JPS61185917A - 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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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製造方法、特に絶縁膜上の島状非
単結晶シリコン膜をエネルギーを与えることによって島
状単結晶シリコン膜とする方法に関するものである。
［従来のＩ］ 従来、絶縁膜上に島状に形成した非晶質シリコン或は多
結晶シリコン膜からなる非単結晶シリコン膜を、エネル
ギーを与えることにより単結晶化させ、島状単結晶シリ
コン膜を形成する場合において、エネルギーを与えるこ
とによるシリコンの熔融状態に起因する表面の凹凸状の
変形が発生することがあった。
さらには、島状非単結晶シリコン膜の下面にある絶縁基
板或は絶縁膜が二酸化シリコンにより形成されている場
合には、熔融状態のシリコンと二酸化シリコンとの濡れ
の悪さに起因して、熔融状態のシリコンが液滴状に丸く
変形するか、又は冷却再結晶化した島状単結晶シリコン
膜が下面の絶縁基板或は絶縁膜から剥離を生じることが
あった。
これらの変形や剥離を防止することを目的として、島状
非単結晶シリコン膜の上面に二酸化シリコンや窒化シリ
コンからなる絶縁膜を独自に又は各々一層づつ重ねて形
成してエネルギーを与える方法が０されている（特開昭
５７−２０８１２．　５８−１２３２０）、又、二酸化
シリコン膜及び窒化シリコン膜を一層づつ重ねて形成す
ることは製造方法を非常に複雑化する欠点を有していた
。
［発明の解決しようとする問題点］ 従来、提案されている方法において島状非単結晶シリコ
ン膜の上面に形成する絶縁膜として二酸化シリコンを用
いた場合は、エネルギーを与えることによる熔融状態の
シリコンの上で二酸化シリコン膜も軟化し得られた島状
単結晶シリコン膜の変形による凹凸の発生を防止する点
で不充分であった。これは二酸化シリコンの軟化温度が
シリコンの熔融温度に近いことに起因していると思われ
る。
他方、窒化シリコンを用いた場合は、得られた島状単結
晶シリコン膜に亀裂を生じることがある。これは、窒化
シリコンが熔融シリコンとの濡れが非常に良いことに加
えて、さらに窒化シリコンと単結晶シリコンとでヤング
率が約１桁異ることに起因している二１１思われる。
従来の二酸化シリコン或は窒化シリコンからなる絶縁膜
を島状非単結晶シリコン膜の上面に形成してエネルギー
を与える方法は前述の様に効果の点で不充分であって、
問題点を有していた。
［問題を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
、絶縁基板或は、絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を島状
に形成し、エネルギーを与えることにより前記島状の非
単結晶シリコン膜を単結晶膜となし、この島状単結晶シ
リコン膜に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法
において、前記島状の非単結晶シリコン膜の上面にシリ
コンオキシナイトライド膜を形成してエネルギーを与え
ることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明においては、絶縁基板或は絶縁膜上に非単結晶シ
リコン膜を形成する。この絶縁性基板或は絶縁膜を有す
る基板としては、石英ガラス、耐熱性ガラス、カーボン
、七九↓九りス。
シリコン等の上に必要に応じてＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３。
５ｉＯＮ、　Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁膜を形成したものが使
用でき、後述するアニール時に基板或は絶縁膜が溶融し
ないものであればよい。
このような、絶縁基板或は絶縁膜を形成した基板上に、
非晶質シリコン又は多結晶シリコンからなる非単結晶シ
リコン膜をＣＶＤ法等で形成する。この膜厚は目的によ
り適宜定められればよいが一般的には１０００ｎ麿以下
程度とされる。
この非単結晶シリコン膜は、直接島状に形成されてもよ
いし、全面に形成後フォトリソグラフィーで島状にエツ
チングしてもよいし、後述のシリコンオキシナイトライ
ド膜（ＳｉＯＮ）と同時にフォトリソグラフィーで島状
にエツチングしてもよい。
次いでシリコンオキシナイトライド膜を形成する。この
膜は、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ、蒸着等
種々の方法で形成されればよ〈、その脱匣はその謹の光
学信性、ち密彦幕工濾慮して適宜定められればよいが、
一般的には５０〜５００ｎ璽程度とされる。これは、　
５００ｎ層を越えるとシリコン膜にかかるストレスが大
きくなり、又、５０ｎ■未満では本発明の効果が充分発
揮できないことがあるためである。
このシリコンオキシナイトライド膜は、島状にフォトリ
ソグラフィーでエツチングされてもよいし、全面に形成
したままでもよい、また。
このシリコンオキシナイトティド膜の上に５ｉ０２等の
他の薄膜を形成して反射率を低めレーザー光の吸収効率
を上げることもできる。
その後、単結晶化したい部分のシリコンに、レーザー光
、リボンヒーター或はストリップヒーター等を用いてエ
ネルギーを与え、単結晶化する。
なお、この外１本発明は多層構造の半導体装置の製造に
も使用でき、例えば既に回路を形成した半導体基板上を
本発明における基板として用いてもよい。
