JPH01200615A - 薄い単結晶半導体材料層を絶縁体に形成する方法 - Google Patents

薄い単結晶半導体材料層を絶縁体に形成する方法

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JPH01200615A
JPH01200615A JP63294788A JP29478888A JPH01200615A JP H01200615 A JPH01200615 A JP H01200615A JP 63294788 A JP63294788 A JP 63294788A JP 29478888 A JP29478888 A JP 29478888A JP H01200615 A JPH01200615 A JP H01200615A
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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】 本発明は半導体材料の単結晶層を絶縁層に形成する方法
に関する。特に、本発明は珪素の薄い単結晶層を絶縁体
に形成する、いわゆるＳＯＩ構造の形成に関する。
単結晶質珪素の薄層を絶縁層に形成する場合、多結晶ま
たは非晶珪素の薄層を絶縁基体、特に単結晶珪素、酸化
珪素または石英に堆積する。珪素層の局部加熱により、
小さい融解領域が珪素層に生じ、この融解領域を珪素層
を横切って走査すると共に、下側の基体を加熱する。珪
素の融解層が再結晶する際に、珪素層は単結晶層に転化
する。
この方法は周知の技術であり、例えば欧州特許出願（Ｅ
ＰＡ）第０１２９２６１号明細書、米国特許箱４、５８
５．４９３号明細書および米国特許箱４．５９０．１３
０号明細書、並びにｒＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ　Ｓｏｃ
、　５ｏｌｉｄ−５ｔａｔｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊ第１４８５〜１４８８頁（
１９８６年７月）およびｒＭａｔ、　Ｒｅｓ、Ｓａｃ、
　Ｓｙｍｐ。
ｐｒｏｃ、　　Ｊ第３５巻、第３８９〜６９２頁、また
は特開昭６１−１９１１６号公報に記載されている。
上述する文献に記載されているゾーンメルティング法は
単結晶層を形成しているが、この単結晶層には望ましく
ない欠陥を含んでいる。これらの欠陥は主としてサブ−
粒子（ｓｕｂ−ｇｒａｉｎ）または低角粒子（ｌｏｗ　
ａｎｇｌｅ　ｇｒａｉｎ）境界の存在による。これらの
サブ−粒子境界は生長結晶における応力により生ずるも
の思われる。この応力は化学的不純物、表面、表面あら
さ、体膨張または熱勾配の凍結により生ずるものと思わ
れる。
上述する特開昭６１−１９１１６号公報、ｒＭａｔ、　
Ｒｅｓ。
Ｓｏｃ、Ｓｙｍｐ、　Ｐｒｏｃ、　ＪおよびｒＥＩｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ　Ｓｏｃ。
５ｏｌｅｄ−３ｔａｔｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊの文献には再結晶しうる珪素層
の下の基体としてリン珪酸塩ガラス、ホウ・リン珪酸塩
ガラスまたは商品名「コーニング７０５９　Ｊのような
低融解ガラスの使用が例示されている。これらの文献に
は、これらの基体の使用による応力除去機構が提案され
、これにより低角粒子境界の形成を除去するか、または
有意に少なくすることが記載されている。しかしながら
、これらの基体の使用は低角粒子境界の若干の形成を少
なくすることができるが、殆ど除去するか、または−層
有意に少なくすることができない。
低角粒子境界の形成を有意に減少する方法は１９８７年
８月１１日付で出願した米国特許明細書０８４．６５７
号明細書に記載している。この米国特許明細書に記載さ
れている方法では、低角粒子境界の形成が有意に減少で
き、このために大きい面積および絶縁体の半導体材料の
欠陥のない単結晶層を形成している。この米国特許の方
法では、半導体材料の薄い単結晶または非晶層を半導体
材料の融点より少なくとも１０℃低い軟化点、およびゼ
ロ以下および負無限大（ｎｅｇａｔｉｖｅ　１ｎｆｉｎ
ｉｔｙ）より大きいその材料の粘度対温度曲線の勾配を
有する低軟化点温度絶縁基体に堆積し、および半導体材
料の層をこの層上に凸状の固−液界面が生ずるようにゾ
ーン加熱源により加熱し、層構造をゾーン加熱源に関し
て走査し、基体をそのアニール点に加熱し、およびゾー
ン加熱源に対する構造の走査速度を、凸状固−液界面が
半導体材料層に沿って移動させる程度に制御し、更に半
導体材料層を被着する基体の表面を固−液界面上で融解
している。
この米国特許出願明細書に記載されている方法では、サ
ブ−粒子境界の存在での再結晶において、生ずる欠陥間
の間隔が明らかに増大し、サブー拉子境界の形成を防止
していない。この方法の使用によって、５００μｍ幅の
欠陥のない単結晶領域の囮が２ｍ１Ｔｌ長さで形成して
いる。このように、欠陥のない単結晶珪素の区域が有意
に増すことは、多くの目的のために望ましいことである
。
本発明の目的は欠陥のない薄い半導体材料の単結晶層を
絶縁基体に形成する方法を提供することである。
本発明は、薄い半導体材料の多結晶または非晶層を絶縁
基体に堆積して積層構造体を形成し、および２個の灯か
らのビームを半導体材料層に集中させる工程からなる薄
い半導体材料の単結晶層を絶縁体に形成する方法におい
て、ビームの中心を一致させて線像（ｌｉｎｅ　ｉｍａ
ｇｅ）を上記半導体材料層に形成し、上記半導体材料層
における狭い融解部を２個の狭い加熱帯で囲まれた同一
線像の中心において生じさせるようにこれらの灯の電力
照射（ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）　Ｌ、
加熱帯の温度を融解部の温度より低くし、および２〜ｂ を有する加熱帯を上記積層構造の融解部から上記線像に
対して垂直方向に低下させ、および上記基体を上記加熱
帯の温度より低い温度に加熱することを特徴とする。
融解部を囲む狭い加熱帯を用いることによって、鋭い温
度差の存在を回避でき、この結果としてサブ−粒子境界
のような欠陥形成を防止できることを確かめた。サブ−
