JPS6284510A - 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〉 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に電子ビーム
等のエネルギービームを非晶質或いは多結晶質薄膜に照
射して溶融再結晶化させることにより、非晶質或いは多
結晶質薄膜の結晶成長を図り単結晶化する半導体装置の
製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、非晶質或いは多結晶質薄膜として形成された薄膜
を単結晶化して半導体基板として利用することが活発に
研究されている。

即ち非晶質或いは多結晶質薄膜にレーザビームや電子ビ
ーム等によりエネルギーを与えて、一旦溶融し、この溶
融部が凝固する際に温度分布ど核（特願昭５９−２３１
５５６号）として提案している。

第３図は本発明者等が先に提案した半導体装置の製造方
法における基板断面を示す図である。

この第３図において、シリコン等の材料からなる基板１
１を支持台として、この基板１１の表面に５ｉ０２．Ｓ
ｉ３Ｎ４等の材料からなる絶縁膜１２を形成し、この絶
縁膜１２の表面に単結晶化させるための多結晶シリコン
膜１３を形成し、この多結晶シリコン膜１３の表面にＳ
ｉＯ□、Ｓｉ３Ｎ４等の材料からなる絶縁膜１４を形成
し、この絶縁膜１４０表面に帯状高融点金属膜１６とポ
リシリコン膜１５の複合被膜１７を形成する。この際帯
状複合被膜１７の帯幅は電子ビーム直径より小さく、例
えば１０〜２０μｍ幅に設定する。上記積層構造からな
る基板に電子ビームが照射されて多結晶領域１３を単結
晶化するためのエネルギーが与えられる。

このような構成において、帯状複合被膜１７の両側にお
いては電子ビームが直接単結晶シリコン膜１３を加熱す
るが、複合被膜１７下では高融点金属膜１６の電子反射
率及び阻止能が高いため、電子ビームのエネルギーは反
射により減少し、かつ薄膜１６中ですべて吸収され、薄
膜１６自身で温度上昇し、それが伝導されて薄膜１３を
加熱する。

従って複合被膜１７は非単結晶薄膜１３に対して温度上
昇を抑制し、第２図で示したような中央部が周辺部よシ
低い温度分布をつくり出し、溶融再結晶化時において、
単結晶化に適した固液界面形状と該発生位置を提供する
ことになる。

この際多結晶シリコン膜１５は高融点金属膜１６と絶縁
膜１４の熱膨張率が大きく違うことにより発生する熱応
力を緩和し、複合被膜１７の剥離を抑制してアニール可
能なエネルギー領域の拡大と単結晶化の再現性の向上を
図る役割をはたしている。

ぐ発明が解決しようとする問題点〉 本発明者等が先に提案したアニール方法は以上の通りで
あるが、その後種々検討した結果、上記のアニール方法
においては高融点金属膜１６とポリシリコン膜１５の熱
膨張率の違いにより高融点金属膜１６に熱応力が発生し
、高融点金属膜１６が局所的に変形し、その変形部に発
生する局所的応力が単結晶化すべき非単結晶薄膜１３に
伝達され、単結晶化の際に局所的に粒界等の結晶欠陥が
発生する場合があることが判明した。特に複合被膜１７
の長手方向が長いほどこのような局所的な欠陥発生の確
率が大きくなる。

このような局所的欠陥の発生は単結晶の均一性を低下さ
せ、また複合被膜が長くなるほど欠陥の発生確率が上昇
することは大面積単結晶の形成を困難にする等種々の問
題点を見出すに至った。

本発明は上記諸点に鑑みて成されたものであり、上記し
た本発明者等が先に提案した半導体装置のて、欠陥が少
く、均一な単結晶膜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〉 上記目的を達成するため、本発明は非晶質或いは多結晶
質薄膜をエネルギービームによルアニールで溶融再結晶
化させて薄膜単結晶を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、非晶質或いは多結晶質薄膜上にエネルギービー
ム直径より小さい幅を持つ電子吸収性の帯状高融点金属
膜と、高温において高融点金属や多結晶シリコンより容
易に変形する膜、例えば高濃度リンガラス膜或いは金属
膜と多結晶シリコン膜の複合被膜を被ってエネルギービ
ームを照射し、帯と平行にビーム走査する工程を含み、
この帯状複合被膜で被われた非晶質或いは多結晶質領域
に発生した核を種に結晶成長させるように構成している
。

く作用〉 上記のような構成により、上記帯状複合被膜で被われた
非晶質或いは多結晶質領域が溶融再結晶化する際に電子
吸収性帯状被膜により温度分布と核発生位置を制御して
単結晶化が成さハ、また電子吸収性被膜として帯状高融
点金属膜と高融点金属や多結晶シリコンよシ高温におい
て容易に変形する高濃度リンガラス膜或いは金属膜と多
結晶シリコン膜を用いることにより、アニール時に電子
吸収性帯状被膜において、高融点金属膜と多結晶シリコ
ン膜の熱膨張率の差により発生する熱応力を高融点金属
や多結晶シリコンより高温において容易に変形する高濃
度リンガラス膜或いは金属膜が変形することにより緩和
して、高融点金属膜の局所的変形を抑制して形成する単
結晶の均一性の向上および大面積化の向上が図られる。

