JPS61276211A - 半導体素子の温度検出方法 - 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】 ［概要］ 本発明は、レーザ再結晶化技術による５ｏｌ（Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ−Ｏｎ−１ｎｓｕｌａｔｅｒ）技術を利用して、
三次元集積回路を形成する際に、レーザ照射を反復して
使用されるために、既に形成された下層のデバイスを破
壊しないようにして、上層に最適のレーザ量を照射する
必要があり、従ってレーザ照射条件を設定するために、
三次元回路と等価な形状を有する条件設定用デバイスを
製作し、その積層間に５００℃で形状変化をするアルミ
ニウム板を埋設して、それらの表面にレーザを照射し、
それによって、下層デバイスが熱的に影響される程度を
、埋設したアルミニウム膜の変形や化学変化による変色
によって検知し、それによって決定された最適のレーザ
照射により、高品質の半導体装置を形成するものである
。

［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置の三次元回路を製造する際の、レ
ーザ照射の条件設定用のデバイスの構造に係り、特に下
層デバイスに対するレーザ照射温度の検知方法に関する
ものである。

近時、半導体装置の高集積化の方法として、三次元ＩＣ
が開発されており、その製造手法としてＳＯＩ技術があ
る。

三次元１ｃは、活性層を含めたデバイスを多次元化した
ものであり、特にレーザによるＳＯＩ技術によって、容
易に絶縁膜上に単結晶層が形成されるように成ったこと
で極めて有望であるが、多次元化するために、下層のデ
バイスを形成した後、上層のデバイスを形成する工程で
、レーザ照射をする必要があり、そのレーザ照射条件を
最適値に制御するために、温度設定用のデバイスを用い
て条件を決めることが重要である。

［従来の技術］ 第２１ｆｉ（ａ）〜第２図（ｄ）は、通常の三次元ｒｃ
の製造工程を示す模式要部断面図である。

第２図（ａ）で、ｐ型シリコン基板１の表面に、絶縁物
２で素子分離がなされ、ソース、ゲート、ドレインのｎ
１領域を含む第１のデバイス３が、通常の製造方法によ
って形成されている。

第２図（ｂｌは、第１のデバイス３の上層に、二酸化シ
リコンの絶縁膜４を形成し、更にその表面に、ポリシリ
コン膜５を被着したものである。

第２図（０）は、ポリシリコン膜５の表面に、第２のデ
バイスを形成するために、第２のデバイスの形成領域を
、矢印のにうなレーザ光線６によって走査を行い、単結
晶シリコンを形成する。

このレーザ照射量が過大になると、第１のデバイスが過
熱されて、不要な不純物の拡散や熱ストレスが発生して
、第１のデバイスがダメージを受けることになるので、
最！！量のレーザ照射を行う必要がある。

第２図（ｄｌは、単結晶化されたシリコン表面に、第２
のデバイス７として、ソース、ゲート、ドレインのｎ＋
領領域含むデバイスを通常の製造方法によって形成した
ものである。

このような製造方法によって形成される三次元ＩＣでは
、上層からのレーザ照射によって受ける下層デバイスの
温度が５００℃以上にならないようにする必要があり、
従来は、温度を検知する適当な方法がないという欠点が
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の、三次元ＩＣの製造工程では、上層のデバイスを
形成するためのレーザ照射を最適にするための、条件設
定の方法がないことが問題点である。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するための、第１図は本発明による温
度検出用デバイスの断面図であるが、その解決の手段は
、三次元回路を形成するために、Ｓ　Ｏ’　Ｉ技術で用
いるレーザ照射の条件を設定するために、三次元回路の
積層と近似した条件設定用デバイスを製作し、特に、温
度的に５００℃が限界の温度として問題になるので、こ
の温度で敏感に形状変化や変色が発生するアルミニウム
膜を、積層膜間に埋設し、レーザ照射の条件によってア
ルミニウム膜の状態変化を観察して、レーザ照射条件を
設定するようにしたものである。

