JPS6163017A - 半導体薄膜結晶層の製造方法 - Google Patents

半導体薄膜結晶層の製造方法

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    • H01L21/02689—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using particle beams

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】 或いはレーザビームを用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の半導体薄膜結晶層の製製造する技術
に係わり、特にビームアニール法を用いた半導体ａ１膜
結晶層の製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、電子ビームやレーザビームによるアニールで、絶
縁膜上に単結晶シリコン薄膜層を形成する、所ＷＩＳＯ
Ｉ技術の開発が盛んに行われている。
そして、この技術を用いて素子を多層に形成する３次元
ＩＣの実現が注目されている。
３次元ＩＣ１例えば２層構造素子を実現するには、単結
晶シリコン基板表面に形成された素子（下層素子）上に
、層間絶縁膜を形成した後、Ｓｏｌ技術によって形成さ
れた単結晶シリコン薄膜層を形成する。その後、単結晶
シリコン層上ｙ上に素子（上層素子）を形成することに
より実現されることになる。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、上層素子形成用のシリコン薄膜層は、
絶縁膜に設けられた開口部に露出した単結晶シリコン基
板をシードとしてエピタキシャル成長させることにより
形成されるが、開口部の絶縁膜膜厚が２［μ７ＦＬ］程
度の場合、例えば電子ビームアニールにより上層シリコ
ン層の液相エピタキシャル成長を行う際に、開口部周辺
の溶融したシリコンは開口部の凹部に流れる。このため
、開口部周辺のシリコン層は膜厚が目減りし、さらにビ
ームアニール時にシリコン膜が蒸発し易くなる。また、
シリコンの熱伝導性が一般に絶縁膜のそれより良いこと
から、ビームアニール時に絶縁膜上のシリコンより開口
部上のシリコンの方がその温度が低くなり、これがため
に良好なアニールができない等の問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、開口部周辺でのシリコン膜厚の目減り
及びシリコンの蒸発を抑制し、絶縁膜上に良質の単結晶
シリコン薄膜層を形成することができ、多層素子の製造
に好適する半導体薄膜結晶層の製造方法を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、シリコンの膜厚目減り及び蒸発の原因
となる開口部に金属珪化物を予め埋込み形成することに
ある。
即ち本発明は、絶縁膜上に単結晶シリコン薄膜層を形成
する方法において、単結晶シリコン層上に一部開口部が
設けられた絶縁膜を形成したのち、上記シリコン層上に
金属珪化物がエピタキシャル成長するべく金属膜を全面
に被着し、次いで熱処理を行い前記開口部の金属珪化物
をシリサイド化して金属珪化物層を形成し、次いで未反
応の金属膜をエツチングにより除去し、次いで全面にシ
リコン薄膜を被着し、しかるのちビームアニールにより
上記シリコン薄膜を前記金属珪化物膜からエピタキシャ
ル成長せしめるようにした方法である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、開口部（シード部）に金属珪化物が埋
込まれているので、ビームアニール時における開口部周
辺でシリコン膜の目減り及びシリコンの蒸発を著しく抑
制することが可能となる。
さらに、上記金属珪化物の存在により開口部上と絶縁膜
上とのシリコン薄膜層の温度差を小さくすることができ
る。このため、絶縁膜上に良質の単結晶シリコン薄膜層
を形成することができ、３次元ＩＣ等の製造に極めて有
効である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係わる半導体薄
膜結晶層の製造工程を示す断面口である。
まず、第１図に示す如＜（１００）面方位の単結晶シリ
コン基板（単結晶シリコン層）１上に厚ざ２［μｍ］の
酸化ＤＩ（絶縁膜）２を形成し、この酸化Ｍ！　２の一
部に開口部３を形成する。次いで、第２図に示す如く全
面に厚さ１．５［μｍ］のニッケル膜（金属膜）４を形
成する。次いで、窒素雰囲気中で４５０［”Ｃ］の熱処
理を行い、第３図に示す如く開口部３にニッケル珪化物
膜（金属珪化物！り５を形成する。
次に、第４凶に示す如く未反応のニッケル膜４を王水で
除去し、続いて８００　［’Ｃ］で熱処理し、Ｎｉ３ｉ
２のエピタキシャル成長を行う。この状態で、試料上は
