JPS61270812A - 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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JPS61270812A
JPS61270812A JP61112818A JP11281886A JPS61270812A JP S61270812 A JPS61270812 A JP S61270812A JP 61112818 A JP61112818 A JP 61112818A JP 11281886 A JP11281886 A JP 11281886A JP S61270812 A JPS61270812 A JP S61270812A
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layer
silicon
semiconductor device
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recrystallizable
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サブラマニアン・ラメシュ
アンドレ・エム・マーチネツ
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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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】 本発明は、基板上に二酸化珪素より成る副層或いはこの
基板に熱的に適合する副層を形成し、この副層上に非晶
質珪素或いは多結晶珪素より成る再結晶可能層を重畳し
、この再結晶可能層上に少なくとも１つの保護絶縁層を
形成し、次に前記の再結晶可能層を単結晶珪素層に変換
することにより、基板上に単結晶珪素層を有する半導体
装置を製造方法に関するものである。
基板上の単結晶珪素層は多くの半導体装置に用いられて
いる。このような単結晶珪素層はフラットパネルディス
プレイ用の大面積装置アレイを形成したり、高電圧・高
周波集積装置用の誘電絶縁装置を形成したり、その他の
多くの用途に適用したりするのに有効である。
上述した種類の方法は、１９８４年に発行されたＭａｔ
、、Ｒｅｓ、Ｓｏｃ、　Ｓｙｍｐ、Ｐｒｏｃ、Ｖｏｌ、
３３においてＨ，バウムガー）　（Ｂａｕｍｇａｒｔ）
氏等により発表されており、既知である。
副層は基板の上側面上の完全な絶縁層を構成し、これに
より、基板と珪素層との間の熱膨張係数の相違による結
晶珪素層の亀裂のおそれを減少させる傾向がある。保護
（ｃａｐｐｉｎｇ）層は溶融珪素が再結晶中に凝集（ア
グロメレーション）するのを防止するとともに特に再結
晶可能層を単結晶層に変換している際に多結晶珪素層が
大気中の不純物により汚染されるのを防止する作用をし
、しかも装　　　　　１置の製造中単結晶珪素層に対す
る絶縁体としても作用する。
しかし、特に再結晶可能層を単結晶珪素層に変換してい
る際に、再結晶された珪素層が保護層や副層からの酸素
その他の不純物により汚染されるという問題が依然とし
て存在する。更に、再結晶中保護層が珪素層から物理的
に分離したり破壊したりする追加の問題が存在する。
本発明の目的は、基板上の、非晶質珪素或いは多結晶珪
素より成る再結晶可能層であり、少なくとも１つの保護
用絶縁層により被覆された当該再結晶可能層を単結晶珪
素層に変換することにより基板上に単結晶珪素層を形成
する方法であって、再結晶中得られる単結晶珪素層から
保護層が分離されるおそれを最小にするとともに、単結
晶珪素層が他の層からの不純物により汚染されるおそれ
を最小とした方法を提供せんとするにある。
本発明の他の目的は、絶縁保護された単結晶珪素層を基
板上に有する新規な積層構造体であって、特にトランジ
スタ装置を製造する通常の珪素技術に適用しうる積層構
造体を提供することにある。
本発明方法は、基板上に二酸化珪素より成る副層或いは
この基板に熱的に適合する副層を形成し、この副層上に
非晶質珪素或いは多結晶珪素より成る再結晶可能層を重
畳し、この再結晶可能層上に第なくとも１つの保護絶縁
層を形成し、次に前記の再結晶可能層を単結晶珪素層に
変換することにより、基板上に単結晶珪素層を有する半
導体装置を製造するに当り、前記の保護層を形成する前
に、窒化、珪素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニ
ウムより成る群から選択した薄肉緩衝層を前記の再結晶
可能層上に形成することを特徴とする。
薄肉の緩衝層は再結晶可能層および保護層の双方になじ
む傾向にあるという事実の為に、保護層と得られた単結
晶珪素層との間が分離する右それを著しく減少せしめる
傾向がある。−更に、緩衝層は保護層と再結晶可能層と
の間の障壁を構成する為、得られた単結晶珪素層が特に
再結晶中に保護層からの酸素その他の不純物により汚染
されるおそれを最小とする。
保護−と再結晶可能層との間に位置する緩衝層は保護層
が単結晶珪素層から分離したり破壊したりするおそれを
無くす作用をするとともに、保護層を汚染させることに
よる単結晶珪素層の汚染を最小にする作用をするも、窒
化珪素或いは窒化アルミニウム或いは酸化アルミニウム
の追加の薄肉緩衝層を副層と再結晶可能珪素層とに接触
