JPH0282519A - 固相エピタキシャル成長方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、半導体膜、特にＳｔ膜のエピタキシャル成長
方法に関する。

（ロ）従来の技術 絶縁層（絶縁物の基板も含む）上に単結晶Ｓｉ層を形成
したものは、ＳＯＩ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎＩｎｓｕ
ｌａｔｏｒ）構造と称され、狭い領域で容易に素子分離
が行なえ、高集積化や高速化が可能なものとして知られ
ている。そして、従来のＳｉ基板上に素子が作製される
半導体集積回路（ｒｃ）に比べて、特性向上が図れるこ
とから盛んに研究開発が行なわれている。

絶縁層上に単結晶Ｓｉ膜を形成させるものとして、固相
エピタキシャル成長方法があり、これは単結晶Ｓｉ基板
上に、Ｓｉ基板面の一部をシードとして露出させて絶縁
膜を形成し、シードと絶縁膜上に非晶ｊｉＳｉ（以下ａ
−５ｉと称す）膜を堆積し、６００℃以下の低温でアニ
ールすることで、横方向に固相成長させて、ａ−３ｉ膜
を単結晶化させるものである。

固相エピタキシャル成長のアニールにレーサヲ用いるも
のがあるが、大面積を一度にレーザ照射してアニールす
ると、シードの結晶方位を継承しない粒界が発生して横
方向のエピタキシャル成長距離が伸びず、小面積のエピ
タキシャル領域しか得られなかった。

そこで、特開昭６２−２５７７１８号公報では、レーザ
の照射領域を、まず、シードを含む小領域にしてアニー
ルを行い、次にその小領域の周辺部分に照射領域を広げ
てアニールを行っている。即ち、シードから小領域ごと
にアニールを行ってエピタキシャル成長をさせ、大面積
のエピタキシャル領域を得ている。

Ｃ′ｌ　　発明が解決しようとする課題しかし、上述の
様に、エピタキシャル成長させる領域を小領域に区切り
、アニール領域を順次広げていく様レーザの照射領域を
移動させるものでは、基板１枚当りの処理時間が非常に
長くなってしまう。また、レーザの照射領域を規制する
のにレチクルを使うので、装置が複雑となりコストも高
くなる。

に）課題を解決するための手段 本発明は単結晶半導体基台上に開孔部を有する絶縁膜を
形成し、前記開孔部から露出する単結晶半導体基台部分
及び前記絶縁繰上に非晶質半導体膜を形成し、該非晶質
半導体膜にエネルギービームを照射して該非晶質半導体
膜を単結晶化させる固相エピタキシャル成長方法におい
て、非晶質半導体膜上にエネルギービームの吸収を制御
するための反射防止膜または反射膜を形成し、エネルギ
ービームの強度を大きくする方向に変化させるものであ
る。

（ホ）作用 非晶質半導体股上に反射防止膜または反射膜を形成する
ことで、エネルギービームを照射したときの非晶質半導
体膜に温度分布を発生させることができる。そこで、シ
ードに相等する開孔部付近の温度を高く、その周囲温度
を低くする様にして、開孔部付近での固相エピタキシャ
ル成長を進行させ、その後エネルギービームの強度を大
きくすることで、固相成長の領域が開孔部付近からその
周囲へと広がる。

（へ）実施例 第１図に沿って本発明の一実施例を説明する。

尚、本実施例では単結晶Ｓｉ基台として、単結晶Ｓｉ基
板を用いているが、基板上に形成された単結晶Ｓｉ膜を
用いても良い。

（１；は０００面を主面とする単結晶Ｓｉ基台としての
単結晶Ｓｉ基板で、その表面に絶縁膜として膜厚０．２
μｍのＳ　ｉ　Ｏ２Ｍ（２１を減圧ＣＶＤ（化学気相成
長）法により堆積させる。そしてフォトリングラフィ技
術により、５１０２膜（２）の一部に開孔部（２ａ）を
形成し、単結晶Ｓｉ基板（１）の表面を露出させる（第
１図Ａ）。この開孔部（２ａ）から露出している単結晶
Ｓｉ基板＋１１表面がシード部（１ａ）となる。開孔部
（２ａ）即らシード部（１ａ）の幅は例えば１０μｍと
し、Ｓ　ｉ　Ｏ２Ｍ（２１の開孔部から開孔部までの幅
は例えば１００μｍとする。

仄に５ｉ０２膜（２）やシード部（１ａ）の表面上全面
１ｃａ−５ｉ膜ｔｓ＋ヲ減圧ＣＶＤ法やＵＨＶ蒸着法で
おおよそＣＬ３μｍ堆積する（第１図Ｂ）。

更にａ−８ｉ膜（３）上ζこ反射防止膜として約５０Ｏ
Ａの厚さのＳｉＮ膜（４）を減圧ＣＶＤ法により堆積す
る。そして、第１図Ｃに示す様に、ＳｉＮ膜の幅方向に
おけるシード部（１ａ）上とその横（左右夫々）５μｍ
程以外のところを選択的にエツチング除去する。

