JPS61290709A - 半導体装置の製造方法 - 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］ 絶縁基板上にビームアニールして単結晶化した単結晶半
導体膜を形成し、その上に選択エピタキシャル成長膜を
形成する。

［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ＳＯ■構造
半導体装置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ＩＣが注目されている。

このような三次元ＩＣの基礎になっているのが、Ｓ　Ｏ
Ｉ　　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　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
半導体膜を被着し、ビームアニールして単結晶化し、そ
の単結晶半導体膜に素子を形成する方法によって作成さ
れる。

そうして、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■ｃに形成されるが、このよう
なＳＯＩ構造の半導体基板は結晶品質が良くて、且つ、
できるだけ容易に形成されることが望ましい。

［従来の技術］ さて、従来の絶縁基板上に設ける単結晶半導体膜の形成
方法を説明すると、第３図（ａ）〜（Ｃ）にその工程順
断面図を示している。まず、同図（ａ）に示すように、
絶縁膜基板１の上に膜厚３０００〜４０００人の多結晶
シリコン膜２′を化学気相成長（ＣＶ　Ｄ）法によって
被着させる。

次いで、第３図（ｂ）に示すように、その多結晶シリコ
ン膜２′をフォトプロセスによってパターンニングして
、３〜５μｍ角のランド（島状領域）に形成する。

次いで、第３図（ｅ）に示すように、その多結晶シリコ
ン膜２′の上に連続アルゴンレーザ（ＣＷ−Ａｒ　Ｌａ
５ｅｒ）ビームを照射して加熱溶融し、多結晶シリコン
膜を単結晶シリコン膜２に変成させる。

これをレーザアニールと云うが、このような単結晶化方
式には、レーザビームを用いるレーザアニールの他に、
赤外線ビームを照射する方法などがあり、これらを総称
してビームアニールと呼ばれている。

尚、この単結晶シリコン膜２の島状領域は、例えば、絶
縁基板１上にメツシュ状（市松模様状）に点在して形成
するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、この従来の単結晶シリコン膜領域の形成方法
は、結晶引上げ法や帯域溶融法で作成したバルク結晶基
板やエピタキシャル成長した単結晶層に比べて、結晶品
質が劣ると云う欠点がある。

且つ、膜厚１μｍ程度以上の厚い膜を単結晶化すること
は難しく、薫だ、たとえ単結晶化しても、結晶品質が一
層低下し易くなる。現在、膜厚３０００〜５０００人１
面積４つμｍ２の島状領域で、１つ以上のバウンダリー
（結晶粒界）の存在は避けられないと云われている。

一方、ＭＯ３形半導体素子は薄い膜厚の単結晶膜に形成
することができるが、バイポーラ形半導体素子では結晶
内にコレクタ、ベース、エミッタの各領域を形成するた
め、膜厚１μｍ程度、あるいは、それ以上の厚い単結晶
膜が要求される。

本発明は、このような問題点を解決した単結晶膜の形成
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］ その目的は、絶縁基板上に非単結晶半導体膜を被着して
パターンニングし、該非単結晶半導体膜をビームアニー
ルして単結晶化する工程、次いで、該単結晶半導体膜上
に選択的に単結晶半導体層をエピタキシャル成長する工
程が含まれる半導体装置の製造方法によって達成される
。

［作用］ 即ち、本発明は、ビームアニールして、薄い膜厚の単結
晶半導体膜を形成した後、選択エピタキシャル成長法に
よって、厚い膜厚の単結晶半導体膜を形成する。

そうすれば、結晶粒界も減少し、結晶転位の少なくなっ
て、結晶品位の良い厚い膜厚の単結晶半導体膜が得られ
る。

［実施例］ 以下９図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明にかかる形成方法の工程
順断面図を示している。まず、第１図（ａ）に示すよう
に、絶縁基板１１の上面に、モノシランガスを分解して
被着するＣＶＤ法によって、膜厚１０００人の多結晶シ
リコン膜１２１を被着する。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、全面に被着した多
結晶シリコン膜１２′をフォトプロセスによってパター
ンニングして、３〜５μｍ角の島状領域に形成する。

