層に再結晶化する工程が含まれる半導体装置の製
造方法によって解決される。
例えば、非単結晶シリコン層上に窓部を設けた二酸化シ
リコン膜を被覆し、該二酸化シリコン膜を炭酸ガスレー
ザによってビームアニールして、該二酸化シリコン膜か
らの熱伝導により前記非単結晶シリコン層を溶融し、次
いで、前記窓部の中心から冷却固化させて、該窓部の非
単結晶°シリコン層を単結晶シリコン層に再結晶化する
工程が含まれる半導体装置の製造方法によって作成する
。
リコン膜を被覆し、該二酸化シリコン膜を炭酸ガスレー
ザによってビームアニールして、該二酸化シリコン膜か
らの熱伝導により前記非単結晶シリコン層を溶融し、次
いで、前記窓部の中心から冷却固化させて、該窓部の非
単結晶°シリコン層を単結晶シリコン層に再結晶化する
工程が含まれる半導体装置の製造方法によって作成する
。
［作用コ
即ち、任意の位置に窓部を設けたエネルギー吸収膜にエ
ネルギービームを吸収させ、そのエネルギー吸収膜を加
熱して、それによって非単結晶半導体層を加熱溶融する
。次いで、窓部の中心から徐々に冷却させて単結晶化し
、その窓部に単結晶半導体層を形成させる所謂、傍熱型
の窓部単結晶化方式である。
ネルギービームを吸収させ、そのエネルギー吸収膜を加
熱して、それによって非単結晶半導体層を加熱溶融する
。次いで、窓部の中心から徐々に冷却させて単結晶化し
、その窓部に単結晶半導体層を形成させる所謂、傍熱型
の窓部単結晶化方式である。
このような傍熱型のビームアニールを行なえば、半導体
材料の種類に無関係にエネルギービームが選択できて、
且つ、同一基板上において、任意の位置に窓部を設けて
、そこに素子領域を形成することができるために、所望
電子回路の設計に都合の良い基板が形成できる。
材料の種類に無関係にエネルギービームが選択できて、
且つ、同一基板上において、任意の位置に窓部を設けて
、そこに素子領域を形成することができるために、所望
電子回路の設計に都合の良い基板が形成できる。
［実施例］
非単結晶半導体層にエネルギービームを吸収させずに、
エネルギー吸収膜にエネルギービームを吸収させる方式
は既に公知化されているが、本発明はそれを更に一歩進
めて、高品質な単結晶半導体層を形成する窓部の単結晶
化方式である。
エネルギー吸収膜にエネルギービームを吸収させる方式
は既に公知化されているが、本発明はそれを更に一歩進
めて、高品質な単結晶半導体層を形成する窓部の単結晶
化方式である。
以下２図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図（Ｊｌ）、 （ｂ）は本発明にがかる一実施例と
しての、単結晶シリコン層の形成方法の工程順断面図を
示している。同図（ａｌにおいて、１１は絶縁基板。
しての、単結晶シリコン層の形成方法の工程順断面図を
示している。同図（ａｌにおいて、１１は絶縁基板。
１２°は膜厚４０００人程度０多結晶シリコン層、１３
は同程度の膜厚の二酸化シリコン（Ｓｉ０２）膜で、５
ｉ０２膜１３がエネルギー吸収膜、 ＷＤがエネルギー
吸収膜に設けた窓である。かくして、上面から炭酸ガス
レーザを走査し、５ｉ０２膜１３を加熱して、その熱を
多結晶シリコン層１２′に伝達する。
は同程度の膜厚の二酸化シリコン（Ｓｉ０２）膜で、５
ｉ０２膜１３がエネルギー吸収膜、 ＷＤがエネルギー
吸収膜に設けた窓である。かくして、上面から炭酸ガス
レーザを走査し、５ｉ０２膜１３を加熱して、その熱を
多結晶シリコン層１２′に伝達する。
炭酸ガスレーザの波長は、５ｔｏ２膜に吸収され易く、
シリコンには吸収され難いから、５ｉ０２膜１３が加熱
される。且つ、融点の高い５ｉ０２Ｎｊｌ１３は熔融せ
ずに、融点の低い多結晶シリコン１１１１１２°が溶融
される。
シリコンには吸収され難いから、５ｉ０２膜１３が加熱
される。且つ、融点の高い５ｉ０２Ｎｊｌ１３は熔融せ
ずに、融点の低い多結晶シリコン１１１１１２°が溶融
される。
一方、窓部りの中ば上面にエネルギー吸収膜がなく、側
方からの伝導で加熱されて溶融されるが、その加熱温度
はエネルギー吸収膜下より低く、特に中心点は最も低い
温度となる。
方からの伝導で加熱されて溶融されるが、その加熱温度
はエネルギー吸収膜下より低く、特に中心点は最も低い
温度となる。
従って、それを徐々に冷却すると、最初に窓の中の中心
点が固化し、それを核として単結晶層が周囲に成長し、
第１図（ｂｌに示すように、高品質な単結晶シリコン層
１２が形成される。なお、第２図はこのような第１図（
ｂｌの斜視断面図を示している。
点が固化し、それを核として単結晶層が周囲に成長し、
第１図（ｂｌに示すように、高品質な単結晶シリコン層
１２が形成される。なお、第２図はこのような第１図（
ｂｌの斜視断面図を示している。
このような方法を用いれば、半導体材料に限定されるこ
となく、エネルギービームとエネルギー吸収膜との関係
を勘案するだけで、総ての半導体材料膜を単結晶化でき
る。従って、単結晶化のための、種々のエネルギー源を
準備する必要がなく ′なって、そのエネルギー源の費
用が安価になる利点が得られる。 ・ 且つ、窓ＷＤの内に形成される単結晶シリコン層１２の
結晶品質は高く、更に、任意の位置に窓部を設けて、単
結晶シリコン領域が形成できるから、電子回路の設計に
高い自由度が得られる。
となく、エネルギービームとエネルギー吸収膜との関係
を勘案するだけで、総ての半導体材料膜を単結晶化でき
る。従って、単結晶化のための、種々のエネルギー源を
準備する必要がなく ′なって、そのエネルギー源の費
用が安価になる利点が得られる。 ・ 且つ、窓ＷＤの内に形成される単結晶シリコン層１２の
結晶品質は高く、更に、任意の位置に窓部を設けて、単
結晶シリコン領域が形成できるから、電子回路の設計に
高い自由度が得られる。
［発明の効果］
以上の説明から判るように、本発明は設計の高い自由度
が得られる各種の半導体材料からなる単結晶基板の形成
方法で、本発明によれば三次元Ｌ３１の多様化、高密度