［作用］ 本発明は、半導体装置で三次元回路を形成する際に、Ｓ
ｏｌ技術で必要とされるレーザ照射が、下層デバイスに
熱的影響を与えるのを防止するために、積層膜間にアル
ミニウム膜を埋設した条件設定用のデバイスを用い、実
際にレーザを照射した後、下層に埋設されたアルミニウ
ム膜が過大温度であれば、即ち５００℃以上であれば、
アルミニウム膜に溶融または変色等の変化がおきるので
、試料を破壊して断面を顕微鏡により観察すれば、目視
により判断が可能であるので、この方法を利用すること
により、下層のデバイスに影響のない高品質の三次元回
路の半導体装置ができるようにしたものである。

［実施例］ 第１図は、本発明による温度検出用デバイスの模式要部
断面図である。

シリコン基板１１の表面に、第１のアルミニウム膜１２
を蒸着により、約１μｍの厚さに被膜を行い、しかる後
に、フォトリングラフィによって、パターニングとエツ
チングにより所定の形状である接線状にアルミニウム膜
を形成するが、この縦線は平行に複数本があるのが望ま
しい。

次に、二酸化シリコン膜１３をＣＶＤ法により、約０．
５μｍの厚さに積層し、その表面に第１のアルミニウム
と同様の成膜方法により、第２のアルミニウム膜１４を
縦方向に形成する。

引続き、上層にポリシリコン膜１５を厚みが０．４μｍ
に積層して、第３のアルミニウム膜１６を形成した後、
順次二酸化シリコン膜１７を厚みが０゜５μｍ、ポリシ
リコン膜１８を厚みが０，４μｍで積層する。

このような温度検出用デバイスを製作した後、ポリシリ
コン膜１８の表面から、矢印のアルゴンレーザにより、
１０ワット程度の出力でレーザ光線１９を走査しながら
照射し、ポリシリコン膜に所定時間の加熱を行う。

一般に、ポリシリコンを熔融して再結晶す名ためには、
シリコン（ポリシリコンも同様）の熔融温度が１４１５
℃であるから、最低１４５０℃以上の温度まで加熱が必
要であり、この１４５０℃の上層の温度が下層のデバイ
スに熱的影響を与えないようにすることが重要である。

温度の検出方法として、レーザ照射が完了した温度検出
用デバイスを破壊して、その断面の状態を調べる。

例えば、アルミニウムが溶解状態になると、下記の化学
反応により、アルミナ（Ａ１２０　ａ　）が生成されて
黒化する。

Ｓｉ０２　　＋＾］”Ａｌ１０３　　＋Ｓｉまた、アル
ミニウムがシリコンの内部に熔は込んで固溶体となり、
アルミニウムの形状が変化することも認められる。

このようにして、アルミニウムの状態変化または変色に
より、温度の検出をすることができ、レーザ光線の条件
設定をすることができる。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明による三次元ｒｃ
の温度検知方法を製造工程に利用することにより、最適
のルーザ照射条件を設定することが可能になり、高品質
の三次元ＩＣを供し得るという効果大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の温度検出用デバイスの断面図、 第２図は、従来の三次元ＩＣの製造工程を示す断面図、 図において、 １１はシリコン基板、 １２は第１のアルミニウム膜、 １３は二酸化シリコン膜、 １４は第２のアルミニウム膜、 １５はポリシリコン膜、 １６は第３のアルミニウム膜、 １７は二酸化シリコン膜、 １日はポリシリコン膜、　　　Ｉ９はレーザ光線、をそ
れぞれ示している。 斗発段しθ品定オ史工弓デ片イズｎ到１田Ａ第　ＩＦ！
１Ｊ １１２　図 Ａ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 三次元回路が形成される半導体装置のレーザ照射の条件
   を設定するために、 温度検出用デバイスとしてシリコン基板（１１）の表面
   に、 形成すべき三次元回路とほぼ同様の積層を形成し、 それぞれの積層間または所定の積層間に所定サイズのア
   ルミニウム膜（１２）（１４）（１６）を成膜し、レー
   ザ照射（１９）の条件によって、該アルミニウム板の状
   態変化を観察して、 レーザ照射条件を設定するようにしたことを特徴とする
   半導体素子の温度検出方法。