JPH04299517A - シリコン再結晶化半導体装置およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　）に係るものであり
、特に３次元ＩＣを形成するために絶縁膜上に単結晶層
を形成したシード構造を用いたシリコン再結晶半導体装
置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＩ技術において、３次元ＩＣを形成
するために、単結晶シリコン半導体基板の表面に酸化膜
等による絶縁膜を形成し、さらにこの絶縁膜上に非単結
晶シリコンの層を形成し、この非単結晶シリコンをアル
ゴンレーザあるいは電子ビームによって溶解し、単結晶
層とする手段はこれまでに種々考えられている。

【０００３】このように絶縁膜上の非単結晶化層を単結
晶化した場合に、その面方位を定めるための手段として
、例えばシリコン基板上の絶縁膜の一部に、基板面を露
出する開口を形成し、この開口を介して単結晶シリコン
半導体基板と絶縁膜上の非単結晶層とを接続する。そし
て、開口部をシード（種結晶）として、この開口部から
エピタキシャル成長させるようにする。

【０００４】ここで、レーザあるいは電子ビームによる
エネルギービームは、前記絶縁膜上を線走査するもので
、水平方向のビーム走査を順次垂直方向に移動させるよ
うにして多数回連続走査する。このビーム走査は前記シ
ード部を横切って行われ、シード部を含んで非単結晶シ
リコンを溶解するようにしている。しかし、この様な方
法では例えばシード部から横方向に４０〜５０μｍ単結
晶が成長すると、結晶膜中に歪みが溜まるようになり、
転位および粒界が発生するようになる。

【０００５】図９はこの様な問題に対処するための手段
を示すもので、半導体基板５１の表面に形成された絶縁
膜５２に、基板５１の面が露出されるようにして複数の
直線状シード部５３１　、５３２　、…を等間隔で形成
する。このシード部５３１　、５３２　、…は電子ビー
ムの走査方向に直行する方向に延びるように形成される
もので、例えばｎ回のビーム走査が、これらシード部５
３１　、５３２　、…を横切るように走査される。シー
ド部５３１　、５３２　、…の形成された絶縁膜５２上
には、非単結晶シリコン層５４が形成され、この非単結
晶シリコン層５４はシード部５３１　、５３２　、…を
介して単結晶シリコン半導体基板５１に接触されている
。

【０００６】この様にして電子ビームを走査し照射する
と、半導体基板５１、絶縁膜５２部の試料内での熱分布
は、絶縁膜５２では熱蓄積が起こり、シード部５３１　
、５３２　、…では基板５１へ伝導損失される。このた
め、図１０で示すようにビーム走査と共に熱の蓄積が生
じ、再結晶化が不均一な状態となる。この図でａ〜ｄの
各領域の蓄熱量が順次大きくなっている。

【０００７】この様な問題点を解決する手段として、特
公平２−３６０５１号公報に開示された方法が提案され
ている。すなわち、この方法においては、シード部の面
積を蓄熱量の大きさに対応して変化させ、蓄熱量が大き
くなる部分においてシード部面積を増大させ、基板部へ
の放熱量を大きくしている。しかし、この様な方法では
シード部の面積が大きくなり、必然的に絶縁膜上の単結
晶シリコン層の有効面積が低減される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
点に鑑みなされたもので、絶縁膜上の面積を有効に利用
できるように単結晶シリコン層が形成されるようにする
もので、特にこのシリコン層において不均一結晶化を起
こすことなく、絶縁膜上に良質の単結晶シリコン層が形
成され、素子の形成領域が半導体基板に設定される島内
で均一に設定されるようにするシリコン再結晶化半導体
装置およびその製造方法を提供しようとするものである
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るシリコン
再結晶化半導体装置にあっては、単結晶半導体基板の表
面に絶縁膜を形成すると共に、この絶縁膜上に非結晶シ
リコン層を形成するもので、前記絶縁膜には半導体基板
面に均一に配置されるように開口を形成し、非結晶シリ
コン層と半導体基板面とが接触されるシード部を形成す
る。また、これらのシード部に対応して前記絶縁膜の厚
さを薄く設定した準シード部を形成し、非結晶シリコン
層の上からエネルギービームを走査するようにして、非
結晶シリコン層を再結晶化するもので、この場合前記準
シード部の面積が、ビーム走査に伴う蓄積量に応じて設
定されるようにする。

