JPH01147828A - 多層半導体基板の製造方法 - 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］ この発明は半導体基板の製造方法に関し、特に絶縁体上
に形成された単結晶半導体基板上にトランジスタ等の回
路素子を形成する半導体基板の製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 半導体装置の高性能化のため回路素子を誘電体で分離し
て浮遊容量の少ない半導体集積回路を製造する試み、ま
たは回路素子を立体的に積層するいわゆる３次元回路素
子を製造する試みがなされており、その一方法として絶
縁層上に非単結晶の半導体層を形成し、これをレーザ光
などのエネルギ線を照射することによって表面層のみを
加熱し、単結晶の半導体層を形成する方法がある。この
際絶縁体に部分的に半導体ｉｌｌ結晶基板に達する開口
部を設けておき、非単結晶の半導体層の溶融を開口部の
単結晶半導体基板の表面にまで及ばせることにより、非
単結晶の半導体層を基板単結晶と同一の結晶軸をもった
単結晶にすることが試みられている。

第４図は従来のエネルギ線を照射する直前の結晶基板の
平面図であり、第５図は第４図の■−■断面図である。

以下、両図を参照してその構成について説明する。

まず、１１１結晶よりなるシリコン基板１上に二酸化シ
リコンよりなる酸化膜２が厚さ１μｍで形成され、所定
位置にシリコン基板１に達する開口３が設けられる。開
口３内部を含み、酸化膜２上に化学的気相成長法（ＣＶ
Ｄ法）で０．５μｍの厚さに多結晶シリコン５を堆積さ
せ、その上にやはりＣＶＤ法で１０ＯＡの厚さに酸化膜
６を堆積させる。さらに酸化膜６上には開口部３上方位
置にＣＶＤ法で５０ＯＡの厚さにストライプ状の窒化膜
７が堆積される。また窒化膜７に挾まれた酸化膜６上に
は、同じ＜　ＣＶＤ法で５００Ａの厚さの窒化膜１２が
幅５μｍ１間隔１０μｍで形成される。ここで、開口３
は通常スクライブ線と呼ばれ幅１００ないし２００μｍ
、長さ１０〜２０ｍｍで半導体集積回路のチップを分断
するための領域として設けられている。

第６図はエネルギ線の照射時における半導体基板の断面
図である。

以下、図を参照して照射状態について説明する。

第５図のような構造の基板に連続発振のアルゴンレーザ
光９を１００μｍに絞って走査速度２５ｃｍ／ｓで走査
しながら照射し、多結晶シリコン５を溶融させる。溶融
された溶融シリコン１０の固化再結晶化は開口３の単結
晶のシリコン基板１から酸化膜２上の多結晶シリコン５
に向かって起こり、酸化膜２上の多結晶シリコン５はレ
ーザ光の照射が終了すると基板単結晶シリコンと同一の
結晶軸を持った単結晶化シリコン１１になる。この際、
開口３上の窒化膜７はレーザ光照射時にレーザ光の反射
防止膜として働き、酸化膜２より熱拡散が大きい開口３
中の多結晶シリコンの温度下降を防ぐために設けられて
いる。さらに、酸化膜２１−の多結晶シリコン５−Ｌに
設けられたストライプ状の窒化膜１２は、レーザ光照射
時の多結晶シリコン５の横方向温度分布を制御し、単結
晶成長がチップ全体に続くように設けられており、その
再結晶化の機構については特願昭６１−０４８４６８に
詳細に述べられている。また、酸化膜６はレーザ光照射
時に溶融した溶融シリフン１０中へ窒化膜７，１２中の
窒素が混入しないための混入阻止膜として設けられてい
る。レーザ光照射が終了し、チップ内の多結晶シリコン
５が単結晶化した後、窒化膜７．１２および酸化膜６は
除去された後は通常の集積回路製造プロセスによって酸
化膜２上の単結晶化シリコン１１に回路素子が形成され
る。全プロセス終了後に半導体基板は開口３に沿って分
断（スクライブ）され、１０〜２０ｍ・ｍ角の半導体集
積回路のチップが完成する。したがって、開口３は酸化
膜２」二に単結晶シリコン基板１と同じ結晶軸を持った
ｉｌｊ結晶化シリコン１１を製造する役割と、全プロセ
ス終了後集積回路チップを分断するためのスクライブ線
としての役割を持っている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の製造方法においては、開口３が直線
上に大きな領域にわたって形成されていた。したがって
開口３中の多結晶シリコン５と酸化膜２上の多結晶シリ
コン５の溶融時の温度分布が違う（酸化膜２上の多結晶
シリコン５の温度が高い）ため、溶融シリコン１０の粘
度は酸化膜２上の方が小さくなる。そのため酸化膜２．
６との界面Ｃと働く表面張力により、開口３端に接する
酸化膜２上の多結晶シリコン５は再結晶化時（単結晶化
時）にその膜厚が薄くなってしまう。

