JPH01290219A - 半導体装置の製造方法 - 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、非晶質絶縁体基板上に多結晶または非晶質シ
リコン膜を堆積したのち、レーザ光を走査してそのシリ
コン層を溶融、再結晶化して単結晶シリコン膜とし、半
導体素子を作成するＳｏ！技術を用いる半導体装置の製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｓｏｌ技術により単結晶シリコン層を形成する場合、レ
ーザ光の走査で溶融したシリコン層の中央部から結晶化
を開始させないと、良質の単結晶層が得られない、第２
図は、半導体素子を集積したシリコン基板上にＳｏｌ技
術で単結晶シリコン膜を形成し、その単結晶シリコン膜
にも素子を作成して三次元ＩＣを構成する場合の例を示
す、すなわち、シリコン基板１の上に酸化膜２を介して
多結晶シリコン膜３を積層し、平坦な表面を設けたのち
、さらに酸化膜４を積層し、その酸化膜に形成された溝
に多結晶シリコンを充填して多結晶シリコンストライプ
５を得る。この多結晶Ｓｔストライプ上を矢印６の方向
にレーザ光を走査すると、Ｓｉストライブからの熱は熱
伝導度の高い多結晶シリコンＭ３が存在する下方へ多く
放散され、熱伝導度の低い酸化膜４が接する側方への放
散が少ない、第３図はレーザ光走査直後の温度分布を示
し、Ｓｌストライプ５の幅の中央部が晟も温度が低く、
酸化膜４と接する部分が最も高くなっている。この状態
から冷却が進むと中央部が最初にＳｔの溶融点Ｔに達し
結晶化が始まり、順次溶融点Ｔに達するストライプの側
方へ向けて結晶化が進み良質のＳｉ単結晶ストライプが
得られる。

〔発明が解決しようとするＬｌｌａ） しかし、上述のような温度分布を得るためにＳＯ■技術
のＳｌ単結晶膜はストライプ構造をとらざるを得す、大
面積のＳｌ単結晶膜を得ることができない、また、Ｓｉ
ストライプ５からの下方への熱拡散のために一面に多結
晶Ｓｌ膜３が介在するため、Ｓｔ基板１に集積した素子
とＳｉ単結晶ストライブに形成した素子とを接続する場
合、配線は多結晶Ｓｔ膜３を避けて通さなければならず
、高密度の眉間配線ができない、この問題は、Ｓｔ＠結
晶ストライプを層間絶縁膜を介して多層に積み重ねる場
合にも同様に存在する。

本発明の＆ＩＢは、上記の問題を解決し、−面に多結晶
Ｓｔ膜を介する必要のないＩｆｊｌ縁体基機上にストラ
イプ状でない大面積の単結晶Ｓｉ膜を形成するＳｏｌ技
術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある
。

ｃ！！Ｉａを解決するための手段〕 上記の課題の解決のために、本発明は、非晶質ｗＡ縁体
基板上に堆積した多結晶または非晶質シリコン膜をレー
ザ光の照射により溶融、再結晶化してなる単結晶シリコ
ン膜を用いた半導体装置の製造の際に、絶縁体基板の中
にその基板の絶縁体より熱伝導度の高い材料からなる所
定の幅と厚さを有する帯状層を所定の間隔を介して平行
に埋込み、その基板上に多結晶または非晶質シリコン膜
を一面に堆積し、隣接帯状層の中間直上で分割されたそ
のシリコン膜の各領域を、その領域の幅に等しい幅をも
つレーザ光を前記帯状層の長手方向に走査することによ
り順次溶融、再結晶させて全面を１１１結晶膜とするも
のとする。

〔作用〕

一度のレーザ光の走査により照射される多結晶または非
晶質Ｓｔ膜の領域の中央の直下には絶縁体より熱伝導度
の高い材料からなる帯状埋込み層があるため、５１１１
Ｗ域の両側の絶縁体のみの部分より温度が低下し、最初
に結晶化が始まって良質なＳｉ単結晶ストライブができ
、同様の単結晶ストライプを間隔を明けないで形成でき
るため、大面積のＳｉ単結晶膜を絶縁体上に得ることが
できる。また、このＳｌ単結晶膜に作成される素子への
眉間配線は熱伝導度の高い帯状埋込み層の間隙を通じて
行うことができるので、高密度配線が可能である。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例のレーザアニール工程を示し
、第２図と共通の部分には同一の符号が付されている。

５ｌｉＦｉ１の上には酸化Ｍ２が積層されているが、そ
の厚さ方向の中央に暢”ｒＫさｔの多結晶Ｓｉストライ
プ７が間隔りを介して埋込まれている。この酸化膜２の
上に全面に多結晶Ｓｌ膜８を成長させる。すなわち、第
２図の多結晶Ｓｔ膜３と多結晶Ｓｌストライプ５が入れ
換わった構造である。このＳ１膜８の多結晶Ｓ１ストラ
イプ７の直上の帯状領域を（Ｗ＋Ｄ）の幅をもつレーザ
ビーム９で矢印６の方向に走査する。走査されたＳｉ膜
８は、中央の直下に熱伝導度の高い多結晶ＳＩストライ
プ７が存在するため、第４図にｍ４１で示すような温度
分布を宵する。すなわち、第３図に示した多結晶Ｓｔス
トライブ部の温度分布に類領した温度分布が得られ、良
質のＳｌ単結晶膜が形成される。

