JPH0556314B2 - - Google Patents

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JPH0556314B2
JPH0556314B2 JP16619184A JP16619184A JPH0556314B2 JP H0556314 B2 JPH0556314 B2 JP H0556314B2 JP 16619184 A JP16619184 A JP 16619184A JP 16619184 A JP16619184 A JP 16619184A JP H0556314 B2 JPH0556314 B2 JP H0556314B2
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layer
semiconductor layer
thermal conductivity
polycrystalline semiconductor
single crystal
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Takashi Tomita
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Sony Corp
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体単結晶薄膜の製造方法に関す
る。
従来の技術 第11図及び第12図を参照して従来の半導体
単結晶薄膜の製造方法について説明する。先ず第
11図を参照して、半導体単結晶薄膜を形成すべ
き半導体装置について説明する。1は石英等から
なる絶縁基板(Si基板上にSiO2層を被着形成し
たものも可)、2はその上に減圧化学蒸着法等に
より帯状に被着形成された多結晶シリコン層、3
は基板1上及び多結晶シリコン層2上に亘つて被
着形成されたSiO2等よりなるキヤツプ層である。
しかして、第12図に示す如く、斯る帯状の多
結晶シリコン層2に対し、キヤツプ層3を介して
その長手方向(走査方向)5にカーボンヒータ、
レーザビーム発生源、ハロゲンランプ、IRラン
プ、電子ビーム発生器源等の線状の加熱手段4を
走査させる。かくすると、キヤツプ層3を介して
加熱手段4により加熱された多結晶シリコン層2
は溶融し、加熱手段4が遠ざかるにつれて自然冷
却されて固化し、再結晶化して単結晶となる。
この場合、帯状の多結晶シリコン層2の両側か
ら中央に向つて冷却が進むので、加熱手段4が既
に通過した部分の等温線は、破線aにて示す如
く、図に於いて下側(走査方向aと反対方向)に
凸の曲線になる。かくして多結晶シリコン層2は
矢印6に示すごとくその両側縁から中心に向つて
冷却固化して単結晶化して行く。このため得られ
た単結晶シリコン層20の中央には符号7にて示
すごとき結晶粒界7が形成され、結晶の品質が低
下する。斯る結晶粒界7は、この単結晶層20に
不純物を注入して、半導体(集積)回路を形成し
た場合、その部分で漏れ電流が生じるので、好ま
しくない。
発明が解決しようとする問題点 斯る点に鑑み本発明は、結晶粒界の発生し難
い、高品質の半導体単結晶薄膜を製造することの
できる半導体単結晶薄膜の製造方法を提案せんと
するものである。
問題点を解決するための手段 本発明による半導体単結晶薄膜の製造方法は、
半導体層に対し相対的に加熱手段を走査させて、
半導体層を溶融させた後冷却固化させて半導体単
結晶薄膜を形成するようにした半導体単結晶薄膜
の製造方法において、半導体層の加熱走査方向と
略直交する方向の温度分布を双峰形にする放熱制
御層を、略5000Å以下の反応防止層を介して半導
体層上に選択的に被着するようにしたものであ
る。
作 用 かくすると、加熱手段によつて加熱溶融された
半導体層は加熱手段の通過後、その中央から両側
に向つて冷却が進むので、中央部から両側に向つ
て再結晶化が進むから、従来技術のような結晶粒
界が発生し難く、高品質の半導体単結晶薄膜を得
ることができる。
実施例 以下に第1図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第1図は半導体単結晶薄膜を形成すべき
