JPS62206812A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造方法、特に絶縁体上に半
導体単結晶膜を形成し、これを基板としてトランジスタ
を形成する方法の改良に関するものである。

〔随来の技術〕

近年、半導体装置の高速化、高密度化のため、回路素子
を誘電体で分離して浮遊容量の少ない半導体集積回路を
製造する試み、また回路素子を立体的に積層する、いわ
ゆる三次元回路素子を製造する試みがなされており、そ
の一方法として絶縁体上に半導体層を形成し、その半導
体結晶中に回路素子を構成する方法がある。この半導体
結晶層を形成する方法として、絶縁体主に多結晶または
非晶質の半導体層を堆積し、その表面にレーザ光、電子
線などのエネルギー線を照射することによって表面層の
みを加熱し、単結晶の半導体層を形成する方法がある。

従来、絶縁体上への単結晶半導体膜の製造方法として第
３図に示すものがあった０図において、単結晶シリコン
基板１１は（００１）面を主面とし、この主面上に二酸
化シリコン膜からなる酸化膜１２が形成されている。こ
の酸化膜１２はその一部に長手状開口部１４を有し、こ
の部分で単結晶シリコン基板１１は厚い酸化膜１２表面
まで露出している。この長手状開口部１４は基板１１の
（００１）面上の＜１１０＞方向に設けられている。さ
らに、酸化膜１２中には、化学的気相成長法（以下ＣＶ
Ｄ法と称す）によってタングステン膜（Ｗ膜）１７がス
トライプ状に形成されている。

このストライプは基板１１の＜１１０＞方向（正確には
＜１１０＞方向）に、幅５μｍ１間隔１０μｍでパター
ニングされている。このタングステン膜１７を含んだ酸
化膜１２上と、長手、状開口部１４上には厚さ０．５μ
ｍの多結晶シリコン１３がＣＶＤ法により形成されてい
る。そして該多結晶シリコン膜１３にレーザ光１５を照
射すると、これによってこの多結晶シリコンを溶融する
ことができる訳であるが、ここでレーザ光１５のビーム
径は１００μｍに調整し、かつこれは基板１１のく１１
０〉方向（図中の矢印の方向）に速度２５ｃＩＩＩ／ｓ
ｅＣで走査する。

しかして、酸化膜１２上への半導体単結晶膜の製造に際
し、長手状開口部１４上の多結晶シリコン１３をレーザ
光１５の照射によって溶融させ、この溶融を長手状開口
部１４の単結晶シリコン基板１１の表面まで及ばせるこ
とにより、固化の際に長手状開口部１４の単結晶シリコ
ン基板１１を種とするエピタキシャル成長が生じて多結
晶シリコン１３が単結晶化する。さらに、レーザ光１５
で多結晶シリコン１３を照射しながらこれを矢印方向に
走査すると、多結晶シリコン膜１３が溶融されて、溶融
部１６が形成され、この溶融部１６から走査方向にエピ
タキシャル成長が連続して生じ、絶縁膜としての酸化膜
１２上にまで単結晶膜を成長させることができる。ここ
で、酸化膜１２中に設けられたタングステン膜１７は、
レーザ光１５照射時の多結晶シリコン１３の温度分布を
制御し、横方向からの結晶成長が起こらないように作用
する。すなわち、酸化膜１２はタングステン膜１７に比
べて熱伝導率が小さいためレーザ光１５照射時に、タン
グステン膜１７のない部分の止め多結晶シリコン１３の
温度は、タングステン膜１７のある部分の上の多結晶シ
リコン１３よりも高く保たれる。したがって多結晶シリ
コン１３の固化再結晶化は、温度の低い、タングステン
膜１７のある部分上の多結晶シリコン１３から、温度の
高い、タングステン膜１７のない部分上の多結晶シリコ
ン１３に向かって起こる。タングステン膜１７は長手状
開口部１４に接続されているため、固化再結晶化は長手
状開口部１４からタングステン膜１７のある部分上へ連
続的に起こる。このようにストライブ状のタングステン
ＪＰＪ１７によって多結晶シリコンの横（レーザ走査方
向に対して）シャル成長が酸化膜１２上の多結晶シリコ
ンまで及び、酸化膜１２上の多結晶シリコン１３は基板
１１と同じ（００１）結晶面を持った単結晶に成長する
。

