JPS62250631A - 半導体薄膜結晶層の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁膜上に半導体薄膜結晶層を製造する方法
に係わり、特にビームアニール法を利用した半導体薄膜
結晶層の製造方法に関する。

（従来の技術） 周知の如く、従来の２次元的に形成された半導体素子を
微細化して高集積化及び高速化をはかるには限界があり
、これを越える手段として最近、多層に素子を形成する
、所謂３次元集積回路技術が開発されている。３次元集
積回路を実現するには、絶縁膜上に良質の半導体結晶層
を形成する必要があるが、これには絶縁股上の多結晶或
いは非晶質の半導体薄膜に高出力のエネルギービームを
照射し、このエネルギービームを走査して粗大粒の多結
晶若しくは単結晶の半導体層を形成する方法が各種提案
されている。

ビームアニール法を利用した半導体薄膜単結晶の製造方
法としては、第２図に示す如く、単結晶半導体基板２）
上の絶縁膜２２の一部に開口部２３を設け、絶縁膜下部
の単結晶部より半導体薄膜２４を溶融・再結晶化させる
、所謂シードエピタキシャル法が注目されている。この
方法では、ビーム２６の照射されている領域が絶縁１１
２２の開口部２３上を通過すると、ビーム２６の照射に
伴う半導体薄膜２４の溶融領域２８も開口部２３を通過
する。この時、開口部２３では半導体薄膜２４が下層の
単結晶部と接しているため、再結晶化する結晶の方位は
下層の単結晶の方位によって決定されることになり、方
位の揃った大面積の単結晶半導体膜が形成される。なお
、図中２５は保護膜を示している。

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、半導体と絶縁膜の熱伝導率が異なるた
め、開口部上では下層が半導体基板であるため熱の流出
が速く、これに比べて絶縁膜上では熱が逃げ難い。この
ため、開口部上ではアニール温度が低くなって半導体１
喚の溶融が起き難く、絶縁膜上ではアニール温度が高く
なって半導体薄膜が蒸発してしまう場合が多かった。こ
れを防ぐには絶縁膜の膜厚を薄くする方が望ましいが、
素子を２層以上形成する段階においてはこれが困難な状
況になっている。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来方法にあっては、絶縁膜の開口部上と絶
縁膜上とで半導体Ｉｌｌのアニール温度が異なり、これ
に起因して良質の半導体薄膜結晶層を製造することが困
難であった。

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、ビームアニールにより半導体７Ｎ膜を
溶融する際に、絶縁膜上の半導体薄膜と開口部上の半導
体薄膜とを同一温度でアニールすることができ、良質の
半導体薄膜結晶層を製造し得る半導体薄膜結晶層の製造
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、絶縁膜の開口部上におけるエネルギー
ビームの照射量を他の領域より多くすることにある。

即ち本発明は、単結晶半導体基板上に一部開口恥が設け
られた絶縁膜を形成したのち、この絶縁膜及び開口部上
に非晶貿若しくは多結晶の半導体薄膜を形成し、次いで
ビームアニールにより上記半導体薄膜を溶融再結晶化す
・る半導体薄膜結晶層の製造方法において、前記ビーム
アニールする工程として、第１のエネルギービームを前
記半導体薄膜上で走査すると共に、該ビームが前記開口
部上を通過する際にこれと同期して該開口部上に第２の
エネルギービームを照射するようにした方法である。

（作用） 本発明では、絶縁膜の開口部においては第１のエネルギ
ービームに加え第２のエネルギービームが照射されるこ
となるので、熱の逃げ易い開口部におけるビーム照射量
を他の領域よりも多くすることが可能となり、ビームア
ニールにより半導体１１１１！の上昇する最高温度を、
絶縁膜上、開口部に拘らず略一定とすることができる。

（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（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例方法記係わる
半導体薄膜結晶層の製造工程を示す断面−である。まず
、第１図（ａ）に示す如く面方位（１００）のＰ型車結
晶シリコン基板１１の上面に絶縁膜として約１［μｍ］
のＳｉＯ２膜１２全１２し、このＳｉＯ２膜１２全１２
部１３を形成した。ここで、５ｉＯ２Ｉ！Ａ１２に設け
た開口部１３は、１００［μ７７１］ｘ１０［Ｍコの長
方形゛となっている。続いて、第１図（ｂ）に示す如く
全面に厚さ０．５［μｍ］の非晶質シリコン膜（半導体
薄膜）１４を形成し、さらにこのシリコン暎１４上に厚
さ０．５　［μｍ］の３　ｉ　Ｑ　２膜（保護ｐＩＡ）
１５を形成した。

