JPH04332120A - 半導体結晶層の製造方法 - 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】本発明は、基板上の半導体層をエ
ネルギービームによりアニールすることによって、この
半導体層を半導体結晶層として結晶化させる半導体結晶
層の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高集積化，高速化半導体装置の１つとし
て考えられている積層半導体装置（３次元ＩＣ）を実現
するためには、絶縁膜上に半導体薄膜を形成し、この半
導体薄膜をエネルギービームにより照射アニールするこ
とで、これを結晶粒径が増大した多結晶半導体層もしく
は単結晶半導体層，すなわち半導体結晶層にし、その層
上に素子を形成する方法がある。

【０００３】ところで、半導体薄膜，例えばシリコン薄
膜をアニールするのに、エネルギービームとしては、レ
ーザビームに比べて制御性が良く、高出力の得られる電
子ビームを使用するのが良いが、半導体薄膜を電子ビー
ムによりアニールする場合には、照射による損傷が問題
となる。

【０００４】電子ビームによる半導体薄膜の損傷を防ぐ
ため、従来では特開昭６０−５４４２６号公報に開示さ
れているような技術が知られている。図４は上記公報に
開示されている半導体結晶層の製造方法を説明するため
の図であり、この製造方法では、先づ単結晶シリコン基
板５１上にＳｉＯ２層５２を形成する。しかる後、Ｓｉ
Ｏ２層５２上にアニールされるべき半導体薄膜，例えば
シリコン薄膜５３を被着し、その上にタングステン，モ
リブデン，タンタル，ニオブ，チタンあるいはバナジウ
ムの高融点金属膜５４を形成する。

【０００５】このようにして、半導体薄膜５３上に高融
点金属膜５４を形成した後、電子ビームＢＭを照射走査
する。これにより、半導体薄膜５３を加熱しアニールし
てこれを粗大粒化もしくは単結晶化させる。この際に、
電子ビームエネルギーは、半導体薄膜５３上の高融点金
属膜５４に良く吸収されるので、電子ビームによる半導
体薄膜５３の損傷を実用上問題とならない程度まで減少
させることができ、また高融点金属膜５４の良好な熱伝
導により、アニール中に熱がすばやく全面に拡散して均
一な面内温度分布が得られ、アニールの均一性を向上さ
せることができて、良質の半導体結晶層を容易に作成す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法では、半導体薄膜５３として例えばシリコン薄膜
を用いる場合、アニール時に、シリコン薄膜５３と高融
点金属膜５４（例えばタングステン膜）との界面付近に
、シリコン化合物（シリサイド）が形成され、後の素子
形成時に高融点金属膜５４および界面のシリサイドを除
去したとしても、結晶化されたシリコン薄膜５３，すな
わち半導体結晶層中に高融点金属が残り、素子の閾値が
不安定になるなど、素子の特性に悪影響を及ぼすという
欠点があった。

【０００７】本発明は、エネルギービームの照射によっ
て良質の半導体結晶層を容易にかつ高融点金属等を混入
させずに作成することの可能な半導体結晶層の製造方法
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上の半導
体層をエネルギービームの照射により加熱してアニール
するに際して、半導体層上に高融点金属膜を形成するが
、高融点金属膜を半導体層上には直接形成せず、半導体
化合物の形成を防止するための中間層を介して形成する
ことを特徴としている。すなわち、図１に示すように、
基板１（概念的にこの上にＳｉＯ２層２が設けられてい
ても良い）上にアニールされるべき半導体層３を形成し
、この半導体層３上に中間層４を形成した後、中間層４
上に高融点金属膜５を形成する。このような状態にして
、エネルギービーム（例えば電子ビーム）ＢＭを照射し
、半導体層３をアニールし結晶化する。

【０００９】半導体層３には、例えばシリコン等の半導
体材料が用いられ、また高融点金属膜５には、例えばタ
ングステン，モリブデン等の高融点金属が用いられる。

【００１０】また、中間層４には、アニール時において
、半導体層３に用いられる半導体材料と高融点金属膜５
に用いられる高融点金属との間にこれらの半導体化合物
が形成されるのを阻止する金属や半導体化合物等の材料
が用いられる。このような材料としては、具体的には、
半導体材料中での拡散係数が相対的に小さいか、または
融点の高い材料が好ましい。