次にこの基板を図示しないレーザアニール装置に設置し
、表面全面（ａ−ＳｉＭ（３１及びＳｉＮ膜（４；上）
に、エネルギービームとして例えば、波長５１５ｎｍの
Ａｒ　　イオンレーザ光を照射する。

すると、Ｓ　ｉ　ＮＭ（４）のレーザ光の吸収が大きい
ため、ＳｉＮ膜（４）を形成しである部分のａ−３ｉ膜
（３）の温度は他の部分よりも高くなる。すなわち、シ
ード部（１ａ）上のａ−３ｉｌｌｉ部分はＳ　ｉ０２膜
（２１上のａ−３ｉ膜部分よりも高温となる。

例えば、レーザ光のエネルギー強度を１５０ｍＪ／ｉと
して照射すると、シード部（１ａ）上のａ−３ｉ膜は５
００乃至５５０℃に加熱昇温され、シード部（１ａ）の
結晶方位を継承した固相エピタキシャル成長が５Ａ／ｓ
ｅｃの速さで進行する。このとき、ＳｉＮ膜（４）で覆
われていないａ−Ｓｉ膜部分は３５０℃程反の温度にし
かならず、結晶化せず非晶質のまま保持される（第１図
Ｄ）。従って多結晶となる亜粒界も発生しない。

シード部（１ａ）上のａ−５ｉ膜部分の固相エピタキシ
ャル成長が終了して単結晶５ｉ（３１となったら、レー
ザ光の強度を徐々に増加する（〜２５０品５ｘ／ｄぐら
いまで）。

この場合、ａ−３ｉ膜における５００℃の部分がシード
部（１ａ）付近からその周囲の低温部に向かって移動す
る様に徐々にレーザ光の強度を増し、シード部（１ａ）
上での固相エピタキシャル成長速度５Ａ／ｓｅｃよりも
遅い、例えばＩ　Ａ／Ｓｅｃぐらいの速度でａ−３ｉ膜
の固相エピタキシャル成長を進行させる（第１図Ｅ）。

５これにより、シード部（１ａ）上でａ−５ｉ膜が固相
エピタキシャル成長した単結晶５ｉ（３１をシードとし
て（結晶方位を継承して）シード部（１ａ）周辺へと固
相エピタキシャル成長が進み、ａ−３ｉ膜（３）全体が
単結晶Ｓｉ膜（３）となる（第１図Ｆ）。

尚、レーザ光の強度を増していくと、５００℃の部分は
シード部（１ａ）付近から徐々にその周囲へと移動して
いき、シード部（１ａ）付近では更Ｉこ温度が上がるが
、このシード部（１ａ）付近のａ　−３ｉ膜は固相成長
して単結晶となっているので、温度が上がっても溶融せ
ず、固相エピタキシャル成長に悪影響を及ぼすことはな
いっ 本実施例に詔いて、反射防止膜であるＳｉＮ膜はａ−３
ｉＭ上に部分的に形成されたが、第２図に示す様にシー
ド部（１ａ）上のａ−３ｉ膜（３）上では厚く、その他
の部分では簿い、Ｓ　ｉ　ＮｊｆＡ（５１を形成しても
良く、また、第う図に示す様に、レーザ光の吸収の良い
反射防止膜ではなく、レーザ光の吸収の悪い反射膜（６
）を、反射防止膜の場合と逆の存在になる様に形成して
、レーザアニールによる固相エピタキシャル成長を行っ
ても良い。

（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、反射防止膜また
は反射膜をａ−３ｉ膜上に形成して、レーザ光を照射す
るので、ａ−８ｔＭに高温部と低温部の温度分布が発生
する。シード部付近のａ　−３ｉ膜は固相成長により単
結晶化するが、その周囲は温度が低く結晶化せず、亜粒
界も発生しない。

そして、レーザ光の強度を増すことで、シード部の周囲
へと固相エピタキシャル成長する領域が広第１図 その照射領域を変更することはしないので、アニール装
置として簡単なものでよく、コストも低く抑えられる。

また、レーザ光を走置せずに基板全り 面にあ２て゛ｒアニール行うので、処理時間の短縮化が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例の工程説明図、第２図及
び第３図は夫々異なる実施例の説明図である。 （１）・・・単結晶Ｓｉ基板（単結晶半導体基台）、（
１ａ）・−・シード部、ｔ２）−３ｉＯｚｆｉＡ（絶縁
膜）（２ａ）・・・開孔部、（３）・・・ａ−３ｉ膜（
非晶質半導体膜＞、（３）・・・単結晶Ｓｉ４摸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）単結晶半導体基台上に開孔部を有する絶縁膜を形成
   し、前記開孔部から露出する単結晶半導体基台部分及び
   前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、該非晶質半導
   体膜にエネルギービームを照射して該非晶質半導体膜を
   単結晶化させる固相エピタキシャル成長方法において、 非晶質半導体膜上にエネルギービームの吸収を制御する
   ための反射防止膜または反射膜を形成し、エネルギービ
   ームの強度を大きくする方向に変化させて、前記非晶質
   半導体膜の単結晶化する領域を広げることを特徴とする
   固相エピタキシャル成長方法。