JPS6254910A - 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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JPS6254910A
JPS6254910A JP19558085A JP19558085A JPS6254910A JP S6254910 A JPS6254910 A JP S6254910A JP 19558085 A JP19558085 A JP 19558085A JP 19558085 A JP19558085 A JP 19558085A JP S6254910 A JPS6254910 A JP S6254910A
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JP
Japan
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film
oxide film
polycrystalline silicon
laser beam
forming
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JP19558085A
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English (en)
Inventor
Shinji Maekawa
真司 前川
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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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〉 本発明は半導体装置の製造方法の改良に関するものであ
り、特にレーザビームを用いた5OI(541icon
 On In5ulator )技術による半導体装置
の製造方法に関するものである。
〈従来の技術〉 従来より高速集積回路や3次元集積回路の実現のために
、シリコン基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン層を
形成するS 01 (5ilicon 0nInsul
aior)技術の研究、開発が活発に行なわれている。
色々なSOI技術のうち特に3次元集積に適していると
考えられるのが、シリコン基板上にンリコン酸化膜を形
成し、その上に堆積した非晶質あるいは多結晶シリコン
膜にレーザビームを照射して単結晶化する、いわゆるレ
ーザ再結晶化法と呼ばれるものである。このレーザ再結
晶化法はシリコン膜を溶融させる為に通常レーザビーム
を100μmφ 程度に絞って照射し、これをウェハー
全面に走査して再結晶化させるものであるが、この再結
晶化の際に単結晶領域が形成されるためには固液界面が
溶融領域側に凹んでいることが重要であり、このような
凹型の固液界面を形成する手段がレーザ再結晶化法の決
め手となっている。
従来より提案されている方法としては、薄膜の積層構造
を工夫してレーザビームの反射率や熱伝導率を制御する
ことにより凹型の固液界面を形成するもの及び、照射す
るレーザビームの強度分布を通常のがウス分布から双峰
型の強度分布に変換することにより同様のことを達成す
るものの2つに分類される。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来の方法においては、前者では本来凸型の固液界
面を試料構造により強制的に凹型に変換する為に、形成
できる単結晶領域の幅が約20μmと狭いという問題点
があり、また後者ではレーザビームの強度分布を変換す
る方法によってはレーザビームの強度損失が大きかった
り、損失の少ない方法でも強度分布の僅かな揺らきにも
敏感で単結晶領域を安定に形成するのが難しく亜粒界が
発生したり、双晶等の欠陥も発生しやすいという問題点
がある。
上記の問題点を解決するため、本発明者はこの両者を組
合せ、下地絶縁膜に段差を有するSOI構造に双峰型の
強度分布のレーザビームをその2つのピークが段差部を
またぐように照射して、レーザビームの揺らぎに対\す
る安定性を改善するようにした半導体装置の製造方法を
先に特願昭60−79020として提案している。
この先に提案した方法により、亜粒界の発生を段差凸部
にのみ限定することが可能となった。しかし、その後種
々検討した結果、より大きなレーザビームの揺らぎによ
って発生すると考えられるを及ぼすことが判明した。
本発明は上記の点に鑑みて創案されたもので、レーザビ
ームの揺らぎに対して安定性の高い再結晶化方法を提供
し、非晶質絶縁膜上に欠陥のない良質な単結晶領域をウ
ェハー全域にわたって安定に形成することが可能な半導
体装置の製造方法を提供することを目的としている。
く問題点を解決するための手段〉 本発明は半導体基板上に酸化膜を形成し、単結晶化した
い領域を凹形にしてその底部には上記形成した酸化膜よ
りも薄い酸化膜を残して形成する工程と、この加工され
た酸化膜の全面に活性層となる多結晶シリコンを形成す
る工程と、この活性層となる多結晶シリコンの表面に酸
化膜を形成する工程と、この酸化膜上にレーザビームの
揺らぎに対して緩衝層として機能する多結晶シリコン膜
を形成する工程と、この緩衝層として機能する多結晶シ