半導体装置を示し、1は石英等の絶縁基板であ
る。この絶縁基板1としては、Si基板上にSiO2
層を被着形成したものも可能である。基板1上に
は例えばシリコンからなる多結晶半導体層2が帯
状に被着形成される。そして基板1及び多結晶半
導体層2上に亘つて略5000Å以下の例えばSiO2
から成る反応防止層8を被着形成する。そして多
結晶半導体層2の長手方向に沿つてその中央部
に、反応防止層8を介して、多結晶半導体層2よ
り熱伝導率の高い高熱伝導率層9Aを被着形成す
る。この高熱伝導率層9Aとしては、Mo,Ta,
W,Pt,Nb等が用いられる。これらの物質のSi
の融点1412℃に於ける熱伝導率(cal/sec・cm・
deg)は夫夫Mo:0.21,Ta:0.19,W:0.25,
Pt:0.157,Nb:0.154で、Si:0.058の3倍以上
である。又、これらの物質の比熱はSiのそれの1/
3以下である。
尚、この高熱伝導率層9Aの幅及び厚さは加熱
手段、多結晶半導体層2の厚さ、幅等によつて任
意に設定される。
しかして、上述したごときカーボンヒータ、レ
ーザービーム発生源、ハロゲンランプ、IRラン
プ、電子ビーム発生源の如き線状加熱手段を帯状
多結晶半導体層2の長手方向に対し略直交させて
配置し、これをその長手方向に移動させる。かく
すると、その加熱手段の直下付近の多結晶半導体
層2は溶融され、加熱手段が遠ざかるにつれてそ
の部分が自然冷却により固化して、再結晶化され
る。この場合、多結晶半導体層2の中央部には高
熱伝導率層9Aが設けられているので、この部分
の熱が高熱伝導率層9Aを通じて外部に速やかに
放熱され、高熱伝導率層9Aのない部分は遅く放
熱されるので、帯状半導体層2の幅方向の温度分
布は双峰後となる。このため多結晶半導体層2の
中央部から単結晶化(再結晶化)が開始され、
徐々にその両側に向つて単結晶化が進んで行く。
かくして従来のごとき結晶粒界が単結晶半導体層
の中央部に形成される虞は殆んどなくなる。
第1図の実施例においては、多結晶半導体層2
の上に反応防止層8を介して高熱伝導率層9Aを
設けた場合について述べたが、第2図に示す如く
多結晶半導体層2の下側、即ち基板1と多結晶半
導体層2との間に、反応防止層8を介して高熱伝
導率層9Aを設けてもよい。
この場合は、多結晶半導体層2の高熱伝導率層
9Aの設けられている部分の、基板1側への放熱
が、他部より速やかに行なわれる。
又、第3図に示すごとく多結晶半導体層2上に
反応防止層8aを介して高熱伝導率層9Aaを被
着形成すると共に、多結晶半導体層2の下側、即
ち基板1と多結晶半導体層2との間に反応防止層
8bを介して高熱伝導率層9Abを配するように
してもよい。かくすれば、高熱伝導率層9Aa,
9Abで挾まれた多結晶半導体層2の部分は他部
に比し、上側の高熱伝導率層9Aaから速やかに
熱が放散されると共に、下側の高熱伝導率層9
Ab及び基板1を介して速やかに熱が放散される。
上述の第1図〜第3図の実施例では、反応防止
層8を介して、多結晶半導体層2の中央部に高熱
伝導率層9Aを設けた場合であるが、逆に多結晶
半導体層2の両側に反応防止層8を介して多結晶
半導体層2より熱伝導率の低い低熱伝導率層を被
着することもできる。即ち、第4図に示す如く、
反応防止層8を介して、多結晶半導体層8上の中
央に溝が形成される如く、その両側及び基板1上
に低熱伝導率層9B,9Bを被着形成する。
この低熱伝導率層9Bとしては3Al2O3
2SiO2,Al2O3,ZrO2等が可能で、これらの熱伝
導率(cal/sec・cm・deg)は、3Al2O3
2SiO2:0.013,Al2O3:0.014,ZrO2:0.005以下
で、Si:0.058の1/3以下である。尚、これら物質
の比熱はSiのそれよりも大きい。
かくして、多結晶半導体層2の中央部が他部に
比べて熱放散が速やかに行なわれ、この部分から
冷却固化による単結晶化(再結晶化)が開始さ
れ、これが徐々両側に進むことにより、やはり従
来のような中央部での結晶粒界の発生は殆んどな
い。
第4図の実施例では、低熱伝導率層9B,9B
を反応防止層8を介して多結晶半導体層2上の両
側に配するようにした場合があるが、第5図に示