次いで、第１図（Ｃ）に示すように、連続アルゴンレー
ザビームを照射し、表面の多結晶シリコン膜を加熱溶融
して、すべて単結晶シリコン膜１２に変成する。この時
、絶縁基板は約４５０℃に加熱し、レーザアニール条件
はレーザ出力を数Ｗ、ビームスポット径を３０〜５０μ
ｍφ、走査速度をｌＱｃｍ／ｓｅＣ程度にして走査する
。そうすると、溶融した多結晶シリコン膜は走査方向に
固化が進んで、単結晶シリコン膜が形成される。且つ、
薄い膜はど、十分に溶融して次第に固化し、結晶品質の
良い単結晶シリコン膜１２が得られる。

次いで、第１図（ｄ）に示すように、単結晶シリコン膜
１２の上面に、選択的に膜厚５０００人〜１μｍの単結
晶シリコン膜１３をエピタキシャル成長する。

この選択エピタキシャル成長法は、反応ガスとして塩素
系ガスを含むガス、例えばトリクロールシラン（ＳｉＨ
Ｃｌ２　）を用いると、単結晶シリコン上には成長する
が、５ｉ０２膜などの上には成長しない成長方法である
。

選択成長の理由は、塩素ガスによるエツチングが起こる
からで、単結晶シリコンと多結晶シリコンとのエツチン
グ比が異なるために、絶縁基板上に被着した多結晶シリ
コン膜がエツチング除去さ、れて、上記のような選択成
長が可能になるものである。反応ガスとしては、上記の
トリクロールシランの他に、モノシラン（ＳｉＣＩ４）
やジクロールシラン（ＳｉＨ２Ｃ１２）などが用いられ
る。

以下は、この単結晶シリコン膜１２　、１３　ＴｌＩ域
に半導体素子を形成して、ＩＣが完成される。

このような形成方法によれば、膜厚の厚い単結晶島状領
域が得られ、しかも、エピタキシャル成長膜であるから
、結晶転位もアニール膜より減少し、また、結晶粒界も
更に少なくなって、結晶品質は一層改善される。従って
、例えば、バイポーラ素子を立体的に積層することがで
きる。

第２図（ａ）〜（ｄ）はこのような単結晶シリコン膜１
２゜１３領域にｎｐｎ形バイポーラ素子からなるＩＣを
形成するための形成工程順断面図を例示している。

それには、まず、第２図（ａ）に示すように、ビームア
ニールして変成した単結晶シリコン膜１２を　ｎ１型に
する。これは、バイポーラ素子の埋没層となるもので、
それには、多結晶シリコン膜１２“に予め硼素をドープ
しておいても良いし、また、単結晶化した後に、イオン
注入しても良い。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、その上に砒素をド
ープしたｐ型車結晶シリコン膜１３をエピタキシャル成
長する。次いで、同図（Ｃ）に示すように、燐シリケー
トガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）膜１４を被着して、単結晶シリ
コン膜１２．１３　ｒｆＩ域の間隙を埋める。これには
、例えば、全面にＰＳＧ膜を気相成長して、単結晶シリ
コン膜１２．１３８１域をも埋没させ、次に研磨または
コントロー、ルエッチして、ｐ型車結晶シリコン膜１３
を露出させる方法を用いる。

次いで、第２図（ｄ）に示すように、単結晶シリコン膜
１２．１３領域の表面に５ｉ０２膜を生成し、公知の製
法によって硼素をイオン注入してコレクタコンタクト域
１６を形成し、ベース領域１７を画定して、次にエミッ
タ領域１８を拡散形成する。図中の２６゜２７、２８は
それぞれコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極であ
る。

かくして、寄生容量が少ない等のメリットがある高性能
バイポーラＩＣが形成でき、更に、これを絶縁膜を介し
て積層すると、三次元ＩＣが得られる。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば品位の
高い結晶からなる単結晶半導体膜が得られて、三次元Ｉ
Ｃの高性能化に大きな効果があるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ＞は本発明にかかる形成工程順断面
図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明を適用したバイポー
ラＩＣの形成工程順断面図、 第３図（ａ）〜（Ｃ）は従来の形成工程順断面図である
。 図において、 １．１１は絶縁基板、 ２．１２は単結晶シリコン膜、 ２°、１２°は多結晶シリ−コン膜、 １３はエピタキシャル成長した単結晶シリコン膜を示し
ている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁基板上に非単結晶半導体膜を被着してパターンニン
   グし、該非単結晶半導体膜をビームアニールして単結晶
   化して単結晶半導体膜とする工程、次いで、該単結晶半
   導体膜上に選択的に単結晶半導体層をエピタキシャル成
   長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。