リコン膜の表面に反射防止膜として酸化膜を形成する工
程と、双峰型の強度分布に形成したレーザビームをその
2つの強度ピークが上記の凹部の外側に位置するように
配置して照射し多結晶シリコンを溶融することにより上
記の凹部の素子形成予定領域の活性層となる多結晶シリ
コンを単結晶化する工程とを含んでなるように構成して
いる。
く作用〉 上記の如き構成により、単結晶化したい領域部分の酸化
膜の膜厚が、その両側方の酸化膜の膜厚より薄くなり、
更に双峰型の強度分布のレーザビームの強度ピーク部分
が膜厚の厚い両側方を照射することになり、単結晶化し
たい領域部分の中央部の温度が低く、凹部の外側部分の
温度が高くなる温度分布がより強調して得られ、レーザ
ビームの強度分布の多少の変化に対しても上記温度分布
特性が逆転することがなく、欠陥の無い良質の単結晶が
形成される。またビームの揺らぎによって発生する固液
界面の乱れが上層の緩衝層の膜面内の熱拡散によって滑
らかになり、活性層となる下層では安定した単結晶成長
が行なわれる。
〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。
第1図は本発明の実施例における試料の素子形成予定領
域の断面を示す図、第2図は同試料の凹部とレーザビー
ムの強度分布の位置関係を示す図、第3図は本発明によ
る試料の温度分布を示す図である。
第1図においては、lはシリコン基板であり、まずこの
シリコン基板l上に1.5Pm厚のシリコン酸化膜2を
形成する。次いで、単結晶化したい領域に0,3μmの
深さの凹部21,21.・・・を形成する。ここでは第
1図の断面図に示す如く、幅80μmの溝を約20pm
離して密に並べている。
溝の長さには特に制限は無い。この段差を有する酸化膜
2上の全面に活性層となる多結晶シリコン3a及びシリ
コン酸化膜4aをこの順序で例えば化学気相成長法(C
VD法)でそれぞれ0.5μm。
0.2μm程度堆積し、更にそのシリコン酸化膜4a上
の全面に緩衝層として作用する多結晶シリコン膜3b及
び反射防止膜としてのシリコン酸化膜4bをこの順序で
例えば化学気相成長法(CVD法)でそれぞれ0.“5
μm、0.26μm程度堆積する。ここで下層の一多結
晶シリコン3aは素子を形成する層であり、上層の多結
晶シリコン3bは緩衝層である。
次いで、例えば連続発振のアルゴンレーザをその強度分
布が双峰型になるように変換し、第2図に示されるごと
くビーム6の2つの強度ピークが溝の外側にまたがるよ
うに配置して、7ワツトのパワー、10c11の走査速
度で溝に沿って照射する。
このとき、試料の温度分布は第3図に示すように下地酸
化膜2の凹部の外側端の膜2の厚くなった部分の温度が
より高くなり、中央部の温度がより低(なるように形成
され、この結果、冷却時に温度の最も低い溝の中央部か
ら結晶化が始まり、溝の両端に向かって安定に結晶化が
行なわれる。
なお、第3図において、7は亜粒界、8は単結晶領域で
ある。
上記した再結晶化法により上下2層3b、3aの溝21
.21内の多結晶シリコンが同時に単結晶化する。
尚照射するレーザビームは通常のガウス分布をいかなる
方法で双峰型の分布に変換しても構わず、又2本のレー
ザビームを用いても良いが、第4図に示されるごとく本
発明者が先に特願昭59−220684号として提案し
たフレネルの複プリズムを2個用いてM字型の強度分布
を得る方法を用いてもよい。
即ち、第4図において、41及び42はそれぞれ頂角0
のフレネルの複プリズムと称せられる光学部材であり、
フレネルの複プリズム41及び42は頂角σの形成され
た面が対向するように配置されると共に頂角0の形成さ
れた面と反対側の面41aと42aが平行に保持される
ように配置されている。
このような構成により、第5図(a)に示す如き入射光
としてのガウス分布のレーザ光5は第1のフレネルの複
プリズム41によって中央で分割され、出射面41bか
らの出射光が第2のフレネルの複プリズム42の入射面
42cに入射され、出射面41cからの出射光が入射面
42bに入射され、第1のフレネルの複プリズム41に
よって中央で分割されたレーザ光が、その左右位置を入
れ換えた形に第2のフレネルの複プリズム42によって
合成され、中央部が低くその両端lこピークを持つ第5
図(blに示す如きM字型(双峰型)の強度分布のル−
ザ光6に変換される。
このような本発明者が先に提案したフレネルの複プリズ
ムを2個用いてM字型の強度分布を得る方法は本発明に
用いて、より好適である。
第6図(alは本発明の実施例における緩衝層3bの再
結晶化後の結晶状態を示す図、第6図(blは本発明の
実施例における活性層3aの再結晶化後の結晶状態を示
す図である。
第6図(al及び(blを参照して上層(緩衝層)3b
と下層(活性a)3 aの結晶性を比較してみると、上
層3b、下層3aとも、粒界9から派生した亜粒界は凸
部にのみ限定され、凹部21の素子形成予定領域にまで
延びることがないが、双晶の境界IOは上層3bにおい
て段差凸部から凹部21にまで連続して延び、双晶欠陥
が発生している。これに対して、下層3aの再結晶化層
においては、欠陥のない完全な単結晶が得られている。
これはビーム6の揺らぎによって発生する固液界面の乱
れが、上層3bの膜面内の熱拡散によって滑らかになり
、下層3aの双晶の発生が抑制され、下層3aでは安定
した単結晶成長が行なわれることになる。
したがって上層3bを除去し、単結晶化された下層3a