【００１１】表１は各種単体金属のシリコン中での拡散
係数を示したものであり、また、表２は融点の高い化合
物の例を示したものである。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】表１からわかるように、半導体層３をシリ
コンで形成する場合には、半導体層３中の拡散係数が比
較的小さい材料としては、Ｃｏ，Ｚｎ，Ｔｉなどの金属
があり、これらの金属を用いる場合には、ＥＢ蒸着法に
より中間層４を形成することができる。また、表２から
わかるように、融点の高い材料としては、ＳｉＯ２，Ｓ
ｉ３Ｎ４などのシリコン化合物や、ＴａＮ，ＴｉＮなど
のナイトライド等がある。

【００１５】図１に示したように、半導体層３と高融点
金属膜５との間に上記のような中間層４を介在させた状
態でエネルギービームＢＭとして例えば電子ビームを照
射する場合にも、従来と同様に、半導体層３を加熱しア
ニールしてこれを良質に結晶化させることができる。す
なわち、この場合にも、電子ビームエネルギーの約半分
程度は、高融点金属膜５に吸収されるので、電子ビーム
による半導体層３の損傷を実用上問題とならない程度ま
で減少させることができ、また高融点金属膜５の良好な
熱伝導により、アニール中に熱がすばやく全面に拡散し
てアニールの均一性を向上させることができる。

【００１６】さらに本発明では、半導体層３と高融点金
属膜５とは直接接触しておらず、これらの間には、半導
体層３を形成するシリコンなどの半導体材料と高融点金
属膜５を形成するタングステンなどの高融点金属との化
合物，例えばシリサイドの形成を防止する中間層４が設
けられているので、アニール時に半導体層３中へ高融点
金属が浸入するのを有効に防止することができる。

【００１７】このようにして、半導体層３をアニールし
これを結晶化した後、高融点金属膜５および中間層４を
取り除き、半導体層３上に素子を形成することができる
。この場合、半導体層３は、良好に結晶化（多結晶化あ
るいは単結晶化）されており、さらに半導体層３中への
高融点金属の混入は非常に少ないので、高移動度，安定
した閾値等の良好な特性を持つ高集積化，高速化に適し
た素子をこの半導体層３上に形成することが可能となる
。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説
明する。

【００１９】実施例１ 　　図２（ａ）乃至（ｃ）は実施例１の製造工程を示す
図である。実施例１では、単結晶シリコン基板１１上に
、ＳｉＯ２層１２と、アニールされるべき多結晶シリコ
ン薄膜１３と、中間層としてのＳｉＯ２層１４と、タン
グステン膜１５とを順次に形成した後、電子ビームの照
射により多結晶シリコン薄膜１３をアニールした。

【００２０】すなわち、単結晶シリコン基板１１を４０
０℃に加熱し、ＳｉＨ４ガス：１０ＳＣＣＭ，Ｏ２ガス
：１０ＳＣＣＭ，圧力０．１３Ｔｏｒｒの条件で、ＬＰ
ＣＶＤ法により単結晶シリコン基板１１上に約１．０μ
ｍのＳｉＯ２層１２を形成した（図２（ａ）参照）。

【００２１】次いで、単結晶基板１１を６３０℃に加熱
し、ＳｉＨ４ガス：２０ＳＣＣＭ，圧力０．１３Ｔｏｒ
ｒの条件でＬＰＣＶＤ法によりＳｉＯ２層１２上に約５
０００Åの多結晶シリコン薄膜１３を被着させ、その上
に上記の条件で約５００ÅのＳｉＯ２層１４を形成し、
さらにＳｉＯ２層１４の上に約０．２μｍのタングステ
ン膜１５を堆積させた。しかる後、上部より電子ビーム
ＢＭを照射走査して、多結晶シリコン薄膜１３をアニー
ルし、これを再結晶化（例えば単結晶化）させた（図２
（ｂ）参照）。この際、単結晶シリコン基板１１を温度
５００℃まで加熱し、電子ビームの加速電圧を１０Ｋｅ
Ｖ，ビーム電流を２ｍＡとした。