〈実施例〉 以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する
。

以下に示す本発明の実施例は、単結晶化を図るための非
単結晶薄膜を、保護膜として作用する比較的薄い絶縁膜
で被い、更に単結晶化の際の核発生位置となる領域近傍
に電子ビーム直径より幅の小さい帯状のモリブデン（Ｍ
ｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属膜と高濃度リ
ンガラス膜或いはタンタル（Ｔａ　）　、チタン（Ｔｉ
）等の金属膜と多結晶シリコン膜の三層複合被膜を積層
して基板を作成し、この基板に電子ビームを照射し、前
述の本発明者等が先に提案した方法と同様な方法で単結
晶成長に最適な温度分布をつくり出す原形が容易な膜、
例えば高濃度リンガラス或いは金属膜と多結晶シリコン
の三層複合膜を用いることによシ、アニール時に高融点
金属膜と多結晶シリコン膜の熱膨張率の差により発生す
る応力を高濃度リンガラス膜或いは金属膜が変形するこ
とによシ緩和することによって前述の高融点金属膜と多
結晶シリコン膜の複合膜を用いた場合と比較して低減し
、これにより高融点金属膜の局所的変形を抑制して形成
する単結晶の均一性の向上及び大面積化を容易ならしめ
るようにしたものである。

第１図は本発明における一実施例を説明するための基板
断面を示す図である。

第１図において、シリコン等の材料からなる基板１上に
Ｓ　ｉＯ２ａ　Ｓ　１３　Ｎ４　等の材料からなる絶縁
膜２を形成し、この絶縁膜２の表面に単結晶化させるた
めの非晶質或いは多結晶質シリコン膜３を形成し、この
非晶質或いは多結晶質シリコン膜３の表面にＳ　ｉ　０
２　、　Ｓ　１ｓＮａ　等の材料からなる絶縁膜４を形
成し、この絶縁膜４の表面に、アニール時の高融点金属
膜７と絶縁膜４の間に働く熱応力を緩和する多結晶シリ
コン膜５及び多結晶シリコン膜５と高融点金属膜７の熱
応力を緩和する高融点金属や多結晶シリコンより高温に
おいて変・形が容易な高濃度リンガラス膜或いはタンタ
ル（Ｔａ）。

チタン（Ｔｉ　）　　等の金属膜６及び電子阻止能が大
きく、かつ電子反射率の高いモリブデン（Ｍｏ）。

タングステン（Ｗ）等の材料より成る高融点金属膜７の
三層複合膜８を形成する。この際、この高融点金属膜？
）と高濃度リンガラス膜、或いは金属膜６鷹と多結晶シ
リコン膜ｔ）の複合膜８覧は帯状にパターニングし、こ
の帯幅は電子ビーム直径より小さく、例えば１０〜２０
ｊｍ幅に設定する・ このような構成において、帯状の複合膜８の両側におい
ては電子ビームが直接非単結晶シリコン層３を加熱する
が、複合膜８下ではこの複合Ｍ８の電子反射率及び阻止
能か高いため、電子ビームのエネルギーは反射により減
少し、かつ複合膜８中で全て吸収され、複合膜８自身で
温度上昇し、それが伝導されて非単結晶シリコン膜３を
加熱する。したがって複合膜８は非単結晶シリコン膜３
に対して温度上昇を抑制し、第２図に示したように中央
部か周辺部より低い温度分布を作り出し、溶融再結晶化
において、単結晶成長が起こるのに適し六核発生位置を
提供することになる。

また複合膜８は電子が直接単結晶化すべき部分近傍に到
達することを防ぎ、単結晶層の電子線損傷を防ぐ効果を
持つ。

上記のようにして、温度分布制御により単結晶化に適し
た温度分布と核発生位置を提供することになるが、この
時熱膨張率に相違のある高融点金属膜７と、多結晶シリ
コン膜５０間に高温で高融点金属や多結晶シリコンと比
較して容易に変形する膜６として、例えば高濃度リンガ
ラス膜或いはタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ　）等の
金属膜を挿入することにより、高融点金属膜７と多結晶
シリコン膜５の間に発生する熱応力を緩和する。