させることにより、副層からの不純物により再結晶可能
層が汚染されるおそれをも最小にしうる。この追加の薄
肉緩衝層も積層構造体の機械的強度を更に高める作用を
する。
単結晶珪素層の大部分の汚染は多結晶珪素層の再結晶中
に行われるが、後の製造中にも汚染が行われるおそれが
ある。この場合でも薄肉緩衝層は単結晶珪素層の追加の
汚染を防止する作用をする。
以下、図面につき本発明を説明する。
図面は本発明方法による半導体装置の積層構造体を示す
断面図である。
基板１としては半導体技術において周知の材料を用いる
ことができ、このような材料の例は、石英、ガラス、単
結晶珪素およびサファイアである。
基板の厚さは一般に約０．２〜２　＋１１ＤＩであるも
、この範囲とは可成り異ならせることができる。
基板１上には、二酸化珪素、或いは二酸化珪素母料中に
珪素微結晶（シリコンクリスタリット）が混合されたも
ののような珪素濃縮二酸化珪素、或いは二酸化珪素ガラ
ス、或いは基板１と熱的に適合する他の材料より成る１
つ以上の副層２を通常化学蒸着（ＣＶＤ）技術により、
好ましくは低圧化学蓋１着（ＬＰＣＶＤ）技術により形
成する。この或いはこれらの副層の全体の厚さは一般に
約５０ｎｍ〜３μｍとする。
二酸化珪素母料中に珪素微結晶が混合されたものより成
る副層２すなわち半絶縁膜は珪素の熱膨張係数と二酸化
珪素或いは石英の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有す
るとろいことを確かめた。
このような半絶縁膜は化学蒸着（ＣＶＤ）技術により低
圧力で設けることができる。例えば、シラン（ＳｉＨ４
）と亜酸化窒素（Ｎ２０）或いは二酸化炭素（ＣＯ□）
のいずれかとの混合物は、加熱されある程度排気された
室内で反応し、半絶縁層の薄膜を絶縁基板の表面上に堆
積する。このような方法はＭａｔ、Ｒｅｓ。
Ｓａｃ、　Ｓｙｍｐ、Ｐｒｏｃ、Ｖｏｌ、３３　（１９
８４）にＨ，バウムガート（Ｂａｕｍｇａｒｔ）氏等に
よって説明されている。
シランと亜酸化窒素との混合物に対し用いられる代表的
な堆積技術には約６５０℃の温度、約０．３トルの圧力
および２：１のシラン対亜酸化窒素の比の使用を伴う。
これらの条件の下では、シランと亜酸化窒素とは二酸化
珪素母料中に非晶質の珪素が混合されたものに変換され
、Ｎ２およびＮ２０の気体生成物が放出される。これに
より半絶縁膜が少なくとも１ミクロンの厚さまで成長さ
れる。
ＳｉＨ４およびＮ２０の反応により形成された半絶縁膜
は本質的に非晶質の珪素と二酸化珪素との混合物より成
る。
この半絶縁膜を約９００℃〜１１００℃の温度まで加熱
することによりこれをアニーリング処理した後、次に被
着する多結晶珪素層にエネルギーを与えることにより前
記の非晶質の珪素を５ｎｍ〜ｌＱｎｍの寸法の小さな珪
素微結晶に変換する。
副層２上には５〜５００１ｍの厚さの窒化珪素或いは窒
化アルミニウム或いは酸化アルミニウムの薄肉緩衝層３
を堆積させる。この堆積はＬＰＧＶＤ技術により行うの
が好ましく、この場合窒化珪素の層を形成する。
副層２上に或いは存在するならば薄肉緩衝層３上に厚さ
が約０．２〜２０μｍの非晶質珪素或いは多結晶珪素の
再結晶可能層４を堆積する。この場合もＬＰＣＶＤ技術
を用いるのが好ましい。
次、に、非晶質珪素或いは多結晶珪素の層４に上述した
薄肉緩衝層３に類似の薄肉緩衝層５を被着する。この場
合もこの薄肉緩衝層５は窒化珪素を以って構成するのが
好ましく、その厚さは約５〜５０ｎｍとする。
次にこの薄肉緩衝層５上に少なくとも１つの保護用絶縁
層６を堆積する。この絶縁層６としては、約５〜８０ｎ
ｍの厚さの窒化珪素層７によって被覆された約０．２〜
３μｍの厚さの二酸化珪素薄肉層を用いるのが好ましい
。この場合も堆積はＬＰＣＶＤ技術により行うのが好ま
しい。
次に再結晶可能層４の、単結晶珪素への変換を行うも、
これは１９８０年に発行された本“クリスタルグロウス
（Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ）５３”の第４２９〜
４４４頁にＪ、Ｇ、　Ｋ、セラー（Ｃｅｌｌｅｒ）氏に
よって説明されているレーデビームを用いるか、或いは
アプライド・フィジックス・レーターズ（Ａｐｐｌ、Ｐ
ｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、）４０（２）、Ｊａｎｕａｒｙ　１
９８２の第１５８〜１６０頁にＭ、１Ｎ、ゲエイス（Ｇ
ｅｉｓ）氏により説明されている細条ヒーターを用いる
ことにより行うのが好ましい。
本発明によれば図面に示す構造のものを以下の処理によ
り形成した。
０２　（１２５ｓｃｃｍ）およびＳｉＨ４（８０ｓｅｃ
ｍ）の混合物を約０．３トルの圧力、約４７５℃の温度
で約５５分の期間用いるＬＰＧＶＤ処理により、約０．
５ｍｍの厚さの石英基板ｌ上に厚さが１μｍの二酸化珪
素層２を堆積した。次に、５ｉＣ１２Ｈ，（２０，６ｓ
ｅｃｍ）　　とＮＨ３（６１ｓｅｃｍ）との混合物を約
０．３トルの圧力、約８００℃の温度で約３分の期間用
いるＬＰＣＶＤ技術により二酸化珪素層２上に厚さがｌ
Ｑｎｍの窒化珪素層３を堆積した。
次に、Ｓｉｎ、　（６Ｑｓｃｃｍ）を約０．３トルの圧
力、約６２０℃の温度で約５９分の期間用いるＬＰＣＶ
Ｄ技術により窒化珪素層３上に約５２０ｎｍの厚さの多
結晶珪素層４を堆積した。
次に、窒化珪素層３を堆積したのと同様な方法により、
多結晶珪素層４上に厚さが約１４ｎｍの窒化珪素層５を