【００１０】

【作用】この様にして構成される半導体装置にあっては
、準シード部の面積に対応した熱伝導による放熱効果が
設定され、絶縁膜上の非結晶シリコン層が均一に加熱さ
れ、再結晶化が基板面全体で均一とされるようになり、
全体的に均一なシリコン再結晶化層が形成される。 この場合、絶縁膜を開口したシード部分を除き、準シー
ド部を含んで素子形成領域が設定されるものであり、素
子の形成される部分が設定される島内で均一に設定され
るようになる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１はその構成を示すもので、単結晶シリコ
ン半導体基板１１の表面には、シリコン酸化膜による絶
縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２には、図上
で縦の方向に延びるようにして複数の開口が形成され、
基板１１の面が露出されるようにしてシード部１３１　
、１３２　、…形成されるようにする。そして、この絶
縁膜１２の上に非結晶シリコン層１４を形成し、このシ
リコン層１４がシード部１３１　、１３２　、…の開口
を介して、単結晶シリコン半導体基板１１の面に接触さ
れるようにしている。

【００１２】また絶縁膜１２には、シード部１３１　、
１３２　、…を構成する開口に隣接して、絶縁膜１２を
肉薄にした準シード部１５１、１５２　、…が形成され
、この準シード部１５１　、１５２　、…部において熱
が半導体基板１１に良好に伝導されるようにする。

【００１３】そして、非結晶シリコン層１４の上に、ア
ルゴンレーザあるいは電子ビーム等のエネルギービーム
の走査を、図上で水平の方向に繰り返し行い、この走査
位置が順次縦の方向に移動され、全面にビーム走査を行
わせる。

【００１４】次にその製造方法について説明すると、ま
ず図２で示すように結晶方向が（１００）に設定される
単結晶シリコン半導体基板１１の表面を、例えば８５０
〜１２００℃で全面熱酸化し、厚さ４００〜８００Ａ（
オングストローム）の厚さで絶縁膜１６を形成する。そ
の後ＬＰＣＶＤ炉で窒化シリコン（Ｓｉ　３Ｎ４）膜１
７を堆積する。そして、シード部１３１　、１３２　、
…および準シード部１５１　、１５２　、…部分に対応
した開口を有するホトレジストによるパターンを形成し
、窒化シリコン膜１７をエッチングし、その後９００〜
１０００℃のウエット（ｗｅｔ）　ＨＣｌ　中で６〜８
時間酸化を行い、図３で示すようにＬＯＣＯＳ　酸化膜
１８を形成する。

【００１５】この様にＬＯＣＯＳ　酸化膜１８が形成さ
れたならば、図４で示すようにその表面を研磨し平坦化
する。次に図５で示すようにこの平坦化された表面にＣ
ＶＤＳｉ　Ｏ２膜、あるいはＴＥＯＳを堆積して絶縁膜
１９を形成し、１０００℃の窒素中でアニールを行う。 次に図６で示すように絶縁層１９の上にシード部１３１
　、１３２　、…に対応し開口を形成したレジストパタ
ーン２０を形成し、ＣＶＤエッチングによってウエット
エンチングを行い、さらに図７で示すようにテーパエッ
チングを行う。

【００１６】すなわち、シード部１３１　、１３２　、
…および準シード部１５１　、１５２　、…に対応して
開口が形成されたＬＯＣＯＳ酸化膜１８および絶縁膜１
９によって、絶縁膜１２が形成されるようになる。そし
て、図１で示したようにこの絶縁膜１２上に非結晶シリ
コン層１４を形成し、さらに電子ビーム等のエネルギー
ビームを走査することにより、シード部１３１　、１３
２　、…からのエピタキシャル成長によって、絶縁膜１
２上に再結晶化シリコン層が形成されるようにする。

【００１７】図８はこの様にして絶縁膜１２上に形成さ
れた再結晶化されたシリコン層を用いて構成される半導
体装置の例を示すもので、この再結晶化シリコンの層を
切り出し、適宜不純物を注入することによってＰＮ接合
によるソース、ドレインを形成し、さらにゲート電極２
１１　、２１２　、…を形成することにより、ＭＯＳト
ランジスタが形成されるようになる。

【００１８】図９で示した従来のＳＯＩ構造において、
例えば電子ビームの走査を左上部より右方向に行うよう
にすると、１本目のビーム照射によって非結晶シリコン
層が溶融するとき、シリコン半導体基板５１と絶縁膜５
２の熱伝導率の相違から、シード部５３１　、５３２　
、…においては熱が半導体基板５１の方向に逃げ易く、
絶縁膜５２上では熱が蓄積される。

