JPS634607A - 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、５ＯＩ（Ｓｉ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）
基板の製造方法に関するものである。

（従来の技術） ・従来、基板の面積にたいしてＳＯＩの面積の割合が大
きい（ＳＯＩ面積率の大きい）ＳＯＩ基板の形成方法と
しては、例えば、アプライド、フィジクス、レターズ（
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、
　第４１　巻３４６　ペー　ジ（１９８２年）に記載さ
れている、シリコン窒化膜による選択反射防止膜法と呼
ばれる方法がある。この方法で、ＳＯＩ基板の面方位を
Ｉ１１御する最も一般的な方法としては、例えば第３３
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集５２７ページ１
ａ−Ｑ−１に記載されている様に、絶縁膜上に堆積した
多結晶シリコン膜を、基板の−９部を種結晶として用い
た横方向の帯域溶融エピタキシャル成長法で再結晶化す
るＳＯＩ基板の形成方法があった。

さらに、レーザビームアニールで、種結晶を用ム・プロ
シーデインダス（Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ
　ＳｏｃｉｅｔｙＳｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ）、　第３５　巻６６９　ペー　ジ（１９８５
年）に記載されている様に、溝状に掘られた５ｉ０２に
埋め込まれた多結晶シリコンを２段階にレーザビームア
ニールする方法があった。この方法では第１段階のアニ
ールでＳｉラメラと呼ばれる基板垂直方向に＜１００＞
方位を持つ人工的な種結晶を形成し、そのＳｉラメラを
種結晶として第２段階のアニールで単結晶粒を得る事に
特徴がある。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の従来の技術のうち第１の方法は基板の種結晶領域
からＳＯＩ層に結晶方位を引きづぐ事が技術的に困難な
上、種結晶領域として余分な面積を確保する必要がある
等の問題点があり望ましくない。

しかも、この方法で基板を種結晶として用いずにＳＯＩ
の方位を制御したという報告は未だない。

また第２の方法では第１の方法に比べて、ＳＯＩ面積率
が小さいという欠点がある。本発明の目的は、この様な
従来技術の問題点を解決するために、種結晶を用いずに
ＳＯＩ面積率が大きくて基板垂直方向が＜１００＞に制
御された単結晶粒からなるＳＯＩ基板の製造方法を得る
事にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、少なくとも表面に絶縁体層を備えた基
板上に、多結晶シリコン膜として基板垂直方向に＜１０
０＞方位を持つ結晶粒を多数含む膜を堆積し、該多結晶
シリコン膜上にストライプの輻Ｄ１、一部領域のみ幅が
Ｄ２（ＤＩ＞Ｄ２）であるレーザ光の反射防止膜を形成
し、まずストライプ幅がＤ２の領域でストライプに垂直
な方向にレーザビームを走査し、次にストライプに平行
あるいはストライプとなす角度が６０度以内の方向にレ
ーザビームを走査して、基板垂直方向に＜１００＞方位
を持ちレーザ光の反射防止膜下の結晶粒界の間に囲まれ
たストライプ状の単結晶粒を形成する事を特徴とするＳ
ＯＩ基板の製造方法が得られる。

（作用） 以下に本発明によって、種結晶を用いずにＳＯＩ面積率
が大きくて基板垂直方向が＜１００＞に制御された単結
晶粒からなるＳＯＩ基板の製造方法を得る事ができる理
由を述べる。

本発明者が基板垂直方向に＜１００＞方位を持つ人工的
な種結晶として用いる事が可能なＳｉラメラの形成メカ
ニズムについて詳細に検討した結果によれば、多結晶シ
リコン中の微小結晶粒のうち基板垂直方向に＜１００＞
方位を持つものは他のものに比べである。この＜１００
＞方位を持つ微小結晶粒が種結晶となって溶液が固化し
たものがＳｉラメラである。

従って、Ｓｉラメラを形成するためにはレーザ光の直接
照射で多結晶シリコンを溶解する事が必要条件である。

この観点で、シリコン窒化膜による選択反射防止膜法の
構造を見直すと、この方法ではシリコン窒化膜によるレ
ーザ光の吸収効率が非常に大きいため、通常用いられて
いるシリコン窒化膜の間隔と幅ではレーザ光の直接照射
よりも、主にシリコン窒化膜下からの熱伝導が多結晶シ
リコンを溶解する原因となっている。この様に通常用い
られているシリコン窒化膜の間隔と幅では、８ｉラメラ
の形成には著しく不利であるが、他方ストライプに平行
な方向に長く安定に単結晶粒を形成するためには、通常
用いられているシリコン窒化膜の間隔と幅が有利である
。