略平坦となっている。次いで、第５図に示す如く全面に
厚ざ６０００　［大コの多結晶シリコン［！（シリコン
Ｎ膜）６を減圧ＣＶＤ法により被着し、ざらに２０００
　［大コの保護用絶縁膜７を常圧ＣＶＤ法で被着する。
その後、溶融幅１［μｍ］の疑似線状電子ビームを走査
させ、開口部３のＮｉＳｉ２　にニッケル珪化物膜）を
シ−ドとしてシリコン膜の単結晶成長を行う。このとき
、多結晶シリコン薄１１！ｉ１６の下地が平坦となって
いるので、従来のように開口部３に湿融したシリコンが
流れ込む等の不都合はなく、シード開口部周辺のシリコ
ン膜のｒＩｊＷＡ化及びシリコンの蒸発は著しく抑制さ
れる。
このように本実施例によれば、配化膜２上に単結晶シリ
コン’ａｍ層を形成することができ、且つシード開口部
３周辺でのシリコン膜の薄膜化及びシリコンの蒸発を抑
えることができる。さらに、開口部２内にニッケル珪化
物膜５を埋込み形成しているので、ビームアニール時に
おける開口部２上のシリコンと絶縁ｌＩ！２上のシリコ
ンとでその温度を近付けることができ、良質結晶成長に
有効である。また、開口部３内にニッケル珪化物膜５が
埋込み形成されているので、上下の層間の接続抵抗を極
めて小さくすることができる。このことは、多層構造素
子にとって極めて有効である。
また、開口部２内にニッケル珪化物を埋込む手段として
ニッケル膜４のシリサイド化を利用しているので、その
工程が簡単である。即ち、ニッケル珪化物１１５を埋込
む手段として選択成長法を用いることが考えられるが、
この場合形成される膜の結晶性が悪く、さらに選択成長
させる条件が極めて厳しい。これに対し本実施例では、
ニッケル膜とニッケル珪化物膜との選択性のあるエツチ
ング液を用いるのみで、容易に実現することができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記金属膜はニッケルに限定されるもので
はなく、下地基板の面方位を選択することにより、プラ
チナ、パラジウム或いはコバルト等を用いることが可能
である。また、電子ビームの代りにレーザビームを用い
ることができ、さらにカーボンヒータによるアニール法
を用いることも可能である。また、下層のシリコン層は
単結晶シリコン基板に限るものではなく、絶縁膜上に形
成された単結晶シリコン膜であってもよい。
さらに、２層構造に限らず３層以上の多層構造に・　適
用することが可能である。また、絶縁膜上に形成するシ
リコン［は多結晶シリコンに限らず非晶質シリコンであ
ってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係わる半導体薄
膜結晶層の製造工程を示す断面図である。 １・・・単結晶シリコン基板（単結晶シリコン層）、２
・・・酸化膜（層間絶縁膜）、３・・・開口部、４・・
・ニッケル膜（金ｇ！＆膜ン、５・・・ニッケル珪化物
膜（金属珪化物ｍ’）、６・・・多結晶シリコン膜（シ
リコン薄１１’り、７・・・保護用絶縁膜。 出願人　工業技術院長　用田裕部 第１図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）単結晶シリコン層上に一部開口部が設けられた絶
    縁膜を形成する工程と、次いで上記シリコン層上に金属
    珪化物がエピタキシャル成長するべく金属膜を全面に被
    着する工程と、熱処理を行い前記開口部の金属膜をシリ
    サイド化し金属珪化物膜を形成する工程と、未反応の金
    属膜をエッチングにより除去する工程と、次いで全面に
    シリコン薄膜を被着する工程と、次いでビームアニール
    により上記シリコン薄膜を前記金属珪化物膜からエピタ
    キシャル成長せしめる工程とを含むことを特徴とする半
    導体薄膜結晶層の製造方法。
  2. （２）前記単結晶シリコン層は、単結晶シリコン基板で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
    体薄膜結晶層の製造方法。
  3. （３）前記単結晶シリコン層は、絶縁膜上に形成された
    単結晶シリコン薄膜層であることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の半導体薄膜結晶層の製造方法。
  4. （４）前記金属膜は、ニッケル、プラチナ、バナジウム
    或いはコバルトであることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の半導体薄膜結晶層の製造方法。
  5. （５）前記ビームアニール手段として、電子ビーム或い
    はレーザビームを用いたことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の半導体薄膜結晶層の製造方法。
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