【００１９】ビーム走査が２本目さらに３本目に進むよ
うになると、このビーム走査のピッチ幅が通常１０〜３
０μｍと小さいものであるため、走査が進む方向の下の
方向の熱の蓄積が大きくなる。そしてこの熱の蓄積量が
、図１０で示すように全面で不均一の状態となる。

【００２０】この様な蓄熱作用によって、再結晶化シリ
コン層を形成する島内の温度が上昇するものであるが、
この島の上部において最適なアニール条件では、島の下
部において島内温度の上昇によってＳＯＩ層の剥離が生
ずる。

【００２１】これに対して、実施例に示したようにＳＯ
Ｉ層を形成すると、シード部１３１　、１３２　、…と
共に、準シード部１５１　、１５２　、…においても単
結晶シリコン基板１１に対する放熱が効果的に行われ、
ＳＯＩ島内で均一に熱の蓄積状態が設定され、アニール
等におけるＳＯＩ層の剥離等の発生が確実に抑制される
。また、準シード部１５１　、１５２、…に対応する部
分は、素子形成領域として利用できる。

【００２２】尚、実施例においてはシード部１３１　、
１３２　、…を直線状に形成したが、これは点状のドッ
トシードで構成してもよく、また垂直シードで構成する
ようにしてもよい。また図５で堆積する絶縁膜１９はＳ
ｉＯ２膜の他に、Ｓｉ　３Ｎ４による絶縁膜、Ｓｉｘ　
Ｏｙ　Ｎｚ　の絶縁膜で構成してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、レーザ
ビームあるいは電子ビームのエネルギービームの走査に
よって、シード部のエピタキシャル成長により再結晶化
層を形成する場合、全体の蓄熱量を均一化することがで
きるものであるため、良質で且つ均一な再結晶が行える
。またシード部によって生ずる回路設計のデッドスペー
スが軽減できるものであり、ＩＣ回路の設計を容易にす
ることができ、集積度も効果的に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る半導体装置を説明す
るもので、（Ａ）はシード構造を平面から見た図、（Ｂ
）は（Ａ）図のｂ−ｂ線に対応する部分の拡大断面図。

【図２】上記半導体装置の製造過程を説明する断面構成
図。

【図３】図２に続く製造過程を説明する断面構成図。

【図４】さらに図３に続く製造過程を説明する断面構成
図。

【図５】さらに図４に続く製造過程を説明する断面構成
図。

【図６】さらに図５に続く製造過程を説明する断面構成
図。

【図７】さらに図６に続く製造過程を説明する断面構成
図。

【図８】上記製造過程によって製造される半導体装置の
例を示す断面図。

【図９】従来のＳＯＩの製造方法を説明する図。

【図１０】図９で示した半導体基板部の蓄熱状況を説明
する図。

【符号の説明】

１１…単結晶シリコン半導体基板、１２…絶縁膜、１３
１　、１３２　、…シード部、１４…費結晶シリコン層
、１５１　、１５２　、…準シード部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　単結晶半導体基板の表面に形成された
   絶縁膜と、この絶縁膜に前記半導体基板の表面に全体的
   に平均化した状態で配設された開口によって形成された
   シード部と、このシード部に対応して形成され、前記絶
   縁膜の厚さを薄くして形成された準シード部と、前記シ
   ード部並びに準シード部の形成された前記絶縁膜の上か
   らのエネルギービームの走査によって、前記絶縁膜状に
   形成されたシリコン再結晶層とを具備し、前記準シード
   部は、前記電子ビームの各走査線の終端方向、並びに走
   査順位の後ろに行くにしたがって、その面積が増大され
   るようにしたシリコン再結晶化半導体装置。
2. 【請求項２】　　シリコン単結晶半導体基板の表面に形
   成された絶縁膜に、前記半導体基板の表面に全体的に平
   均化した状態で配設された前記半導体基板表面を露出さ
   せる開口によるシード部、並びにこのシード部に隣接し
   て前記絶縁膜の厚さを薄くする準シード部を形成するシ
   ード形成工程と、前記シード部並びに準シード部を含む
   前記絶縁膜上に、非単結晶シリコン層を形成するシリコ
   ン層形成工程と、前記シード部並びに準シード部の形成
   された前記絶縁膜の表面を、第１の方向の走査線を第２
   の方向に順次移行するようにしてエネルギービームを走
   査するビーム走査工程とを具備し、前記シード形成工程
   では、前記準シード部が前記電子ビームの各走査線の終
   端方向、並びに走査順位の後ろに行くにしたがって、そ
   の面積が増大されるようにしたことを特徴とするシリコ
   ン再結晶化半導体装置の製造方法。