JPH0157491B2 - - Google Patents
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- JPH0157491B2 JPH0157491B2 JP17765585A JP17765585A JPH0157491B2 JP H0157491 B2 JPH0157491 B2 JP H0157491B2 JP 17765585 A JP17765585 A JP 17765585A JP 17765585 A JP17765585 A JP 17765585A JP H0157491 B2 JPH0157491 B2 JP H0157491B2
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、SOI（セミコンダクタ・オン・イン
シユレータ、Semiconductor on insulator）基
板、レーザビームアニールする事によつて絶縁膜
上にSOI基板を形成する方法に関する。
シユレータ、Semiconductor on insulator）基
板、レーザビームアニールする事によつて絶縁膜
上にSOI基板を形成する方法に関する。
（従来の技術）
従来、SOI構造を形成する際には、下地半導体
基板としてシリコン基板、絶縁膜としてシリコン
酸化膜、半導体膜としてポリシリコン膜を用い、
ポリシリコン膜をレーザアニールする事により、
溶融、再結晶化させていた。しかしながら、レー
ザ発振管から出射されるレーザビームの空間パワ
ー分布はガウス分布であるので、ポリシリコン膜
の溶融領域の端部においては、その領域内側より
も、低温となる。このため、再結晶化は前記溶融
領域の端部から始まり、内側へと進む。この時、
前記溶融領域の外側はポリシリコン膜であるた
め、再結晶化領域は多結晶となり、溶融した領域
を単結晶化する事は出来ない。（電子通信学会技
術研究報告CPM83−13） この問題を解決するために次の方法が用いられ
ている。まず、第３図ａ，ｂの様に、ポリシリコ
ン膜３上にシリコン窒化膜４を形成し、ポリシリ
コン膜３中で単結晶化したい領域の上に位置する
シリコン窒化膜をストライプ状にエツチングによ
り除去する。この際、シリコン窒化膜４の膜厚
は、レーザ光に対する反射防止膜となる膜厚とす
る。次にシリコン窒化膜４のストライプパターン
にそつてレーザ走査し、レーザアニールを行な
う。この方法によれば、再結晶化すべきポリシリ
コン膜３に入射されるレーザのパワー分布を、
SOI単結晶を形成したい領域の端部の方が、その
内側よりも大きい分布に整形する事が出きる。つ
まり、SOI単結晶を形成したい領域の温度の方
が、その外側の温度より低くなる。この結果、
SOI単結晶を形成しない領域では、その領域の内
側から外側へと再結晶化が進み、領域は単結晶領
域となる。（ジエー．ピー．コリーン他（J.P.
Colinge、et.al.）アプライド・フイジクス・レタ
ーズ（Appl.Phys.Lett.）41（1982）346） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この方法においてはSOI単結晶
を形成したい個々の領域において、独立して再結
晶化が始まり、このために再結晶化Si単結晶の面
方位を、それぞれの領域で一致させることができ
ない。つまり、シリコン窒化膜４の下に位置する
ポリシリコン膜内に、アニール後に結晶粒界が生
じる。
基板としてシリコン基板、絶縁膜としてシリコン
酸化膜、半導体膜としてポリシリコン膜を用い、
ポリシリコン膜をレーザアニールする事により、
溶融、再結晶化させていた。しかしながら、レー
ザ発振管から出射されるレーザビームの空間パワ
ー分布はガウス分布であるので、ポリシリコン膜
の溶融領域の端部においては、その領域内側より
も、低温となる。このため、再結晶化は前記溶融
領域の端部から始まり、内側へと進む。この時、
前記溶融領域の外側はポリシリコン膜であるた
め、再結晶化領域は多結晶となり、溶融した領域
を単結晶化する事は出来ない。（電子通信学会技
術研究報告CPM83−13） この問題を解決するために次の方法が用いられ
ている。まず、第３図ａ，ｂの様に、ポリシリコ
ン膜３上にシリコン窒化膜４を形成し、ポリシリ
コン膜３中で単結晶化したい領域の上に位置する
シリコン窒化膜をストライプ状にエツチングによ
り除去する。この際、シリコン窒化膜４の膜厚
は、レーザ光に対する反射防止膜となる膜厚とす
る。次にシリコン窒化膜４のストライプパターン
にそつてレーザ走査し、レーザアニールを行な
う。この方法によれば、再結晶化すべきポリシリ
コン膜３に入射されるレーザのパワー分布を、
SOI単結晶を形成したい領域の端部の方が、その
内側よりも大きい分布に整形する事が出きる。つ
まり、SOI単結晶を形成したい領域の温度の方
が、その外側の温度より低くなる。この結果、
SOI単結晶を形成しない領域では、その領域の内
側から外側へと再結晶化が進み、領域は単結晶領
域となる。（ジエー．ピー．コリーン他（J.P.
