JPS63151013A - Ｓｏｉ基板の製造方法 - 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、ＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来大面積のＳＯＩを得る手段としては、レーザを重ね
合わせ走査することが有効でめった。すなわち、レーザ
の走査方向に対して垂直な方向にレーザの有効直径より
小さなピッチで複数回走査し大面積のＳＯＩを得る方法
が一般的であった。

例えば、アプライド・フィツクス・レターズ、第４１巻
、３４６ページ（１９８２年）では６０μｍ径のレーザ
を８０％の重ね合わせで走査することが記載されている
。

また、第１８回個体素子・材料コンファレンス。

エクステントアブストラクト、５６５ページに記載され
ているように、ある特殊な方向（レーザ光を照射するこ
とによって基板上に（すられる温度分布の対称軸に対し
て斜めの方向〉に走査することもあった。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の技術のうち第一の方法では、一度レーザ光を照射
した場所とまだ照射していない場所でレーデ光の反射率
が異なることから、レーザ光を照射することによって基
板上に得られる温度分布の対称性が乱されて、得られた
ＳＯＩ結晶に結晶欠陥が発生するといった問題点があっ
た。

また第二の方法は、上記第一の方法の欠点を改善する目
的で考案された方法であり、温度分布の対称性が乱れた
ことの影響が最小限になるようにレーザ光の走査方向を
工夫したものである。しかしながら、この方法では温度
分布に対称性がないことから、表面の凹凸が大きく、か
つ得られたＳＯＩ基板にデバイスを作製する際に基板の
オリエンテーションフラットと得られたＳＯＩ結晶の無
欠陥の領域の関係が従来のものと異なるため従来のプロ
セスがそのまま適用できない等の問題点がある。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し
た大面積ＳＯＩ基板の製造方法を得ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は少なくとも表面に絶縁体層を備えた基板上に非
晶質シリコン膜を形成する工程と、この非晶質シリコン
膜を融点以下の温度で熱処理することにより平均粒径１
μｍ以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリコン膜を形
成する工程と、この多結晶シリコン膜に対してレーザビ
ームを重ね合わせ走査して前記シリコン膜全面を再結晶
化する工程とからなることを特徴とするＳＯＩ基板の製
造方法である。

本発明における非晶質シリコン膜の熱処理条件は通常５
００〜１０００’Ｃで１〜２０時間であり、高温度にな
るほど処理時間を短かくすることができる。

また、得られる多結晶シリコンは通常平均粒径が１〜２
μｍであるが、それ以上の平均粒径であっても差しつか
えない。

［作用］ 以下に本発明によって、レーザ光を重ね合わせ走査して
も温度弁イ５が乱されず、良好な結晶性を有する大面積
のＳＯＩ基板を得ることができる作用を述べる。

本発明者が、レーザ光を重ね合わせ走査すると温度分布
が乱されるメカニズムを詳細に検討したところ、多結晶
シリコンのレーザ光の反射率は平均の結晶粒径に大きく
依存し、結晶粒径が小ざいはどレーザ光の反射率が小ざ
いことが原因と判明した。ここで非晶質シリコンの反射
率は平均の結晶粒径の非常に小さな多結晶シリコンの反
射率と同等と考えられる。　゛ この観点からレーザ光の重ね合わせ走査の際に温度分布
が乱される原因を考察すると、一度し−リ“光で結晶化
されて単結晶になった領域は、この単結晶が結晶粒径の
非常に大きな多結晶シリコンと同じ反射率を有すると考
えられることから、通常Ｓｏｌ形成に用いられる平均の
結晶粒径が０．１μｍ以下の多結晶シリコンに比べてレ
ーザ光の反則率が大きくなる。一般に大面積のＳＯＩ基
板を形成するためには、基板構造を工夫する、ビーム形
状を成型する、あるいはその両方の組合わせで、中央で
低く両側で高い温度分布を作製し、レー１１で溶融した
シリコンが固化する際に、中央部から両側にむかって同
化が進行することによってその温度分布の範囲で結晶欠
陥のない良好なＳＯＩ結晶を得ることが可能となる。こ
のことは、レーデ光を重ね合わせ走査する際にも要求さ
れるが、上記の反射率の変化で温度分布が乱されれば以
上のメカニズムが働かず、ＳＯＩ結晶に多数の結晶欠陥
が発生する原因となる。