化、高性能化に大きく寄与するものである。
が得られる各種の半導体材料からなる単結晶基板の形成
方法で、本発明によれば三次元Ｌ３１の多様化、高密度
化、高性能化に大きく寄与するものである。
第１図（ａｌ、 （ｂｌは本発明にがかる一実施例の形
成方法の工程順断面図、 第２図は第１図中）の斜視断面図、 第３図（ａ）、 （ｂ）は従来の一実施例の形成方法の
工程順断面図、 第４図は従来の他の実施例の工程断面図である。 図において、 ■、１１は絶縁基板、 ２．１２は単結晶シリコン層、 ２’、１２’は多結晶シリコン層、 ３はＳｉ３Ｎ４膜（反射防止膜）、 １３はＳ ｉ Ｏ２膜（エネルギー吸収膜）、−〇は窓 を示している。
成方法の工程順断面図、 第２図は第１図中）の斜視断面図、 第３図（ａ）、 （ｂ）は従来の一実施例の形成方法の
工程順断面図、 第４図は従来の他の実施例の工程断面図である。 図において、 ■、１１は絶縁基板、 ２．１２は単結晶シリコン層、 ２’、１２’は多結晶シリコン層、 ３はＳｉ３Ｎ４膜（反射防止膜）、 １３はＳ ｉ Ｏ２膜（エネルギー吸収膜）、−〇は窓 を示している。
Claims (2)
- （１）非単結晶半導体層上に窓部を設けたエネルギー吸
収膜を被覆し、該エネルギー吸収膜をビームアニールし
て、該エネルギー吸収膜からの熱伝導により前記非単結
晶半導体層を溶融し、次いで、前記窓部の中心から冷却
固化させて、該窓部の非単結晶半導体層を単結晶半導体
層に再結晶化する工程が含まれてなることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - （２）非単結晶シリコン層上に窓部を設けた二酸化シリ
コン膜を被覆し、該二酸化シリコン膜を炭酸ガスレーザ
によつてビームアニールして、該二酸化シリコン膜から
の熱伝導により前記非単結晶シリコン層を溶融し、次い
で、前記窓部の中心から冷却固化させて、該窓部の非単
結晶シリコン層を単結晶シリコン層に再結晶化する工程
が含まれてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257992A JPS61135110A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257992A JPS61135110A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61135110A true JPS61135110A (ja) | 1986-06-23 |
Family
ID=17314032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59257992A Pending JPS61135110A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61135110A (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| US5930608A (en) * | 1992-02-21 | 1999-07-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor in which the channel region of the transistor consists of two portions of differing crystallinity |
| US6323069B1 (en) | 1992-03-25 | 2001-11-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a thin film transistor using light irradiation to form impurity regions |
| US6331717B1 (en) | 1993-08-12 | 2001-12-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd. | Insulated gate semiconductor device and process for fabricating the same |
| US6458200B1 (en) * | 1990-06-01 | 2002-10-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for fabricating thin-film transistor |
| US6500703B1 (en) | 1993-08-12 | 2002-12-31 | Semicondcutor Energy Laboratory Co., Ltd. | Insulated gate semiconductor device and process for fabricating the same |
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| JPS5814524A (ja) * | 1981-07-17 | 1983-01-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS5828328A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-02-19 | Ishizuka Kk | 合成樹脂シ−ト若くはフイルムの高周波による熔着切断処理法 |
| JPS5928328A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1984
- 1984-12-05 JP JP59257992A patent/JPS61135110A/ja active Pending
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