【００２２】このようにして多結晶シリコン薄膜１３を
電子ビームにより再結晶化させた後、結晶化シリコン薄
膜１３上のタングステン膜１５，ＳｉＯ２膜１４を除去
し、結晶化シリコン薄膜１３上にＭＯＳトランジスタ素
子を形成した（図２（ｃ）参照）。すなわち、結晶化シ
リコン薄膜１３上にゲート絶縁膜１９，ゲート電極１８
を形成し、さらに絶縁膜１６の所定部分を選択エッチン
グして結晶化シリコン薄膜１３の所定部分１３ａ，１３
ｂにｎ型不純物をドープし、その上にソース電極１７ａ
，ドレイン電極１７ｂを形成して、ＭＯＳトランジスタ
素子を形成した。

【００２３】このように作成されたＭＯＳトランジスタ
素子は、チャネル領域１３ｃが良質の結晶化半導体で構
成されているので、高移動度の特性を有し、高速に動作
させることができ、また高融点金属の混入量が少ないの
で、閾値のばらつきが少なく、安定した特性を有し、極
めて良好な特性のものとなった。

【００２４】実施例２ 　　図３は実施例２の製造工程を説明するための図であ
る。実施例２では、石英ガラス基板２０上に実施例１と
同じ条件で約５０００Åの多結晶シリコン薄膜１３を被
着させ、この多結晶シリコン薄膜１３上に、ＳｉＨ２Ｃ
ｌ２ガス：１５ＳＣＣＭ，ＮＨ３ガス：１５０ＳＣＣＭ
，圧力０．４５Ｔｏｒｒの条件でＬＰＣＶＤ法により約
５００ÅのＳｉ３Ｎ４膜２１を形成し、さらにＳｉ３Ｎ
４膜２１上に約０．２μｍのタングステン膜１５を堆積
させた。その後、上部より電子ビームＢＭを照射走査す
ることにより、多結晶シリコン薄膜１３を再結晶化させ
た。

【００２５】このようにして多結晶シリコン薄膜１３を
電子ビームにより再結晶化させた後、タングステン膜１
５，Ｓｉ３Ｎ４膜２１を除去し、結晶化シリコン薄膜１
３上に図２（ｃ）に示したと同様のＭＯＳトランジスタ
素子を形成した場合、実施例１と同様に優れた特性のＭ
ＯＳトランジスタ素子を得ることができた。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
半導体層と高融点金属膜との間に中間層を形成するよう
にしているので、エネルギービームの照射によって良質
の半導体結晶層を容易にかつ高融点金属等を混入させず
に作成することができて、この半導体結晶層上に素子を
作成することにより、高移動度，安定した閾値等の優れ
た特性をもつ素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体結晶層の製造方法を説明するた
めの図である。

【図２】（ａ）乃至（ｃ）はシリコン基板上に半導体結
晶層を作成する工程を示す図である。

【図３】石英ガラス基板上に半導体結晶層を作成する工
程を説明するための図である。

【図４】従来の半導体結晶層の製造方法を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　基板 ２　　　　　　　　絶縁層 ３　　　　　　　　半導体層 ４　　　　　　　　中間層 ５　　　　　　　　高融点金属膜 ＢＭ　　　　　　エネルギービーム（電子ビーム）１１
　　　　　　単結晶シリコン基板 １２　　　　　　ＳｉＯ２膜 １３　　　　　　多結晶シリコン薄膜 １３ａ　　　　ソース不純物層 １３ｂ　　　　ドレイン不純物層 １３ｃ　　　　チャネル領域 １４　　　　　　中間層としてのＳｉＯ２膜１５　　　
　　　タングステン膜 １６　　　　　　絶縁膜 １７ａ　　　　ソース電極 １７ｂ　　　　ドレイン電極 １８　　　　　　ゲート電極 １９　　　　　　ゲート絶縁膜 ２０　　　　　　石英ガラス基板 ２１　　　　　　Ｓｉ３Ｎ４膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上にアニールされるべき半導体層
   を形成し、該半導体層上に高融点金属膜を形成するに際
   して、半導体層と高融点金属膜との間に中間層を形成し
   ておき、半導体層上に中間層，高融点金属膜を形成後、
   半導体層をアニールするためのエネルギービームを高融
   点金属膜側から照射するようになっていることを特徴と
   する半導体結晶層の製造方法。