なお、本発明でいう単結晶膜とは、従来からインボッＨ
が等で形成された本来の狭義の単結晶のように均一なも
のばかりでなく、狭義の単結晶に近い膜である結晶粒界
（グレンパウンダリー）により分割されている膜も含み
、結晶粒界における結晶方位のずれの少ない、いわゆる
サブグレンバウンダリーを有している膜であってもよい
、このサブグレンバウンダリーは無い方がトランジスタ
の特性上好ましいが、大型のトランジスタの場合はあっ
ても影響が少ないため、用途により使いわけられればよ
い。
［作用］ 本発明では、絶縁基板或は絶縁膜上の非晶質シリコン又
は多結晶シリコンからなる島状非単結晶シリコン膜の上
面に形成する絶縁膜としてのシリコンオキシナイトライ
ドが軟化温度、ヤング率、熔融シリコンとの濡れ性、及
び熱膨張率等において、二酸化シリコンと窒化シリコン
の中間の値を有することによりもたらされる。
［実施例］ 以下、本発明を実施例により図面を用いて詳細に説明す
る。
第２図において、上面を鏡面研磨した厚さ約０．４腸■
の石英ガラス基板（１）上にモノシラン（ＳｉＨｎ）を
用いた化学気相成長法（ＣＶＤ）により、厚さ約４００
ｎ園の多結晶シリコン膜（２）を基板全面に形成した。
このとき、多結晶シリコン膜の形成温度として約６５０
℃としたが、約６００℃以上で多結晶となり、それより
高温になるに従って粒径が増大すること、及び逆に約６
００℃未満では、非晶質となることが知られているが何
れの多結晶、非晶質シリコン膜においても。
本発明の実施において、同等の結果が得られることを確
認した。
第３図において、前記の多結晶シリコン膜をフォトリソ
グラフィーによって、パターニングし、島状多結晶シリ
コン膜（３）とした。
第４図において、前記島状多結晶シリコン膜を有する基
板全面にモノシランとアンモニア（ＮＨ３）及び二酸化
炭素（ＣＯ２）を用いた化学気相成長法により、シリコ
ンオキシナイトライド膜を厚さ約　１０Ｏｎ腸形成し、
次いてうフォトリソグラフィーにより島状多結晶シリコ
ン膜の上面部分にのみシリコンオキシナイトライド膜（
０をパターニングした。このとき、シリコンオキシナイ
トライド膜をフォトリソグラフィーで除去しなくてもよ
い。
第５図において、表面を連続発振のアルゴンレーザー光
を用いて走査しエネルギーを与えた。レーザー光のエネ
ルギーは約１０Ｗでよく。
走査速度は約１００１１００ｌ　ｃであった。このエネ
ルギーを与える方法として、他のレーザー光を用いても
よいし、リボンヒーターやストリップヒーターを用いて
もよい、これによって前記島状の多結晶シリコン膜が熔
融状態（５）となり次いで冷却し再結晶化できる。
第１図に、再結晶化が完了した状態を示す。
ここで島状単結晶シリコン膜（８）は、変形がみられず
凹凸が起っていなく、又、亀裂の発生もなく、さらに剥
離等も起っていないことが判明した。又、上面にあるオ
キシナイトライド膜はフロンガス（ＣＨＦ３）を用いた
ドライエッ＋ｙグ工程により簡単に除去でき、得られた
島状単結晶シリコン膜に半導体素子を形成し半導体装置
となすことができた。
第２図において多結晶シリコン膜を形成する場合基板に
石英ガラスでなく、表面に二酸化シリコン膜を形成した
単結晶シリコン基板を用いても本発明の実施において同
等の結果が得られる。
又、第４図において、シリコンオキシナイトライド膜の
厚さは多結晶シリコン膜上に形成された誘電体薄膜とし
て各界面からの干渉反射率を決定づけるので、レーザー
エネルギーの反射をできるだけ少なくする様に光学条件
から詳細に導いた膜厚を決定することが好ましい。
［発明の効果］ 以上の如く本発明はエネルギーを与えることにより島状
単結晶シリコン膜となすための島状非単結晶シリコン膜
の上面にシリコンオキシナイトライド膜を形成しておく
ことを特徴とするもρ３、変形や亀裂剥離のない島状単
結晶シリコン膜を得ることができる優れたものである。
実施例として、島状非単結晶シリコン膜にエネルギーを
与えることにより島状単結晶シリコン膜となす場合につ
いてのみ示したが、本発明の実施においては、島状非単
結晶シリコン膜にエネルギーを与えることによって、結
晶成長させて、島状単結晶シリコン膜に至らしめず、粒
径の大きい、島状多結晶シリコン膜となす場合にも適用
可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図から第５図は、本発明の一実施例を示している０
図中（１）は石英ガラス基板、（２）は多結晶シリコン
膜、（３）は、島状多結晶シリコン膜、（０はシリコン
オキシナイトライド膜（５）は熔融状態の島状シリコン
膜、（６）は再結晶化後の島状単結晶シリコン膜である
。 葉　１　　図 第　２　　図 弗　３　　回 第　４　　回 第　　５　　函

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）絶縁基板或は絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を島
    状に形成し、エネルギーを与えることにより前記島状の
    非単結晶シリコン膜を単結晶膜となしこの島状単結晶シ
    リコン膜に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法
    において、前記島状の非単結晶膜の上面にシリコンオキ
    シナイトライド膜を形成して、エネルギーを与えること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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