そこで本発明では、Ｓｉラメラを形成する領域のみシリ
コン窒化膜の幅を狭くする事によってレーザ光の直接照
射の寄与が大きな条件で人工的種結晶を形成し、そこを
種結晶として通常のシリコン窒化膜による選択反射防止
膜法によるＳＯＩ形成を行う事によって、基板垂直方向
が４００＞である単結晶粒からなるＳＯＩ基板の製造方
法を得る事が可能となる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は、本発明の詳細な説明するための斜視図である
。試料はサファイア基板１０に５ｉ０２膜２０をＣＶＤ
法で膜厚１ｐｍ堆積し、その上に基板温度？００°Ｃの
ＬＰＣＶＤ法で多結晶シリコン膜３０を厚さ０゜５ｐｍ
堆積した。この多結晶シリコン膜は７００６Ｃ程度と通
常より高い温度で堆積しているので、堆積直後の状態で
基板垂直方向に＜　１００　＞方位を持つ結晶粒が他の
物に比べて２０倍以上の割合で存在し、強い＜１００＞
配向性を持ち、Ｓｉラメラの形成に有利である。さらに
厚さ０．０６μｍのシリコン窒化膜４０を堆積し、ピッ
チＷを１５μｍ、ストライプ幅の広い部分をＤｌを５ｐ
ｍ、狭い部分Ｄ２を３ｐｍに通常のフォトリソグラフィ
ー技術で形成した。

まず上記の試料のストライプ幅の狭い部分を基板温度３
００°Ｃ〜５００°Ｃ０レーザ径２０〜９０ｐｍ、走査
速度１〜３ｍｍ／ｓｅｅ、レーザパワー６〜１３Ｗでス
トライプに垂直な方向に走査し、Ｓｉラメラを形成した
。次にストライプに平行な方向あるいはストライプとな
・す角が６０度以内の方向に、基板温度３０６°Ｃ〜５
００°Ｃ、レーザ径５０〜１５０ｐｍ、走査速度１０Ｑ
−２０ｍｍ／ｓｅｅ、レーザパワー８〜１５Ｗで単独走
査あ、；、！ るいは重ね合わせての複数回の走査を行い、前記Ｓｉラ
メラを種結晶としての単結晶粒の成長を行った。

このＳＯＩ結晶の面方位の観察をＥＣＰ法で、結晶性の
評価を選択エッチ法で行った。すると、形成したＳｉラ
メラを種結晶として、シリコン窒化膜のストライプ方向
に１ｍｍ以上の長さをもち、基板垂直方向が＜１００＞
方位である単結晶粒からなるＳＯＩ基板が得られた。

またＳＯＩ面積率は１００％であり、従来の溝状に掘ら
れた５ｉ０２に埋め込まれた構造での最大７０％や、基
板を種結晶として用いた場合での最大９０％程度に比べ
て大きい。

本実施例ではサファイア基板を用いたがＳｉ基板等他の
基板を用いても同様な効果が得られる。また、シリコン
窒化膜の間隔Ｗ、輻Ｄ１、Ｄ２も本実施例に限定された
ものではない。また、レーザ光の反射防止膜としてシリ
コン窒化膜以外のものを用いても同様な効果がある。

（発明の効果） 本発明によって、ＳＯＩ面積率が大きくて、面方位が（
１００）に制御されたＳＯＩを、基板を種結晶として用
いる事なく得る事が可能となり、ＬＳＩの三次元化に多
大な効果を発揮するであろう。

本発明の副次的な効果として、シリコン窒化膜幅の狭い
（Ｄ２）領域では、レーザパワーの注入効率が他の領域
に比べて低いため、第二段階のアニールで既に形成され
ているＳｉラメラを破壊する事なく種結晶を引き継ぎ、
シリコン窒化膜幅の広い領域では、多結晶シリコンを十
分に溶融して、安定な再結晶化を行う事が可能となると
いう効果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための斜視図である。 図中の番号は以下のものを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   リコン膜として基板垂直方向に＜１００＞方位を持つ結
   晶粒を多数含む膜を堆積し、該多結晶シリコン膜上にス
   トライプの幅Ｄ＿１、一部領域のみ幅がＤ＿２（Ｄ＿１
   ＞Ｄ＿２）であるレーザ光の反射防止膜を形成し、まず
   ストライプ幅がＤ＿２の領域でストライプに垂直な方向
   にレーザビームを走査し、次にストライプに平行あるい
   はストライプとなす角度が６０度以内の方向にレーザビ
   ームを走査して、基板垂直方向に＜１００＞方位を持ち
   レーザ光の反射防止膜下の結晶粒界の間に囲まれたスト
   ライプ状の単結晶粒を形成する事を特徴とするＳＯＩ基
   板の製造方法。