本発明によれば、絶縁体層を備えた基板上に非晶質シリ
コン膜を形成し、融点以下の温度で熱処理することによ
り平均粒径１μｍ以上の結晶粒の集合からなる多結晶シ
リコンを形成する。この多結晶シリコンは、非晶質シリ
コンや、一般にＳＯＩを形成する際に用いられている平
均粒径０１１μｍ以下の多結晶シリコンに比べてレーザ
光の反射率が大きく単結晶シリコンの反射率と大きな差
がない。従ってレーザ光を重ね合わせ走査しても従来の
ように反射率が変化するといった問題がなく良好な結晶
性を持つＳＯＩ基板を得ることができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明の方法の一実施例を説明するための基
板の部分断面図である。

第１図（ａ）に示すように、シリコン基板１０に５ｉ０
２膜２０をＣＶＤ法で膜厚１μｍ堆積し、その上に電子
線蒸着で非晶質シリコン膜３０を０．６μｍ堆積した。

蒸着中の真空度は１Ｏ−８ＴＯｒｒ、蒸着速度は２０人
／ｓｅｃ、蒸着温度は１００℃以下である。次に真空中
で試料を４５０’Ｃ，３０分間加熱し非晶質シリコンの
緻密化を行った後、電気炉で６００℃、１５時間。

Ｎ２アニールし平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン６
０とした。ざらに厚さ０．０６μｍのシリコン窒化膜７
０を堆積し、ピッチＷを１５μｍ、ストライプ幅５μｍ
ストライプパターンを通常のフォトリングラフイー技術
で形成して第１図（ｂ）に示す如くした。

上記の試料のストライプに平行な方向に基板温度３００
’Ｃ〜５００’Ｃ，レーザ径５０〜１５０μｍ、走査速
度１０〜２０ｍｍ／Ｓｅｃ　、　レーザパワー８〜１５
Ｗで重ね合わせ率２０〜８０％の重ね合わせ走査を行い
、ＳＯＩ結晶を得た。また比較のために、第１図（ｂ）
の平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン６０の代りに基
板温度６２０’ＣのＬＰＣＶＤで形成した平均粒径０．
１μｍ以下の多結晶シリコンをもちいて同様のレーザア
ニールをしてＳＱＩ結晶を（ｑた。

上記したＳＯＩ結晶の結晶性の評価を選択エッチ法およ
び透過電子顕微鏡法で行ったところ、平均粒径０゜１μ
ｍ以下の多結晶シリコンをもらいで得た従来法によるＳ
Ｏｆ結晶ではシリコン窒化股下に意識的に導入された結
晶粒界の他に、結晶粒界、積層欠陥、双晶等の結晶欠陥
が多数１２察されたのに対して、本発明の方法で１７ら
れたＳＯＴ結晶では意識的に導入された結晶粒界の他は
ほぼ無欠陥であり、その効果は歴然であった。

なお本実施例では大面積ＳＯＩを作製するための温度分
布を得る方法として、シリコン窒化膜ストライプによる
選択反射防止膜法を用いたが、池の方法、たとえば基板
構造の工夫、ビーム形状の成型、おるいはその両方の組
合わせによっても同様な効果が得られる。また、非晶質
シリコンを平均粒径１μｍ以上の多結晶シリコンに変化
させるための熱処理条件も本実施例に限定されるもので
はない。

［発明の効果］ 本発明によって良好な結晶性を持つ、大面積のＳＯＩ基
板を得ることが可能となり、３次元集積回路等への応用
が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための基板の部分
断面図である。 １０・・・シリコン基板　　　２０・・・５ｉ０２膜３
０・・・非晶質シリコン膜 ６０・・・平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン膜７０
・・・シリコン窒化膜 代理人弁理士　　舘　　野　　千　恵　子第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも表面に絶縁体層を備えた基板上に非晶
   質シリコン膜を形成する工程と、この非晶質シリコン膜
   を融点以下の温度で熱処理することにより平均粒径１μ
   ｍ以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリコン膜を形成
   する工程と、この多結晶シリコン膜に対してレーザビー
   ムを重ね合わせ走査して前記シリコン膜全面を再結晶化
   する工程とからなることを特徴とするＳＯＩ基板の製造
   方法。