粒子境界の無い区域は半導体材料層に形成された線像の
長さによって定める。
本発明の方法は、一般に珪素およびゲルマニウムを含む
半導体材料の欠陥の無い単結晶層を形成することで、特
に欠陥の無い薄い珪素の単結晶層の形成に適用すること
ができる。
次に、本発明を添付図面に基づいて説明する。
本発明の技術分野において知られている種々の材料を基
体として用いることができる。この材料としては石英、
リン珪酸塩ガラスを含むガラス、単結晶珪素およびサフ
ァイアを例示できる。
一般に、基体の厚さは約０．２〜２＋＋＋ｍである。し
かしながら、基体の厚さはこの範囲から著しく変えるこ
とができる。一般に、多結晶または非晶半導体層は約０
．５〜４μｍにするが、しかしこの範囲から変えること
ができる。
本発明の方法による積層構造体は半導体材料層を基体に
設けた簡単な構造からなる。特に、半導体層が多結晶ま
たは非晶珪素層の場合には、珪素層の汚染を防止するた
めに、珪素層を二酸化珪素層の２層間にサンドイッチす
ることができる。更に、雰囲気からの汚染を防止するた
めに、この積層構造体を薄い窒化珪ＳＮのような保護層
で表面処理することができる。
基体がガラスの場合には、基体をそのアニール点に加熱
する。基体が酸化珪素の場合には、一般に基体を約１０
００〜１２５０℃の温度に加熱する。いずれの場合にお
いても、温度は珪素層における融解部を囲む狭い加熱帯
の温度以下にする。
再結晶すべき層が珪素である場合には、狭い融解部の幅
を２００〜８００μｍにし、および珪素層における狭い
加熱帯の幅を０．８〜３ｍｍにする。線像の長さは使用
する装置に影響する。本発明の方法を実施するのに用い
る装置が１００ｍｍの線像を生ずる場合には、約１００
ｍｍ幅のサブ−粒子境界の存在しない珪素の単結晶層を
生ずる。適当な電力照射の２個の灯を選定する場合、最
良の結果をうるためには、アーク灯を白熱電球と一緒に
使用し、アーク灯からの狭いビームは融解部が生ずるよ
うに作用させ、および白熱電球からの広いビームは狭い
加熱帯が得られるように作用させることを確かめた。水
銀アーク灯およびタングステン　）％ロゲン灯の組合せ
は本発明の方法の実施に特に有利であることを確かめた
。
本発明を一例について添付図面に基づいて説明する。
第１図に示す積層構造体１を低温化学的沈着技術により
次のようにして形成した。先ず、２μｍ厚さの薄い二酸
化珪素層３を０．３ｍｍ厚さの単結晶珪素基体５に堆積
し、次いで二酸化珪素層３上に約１．５　μｍ厚さの薄
い多結晶珪素層７を堆積し、次いでこの多結晶珪素層７
上に２μｍ厚さの付加二酸化珪素層９を堆積し、次にこ
の付加層９上に約６００人厚さの窒化珪素の表面層（ｃ
ａｐｐｉｎｇ　１ａｙｅｒ）１１を堆積した。
本発明の方法を実施するのに適当な装置を第２図に示す
。この装置は１対の楕円反射体２０を有する像形成”−
）ド（ｉｍａｇｅ　ｈｅａｄ）３Ｑからなり、一方の反
射体には焦点に合わせる６キロワツトの水銀アーク灯２
１ａを有し、他方の反射体には１．５キロワツトのタン
グステン　ハロゲン灯２１ｂを有している。反射体２０
は図面の平面に対してそれぞれ垂直な軸を有する部分円
筒形状で、部分楕円形状の断面を示す。上記灯はそれぞ
れ管状で、このために同一の線像１９を多結晶珪素層２
２の面上に形成する。
かかる層２２は積層構造体１の試料（１０，１６ｃｍ　
（４インチ）直径）２３上に存在する。加工する試料２
３を石英チャンバー２６内に配置する。反射率または輻
射本測定に適当な目視検査システム２４を２個の反射体
２０の間のギャップに設ける。石英チャンバー２６の下
に位置する１組のバイアス灯（ｂｉａｓ　ｌａｍｐｓ）
２５、例えばタングステン　ハロゲン灯は試料２３の基
体を加熱する手段を与える。窒素の供給口２７および排
出口２８を石英チャンバー２６に設ける。石英チャンバ
ー２６は灯２１ａおよび２１ｂからの赤外線および近Ｕ
Ｖ線を透過する。
約１００ｍｍ長さの線像が配置する試料および作動する
灯により生じた。この線像は、例えば像形成ヘッド３０
を矢３１の方向に移動させて達成する０、１ｍｍ／秒の
走査速度で走査した。かようにして、線像を走査する場
合、珪素基体をバイアス灯２５により約１１００℃の温
度に加熱した。
５００μｍ以下の幅の融解部が１４１０℃の温度で、線
像の中心に沿い多結晶珪素層に形成した。この融解部は
、約１３９０℃の最大温度でそれぞれ約２ｍｍ幅を有す
るおよび融解部から減少する２〜ｂ１１１ｍの温度差を
有する２個の加熱帯で囲んだ。
このように処理さた試料に、約１００ｍｍ幅の欠陥のな
い単結晶層が形成した。
第３図のグラフは、試料に各領域の幅（ｍｍ）に沿って
形成する１４１０℃における融解部の形成温度、１３９
０℃の融解部を囲む加熱区域の最大温度、および１１０
０℃における加熱基体の温度を示している。
第４図は抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）単結晶珪素層の６
８０μｍ　Ｘ　５００Ａ１ｍの約３５０倍に拡大した結
晶構造を示す顕微鏡写真の複写図である。この図から、
形成した単結晶薄膜層には実質的に欠陥が存在していな
いことがわかる。
同じようにして、同じ寸法の欠陥のない単結晶珪素層を
ガラス基体（または３μｍ厚さのリン珪酸塩層を堆積し
た珪素基体）から形成した積層構造体に形成した。積層
構造体はリン・珪酸塩ガラス層に堆積した１μｍ厚さの
二酸化珪素、１μｍ厚さの二酸化珪素層に堆積した約２
μｍ厚さのポリシリコン層、このポリシリコン層に堆積
した約２μｍ厚さの二酸化珪素層および２μｍ１１３さ
の二酸化珪素層に堆積した約６００人厚さの窒化珪素表
面層から構成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法の実施に用いる積層構造体の断面
図、 第２図は本発明の一例の方法を実施するのに用いる装置
の一部を断面とした側面図、 第３図は半導体層における融解部および加熱帯の温度分
布を示すグラフ、および 第４図は単結晶珪素層を拡大して撮った結晶構造の顕微
鏡写真の複写図である。 １・・・積層構造体　　　　３・・・二酸化珪素層５・
・・単結晶珪素基体　　７・・・多結晶珪素層９・・・
付加二酸化珪素層　１１・・・窒化珪素表面層１９・・
・線像　　　　　　　２０・・・楕円反射体２１ａ・・
・水銀アーク灯