第７図はこの状態を示した半導体基板の断面図である。

図に示すように開口３端部の酸化膜２上の多結晶シリコ
ン５は凹んで四部１５となり、その凹んだ部分は走査下
流側の開口３端部の酸化膜２１−の１１ｔ結晶化シリコ
ン１１を膨れさせて凸部１６を生じさせる。場合によっ
てはこの凹みがさらに進み開口３端での単結晶化シリコ
ン１１が、溶融時の溶融シリコン１０の移動により消滅
（膜厚が０になる）してしまうという問題点があった。

この問題は開口３と酸化膜２上での多結晶シリコン５の
溶融時の温度を均一にすれば解決されることは明白であ
るが、事実工種々の構造において温度を均一にすること
はコストの問題上困難であった。このようにスクライブ
線としての１辺５μｍ以上の長方形（直線状）の開口３
の周辺の単結晶化シリコン１１は再結晶化後必ず膜厚が
減少し、他方端でその凸部を生じてしまうのである。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、単結晶半導体基板上に絶縁膜を介してｌｉｔ
結晶の半導体層を膜厚の減少なしに得ることを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る多層半導体基板の製造方法は、熱エネル
ギを走査して与えて非単結晶の半導体層を溶融させる際
、絶縁膜に形成された開口の熱エネルギの走査下流側で
あって所定範囲の絶縁膜上の半導体層だけを溶融させな
いものである。

［作用〕 この発明においては開口の熱エネルギの走査下流側の半
導体層を溶融させないので、この部分を凹ませるとなく
再結晶化後の単結晶化した半導体層の膜厚変化を抑える
。

［実施例］ 第１Ａ図〜第１Ｆ図はこの発明の一実施例における製造
方法を示す概略工程断面図であり、第２図はエネルギ線
照射時の第１Ｄ図に対応する半導体基板の・［也面図で
ある。

以下、これらの図を参照してこの製造方法について説明
する。

まず、単結晶よりなるシリコン基板１にに厚さ１μｍの
二酸化シリコンよりなる酸化膜２を形成しく第１Ａ図参
照）、これをパターニングすることによってシリコン基
板１に達する開口３．４を形成する。ここで開口３はス
クライブ線（幅１００〜２００μｍ、長さ１０〜２０ｍ
ｍ）として用いるものであり、開口４は後工程での多結
晶半導体層の単結晶化時の種付用として用いられるもの
である。したがって、非単結晶の半導体層を単結晶シリ
コン基板と同一の結晶軸を持った単結晶とするまでもな
い場合は開口４を形成しなくてもよい（第１Ｂ図参照）
。

開口３，４内部を含み、酸化膜２上にＣＶＤ法で多結晶
シリコンを厚さ０，５μｍに堆積させ、さらにその」二
に同じ＜ＣＶＤ法で酸化膜６を厚さ１００Ａに堆積させ
る（第１Ｃ図参照）。

続いて、酸化膜６上にＣＶＤ法で窒化膜を堆積し、これ
をパターニングすることによって開口３゜４のそれぞれ
上方に対応する位置に厚さ５００Ａのストライプ状およ
び矩形状の窒化膜７，８を形成する（第１Ｄ図参照）。

第１Ｄ図の状態の平面図を示したのが第２図である（第
１Ｄ図は第２図のｘ−ｘ’断面図である）が、第２図に
示すように窒化膜７で囲まれた酸化膜６上の領域には、
さらにストライブ状の窒化膜１２が所定間隔で設けられ
ている。この窒化膜１２はレーザ光照射時の多結晶シリ
コン５の横方向（レーザ走査方向）の温度分布を制御し
て、単結晶成長がチップ全体に続くように機能するのは
従来例と同じであるが、この発明では図面において左側
の窒化膜７の右側で２０μｍの範囲で窒化膜１２が設け
られていない。

このような構成の半導体基板の、上方からビーム径１０
０μｍのアルゴンレーザ光９を第２図のＸ−Ｘ′の方向
に走査しながら照射する。するとまず最初にＸ側の開口
３の多結晶シリコン５が溶融して溶融シリコン１０とな
る。しかしその右側の酸化膜２の上の窒化膜１２が形成
されていない多結晶シリコン５はレーザ光が照射されて
いてもその反射率が高いため（波長４８８０Ａのレーザ
光に対して酸化膜１００Ａのみの場合の反射率は約３８
％、窒化膜５０ＯＡ／酸化膜１００Ａの場合の反射率は
０．　２％）溶融しない。したがって、表面張力等の力
が働かないため開口３の右端での多結晶シリコン５の膜
厚の減少は起こらない。次にレーザ光は開口４の上を照
射することになるが、開口４は１辺５μｍの正方形でか
つ離散的に設けられているので、多結晶シリコン５の溶
融時の温度の不均一性は小さい開口４周辺に限定される
。

このため、開口４の周辺での再結晶化後の単結晶化シリ
コン１１の膜厚の減少は低減されてかつ再結晶化後の単
結晶化シリコン１１の結晶軸を単結晶シリコン基板１と
同一にすることができる（第１Ｅ図参照）。