堆積した。
次に、この窒化珪素層５上に厚さが約２．２μｍの二酸
化珪素より成る第１保護層６を堆積した。
この場合、二酸化珪素層２を堆積するのに用いたのと、
同様なＬＰＧＶＤ技術を用いたが堆積時間は約１時間５
０分とした。
次に、窒化珪素層５に対して用いたのと同様な方法であ
るも堆積時間を約２２分とした方法により、上記の第１
保護層６上に厚さが約７００１ｍの窒化珪素より成゛る
第２保護層７を堆積した。
また、層２を前述したように二酸化珪素中に珪素微結晶
を混合したものより成る厚さが１μｍの半絶縁膜とした
ことを除いて上述したのと同様な方法で他の堆積構造体
を製造した。
既知の方法により本発明の積層構造体から半導　　　　
　　　１体装置を製造しろる 例えば、１９８０年６月発行のアイ−・イー・イーイー
・エレクトロン・ディバイス・レタース第ＥＤＬ−１巻
第６号（ＩＢＢＢ　Ｂｌｅｃｔｒｏｎ　［］ｅｖｉｃｅ
　Ｌｅｔｔｒｅｓ、　Ｖｏｌ。
ＢＤＬ−１，Ｎα６）の第１１７〜１８８頁にＪ、Ｆ、
ギボンス（Ｇｉｂｂｏｎｓ）氏等により発表された方法
によりＣＭＯＳインバータを製造しうる。
ＣＭＯ３装置は１９８２年４月に発行されたアイ−・イ
ー・イー・イー・トランザクションズ・エレクトロン・
ディバイシズ第ＢＤ−２９巻第４号（ＩＢ［ｉｆｉ　Ｔ
ｒａｎｓ。
Ｂｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　、　Ｖｏｌ、８０
−２９．　Ｎｏ、　４　）の第５８５〜５８９頁にＪ、
Ｐ、：ｌリング（Ｃｏｌｉｎｇｅ）氏等により発表され
た方法によっても製造しうる。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明の方法による積層構造の一例を示す断面
図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に二酸化珪素より成る副層或いはこの基板に
    熱的に適合する副層を形成し、この副層上に非晶質珪素
    或いは多結晶珪素より成る再結晶可能層を重畳し、この
    再結晶可能層上に少なくとも１つの保護絶縁層を形成し
    、次に前記の再結晶可能層を単結晶珪素層に変換するこ
    とにより、基板上に単結晶珪素層を有する半導体装置を
    製造するに当り、前記の保護層を形成する前に、窒化珪
    素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムより成る
    群から選択した薄肉緩衝層を前記の再結晶可能層上に形
    成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方
    法において、非晶質珪素或いは多結晶珪素より成る前記
    の再結晶可能層を形成する前に、窒化珪素、窒化アルミ
    ニウムおよび酸化アルミニウムより成る群から選択した
    薄肉緩衝層を前記の副層上に形成することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の半導体装
    置の製造方法において、前記の副層を珪素濃縮二酸化珪
    素の層とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ４、特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の
    半導体装置の製造方法において、前記の緩衝層を窒化珪
    素の層とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の半導体装置の製造方
    法において、前記の緩衝層の厚さを５〜５０ｎｍとする
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ６、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の半導体装
    置の製造方法において、前記の保護層を二酸化珪素の層
    とこれに重畳された窒化珪素の層とを以って構成し、前
    者の二酸化珪素の層が前記の緩衝層に隣接するようにす
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ７、特許請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の
    半導体装置の製造方法において、前記の基板を石英或い
    はガラス或いは単結晶珪素或いはサファイアとすること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。 ８、特許請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記載の
    半導体装置の製造方法において、前記の再結晶可能層を
    高強度の光或いは熱源にさらすことによりこの再結晶可
    能層を単結晶珪素層に変換することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
JP61112818A 1985-05-22 1986-05-19 半導体装置の製造方法 Pending JPS61270812A (ja)

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