JPS62208620A - 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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JPS62208620A
JPS62208620A JP5046286A JP5046286A JPS62208620A JP S62208620 A JPS62208620 A JP S62208620A JP 5046286 A JP5046286 A JP 5046286A JP 5046286 A JP5046286 A JP 5046286A JP S62208620 A JPS62208620 A JP S62208620A
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JP
Japan
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single crystal
silicon
opening
semiconductor
laser beam
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Application number
JP5046286A
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English (en)
Inventor
Kazuyuki Sugahara
和之 須賀原
Tadashi Nishimura
正 西村
Shigeru Kusunoki
茂 楠
Yasuaki Inoue
靖朗 井上
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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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】 [産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造方法、特に絶縁体上の多
結晶膜にレーザを照射して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。
〔従来の技術〕
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、絶縁体上に多結晶または
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
みを加熱し単結晶化して、単結晶の半導体層を形成する
方法がある。
従来、絶縁膜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。図において、単結晶シリコン
基板11は(100)面を主面とし、この主面上には二
酸化シリコン膜からなる厚い酸化膜12が形成されてい
る。厚い酸化膜12はその一部に紙面に垂直に伸びる長
手状開口部23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。長手状開
口部23上および厚い酸化膜12上には多結晶シリコン
膜13が化学的気相成長法(以下、CVD法と称する)
で形成されている。また、レーザ光照射時に多結晶シリ
コン13の温度分布を制御するため、厚さ550人のシ
リコン窒化膜41がレーザ光15の反射防止膜としてC
VD法により堆積されている。多結晶シリコン膜13に
はレーザ光15が照射され、これによってこの多結晶シ
リコン膜13は溶融される。長手状開口部23上および
厚い酸化膜12上にレーザ光15による多結晶シリコン
膜13の溶融部30が形成されている。
また、厚い酸化膜12上に、その溶融部30が単結晶シ
リコン基板11の面方位をなぞって単結晶化されたとこ
ろのシリコン膜14が形成されている。レーザ光15は
矢印X方向に多結晶シリコン膜13上面を走査する。
しかして、厚い酸化膜12上への半導体単結晶膜の製造
に際し、長手状開口部23上および厚い酸化膜12上の
多結晶シリコン膜13をレーザ光15の照射によって溶
融させ、さらにこの溶融を長手状開口部23部分の単結
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23の単結晶シリコン基板11を
種とすルエヒタキシャル成長が生じて多結晶シリコン膜
13が単結晶化する。したがって、レーザ光15で多結
晶シリコン膜13を照射しながら矢印X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30が形
成され、この溶融部から走査方向にエピタキシャル成長
が連続して生じ、絶縁膜としての厚い酸化膜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1
2上の多結晶シリコン13の領域の上に設けられたスト
ライブ状のシリコン窒化膜41は、横方向の温度を上げ
、結晶化が横方向から起こらず必ず開口部23から起る
ように設けられている。レーザ光照射後シリコン窒化膜
41は除去され、単結晶化してシリコン上にトランジス
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〕
しかるに、かかる従来の方法では、シリコン基板11上
の開口部23領域と酸化膜12の存在する領域とでは熱
伝導状態が異なるため、多結晶シリコン層13を溶融さ
せるのに必要なレーザ光のパワーが同じではなく、これ
を解決するために、反射防止膜を前記各開口部上に設け
、溶融に必要なレーザ光のパワーを制御することが行わ
れている。また、上記問題点の解決のため開口部上の多
結晶シリコンの膜厚を変化させるという方法もある。し
かし、これらいずれの方法においても、上記溶融に必要
なレーザパワーが同じでないことから、開口部上と酸化
膜上の多結晶シリコンを同時に溶融し、酸化膜上の多結
晶シリコンを基板と同じ結晶軸を持った単結晶にするた
めのレーザ光のパワーの範囲(いわゆるパワーマージン
)は非常に小さくなり、レーザ光のパワーのゆらぎ、酸
化膜、多結晶シリコン膜等の膜厚の不均一等のために、
酸化膜上への単結晶エピタキシャル成長が止まることが
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、絶縁体層上における基板と同一の結晶軸を持
った大面積の単結晶化を可能にする単結晶半導体膜の製
造方法を得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、長手状開口部
の領域にのみエネルギー線を走査しながら照射し、その
後」二記走査方向とは異なる方向にエネルギー線を走査
しながら照射するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、開口部にエネルギー線を適当なパ
ワーで走査しながら照射することによって、開口部上の