Colinge、et.al.）アプライド・フイジクス・レタ
ーズ（Appl.Phys.Lett.）41（1982）346） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この方法においてはSOI単結晶
を形成したい個々の領域において、独立して再結
晶化が始まり、このために再結晶化Si単結晶の面
方位を、それぞれの領域で一致させることができ
ない。つまり、シリコン窒化膜４の下に位置する
ポリシリコン膜内に、アニール後に結晶粒界が生
じる。
（問題点を解決するための手段）
本発明を用いれば、レーザビームを用いるSOI
基板形成方法において、まず少なくとも表面に絶
縁層を備えた基板上に半導体膜を形成し、その上
にレーザビームに対して反射防止膜となる膜厚を
持つ絶縁膜のアイランドが並んだ第１の領域と、
これに隣接し、前記反射防止膜が設けられていな
い帯状の第２の領域と、第１の領域とは反対側で
第２の領域と隣接し、反射防止膜で覆われた第３
の領域を形成した後、前記アイランドサイズより
太く、かつ前記第２の帯状の領域より太い径を持
つレーザビームで、前記第２の領域を、その長手
方向へ走査して単結晶化し、その後、前記レーザ
ビーム走査方向に対して交差する方向へ、前記第
１の領域を多数回レーザビームを走査、アニール
する事により、前記半導体膜を単結晶化する事を
特徴とするSOI基板形成方法が得られる。
基板形成方法において、まず少なくとも表面に絶
縁層を備えた基板上に半導体膜を形成し、その上
にレーザビームに対して反射防止膜となる膜厚を
持つ絶縁膜のアイランドが並んだ第１の領域と、
これに隣接し、前記反射防止膜が設けられていな
い帯状の第２の領域と、第１の領域とは反対側で
第２の領域と隣接し、反射防止膜で覆われた第３
の領域を形成した後、前記アイランドサイズより
太く、かつ前記第２の帯状の領域より太い径を持
つレーザビームで、前記第２の領域を、その長手
方向へ走査して単結晶化し、その後、前記レーザ
ビーム走査方向に対して交差する方向へ、前記第
１の領域を多数回レーザビームを走査、アニール
する事により、前記半導体膜を単結晶化する事を
特徴とするSOI基板形成方法が得られる。
（実施例）
以下、本発明について実施例を用いて説明す
る。本実施例におにいては、半導体膜としてポリ
シリコン膜、絶縁層を備えたシリコン基板上にシ
リコン酸化膜を形成した基板、反射防止用の絶縁
膜としてシリコン窒化膜、レーザビームとしてア
ルゴンガスレーザを用いている。
る。本実施例におにいては、半導体膜としてポリ
シリコン膜、絶縁層を備えたシリコン基板上にシ
リコン酸化膜を形成した基板、反射防止用の絶縁
膜としてシリコン窒化膜、レーザビームとしてア
ルゴンガスレーザを用いている。
第１図ａは、レーザアニールを施こす試料の斜
視図である。まず第１図ａに示す様に、シリコン
基板１上にシリコン酸化膜２を厚さ1μm形成した
後、この上にポリシリコン膜３厚さ0.5μm形成す
る。この上にシリコン窒化膜４を厚さ500Å形成
する。この場合、シリコン窒化膜４はArレーザ
光に対して反射防止膜となる。つぎに、シリコン
窒化膜４において、15μmの幅を持つ帯状の領域
７は、シリコン窒化膜４をエツチング除去し、領
域７以外の領域は、シリコン窒化膜４で、15μm
角のアイランド島を5μm間隔でエツチングにより
形成する。その後、領域７をその幅より大きい
50μmのビーム幅を持つArガスレーザビームを用
いて、領域７の長手方向に沿つて一度、ビーム走
査（レーザビーム走査方向５）し、ポリシリコン
膜３を溶融、アニールする。この時、領域７以外
の領域で、かつレーザビームが照射された部分で
は、反射防止膜が試料表面の大半を覆つているの
で、反射防止膜のない領域７よりも大きなパワー
のレーザビームが入射される。この為に、領域７
のポリシリコン膜３の温度は、領域７の外側に位
置するポリシリコン膜３の温度よりも低くなるの
で、結晶成長は領域７の内側から始まり外へ向か
つて進行する。その結果、領域７のポリシリコン
膜３は単結晶化される。
視図である。まず第１図ａに示す様に、シリコン
基板１上にシリコン酸化膜２を厚さ1μm形成した
後、この上にポリシリコン膜３厚さ0.5μm形成す
る。この上にシリコン窒化膜４を厚さ500Å形成
する。この場合、シリコン窒化膜４はArレーザ
光に対して反射防止膜となる。つぎに、シリコン
窒化膜４において、15μmの幅を持つ帯状の領域
７は、シリコン窒化膜４をエツチング除去し、領
域７以外の領域は、シリコン窒化膜４で、15μm
角のアイランド島を5μm間隔でエツチングにより
形成する。その後、領域７をその幅より大きい
50μmのビーム幅を持つArガスレーザビームを用
いて、領域７の長手方向に沿つて一度、ビーム走
査（レーザビーム走査方向５）し、ポリシリコン
膜３を溶融、アニールする。この時、領域７以外
の領域で、かつレーザビームが照射された部分で