内に高性能の半導体素子を形成することが可能となる。
〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明の方法によれば緩衝
層の作用によりSOI構造の完全性の高い単結晶半導体
層を安定に作製することが出来、かかる領域に高性能の
半導体素子を形成することができ、更には三次元集積回
路の実現を可能にする等の種々の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に於ける試料の素子形成予定領
域の断面を示す図、第2図は試料の凹部とレーザビーム
の強度分布の位置関係を示す図、第3図は本発明による
試料の温度分布を示す図、第4図はフレネルの複プリズ
ムを2個用いてガウス分布のレーザビームをM字型の強
度分布に変換する方法をレーザ光の光路と共に示す図、
第5図(alは変換前のガウス分布のレーザ光の強度分
布を示す図、第5図(blは変換後のM字型のレーザ光
の強度分布を示す図、第6図(alは本発明の実施例に
おける緩衝層の再結晶化後の結晶状態を示す図、第6図
(blは本発明の実施例における活性層の再結晶化後の
結晶状態を示す図である。 1・・・シリコン基板、2・・・シリコン酸化膜、21
゜21・・・凹部、3a・・・活性層となる多結晶シリ
コン膜、3b・・・緩衝層として機能する多結晶シリコ
ン膜、4a・・・シリコン酸化膜、4b・・・反射防止
膜、5・・・ガウス分布のレーザビーム、6・・・M字
型分布の強度分布に変換されたレーザビーム、7・・・
亜粒界、8・・・単結晶領域、9・・・粒界、10・・
・双晶境界。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)第1図 □2 箪 2 m 第4図       第5図 (bノ下Altつ肉感ち昌状@回 6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に酸化膜を形成する工程と、該形成さ
    れた酸化膜表面に凹部を形成する工程と、 該加工された酸化膜の全面に活性層となる多結晶シリコ
    ンを形成する工程と、 該活性層となる多結晶シリコンの表面に酸化膜を形成す
    る工程と、 該酸化膜上にレーザビームの揺らぎに対して緩衝層とし
    て機能する多結晶シリコン膜を形成する工程と、 該緩衝層として機能する多結晶シリコン膜の表面に反射
    防止膜として酸化膜を形成する工程と、 双峰型の強度分布に形成したレーザビームをその2つの
    強度ピークが上記凹部の外側に位置するように配置して
    照射して多結晶シリコンを溶融することにより上記凹部
    の素子形成予定領域の上記活性層となる多結晶シリコン
    を単結晶化する工程と を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP19558085A 1984-10-03 1985-09-03 半導体装置の製造方法 Pending JPS6254910A (ja)

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JP19558085A JPS6254910A (ja) 1985-09-03 1985-09-03 半導体装置の製造方法
US06/783,105 US4719183A (en) 1984-10-03 1985-10-02 Forming single crystal silicon on insulator by irradiating a laser beam having dual peak energy distribution onto polysilicon on a dielectric substrate having steps
EP85307109A EP0184290B1 (en) 1984-10-03 1985-10-03 Process for the production of semiconductor devices using a dual peak laser beam
DE8585307109T DE3581276D1 (de) 1984-10-03 1985-10-03 Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen unter verwendung eines dual-peak-laserstrahls.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6480017A (en) * 1987-09-21 1989-03-24 Agency Ind Science Techn Manufacture of semiconductor single crystal layer
JPH01147827A (ja) * 1987-12-04 1989-06-09 Agency Of Ind Science & Technol 多層半導体基板の製造方法
JP2001247106A (ja) * 2000-01-27 2001-09-11 Sig Pack Syst Ag 包装フィルムからなる包装チューブ材を溶封する装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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