JPH02224324A - Ｓｏｉ基板 - 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〕 本発明は積層型半導体装置に用いられる５ＯＩ（５ｉｌ
ｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ　）基板に関する
。

〔従来の技術〕

半導体素子例えばＭＯＳＦＥＴなどを密に集積し、三次
元的配置とするためにＳＯＩ基板が用いられており、こ
のＳＯＩ基板は通常次のようにして製造される。第４図
（ω〜（ｃｌはその製造方法の要点を説明するための模
式図である。第４図（ａｌはＳＯＩ基板の模式断面図で
あるが、例えば単結晶シリコン基板１上に減圧ＣＶＤ法
により酸化膜（ＳｉＣｈ）２を形成した後、この酸化膜
２に凹状のヒートシンク部３を形成して、さらにこの上
に減圧ＣＶＤ法により非晶質シリコンまたは多結晶シリ
コン４を形放し、次いで多結晶シリコン４の表面からレ
ーザ光５を走査し照射することにより、多結晶シリコン
４を溶融凝固し再結晶させて単結晶シリコン領域６を形
成した状態を示している。なお多結晶シリコン４の表面
には通常レーザ光５の反射防止などのために酸化膜を形
成しておくが、ここでは図示を省略しである。第４図（
′ｂ）はこのとき照射するレーザ光５のＳＯＩ基板幅万
同に対する全開強度分布線図であり、第４図（ｃ）はこ
のレーザ光５を照射したときのＳＯＩ基板の溶融部の幅
方向に対する温度分布量図である。レーザ光５を照射し
て多結晶シリコン４を溶融再結晶させて良質の単結晶領
域６を得るために、ｍ融部分の温度分布は第４図（ｃ）
のように中央部分が低く、周辺部分が高くなるように制
御しなければならない。それは再結晶化の核となる種結
晶が多く存在する溶融部分周辺から結晶が進むのを抑制
し、中央部分から再結晶が始まるようにするためである
。そこで第４図（ｂ）に示す強度分布を有するレーザ光
５を照射すると、酸化膜２にはヒートシンク部３が形成
してあり、溶融シ１１コン中央部分の下に位置する酸化
膜２の部分の万が周辺部の酸化膜２よりｍ＜、＃融シリ
コン中央部すなわちヒートシンク部３から基板１へ逃げ
る熱の万が溶融部分周辺から逃げる熱よりも大きくなる
ので第４図（ｃｌに示すような温度分布が得られる。

これに対して第４図（ａｌとは異なる構造のＳＯＩ基板
とこれに対するレーザ光の強度分布を示したのが第５図
（ａｌ　、　（ｂｌである。第５図（ａ）は第４図（ａ
）と共通部分を同一符号で示しであるが、酸化膜２ａに
ヒートシンク部を形成してないＳＯＩ基板の模式断面図
を示したものであり、この場合第４図（Ｃ）のような温
度分布を付与するためには、レーザ光５の空間強度分布
心図は第５図（ｂｌのように双峰型にすることが知られ
ている。すなわち、第４図（ａｌのヒートシンク部３を
形成する代りに、レーザ光５の空間強度分布を第５図（
ｂ）のようにすることにより溶融部には第４図の場合と
同様の温度分布が得られる。なおＷＪＳ図ではＳＯＩ基
板の温度分布線図およびその他第４図と重複する点は説
明を省略しである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、以上述べたＳＯＩ基板は多結晶シリコン
を溶融凝固し、再結晶させて得られる単結晶領域に関し
てなお次のような問題がある。

再び＠４図（ｃ）を参照して説明する。第４図ｔｅｌの
温度分布線図のＡ点は多結晶シリコンの溶融時（こおけ
る中央部、二つのＢ点はいずれも多結晶シリコンとその
溶融部との境界の温度であり、これら各点における再結
晶の進む方向を矢印で示しである。溶融シリコンが凝固
に際して再結晶するのはＡ点および二つのＢ点の温度の
低い個所から開始し、Ｂ点はいずれも多結晶シリコンと
の境界であるから再結晶した部分は多結晶シリコンとな
るが、Ａ点では単結晶となって再結晶が進行する。した
がってＡ点から拡がる単結晶領域は両側の各Ｂ点から多
結晶となって固化が進行する速度によって決まり、各Ｂ
点から伸びた結晶粒界などの結晶欠陥がＡ点近傍まで侵
入するようになる。ｗ、６図はその梯子を示した模式図
であり、第６図（ωに第４図（ａ）を再唱し、その各位
置と対応するように＄６図ｔｂｌに結晶粒界の発生状態
を示しである。すなわち、第６図ｔｂ＋のように結晶粒
界７は、単結晶領域６となるべき再結晶部分の側端の不
Ｉ＠融多結晶シ」コン４から発生し、再結晶部分の中央
付近まで伸びている。第６図（ｂ）に付記した矢印はレ
ーザ光５の走査方向を表わす。結晶粒界７は結晶の転位
などに起因するものであり、このような単結晶領＃６と
なるべき再結晶部分にＭＯＳＦＥＴやジャンクショント
ランジスタなどを形成した場合には、これらの機能素子
のもれ電流の憎加、移動度の低下、耐圧の減少など種々
の不都合が生ずる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は酸化膜上に形成した多結晶シリコンを溶融再結晶し
て得られ、結晶欠陥の存在しない単結晶領域を有するＳ
Ｏ工基板を提供することにある。