は、反射防止膜が試料表面の大半を覆つているの
で、反射防止膜のない領域７よりも大きなパワー
のレーザビームが入射される。この為に、領域７
のポリシリコン膜３の温度は、領域７の外側に位
置するポリシリコン膜３の温度よりも低くなるの
で、結晶成長は領域７の内側から始まり外へ向か
つて進行する。その結果、領域７のポリシリコン
膜３は単結晶化される。
次に、前記と同じ50μmのビーム幅を持つArレ
ーザビームを用いて、領域７の長手方向に垂直な
方向へビーム走査をし、（レーザビーム走査方向
６）領域７以外のポリシリコン膜３を溶融、アニ
ールする。この場合アイランドがビーム内に必ず
２つ含まれる。第１図ｂは、このアニールによる
再結晶化時における結晶成長方向を示した図であ
る。シリコン窒化膜４はレーザ光に対する反射防
止膜になつているために、シリコン窒化膜４に覆
われていないポリシリコン膜３の再結晶化時にお
ける温度は、シリコン窒化膜４に覆われている部
分よりも低くなる。このため、結晶成長はまず第
１図ｂの結晶成長方向８に沿つて進み、シリコン
窒化膜４で覆われていないポリシリコン膜３が単
結晶化される。この時点では、シリコン窒化膜４
で覆われているポリシリコン膜３は溶けている。
次に、ウエハ全体の温度が下がると、シリコン窒
化膜４で覆われたポリシリコン膜３の再結晶化が
始まる。この時の結晶成長は、第１図ｂの結晶成
長方向９に沿つて進む。この再結晶化において、
シリコン窒化膜４で覆われているポリシリコン膜
３の外側の領域は、既に単結晶化しているため
に、シリコン窒化膜４で覆われたポリシリコン膜
３も単結晶化される。つまりすべての領域が同じ
単結晶領域７をもとに単結晶化されるので、結晶
粒界が存在しないSOI膜を形成できる。
ーザビームを用いて、領域７の長手方向に垂直な
方向へビーム走査をし、（レーザビーム走査方向
６）領域７以外のポリシリコン膜３を溶融、アニ
ールする。この場合アイランドがビーム内に必ず
２つ含まれる。第１図ｂは、このアニールによる
再結晶化時における結晶成長方向を示した図であ
る。シリコン窒化膜４はレーザ光に対する反射防
止膜になつているために、シリコン窒化膜４に覆
われていないポリシリコン膜３の再結晶化時にお
ける温度は、シリコン窒化膜４に覆われている部
分よりも低くなる。このため、結晶成長はまず第
１図ｂの結晶成長方向８に沿つて進み、シリコン
窒化膜４で覆われていないポリシリコン膜３が単
結晶化される。この時点では、シリコン窒化膜４
で覆われているポリシリコン膜３は溶けている。
次に、ウエハ全体の温度が下がると、シリコン窒
化膜４で覆われたポリシリコン膜３の再結晶化が
始まる。この時の結晶成長は、第１図ｂの結晶成
長方向９に沿つて進む。この再結晶化において、
シリコン窒化膜４で覆われているポリシリコン膜
３の外側の領域は、既に単結晶化しているため
に、シリコン窒化膜４で覆われたポリシリコン膜
３も単結晶化される。つまりすべての領域が同じ
単結晶領域７をもとに単結晶化されるので、結晶
粒界が存在しないSOI膜を形成できる。
本実施例においては、少なくとも表面に絶縁層
を備えた基板として、シリコン基板上にシリコン
酸化膜を形成した基板を、レーザビームとしてア
ルゴンガスレーザを、反射防止膜としてシリコン
窒化膜を用いたが、他の絶縁層を表面に備えた基
板あるいは絶縁体基板、他のレーザビーム、他の
反射防止用絶縁膜を用いてもよい。
を備えた基板として、シリコン基板上にシリコン
酸化膜を形成した基板を、レーザビームとしてア
ルゴンガスレーザを、反射防止膜としてシリコン
窒化膜を用いたが、他の絶縁層を表面に備えた基
板あるいは絶縁体基板、他のレーザビーム、他の
反射防止用絶縁膜を用いてもよい。
又、領域７の両外側は、絶縁膜のアイランドパ
ターンで敷きつめたが、二回目以降のレーザアニ
ールにおいてレーザ走査の上手に位置する、領域
７の外側（第１図では領域７の左側）は、他のパ
ターンで敷きつめても問題はない。
ターンで敷きつめたが、二回目以降のレーザアニ
ールにおいてレーザ走査の上手に位置する、領域
７の外側（第１図では領域７の左側）は、他のパ
ターンで敷きつめても問題はない。
又、絶縁層を表面に備えた基板として、SOI結
晶と同じ材質からなる単結晶半導体基板を用いた
場合において、領域７内の半導体膜の一部分が、
半導体基板と直接接するようにしておけばSOI結
晶の結晶配向性も制御できる。
晶と同じ材質からなる単結晶半導体基板を用いた
場合において、領域７内の半導体膜の一部分が、
半導体基板と直接接するようにしておけばSOI結
晶の結晶配向性も制御できる。
さらに、第２図に示す様に、二回目以降のレー
ザアニール方向を領域７の長手方向に対して鋭角
にすると、結晶成長は図中の方向８，９に従つて
進行する。この時、結晶成長方向８に従つて進む
結晶成長においては、結晶成長方向が90゜以内の
角度でしか変化しない。結晶成長方向の変化の度
合が小さい程、結晶性は伝わりやすいので、より