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体材料の薄い多結晶または非晶層を絶縁基体に
    堆積して積層構造体を形成し、および２個の灯からのビ
    ームを半導体材料層に集中させる工程からなる薄い単結
    晶半導体材料層を絶縁体に形成する方法において、前記
    ビームの中心を一致させて線像を前記層に形成し、前記
    半導体材料層における狭い融解部を２個の狭い加熱帯で
    囲まれた同一線像の中心において生じさせるように前記
    層に電力照射し、前記狭い加熱帯の温度を前記融解部の
    温度より低くし、および前記線像に対して前記積層構造
    を走査し、かつ前記基体を前記加熱帯の温度以下の温度
    に加熱しながら２〜１０℃／ｍｍの温度差を有する前記
    狭い加熱帯を前記融解部から下げることを特徴とする薄
    い単結晶半導体材料層を絶縁体に形成する方法。 ２、半導体材料を珪素とする請求項１記載の方法。 ３、基体をガラスとする請求項２記載の方法。 ４、基体をそのアニール点に加熱する請求項３記載の方
    法。 ５、基体を単結晶珪素とする請求項２記載の方法。 ６、基体を１０００〜１２５０℃の温度に加熱する請求
    項５記載の方法。 ７、基体を約１１００℃に加熱する請求項６記載の方法
    。 ８、融解部を約２００〜８００μｍ以下にし、狭い加熱
    帯の幅を約２ｍｍ幅とする請求項２記載の方法。 ９、融解部の幅を約４００〜５００μｍとする請求項７
    記載の方法。
JP63294788A 1987-11-25 1988-11-24 薄い単結晶半導体材料層を絶縁体に形成する方法 Pending JPH01200615A (ja)

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EP0319082A1 (en) 1989-06-07

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