JPS63151015A - 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あった。すなわち、レー１
１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・材料コンフアレンス。

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得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ザ光の反射率
が興なることがら、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めっ
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
膜をイオン注入によって非晶質化あるいは非晶質の中に
微小結晶粒が残留したシリコン膜を形成する工程と、こ
の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１μｍ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
してレー枦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Ｓ
ＯＩ基板の製造方法である。

本発明における非晶質化あるいは非晶質の中に微小結晶
粒が残留したシリコン膜の熱処理条件は通常５００〜１
０００℃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、（９られる多結
晶シリコンは通常平均粒径が１〜２μｍ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
も温度分布が乱されず、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、結晶粒径が小さいはどレーザ光の反射率が小さ
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ざ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、一度レーザ光で結晶化さ
れて単結晶になった領域は、この単結晶が結晶粒径の非
常に大ぎ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Ｓ○■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
ザ光の反射率が大きくなる。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、レーザで溶融したシリ
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１ｑることが可能となる。この
ことは、レーリ“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多結晶シリ
コン膜を形成し、その多結晶シリコン膜をイオン注入に
よって非晶質化あるいは非晶質の中に微小結晶粒が残留
したシリコン膜を形成し、その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０．１μｍ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５ｉｎ
２膜２０をＣＶＤ法で膜厚１μｍ堆積し、その上に基板
温度６２０’ＣのＬＰＧＶＤ法で平均粒径０．１　μｍ
以下の多結晶シリコン３０を０，５μｍ堆積した。この
多結晶シリコノに８１　　イオンをイオン注入して非晶
質化あるいは非晶質の中に微小結晶粒が残留したシリコ
ン膜を形成した。イオン注入の条件は加速電圧１８０〜
２１０ｋｅＶ、　ドーズｍ　１〜２０Ｘ１０１４ｃｍ’
とした。ざらにその試料を電気炉で６００°Ｃ。

１５時間、Ｎ２アニールし平均粒径１〜２μｍの多結晶
シリコン６０とした。ざらに厚さ０．０６μｍのシリコ
ン窒化膜７０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ックラ
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８〜１５Ｗ
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℃のＬＰＧＶＤで・形成した平均粒径０．１
μｍ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ＳＯＩ結晶を得た。

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て１ｑた従来法による
ＳＯＩ結晶ではシリコン窒化膜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
陥が多数観察されたのに対して、本発明の方法で得られ
たＳＯＩ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ＳＯＴ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
選択反則防止膜法を用いたが、他の方法、たとえば基板
構造の工夫、ビーム形状の成型、あ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
化させるだ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 ３０・・・平均粒径０．１μｍ以下の多結晶シリコン膜
６０・・・平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン膜７０
・・・シリコン窒化膜

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
   をイオン注入によって非晶質化あるいは非晶質の中に微
   小結晶粒が残留したシリコン膜を形成する工程と、この
   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１μｍ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。