次にレーザ光１５は走査方向に対して直角の方向に５０
μｍ移動し、図中矢印の方向に走査される。

このレーザ光の走査が終了すると、基板１１上の全ての
領域の多結晶シリコンが単結晶化する。レーザ光照射後
、酸化膜１２上の単結晶化したシリコン」二にトランジ
スタなどの素子が作製される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、かかる従来の構造では、シリコン基板１１上で
、長手状開口部１４から＜１１０＞方向にレーザ光を走
査しているので、結晶はく１１０〉方向にエピタキシャ
ル成長する。ところがく１１０＞方向への結晶成長速度
は小さいため、レーザ光の走査速度が速いと、単結晶エ
ピタキシャル成長がレーザ光の走査に追いつかず、１０
０〜２００μｍ程度の距離でエピタキシャル成長は止ま
ってしまい、以後は、積層欠陥などの結晶欠陥が発生し
、最後は他の結晶軸を持った結晶が成長してしまうとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、絶縁体上に大面積の、かつ基板と同一の結晶
軸を持った単結晶化を行なうことのできる半導体装置の
製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁体中にス
トライブ状の、該絶縁体と熱伝導率の異なる物質を、基
板単結晶の＜１１０＞方向に対し２０°から６０°まで
の範囲の角度で形成したものである。

〔作用〕

この発明においては、小結晶基板の＜ＩＩＱ＞方向に対
し２０°から６０゛の角度で形成された、絶縁体と熱伝
導率の異なるストライブ状の物質は、結晶成長速度の大
きい方向に半導体層の単結晶化を行わせる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。なお
、この実施例の説明において、従来の技術と同一の部分
についてはその説明を省略する。

第１図（Ｉｌｌ、　（ｂｌ、　（Ｃ）はそれぞれ、この
発明の一実施例である半導体装置の製造方法の再結晶化
工程を説明するための平面図、第１図（ａ）のＩ−１線
断面図、第１図（ａ）のｎ−ｔｒ線断面図である。

本実施例のエネルギー線照射時の基板構造は、従来の半
導体装置の構造とほとんど同じであるが、ただし本実施
例では酸化膜１２中のタングステン膜１７のストライブ
は、単結晶（００１）基板１１の＜１１０＞方向に対し
、３３°の角度（〈５１０〉方向）で設けられている。

しかして、一定のパワーのレーザ光のビーム径を１００
μｍに調節して、該レーザ光を図中矢印で示した＜５１
０＞方向へ走査速度２５ｃｍ／ｓｅｃで走査しながら照
射する。−回の走査が終了したのちは、レーザビームを
走査方向と垂直な方向に５０μｍ移動させ、前回と同じ
方向に走査を行なう。

次に単結晶化の機構について説明する。

まず照射するレーザ光の条件、また、酸化膜１２中に設
けられたストライブ状のタングステン膜１７が形成する
多結晶シリコン１３中の温度分布。

固化再結晶化の機構等は従来技術の場合と同様である。

そして、本実施例では、酸化膜１２中のストライブ状の
タングステン膜１７は結晶成長速度の大きい＜５１０＞
方向にバターニングされており、またレーザの走査方向
も＜５１０＞方向とされているため、単結晶エピタキシ
ャル成長の速度はビームの走査に追随できる速度となり
、このため積層欠陥などの結晶欠陥は少なくなり（００
１）結晶面を有する良質、大面積の単結晶を得ることが
できる。