〔ａ題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板は非晶
質または多結晶シリコンが／ＮＭして再結晶する単結晶
領域の両側端近傍の酸化膜に、レーザ光の走査方向と同
一方間に延びる二つの互に平行な溝状のヒートシンク部
を形成したものである。

〔作用〕

不発明では非晶質または多結晶シリコン層が再結晶によ
り単結晶となる領域の両側端近傍に対応する位置の酸化
膜にヒートシンク部を形成しであるために、全体の温度
分布としてはこのヒートシンク部にも低い温度の個所が
でき、これが再結晶の際、溶融部と不溶融部との境界か
ら再結晶した多結晶の内部への進行を抑制するストッパ
ーの役割を果し、その結果広い範囲で結晶欠陥のない単
結晶領域を確保することができる。

〔実施例〕

以下不発明を実施例に基づき説明する。

第１図（ａｔ〜（Ｃ）は本発明のＳＯＩ基板の王な製造
工程を示したものであり、第４図〜第６図と共通部分を
同一符号で表わしである。まず単結晶シリコン基板１の
上に減圧ＣＶＤ法を用いて厚さ約２ｐｍの酸化膜（Ｓｉ
Ｏｚ）２ｂを形成する（第１図（ａｔ）。

次にこの酸化膜２ｂの表面にフォトリングラフィにより
加〜ｌＱＱ　ｐｆｎ　幅のヒートシンク部３とその両側
にレーザ光の走査方向と同じ方向で互に平行な二つの鍔
状の一部５　ｐｍのヒートシンク部８を形成する〔第１
図（ｂ）〕。ヒートシンク部３は第４図（ａｔに示した
ものと閤じであるか第５図（ａｌに示したようなヒート
シンク部３そ形成しない＠甘には二つのヒートシンク部
８のみとする。続いて減圧ＣＶＤ法により成膜温反約５
００℃で厚さ０．５μｆｆｌの非晶質シリコンまたはｇ
膜温度約６００℃で厚さ０．５μｍの多結晶シリコン層
４を形成する〔第１図（Ｃ）〕。なお多結晶シリコン層
４の上に形成する酸化膜についでは第４図（ａｌの場合
と同様にここでも図示を省略しである。

この状態で多結晶シリコン層４に第４図（ｂ）に示した
受量強度分布をもつレーザ光を照射するか、この過程と
酸化膜２ｂの形状に対応する温度分布および単結晶領域
の生成についてはそれぞれ第２図（ａｔ　＋　（１）ｌ
　＊　（ｃ）に示した。ｔＪＪ２図（ＪはＭ１図（ｃｌ
のＳＯＩ基板にレーザ光５を建立しながら照射し゛Ｃ多
結晶シリコン層４を一部を残して浴−し、＋１）結晶さ
せて単結晶領域６を得た状態の俣式断１図であり、第２
図（ｂｌは多結晶シリコンの４浴一部分の幅方向の温反
分布巌図である。第２図（ｂ）を前述の第４図ｔｃ）と
対比して説明する。第２図ｔｂ）も第４図（ｃｌと同様
に中央部の温度の低い点をＡ、多結晶シリコン４とその
１１Ｍ部との境界温度をＢとして表わしであるが、第２
図（ｂ）が第４図ｔｅｌと異なるｂ［は、ヒートシンク
部８の位置に対応して温度の低い二つの点Ｃが存在する
ことである。モしてＡ、Ｂ。

Ｃ各点における再結晶の進む方向を矢印で示しである。

この場合の再結晶の過程はＡ、ＢＥよび６点から開始す
る。したがって第４図（Ｃ）ではＢ点から伸びる多結晶
シリコンがＡ点近傍にまで達する可能性をもっているの
に対し、ｗ、２図（ｂｌでは６点からも再結晶が開始し
、６点は完全な溶融部であるから６点からの再結晶はＢ
点からの多結晶が進むのを６点で止める役割をもつ。す
なわち、Ｂ点から伸びる結晶粒界などの結晶欠陥がＡ点
近傍まで侵入するのを６点に２ける周辺方向に進む再結
晶が抑制するのである。このとき得られる単結晶領域す
と佑晶′ｍ界７の発生状態を第６図（ｂ）（こ徴って鶏
２図（ｃｌに示す。矢印はレーザ光５の走査方向を表わ
している。第２図（ｃｌを褐６図（ｂｌと比べれは明ら
かなように本発明における場合の第２図（ｃｌでは結晶
粒界７は多結晶シリコン４の周辺から発生して内部に進
むが酸化膜２ｂに形成した二つの溝状ヒートシンク８よ
り内側にまで到達するＣとなく、広い範曲で単結晶領域
６が確保されていることがわかる。

以上と同様の手法で栗５図（ａｌに示したＳＯＩ基板の
酸化膜２ａに対して二つのヒートシンク部８を形成し、
その上に例えは多結晶シリコン４を積んだ状態の模式断
面図をｗＪ３図（ａ）　、ヒートシンク８の位置を表わ
す平面図を第３図（ｂｌに示した。これに照射するレー
ザ光の受量強度分布は第５図（ｂｌに示した巌図のよう
な双峰型が通用されるが、その走査方向を矢印で第３図
（ｂ）に付記しである。例えばヒートシンク８の幅は５
〜ＩＱ　ｐｍ　、　　ヒートシンク８同士の間隔は６０
〜８０Ｐｆｎとし浴一部分の１隅を１００μｍ程度とす
ることができる。

溶融部分の温度分布、再結晶による単結晶への変換のプ
ロセスなどは、第２図について説明したのと同じであり
、重複を避けるためにここでは省略する。

以上説明したように本発明ではＳＯＩ基板の多結晶シリ
コンをｍｊ漠し再結晶させて単結晶とする領域の両側端
近傍に相当する位置で、多結晶シリコンの直下にある酸
化膜にレーザ光の走査方向に沿って二つの溝状ヒートシ
ンク部を形成しておくことにより、再結晶時における周
辺からの結晶欠陥が中央部近１Ｊまで進展するのを阻止
し、ＳＯＩ基板に良質の単結晶領域の形成を可能にした
ものである。なお酸化膜上に初めに積層する多結晶シリ
コンの代りに非晶質シリコンとしても同様の結果が得ら
れることは当然である。

〔発明の効果〕

３０Ｉ基板は酸化膜上の非晶質または多結晶シリコン層
の両側端部を残すようにレーザ光を照射して一旦８４１
１し凝固させ、その際の再結晶により中央部を単結晶と
するが、そのとき従来はＩ＠融部と両側端部の境界から
結晶欠陥が中央部にまで達して、そこに結晶粒界などが
存在するようになり、良質の単結晶となり難く、これが
原因でその上に形成される機能素子の特性を損うことが
多かったが、これに対して本発明では実施例で述べたよ
うに、＃ＬＨ晶となるべき領域の両側面近傍に位置する
酸化膜上に、レーザ光の定食方向と同じ方向に並行する
二つの４状ヒートシンク部を形成しておいたために、こ
のヒートシンク部が再結晶のときの両側端部からの結晶
欠陥の進行を阻止し、ＳＯＩ基板の中央部には良質の単
結晶領域を得ることができる。その結果この単結晶領域
上に形成した例えばＭＯＳＦＥＴなどは、チャネル面積
に対するＳＯＩ基板の幅寸法の影響が少なくなり、その
他の素子についても耐圧、移動夏などに関して特性の同
上が顧著である。

【図面の簡単な説明】

第１図（−〜（Ｃ）は本発明のＳＯＩ基板の主な製造工
程図％為２図輪）は単結晶狽域を形成した不発明のＳＯ
Ｉ基板の模式断面図、第２図（ｂｌは本発明の５ＯＩｆ
ｉ攻の幅方向に対する浴［都の温度分布線図、ｔＩ％２
図（ｃ）は不発明のＳＯＩ基板に発生する結晶粒界の様
子を示す模式平面図、第３図１ａ）は第２図（ａ）とは
異なる例を示すＳＯＩ基板の模式断面図。 ｆｊＰ、３図（ｂ）は同じく模式平面図、第４図（ωは
従来のＳＯＩ基板の模式断面図、第４図（ｂ）はレーザ
光の全開強度分布線図、第４図（ｃ）は従来のＳＯＩ基
板の一方間に対する温度分布線図、第５図１ａｌは第４
図（ａ）とは異なる例を示すＳＯＩ基板の模式断面図、
ｗＪ５図（ｂ）は第４図（ｂ）とは異なる例を示すレー
ザ光の見間強度分布線図、＠６図（ａｌは第４図（ａ）
を再掲したＳＯＩ基板の模式断面−、第６図（ｂｌは第
６図（ａ）に対応して結晶粒界の発生状態を示した模式
平面図である。 】・・・シリコン基板、２　、２　ａ　、　２　ｂ　−
酸化膜、３．８・・・ヒートシンク部、４・・・多結晶
シリコン、５・・・レーザ光、６・・・単結晶領域、７
・・・結晶粒界。 第１図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）シリコン基板上に酸化膜と非晶質または多結晶シリ
   コンを順次積層し、レーザ光を照射して前記非晶質また
   は多結晶シリコン層の所定領域を溶融し再結晶させるこ
   とにより前記所定領域を単結晶としたＳＯＩ基板であっ
   て、前記単結晶となる所定領域の両側端近傍の前記酸化
   膜層上に前記レーザ光の走査方向と同一方向に延びる二
   つの互に平行な溝状のヒートシンク部を有することを特
   徴とするＳＯＩ基板。