レーザ光照射が終了した後には窒化膜７，８゜１２およ
び酸化膜６を除去し、単結晶化シリコン１１−１ｘに通
常の集積回路の製造プロセスによって回路素子を形成す
ることができる（第１Ｆ図参照）なお、１−記実施例で
は、スクライブ線に相当する開口３端部の多結晶シリコ
ンを溶融させないようにしたが、直線状の開口部であっ
てエネルギ線の走査進行方向の端の辺の長さが（走査方
向に対して直角）ｊ向）５μｍ以上ある開口部であれば
その目的（スクライブ線またはアライメントマークなど
）を問わず同様に適用することができる。

また、上記実施例では、開口３の端部の多結晶シリコン
を溶融させないためにその上方に窒化膜１２を形成しな
いようにしたが、レーザ光の照射強度を変化させること
によってその部分のみ溶融させないとすることでも同様
の効果を奏する。

また、」二記実施例では、開口３上に窒化膜７を設けて
多結晶シリコン５を溶融するようにしたが、その必要が
なければ直線状の開口３゛の多結晶シリコンを溶融させ
なくてもよい。

さらに、１−記実施例では、酸化膜２の下にデバイスが
形成されていない例を示したが、デバイスが形成されて
いても同様の効果を奏する。

第３図は他の実施例としてこのような構成を示す概略断
面図である。

図において、シリコン基板１上にゲート電極１３や配線
１４等により構成されたデバイスが酸化膜２に覆われて
おり、その上に多結晶シリコン５、さらに酸化膜６が形
成されている。レーザ光の照射要領等は上記実施例と同
様である。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、開口の熱エネルギの走
査下流側の所定範囲の非単結晶の甲導体層を溶融しない
ようにしたので、熱エネルギ走査後の単結晶化した半導
体層が膜厚の凹凸なしに絶縁体１−に得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｆ図はこの発明の一実施例における製造
方法を示す概略工程断面図、第２図は第１Ｄ図に対応す
る平面図（第１Ｄ図は第２図のＸ−Ｘ′断面図）、第３
図はこの発明の他の実施例におけるエネルギ線照射時の
概略断面図である。 第４図〜第７図はすべて従来例を示すものであり、第４
図はエネルギ線照射前の半導体基板の平面図、第５図は
第４図のＶ−■断面図、第６図はエネルギ線照射時の半
導体基板の断面図、第７図はエネルギ線照射後の半導体
層の状態を示した半導体基板の断面図である。 図において、１はシリコン基板、２は酸化膜、３．４は
開口、５は多結晶シリコン、６は酸化膜、７は窒化膜、
９はレーザ光、１０は溶融シリコン、１１は単結晶化シ
リコン、１２は窒化膜である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 特許出願人　工業技術院長　飯　塚　幸　三第１Ａ図 第３圀 第４図 ８５図 第６図 萬ワ唄

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）主面を有する単結晶からなる半導体基板を準備す
   る工程と、前記半導体基板の前記主面上に第１の絶縁膜
   を形成する工程と、前記第１の絶縁膜の所定の位置に前
   記半導体基板に達する所定の大きさの第１の開口を形成
   する工程と、前記第１の開口内部を含み、前記第１の絶
   縁膜上に非単結晶からなる半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記
   第１の開口を横断する方向に走査して、走査下流側の前
   記第１の開口に接した所定範囲の前記第１の絶縁膜上の
   領域の前記半導体層を除く前記半導体層を溶融するよう
   に熱エネルギを与え、溶融した前記半導体層を単結晶化
   する工程と、前記第２の絶縁膜を除去する工程とを備え
   た、多層半導体基板の製造方法。
2. （２）前記第１の開口を形成する工程は、前記熱エネル
   ギの走査下流側の前記所定範囲を除いた前記第１の絶縁
   膜に前記半導体基板に達する第２の開口を形成する工程
   を含み、前記半導体層が前記第２の開口内部にも形成さ
   れる、特許請求の範囲第１項記載の多層半導体基板の製
   造方法。
3. （３）前記第１の開口上方の前記第２の絶縁膜上に前記
   第１の開口の大きさに対応した第１の窒化膜を形成する
   工程と、 前記第１の絶縁膜上方の前記第２の絶縁膜上に、前記熱
   エネルギの走査方向に沿ったストライプ状の第２の窒化
   膜を形成する工程とをさらに備え、前記第２の窒化膜は
   、前記所定範囲の前記第１の絶縁膜の一部上の前記半導
   体上方には形成されない、特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の多層半導体基板の製造方法。
4. （４）前記半導体基板はシリコン基板であり、前記半導
   体層は多結晶シリコンであり、前記第１および第２の絶
   縁膜は二酸化シリコンである、特許請求の範囲第１項、
   第２項または第３項記載の多層半導体基板の製造方法。
5. （５）前記熱エネルギは、エネルギ線の照射によって発
   生する、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   に記載の多層半導体基板の製造方法。
6. （６）前記エネルギ線は、連続発振のアルゴンレーザ光
   である、特許請求の範囲第５項記載の多層半導体基板の
   製造方法。
7. （７）前記第１の開口はエネルギの走査方向に対して直
   角方向に５μｍ以上の長さを有する、特許請求の範囲第
   １項ないし第６項のいずれかに記載の多層半導体基板の
   製造方法。