なお、上記実施例では絶縁膜と熱伝導率の異なる物質と
してタングステン膜を使用したが、これは多結晶シリコ
ンが溶融する温度である約１４２０℃に耐えられる物質
であって、絶縁膜と熱伝導率が異なる物質であれば、モ
リブデン膜、モリブデンシリサイド（ＭｏＳＬｚ）膜、
タングステンシリサイド（ＷＳｉｚ）［１等何でもよく
、上記実施例と同様の効果が得られる。

また、本発明は三次元回路素子に通用して、第１の絶縁
体層の下に構造を有するようにしてもよく、その例を第
２図に示す。即ち、本実施例では、単結晶シリコン基板
１１にトランジスタなどの素子を形成した後、絶縁Ｎ１
２をＣＶＤ法により形成し、この絶縁層１２上にタング
ステン膜１７をＣＶＤ法により堆積してからこれをスト
ライブ状にバターニングし、さらに絶縁膜１２をＣＶＤ
法で形成してから、この絶縁膜１２をエッチバック法に
より平坦化し、その後多結晶シリコン１３を形成する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、単結晶半導体（００１
）基板と、この基板上に形成され、少なくともその一部
分に基板が露出する長手状開口部を有する第１の絶縁膜
と、上記基板上および長手状開口部上に形成された多結
晶または非晶質半導体膜とを有する基板を用い、上記第
１の絶縁体膜中又は下に該膜と熱伝導率の異なる物質を
ストライプ状に設け、しかもこのストライプをく１１０
〉方向に対し一定の角度を持つように形成したので、エ
ネルギー線の照射によって多結晶又は非晶質の半導体膜
を高品質で大面積の単結晶にすることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体装置の製造方
法を説明するための工程概略図で、第１図（ａ）は平面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａｌの１−１線部の断面図
、第１図（Ｃ１は第１図（ａ）のｎ−ｎ線部の断面図で
ある。第２図は本発明の他の実施例を説明するための工
程概略図で、第２図（ａ）は平面図、第２図山）は断面
図、第２図（Ｃ１は側断面図、第３図は従来の半導体装
置を説明するための工程概略図である。 １１・・・（ＯＯ１）単結晶シリコン基板、１２・・・
酸化シリコン膜、１３・・・多結晶シリコン膜、１４・
・・長手状開口部、１５・・・レーザ光、１６・・・溶
融シリコン、１７・・・タングステン膜。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 出願人　工業技術院長　等々力　達 第１図 Ｃ ＜ｓ　１０＞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１１　：　（ｏｏｌ）＃＃Ａンククン１フク １２：ｔｆ＃１５／’／）ンｉり 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体単結晶の（００１）主面またはこれに近い
   主面上に、又はこのような主面上にトランジスタなどの
   素子を形成したデバイス上にその少なくとも一部分に下
   部半導体単結晶に達する開口部を有するよう絶縁物層を
   形成し、この上に非晶質又は多結晶の半導体層を形成し
   てなる基体を用い、 上記基体上の上記非晶質または多結晶の半導体層にエネ
   ルギー線を走査しながら照射してこれを溶融させること
   により、上記開口部を通じて同じく熔融される下部半導
   体単結晶を種として結晶軸方向の等しい半導体単結晶を
   上記絶縁物層上に製造する方法において、 該絶縁物層中または該層下に、該絶縁物層と熱伝導率の
   異なる物質を、ストライプ状に、しかも該（００１）結
   晶基板の＜１１０＞方向に対して一定の角度で設ける工
   程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）上記ストライプの上記＜１１０＞方向との角度θ
   が２０°≦θ≦６０°の範囲にあることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）上記半導体単結晶としてシリコンを用い、上記絶
   縁物層に二酸化シリコンを用いたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置の製造
   方法。
4. （４）上記絶縁物層の中または下に形成されたストライ
   プ状の物質が高融点金属からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の半導
   体装置の製造方法。