次いで、隣接の未単結晶化の多結晶Ｓｔ膜８もレーザビ
ーム９で走査して単結晶化する。この操作をくり返せば
多結晶ｓｉ＊ａ全面を単結晶化できる。

第５図は本発明の別の実施例のレーザアニール工程を示
し、第１図と異なる点はレーザビーム９に双峰型の強度
分布を持つものを用いたことである。これによりレーザ
ビーム９の照射部分の中央部の温度は第４図の点線４２
で示すようにさらに低くなり、レーザ照射部分の端から
の再結晶化を確実に抑制できる。シリコン基板ｌの上面
側にあるデバイス層１１に形成されている半導体素子と
、単結晶化された多結晶Ｓ１膜８に形成される半導体素
子との配線は、酸化膜２の多結晶Ｓｉストライブ７の間
隙を通じて行うことができるため、高密度の眉間配線が
可能である。

第６図ｔ８）〜（目は、第１図、第５図に示した本発明
の実施例のレーザ光を走査する前の工程を順に示す、先
ず、シリコン基板１の上に屡さ約４μの酸化１１１Ｉ２
１を堆積する　（図ａＬシリコン基板１の表面デバイス
層に素子が形成されているときでもその凹凸は１−程度
であり、酸化膜２１の表面を平坦化して厚さ２〜３−に
する０次いで酸化膜２１の上にリソグラフィ過程により
レジスト膜１０をストライプ状に残しく図ｂ）、酸化膜
２１をエツチングして凹部２３を形成する　（図ｃ）、
そしてレジスト膜ｌＯを除去しく図ｄ）、凹凸のある酸
化膜２１上に厚さ約１μの多結晶Ｓｉ膜７０を堆積する
　（図ｅ）、この５ｉｌｌ１７０の上にレジスト膜１０
を塗布する　（図ｆ）、この段階でレジストＷｊ４１０
の表面は平坦になる。このあと、レジスト膜ＩＯと多結
晶Ｓｉ膜７０に対して等しいエツチング速度をもつエツ
チングガスまたはエツチング液を用いてエッチバックを
行うことにより、多結晶ｓｉ膜の表面を酸化ＷｊＩ２１
の表面と同一面とし、多結晶Ｓｔストライプ７を形成す
る　（図ｇ）、最後に０．５−以下の厚さの酸化膜２２
および０．５−以下の厚さの多結晶シリコン膜８を堆積
する　（図ｈ）、酸化膜２２は酸化膜２１と共に第１図
、第５図の酸化膜２を形成する。

以上の実施例では、単結晶シリコン膜は多結晶シリコン
膜のレーザ光照射による溶融、再結晶化で形成したが、
非晶質シリコン膜からでも同様に形成することができる
。また、再結晶を照射レーザビームの中央部の直下から
起こさせるための多結晶シリコンストライプ７の代わり
に：酸化膜より熱伝導度の高い他の材料からなるストラ
イプを用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非晶ｆ絶縁体基板上の多結晶あるいは
非晶質シリコンのような非単結晶シリコンの膜をレーザ
アニールにより単結晶膜とする際、レーザの照射部の中
央が周縁部に比して低温になるようにして中央部から単
結晶化を開始させ、良質の単結晶シリコン膜を得るため
に、絶縁体基板のレーザビームの中央部直下に絶縁体よ
り熱伝導度の高い材料からなる膜、例えば多結晶シリコ
ンストライプを埋め込むことにより、従来のようにレー
ザ光照射時に非単結晶膜側方への熱放散を少なくするた
めに非単結晶膜を絶縁体基板表面層にストライプ状に埋
める必要がなくなった。この結果、絶縁体基板上に全面
に堆積した非単結晶シリコン膜の単結晶化が可能になり
、また単結晶シリコン膜中に形成される素子との絶縁体
基板を通しての高密度の眉間配線が絶縁体中の多結晶シ
リコンストライプなどの間隙を利用して行うことができ
るため、Ｓｏｌ技術を用いての高機能の半導体装置の製
造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多結晶Ｓ１のレーザアニー
ル工程を示す斜視図、第２図は従来の多結晶Ｓｔのレー
ザアニール工程を示す斜視図、第３図は第２図のレーザ
アニール時の基板面上での温度分布図、第４図は本発明
の実施例のレーザアニール時の基板面上での温度分布図
、第５図は本発明の異なる実施例のレーザアニール工程
を示す斜視図、第６図（ａ）〜（目は第１図および第５
図に示した本発明の実施例のレーザアニール以前の工程
を順次示す断面図である。 １：シリコン基板、２．２１．２２！酸化膜、７：多結
晶Ｓｌストライプ、８：多結晶シリコン膜、第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）非晶質絶縁体基板上に堆積した多結晶または非晶質
   シリコン膜をレーザ光の照射により溶融、再結晶化して
   なる単結晶シリコン膜を用いた半導体装置の製造の際に
   、絶縁体基板の中に該基板の絶縁体より熱伝導度の高い
   材料からなる所定の幅と厚さを有する帯状層を所定の間
   隔を介して平行に埋込み、該基板上に多結晶または非晶
   質シリコン膜を一面に堆積し、隣接する前記帯状層の中
   間直上で分割された該シリコン膜の各領域を、該領域の
   幅に等しい幅を持つレーザ光を前記書状層の長手方向に
   走査することにより順次溶融、再結晶させ、全面を単結
   晶膜とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。