多結晶または非晶質の半導体層を単結晶化し、その後、
エネルギー線を上記走査方向と異なる方向に適当なパワ
ーで走査しながら照射するごとにより、絶縁体」−の半
導体膜を開口部上の単結晶化した半導体膜を種として単
結晶化する。
〔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、従来技術の説明と重複す
る部分については適宜その説明を省略する。
第1図(al、 (bl、 (C1はそれぞれ、この発
明の一実施例による単結晶半導体膜の製造方法を説明す
るための基体のレーザ光照射前の平面図、第1図(al
のI−I線拡大断面図、第1図falのn−n線拡大断
面図である。この実施例のエネルギー線照射時の基板構
造は、開口部23上にシリコン窒化膜41が存在しない
点を除いて従来の半導体装置の製造方法と同じである。
しかして、一定パワーのレーザ光を第1図(alに示し
たようなビーム径に調節して、図中の矢印Aの方向に、
開口部の領域のみを上部多結晶シリコンが溶融するパワ
ーで走査する。開口部の領域のみをレーザ光で照射した
直後の、第1図(alのI−■線部分の断面図を第1図
(blに示す。開口部上の多結晶シリコン13は基板と
同じ結晶軸を持った単結晶シリコン31になっている。
またこの場合、横方向の熱伝導のため、溶融・単結晶化
は開口部より数〜10μmまでの距離のシリコン酸化膜
12上の多結晶シリコンにまでおよぶ。開口部の領域に
レーザ光を照射した後、レーザ光のパワーを酸化膜12
上の多結晶シリコン13が溶融するように調節して、図
中の矢印Bで示したように開口部23の長手方向に垂直
な方向に走査させ、酸化膜12上の多結晶シリコンを溶
融、固化させる。この場合、レーザ光が開口部23に照
射されても、開口部23上の単結晶化シリコン31はパ
ワーが足りないため溶融しないが、走査に伴ってレーザ
光が酸化膜12上へ移動すると、酸化膜12上の多結晶
シリコン13は溶融し、固化する際は開口部23上の単
結晶シリコン31からエピタキシャルに成長し、酸化膜
12上すべての領域にねたつて(100)面の単結晶に
なる。レーザ光照射後、反射防止膜であるシリコン窒化
膜41を除去し、酸化膜12上の単結晶化したシリコン
膜13上にトランジスタなどの素子を作製する。
なお、上記実施例では開口部−ヒには反射防止膜を設け
なかったが、これは設けてもよく、上記と全く同様の効
果を奏する。
第2図はこの発明の他の実施例の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2図(alは基体の
レーザ光照射前の平面図、第2図山)は第2図Falの
■−■線断面図である。この実施例では、開口部の面積
を小さくするため、正方形または円形などの小さな開口
部23を、間隔5〜10μmで直線状に配置しており、
このような場合にも図中の矢印への方向にエネルギー線
を走査しながら照射すれば、その走査後に開口部にはさ
まれた領域の絶縁体上の多結晶又は非晶質の半導体層を
も単結晶化することができ、以下上記実施例と同様矢印
Bの方向の走査を行うことによって上記実施例と同様の
効果を得ることができる。
〔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
導体膜とから構成される試料に対し、長手状開口部の領
域にエネルギ−線を照射して、開口部上の多結晶または
非晶質の半導体層を単結晶化した後、前記エネルギー線
の走査方向と異なる方向にエネルギー線を走査しながら
照射するようにしたので、開口部上の単結晶化した半導
体膜を種として単結晶化が行なわれ、パワーマージンの
大きい半導体装置の製造方法が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の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+は基体のレ
ーザ光照射前の平面図、第1図(blは開口部の領域に
のみエネルギー線を照射した後の第1図falのI−I
線拡大断面図、第1図FC+は第1図(8)のff−I
I線断面図、第2図はこの発明の他の実施例の半導体装
置の製造方法を説明するための工程概略図で、第2図(
alは基体のレーザ光照射前の平面図、第2図山)は第
2図(alのm−m線断面図、第3図は従来の半導体装
置の製造方法を説明するための工程概略図で、第3図F
alは平面図、第3図(blは第3図ta+のI−1線
拡大断面図、第3図(C1は第3図(alのn−n線断
面図である。 図において11は単結晶半導体シリコン基板、12は酸
化シリコン膜、13は多結晶シリコン膜、41はシリコ
ン窒化膜、23は酸化シリコン膜にあけられた開口部、
31は開口部の領域にエネルギー線を照射した後に単結
晶化した多結晶シリコンである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体単結晶の1主面上に絶縁物層を、該絶縁物
    層の主面上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、これら絶縁物層および開口部上に非晶質
    または多結晶の半導体層を有する基体に対し、 該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、上記開口部を介し下部半
    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形成する半導体装置の製造方法にお
    いて、 該開口部を含む領域にエネルギー線を走査しながら照射
    し、その後該開口部から該絶縁物層上の多結晶または非
    晶質の半導体層に上記エネルギー線の走査方向と異なる
    一定方向にエネルギー線を走査しながら照射して前記半
    導体層の溶融、単結晶化を行い、半導体単結晶層を形成
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)上記一定方向が上記最初の走査の方向と垂直な方
    向であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置の製造方法。
  3. (3)エネルギー線として連続発振のアルゴンレーザ光
    を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載の半導体装置の製造方法。
  4. (4)半導体単結晶がシリコンからなり、このシリコン
    単結晶上に形成される絶縁物層が二酸化シリコンからな
    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。
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701033A (zh) * 2020-12-29 2021-04-23 济南晶正电子科技有限公司 一种复合衬底的制备方法、复合衬底及复合薄膜

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