次いで、シリコン基板１１を５００　［’Ｃ］まで昇温
した後、第１図（Ｃ）に示す如く非晶質シリコン１１４
及びＳｉＯ２膜１５膜上５ら連続型の電子ビーム（第１
のエネルギービーム）１６を照射し、該ビーム１６を一
方向に走査した。ここで、電子ビーム１６は、ビーム加
速電圧を １０［ＫｅＶ］とする幅１［ｊＩＩＩ］の疑似線状ビー
ムである。また、ビーム電流は１０［ａａ＋Ａ］とし、
走査速度は１［ｃａ／ｓ］とした。なお、疑似線状ビー
ムとは、電子ビームをその走査方向と直交する方向に高
速偏向（例えば５０ＭＨｚの高周波で偏向）し、走査方
向と直交する方向のビーム幅を２似的に線状としたもの
である。

次いで、第１図（ｄ）に示す如く電子ビーム１６の照射
領域が開口部１３上を通過する際に、これ以外のパルス
型の電子ビーム（第２の電子ビーム）１７を同期して照
射した。即ち、開口部１３を予め所定の座標に一致させ
、疑似線状ビーム１６がこの地点を通過する時の走査波
形の電位に同期させてパルス型電子ビーム１７を発射さ
せた。なお、この電子ビーム１７は加速電圧が１０［Ｋ
ｅＶ］で幅１［μｍ］の線状電子ビームであり、１０［
ｍＡ］の電流を０．１秒間照射した。

これにより、絶縁膜１２上のシリコン膜１４を蒸発させ
ることなく、シリコン基板１１の方位に制御された大面
積の単結晶シリコン層を得ることができた。

かくして本実施例方法によれば、第１及び第２の電子ビ
ーム１６．１７を用い、第１のビーム１６が絶縁膜１２
の開口部１３上を通過する際に、該開口部１３に第２の
ビーム１７を照射することにより、開口部１３における
ビーム照射量を他の領域におけるそれよりも多くするこ
とができる。

このため、半導体薄ｌ！１４のアニール温度を絶縁［１
１２上及び開口部１３上共に略等しくすることができ、
これにより良質の単結晶シリコン層を形成することが可
能となる。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記エネルギービームとしては、電子
ビーム以外にレーザビームやイオンビーム等を用いるこ
とが可能である。さらに、第１及び第２のエネルギービ
ームで、別のものを選択することも可能である。また、
溶融・再結晶化される半導体薄膜は、非晶質シリコンに
限るものではなく多結晶シリコンであってもよく、更に
」世の半導体にも適用できる。また、半導体以外の単膜
の単結晶化にも適用することが可能である。

↑の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々諺形し
て実施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、熱の逃げ易い開口部におけるビーム照
Ｉｌｌを他の領域よりも多くしているので、ビームアニ
ールにより半導体薄膜の上昇する最高温度を、絶縁膜上
、開口部に拘らず略一定とすることができる。従って、
絶縁膜の膜厚に拘らず、良質の半導体薄膜結晶層を形成
することかできる。このため、３次元集積回路等の素子
形成用基板として実用上十分な特性を持つ絶縁膜上の半
導体結晶層を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ＞は本発明の一実施例方法に係わる
半導体薄膜単結晶層の製造工程を示す断面図、第２図は
従来方法の問題点を説明するための断面図である。 １１・・・単結晶シリコン基板　（単結晶半導体基板）
　、１２−８　ｉ　０２　Ｉ！　（絶１１り　、　１３
−５１１口部、１４・・・非晶質シリコンｌ１ｌ（半導
体薄膜）、１５・・・Ｓ　ｉ　０２膜（保！！１１７４
＞　、１６・・・連続型電子ビーム（第１のエネルギー
ビーム）、１７・・・パルス型電子ビーム（第２のエネ
ルギービーム）、１８・・・溶融領域。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）単結晶半導体基板上に一部開口部が設けられた絶
   縁膜を形成したのち、この絶縁膜及び開口部上に非晶質
   若しくは多結晶の半導体薄膜を形成し、次いでビームア
   ニールにより上記半導体薄膜を溶融再結晶化する半導体
   薄膜結晶層の製造方法において、前記ビームアニールす
   る工程として、第１のエネルギービームを前記半導体薄
   膜上で走査すると共に、該ビームが前記開口部上を通過
   する際にこれと同期して該開口部上に第２のエネルギー
   ビームを照射することを特徴とする半導体薄膜結晶層の
   製造方法。
2. （２）前記第１及び第２のエネルギービームとして、そ
   れぞれ電子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。
3. （３）前記第１のエネルギービームとして連続型電子ビ
   ームを用い、前記第２のエネルギービームとしてパルス
   型電子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単結晶の製造方法。