上記電子線吸収複合膜８の膜厚け、電子の飛程より厚く
、膜内で電子のエネルギーが１００％吸収され、かつ電
子線複合膜８のアニール時の剥離及び変形を抑制するよ
うな厚さに設定する。例えばタングステン（Ｗ）を用い
た場合、加速電圧１０　ｋＶの電子ビームでアニールす
る場合、電子の飛程は約４００　ｎｍと考えられ、また
多結晶シリコンの電子阻止能はタングステン（Ｗ）の１
／８程度と考えられるので、タングステン（Ｗ”）の剥
離の抑制と、電子線吸収膜８中の伝導による温度分布制
御効果も考慮してタングステン（Ｗ）の膜厚は２００〜
６００　ｎｍ　、多結晶シリコンの膜厚は２００〜８０
０　ｎｍに設定する。またタングステン（Ｗ）と多結晶
シリコンの熱膨張率差により発生する熱応力によるタン
グステン（Ｗ）の変形を抑制するために高濃度リンガラ
ス膜は１００〜３００ｎｍに設定する。

薄膜３を被う絶縁膜４は電子線吸収膜８からの伝熱を遅
延する効果と、薄膜３への電子線の直接入射による損傷
を防ぐ効果、及び電子線吸収膜８との直接接触による汚
染を防ぐ効果を持つ。電子線吸収膜８で発生した熱の薄
膜４中での伝熱による薄膜８下での温度低下をはかるた
め、絶縁膜４の膜厚は４００〜８００　ｎｍに設定する
。

上記積層構造の基板に電子線吸収膜８の中央に電子ビー
ムの中心が位置するように電子ビームを照射すると、電
子ビームの照射された部分のうち、非単結晶薄膜３の電
子線吸収膜８で被われていない部分は、絶縁膜４を通し
て電子ビームが入射されてその部分の温度か上昇する。

一方、電子線吸収膜８に被われた部分では電子ビームは
一部が反射され、残りは電子線吸収膜８自身に吸収され
て、電子線吸収膜８が温度上昇し、その熱か絶縁膜４を
通じて非単結晶膜３に伝導される。このとき電子線吸収
膜８の直下では電子線吸収膜８による電子の反射による
エネルギー損失と、薄膜８及び絶縁膜４中の伝熱による
温度低下のなめ、周辺よシ温度が低く、第２図に示すよ
うに領域中央部が低く、周辺部が高い温度分布が形成さ
れる。

このような温度分布においては、融液から凝固する過程
で電子ビーム照射領域中央で核発生し、この核か成長し
て単結晶薄膜が形成される。

上記アニール処理により単結晶化した後、電子線吸収膜
８及び絶縁膜４がエツチング除去され、例えばフォトリ
ングラフィにより単結晶領域が半導体素子作成に供する
形状に加工される。

また上記の如き電子線吸収膜８の構成により、アニール
時に高融点金属膜７と多結晶シリコン膜５の熱膨張率の
差により発生する熱応力を、高温で高融点金属膜や多結
晶シリコンと比較して容易ｔで変形する膜６である高濃
度リンガラス膜或いは金属膜によシ緩和して低減するこ
とができる。これにより、高融点金属膜８の局所的変形
が抑制され、単結晶化膜３における局所的熱応力の発生
が低減されて、形成される単結晶の均一性が向上し、大
面積化も容易になる。

〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、非晶質或いは多結晶質薄
膜を電子ビームでアニールして溶融再結晶化して単結晶
化する際、従来に比べて単結晶の均一性か増大し、大面
積化も容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を説明するための基板断
面を示す図、第２図はアニール工程時の温度分布図、第
３図は本発明者等が先に提案した半導体装置の製造方法
を説明するための基板断面を示す図である。 １・・・シリコン等の基板、 ２・・・絶縁膜、 ３・・・非晶質或いは多結晶質薄膜、 ４・・・絶縁膜、 ５・・・電子線吸収膜として作用する多結晶シリコン膜
、 ６・・・電子線吸収膜として作用する高濃度リンガラス
膜或いは金属膜、 ７・・・電子線吸収膜として作用する高融点金属膜、８
・・・複合被膜（電子線吸収膜）。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図　　
−一一一一−Ｓ（１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非晶質或いは多結晶質薄膜をエネルギービームによ
   るアニールで溶融再結晶化させて薄膜単結晶を形成する
   半導体装置の製造方法において、上記非晶質或いは多結
   晶質薄膜上に、上記エネルギービーム直径より小さい幅
   を持つ帯状の高融点金属と、高温において高融点金属や
   多結晶シリコンより容易に変形する膜と多結晶シリコン
   の複合被膜を形成し、 該帯状複合被膜を被って上記エネルギービームを照射し
   、帯と平行にビーム走査する工程を含み、 上記帯状複合被膜で被われた非晶質或いは多結晶質領域
   に発生した核を種に結晶成長させることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。 ２、前記エネルギービーム直径より小さい幅を持つ多結
   晶シリコン薄膜と高温において高融点金属や多結晶シリ
   コンより容易に変形する膜と高融点金属膜をこの順に前
   記非晶質或いは多結晶質薄膜上に形成して前記帯状複合
   被膜となしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置の製造方法。