大きなSOI単結晶が得られる。
ザアニール方向を領域７の長手方向に対して鋭角
にすると、結晶成長は図中の方向８，９に従つて
進行する。この時、結晶成長方向８に従つて進む
結晶成長においては、結晶成長方向が90゜以内の
角度でしか変化しない。結晶成長方向の変化の度
合が小さい程、結晶性は伝わりやすいので、より
大きなSOI単結晶が得られる。
（発明の効果）
本発明と従来法と用いた場合に得られた結果を
比較すると以下の様になる。
比較すると以下の様になる。
従来法においては、単結晶化領域は、レーザビ
ームの走査方向に長くしか出来ず幅方向は太くで
きなかつたが、本発明によれば走査方向に長く形
成できる上に幅方向も太くでき、より大きな面積
のSOI単結晶が得られる。
ームの走査方向に長くしか出来ず幅方向は太くで
きなかつたが、本発明によれば走査方向に長く形
成できる上に幅方向も太くでき、より大きな面積
のSOI単結晶が得られる。
第１図ａ，ｂは本発明の一実施例における試料
のそれぞれ斜視図、および平面図、第２図は本発
明の別の実施例における試料の平面図、第３図ａ
は従来法における試料の斜視図、第３図ｂは従来
法における試料の平面図。図中の番号は以下のも
のを示す。 １はシリコン基板、２はシリコン酸化膜、３は
ポリシリコン膜、４はシリコン窒化膜、５，６は
レーザビーム走査方向、７は一回目のレーザビー
ム走査で単結晶化される領域、８，９は結晶成長
方向。
のそれぞれ斜視図、および平面図、第２図は本発
明の別の実施例における試料の平面図、第３図ａ
は従来法における試料の斜視図、第３図ｂは従来
法における試料の平面図。図中の番号は以下のも
のを示す。 １はシリコン基板、２はシリコン酸化膜、３は
ポリシリコン膜、４はシリコン窒化膜、５，６は
レーザビーム走査方向、７は一回目のレーザビー
ム走査で単結晶化される領域、８，９は結晶成長
方向。
Claims (1)
- １ レーザビームを用いるSOI基板形成法におい
て、まず少なくとも表面に絶縁層を備えた基板上
に半導体膜を形成し、その上に、レーザビームに
対して反射防止膜となる膜厚を持つ絶縁膜のアイ
ランドが並んだ第１の領域と、これに隣接し、前
記反射防止膜が設けられていない帯状の第２の領
域と、第１の領域とは反対側で第２の領域と隣接
し、反射防止膜で覆われた第３の領域を形成した
後、第２の帯状の領域より大きい径を持つレーザ
ビームで、前記第２の領域を、その長手方向へ走
査して単結晶化し、その後、前記レーザビーム走
査方向に対して交差する方向へ前記第１の領域を
少なくとも一つのアイランドを含むように多数回
レーザビーム走査する車により、前記半導体膜を
単結晶化する事を特徴とするSOI基板形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17765585A JPS6239009A (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | Ｓｏｉ基板形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17765585A JPS6239009A (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | Ｓｏｉ基板形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6239009A JPS6239009A (ja) | 1987-02-20 |
| JPH0157491B2 true JPH0157491B2 (ja) | 1989-12-06 |
Family
ID=16034784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17765585A Granted JPS6239009A (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | Ｓｏｉ基板形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6239009A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105161498B (zh) * | 2015-08-03 | 2017-09-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板以及显示装置 |
-
1985
- 1985-08-14 JP JP17765585A patent/JPS6239009A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6239009A (ja) | 1987-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |