JPH02299222A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、絶縁膜上に液相成長によって単結晶層を形
成する技術に関し、特に基板に熱による変形を起こさな
いようにしてこのような単結晶層を得るようにした半導
体装置の製造方法に関する。

（従来の技術〉 基板上にシリコン等の半導体単結晶膜を得る方法として
、酸化物の絶縁膜上に１＃積させた多結晶シリコンｔｉ
ｌｌをエネルギービームによって融解し、単結晶化する
方法が知られていた。

上記方法においては、シリコン再結晶層の均一性を確保
するため、一度に大面積を溶解再結晶化することが有効
である。しかし°、大面積を一度に溶かすと熱歪も大き
くなり、半導体単結晶層を形成した後基板の変形が起っ
てしまうものであっｌζ。

次に、上記従来の液相成長による方法およびその問題点
について第４図を参照して説明する。

第４図（ａ　）は、上記従来の液相成長方法を示す説明
図である。図において、２０は上面に婢い二酸化珪素（
Ｓｉ　０２　）ｙＡ２１を形成したシリ」ン半導体基板
、２２は５ｉ０２膜２１上に堆積させたシリコンの非晶
質膜である。この基板２０に対しＣ１電子ビーム、イオ
ンビームあるいはレーザービーム等のエネルギービーム
２３を走査して照射し、非晶質シリコン膜２２を溶融さ
せ基板を種として再結晶化することにより、半導体中結
晶膜を得る。

（発明が解決しようとする課題） ところが、第４図（ａ　）に示す単結晶膜の製造にあた
っては、大面積を一度に溶かすために、強いエネルギー
ビーム２３を微細な領域に照射するため、非晶質膜２１
を含むＩ＃ｉ２０が局在的に強く加熱され、基板に極端
な温度勾配を生じる。

その結果、製造後の基板には熱歪みによる変形が生じ、
製品化工大ぎな問題となる。なお２４は熱歪みの等高線
を概念的に示したものである。

このよう４ｒ熱歪みによる変形を防ぐために、第４（ｂ
）に示すように、基板２０を裏面からヒーター２５によ
って加熱し、基板２０全体の湿度を上げてビーム２３に
よる熱の局在的な集中を和らげる方法も考えられている
。しかしながら、この方法では図示するように熱歪み２
４は比較的緩かな勾配を取るようになるが、実用上問題
がない程ａ基板の熱変形を減少させるには、いまだ十分
でない。

この発明は、以上のような点に関しなされたもので、そ
の目的は、単結晶膜を液相成長により形成する過程で基
板にほとんど熱歪みが生じないようにして、製造後の基
板の変形を実用上問題がない程度に減少させることがで
きる半導体装置の製造方法を提供することである。

［発明の構成Ｊ （ｖＩ題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明に従う半導体装置
の製造方法は、シリコン基板上に絶縁膜と非晶質シリコ
ン膜を層状に形成する工程と、上記シリコン基板の裏面
にそれぞれ所定の融点を有Ｊるインジウム−Ｐｔ合金お
よびインジウム−Ｐｄ合金の内の１つから成る熱伝導性
に優れた接着層を介在させて金属板をはりつける工程と
、上記所定の融点以上の温度で上記接触層を予備加熱し
て上記接Ｓ層を溶解させる工程と、」上記接着層がその
融点以下の温度となる様に上記シリコン基板上の非晶質
シリコン膜に対してエネルギービームを照射し液相成長
によってこの非晶質シリコン膜を結晶化しシリコンの単
結晶膜を得る工程、 とを有している。

（作用） 上記液相成長を行わせるにあたって、基板裏面と金Ｆ４
板とを溶解状態の熱伝導性のよい接着層を介してはりつ
け、上記接着層が固体状態において、上記シリコン基板
上にエネルギービームを照射する様にしている。従って
、基板に局在して発生した熱は、上記接着層を介しては
りつけられた金属板を通じて速やかに周囲に拡散される
。そのため、熱が基板の１点に集中するのが防止され、
また全体として速やかに放熱が行われるので基板の温度
上昇を抑える結果となる。これによって、エネルギービ
ームの照射による基板の熱歪みの発生は効果的に減少し
て実用上問題とならない程度となるので、基板変形が抑
えられる。

さらに、上記エネルギービームの照射時において、上記
接着層は同相状態となっているため、上記シリコン基板
は、上記接着層によって一定形状に保持されている。従
って、上記シリコン基板の変形はさらに抑えられるもの
である。

（実施例） 以下にこの発明の実施例を図面と共に詳細に説明覆る。

第１図はこの発明の一実施例の説明に供する図であり、
シリコン基板にエネルギービームを照射しなから液相成
長を行っている状態を示したものである。図示するよう
にこの方法では、先ず例えば（１００）方位のｌ１１結
晶シリコン基板１０１にＣＶ［）法によって２．０μＩ
ＩＩ厚の二酸化珪素ｌｌ！１１を形成し、さらに多結晶
シリコンの再結晶時の核となる部分としてこの＝１！Ｉ
化珪索膜１１の一部分を選択的にエツチングして開口部
１２を形成する。なおこのエツチングにはフッ化アンモ
ニウム水溶液を用いた。次に開口部１２を含む二酸化珪
素膜１１の上部全面に、シラン（Ｓｉ　Ｈ４）の熱分解
を利用したＣｖＯ法によって０．８μ＋ｅ厚さの多結晶
シリコン膜１３を堆積した後、ざらにＣＶＯ法により厚
さ０．５ｆｆｉＩｌｌの二酸化ＩＩ＊（ＳｉＯ２）膜１
８を堆積する。

以上のようにして基板１０上に酸化物膜１１゜１８とシ
リコン股１３とを層状構造に形成した侵、シリコン基板
１０の裏面にタングステン板属板１４をインジウム−Ｐ
Ｌ合金あるいは、インジウム−Ｐｄ合金から成る接着層
１５を介在させて貼り付ける。上記インジウム−Ｐ（合
金は、インジウムの割合が６５〜７５％となっており、
融点が８９４℃である。また、上記インジウム−Ｐｄ合
金は、インジウムのｖ１合が６８〜７８％となっており
、融点は、８００℃である。

次に、上記接着層１５を基板１０と共に８００℃〜１０
００℃に加熱し、上記接着層１５を溶解させる。

その後、上記接着層１５を基板１０と共に、７５０℃化
の温度として、固体状態とする。従って、上記基板１０
と接着層１５とタングステン板１４とは楊めて、よく密
着し、熱伝導性がより向上づる。

以上のようにしてシリコン基板が用意されると、第１図
に示ずように電子ビーム１６を矢印の方向に走査して照
射すると、多結晶シリコン膜１３は加熱された部分から
融解し、再結晶化し、単結晶シリコン膜が得られる。こ
こで、上記を子ビームの照射は、上記接着層１５が７５
０℃以下の固体状態となる様に行なわれる。このとき電
子ビーム１６の照射部分にはかなりの熱が発生し、熱歪
み１７が発生するが、この実施例の゛方法によれば、基
板１０の裏面に接着層１５を介してタングステン板１４
がＶ！ｉ肴性よく貼り付けであるので、熱はこれら両層
を介して周囲に速やかに伝達され、熱の１点への集中を
防ぐと共に、外部へも放熱して基板の温度上界を抑える
。そして、上記基板１０は、上記固体状態の接着層１５
によって一定形状に保持されている。そのため、基板１
０に生じる熱歪みは実用上問題とならない程度に減少し
、シリコン基板の変形が殆どない半導体層を得ることが
できる。また発明者らの実験では、開口部から横方向エ
ピタキシャル成長を継続して行うことが可能であった。

なお発明者の実験では上記電子ビーム１６の走査は、シ
セーナルオブアプライドフィジックス誌（Ｊ　、　Ａ　
ｐｐｌ、ｐｈｙｓ、　）　５９巻（１９８６）２９７１
頁に記載のハマサキ（Ｔ、　Ｈａｓａｓａｋｉ　）等に
よる論文に示された方法を用いた。即ち、５＜）ＭＨ７
の振幅変調した正弦波により半値幅約１５０μｌのスポ
ットビームを一方向に高速偏向して、長さ約１０ａｍに
擬似的に線状化した電子ビームを得た。またこのビーム
の振幅変調には、周波数１０ＯＫＩ−ＩＺで線状化ビー
ムの長さ方向の強度分布を均一化するために、計碑機制
御された波形を持つ変調波を用いた。このようにして線
状化されたビームをビーム加速電圧１０ＫＶ、ビーム電
流１２層Ａ、走査速度１００１１１／Ｓで、線状化ビー
ムと直角な方向に走査した。

第２図はこの発明の伯の実施例を示す図である。

この実施例では、シリコン基板１０に酸化物絶縁膜１１
．１８、非晶質シリコン膜１３を形成し、さらに基板１
０の裏面に接着層１５を介在させてタングステン板１４
を貼り句ける点では、上記第１図に示した方法と全く同
じであるが、この方法ではざらに基板１０の裏面下側か
らヒーター１７によって基板１０全体を加熱しながら試
料面への電子ビームの走査を行って液相成長による単結
晶膜を形成することを′ｖｆ＠とじている。この方法に
よれば、タングステン板１４を介して基板１０が全体に
加熱され、そのために吊子ビームの照射による基板の温
度勾配がより緩かなものとなり、熱歪みの発生がざらに
緩和される。したがってシリコン基板の熱による変形が
殆どない半導体装置の単結晶膜を得ることができる。な
Ｊ３電子ヒームの照射方法は、上述した第１図の方法と
同じものを利用することができる。

第３図は、加熱＃Ｉ域の大きさとそのときのシリコンウ
ェハの反りの関係を示したグラフである。

即ちこのグラフは、横軸に加熱領域の大きざを示すもの
として電子ビームの線状化の長さをとり、縦釉にシリコ
ン基板の変形の程度を示すものとしてウェハの反りの程
度をとっている。また、グラフ中、曲線Ａは従来法にお
けるウェハの変形の程度を示し、曲ＪＩＩＢはこの発明
の方法によるシリ」ンウエハの変形の程度を示ずもので
ある。このグラフより明らかなように、この発明の方法
によるシリコンウェハでは同じ加熱領域に対してその変
形の度合いが従来法によるものよりも大幅に改善されて
おり、特に線状化の長さ５ａｍ以上でシリコン基板の変
形を実用上問題がない範囲に抑えながら単結晶化を行う
ことが可能となった。

なお上記タングステンの代わりにモリデブン、タンタル
あるいはレニウムを用いても、上述の実施例と同様の効
果を得ることができた。ざらに上述の２例の実施例では
、酸化物絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成しこれを非
晶質化しているが、酸化物絶縁膜上に直接非晶質シリコ
ンを堆積させても良いことは勿論である。また、この発
明の方法はエルギービームとして電子ビーム、イオンビ
ーム、レーザービーム等を用いる場合にすべて適用する
ことができるが、接着層材料としてインジウム合金を用
いると電子ビーム照射に対して特に有効である。これは
インジウム合金の輿空中での蒸気圧が低いため、高真空
を要する電子ビーム照射に対してもその真空度を損う恐
れが無いためである。

Ｅ発明の効ｇ１．］ 以上実施例を挙げて詳述したように、この発明に従う方
法によれば、基板の１点に集中して発生した熱を速やか
に周囲に逃がしながらエネルギービームの利用による液
相成長を行って単結晶膜を得ることができるので、製造
後の基板に熱歪みによる変形をほとんど生じることがな
い。したがって変形のほとんどない基板を有する優れた
半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の方法を説明するための概
略図、 第２図はこの発明の他の実施例の方法を説明するための
概略図、 第３図はエネルギービームによる加熱領域の大きさと基
板（ウェハ）の変形の程度を示すグラフ、第４図は従来
の製造方法を示す概略図である。 １０・・・半４体基板 １１．１８・・・酸化物絶縁膜 １３・・・Ｊト品質シリコン膜 １４・・・タングステン板 １５・・・インジウム合金層（接着層）１６・・・電子
ビーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板表面に絶縁膜を介して非晶質シリコ
   ン膜を形成する工程と、 上記シリコン基板の裏面に所定の融点を有するインジウ
   ム−Ｐｔ合金又はインジウム−Ｐｄ合金の接着層を介し
   て金属板をはりつける工程と、上記所定の融点以上の温
   度で上記接着層を予備加熱して上記接着層を溶解させる
   工程と、 上記接着層が、その融点以下の温度となる様に上記シリ
   コン基板上の非晶質シリコン膜に対してエネルギービー
   ムを照射し液相成長によつてこの非晶質シリコン膜を結
   晶化しシリコンの単結晶膜を得る工程、 とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）上記インジウム−Ｐｔ合金は、インジウムの割合
   が６５〜７５％であり、上記インジウム−Ｐｄ合金は、
   インジウムの割合が６８〜７８％であることを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体装置の製造方法。