す如くこの低熱伝導率層9Bを多結晶半導体層2
上の両側に設けるのみならず、反応防止層8を介
して多結晶半導体層2の下側、即ち基板1と多結
晶半導体層2との間に設けるようにすることもで
きる。この場合は、多結晶半導体層2の中央部で
の熱放散が他部より一層速やかになる。
又、第6図に示す如く、反応防止層8を介し
て、低熱伝導率層9B,9Bを多結晶半導体層2
の下側、即ち基板1と多結晶半導体層2との間の
両側に設けても良い。
第7図は第1図及び第4図の実施例を折衷した
ものであつて、これによれば多結晶半導体層2の
中央部に高熱伝導率層9Aが、その両側に低熱伝
導率層9Bが夫々設けられるもので、半導体多結
晶層2の中央部の両側部に対する放熱の速さが頗
る大となる。
第8図の実施例は、多結晶半導体層2上に反応
防止層8を介して、多結晶半導体層2より熱輻射
率の高い高熱輻射率層9Cをその長手方向に沿つ
てその中央部に設けた場合である。この高熱輻射
率層9Cとしてはカーボンを用いる。Siの融点
(1412℃)に於ける輻射率は、カーボンが0.8、シ
リコンが0.5である。
これによれば加熱手段によつて多結晶半導体層
2が加熱溶融され、加熱手段が通過した後、多結
晶半導体層2の熱輻射がその両側に比べて中央部
に於いて迅速に行われるので、その中央部から冷
却固化による結晶化が開始し、それが両側に進む
ことになり、やはり従来のごとき結晶粒界は発生
し難い。
第9図は第8図における高熱輻射率層9Cを多
結晶半導体層2の長手方向と直交する方向に分割
してその表面積を大とし、輻射効率を向上せしめ
た場合である。
尚、第1図〜第9図の実施例は、これらを適宜
折衷することができる。その場合、高熱伝導率層
又は及び高熱輻射率層と、低熱伝導率層とを組合
せて用いることになる。
以下に第10図を参照して、本発明に用いられ
る放熱制御層としての高熱伝導率層を、ゲート電
極としても用いたMOS電界効果トランジスタの
製法の一例について説明する。第10図Aにおい
て、1は石英等の絶縁基板であつて、その上に
SiO2等の絶縁層10を被着形成する。この絶縁
層10上にシリコンからなる多結晶半導体層2を
被着形成し、その上に1000Å以下のSiO2層のご
とき反応防止層8を被着形成する。多結晶半導体
層2上においてその中央部に反応防止層8を介し
て金属から成る高熱伝導率層9Aを被着形成す
る。そして、多結晶半導体層2を上述と同様に加
熱手段によつて加熱溶融及び冷却固化することに
より、多結晶半導体層2を単結晶半導体層20に
変換する。
次に第10図Bに示す如く、イオンプランテー
シヨン等の技法により、P型又はN型の不純物を
単結晶シリコン半導体層20の両側の領域に打ち
込んで、p型又はn型の不純物領域20a,20
bを形成する。
しかる後第10図cに示す如く、反応防止層8
の不純物領域20a,20b上の部分にエツチン
グにより孔を穿け、ドレイン及びソース電極とな
る金属電極層21a,21bをその孔を通じて不
純物領域20a,20b上及び反応防止層8上に
亘つて被着形成する。この場合、ゲート電極とし
ての高熱伝導率層9Aの下の反応防止層8は単結
晶半導体層20との間の絶縁膜として機能するの
でその厚さは、上述の如く約1000Å以下が好適で
ある。
第10図において、多結晶半導体層2を単結晶
シリコン半導体層20に変換してから不純物のド
ープを行つたが、多結晶シリコン半導体層2に予
めイオンプランテーシヨン技術等により不純物を
ドープさせることも可能である。
第10図の実施例によれば多結晶半導体層を単
結晶半導体層に変換する際の、結晶の高品質化に
用いる金属から成る高熱伝導率層をMOS電界効
果トランジスタのゲート電極として用いるので単
結晶薄膜を用いてMOS電界効果トランジスタを
製造コストを少なくして容易に作ることができ
る。
発明の効果 上述せる本発明によれば、中央部に結晶粒界の
生じ難い品質の良好な半導体単結晶薄膜を形成す
ることのできる半導体単結晶薄膜の製造方法を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第9図は本発明による半導体単結晶薄
膜の製造方法の各実施例を示す断面図、第10図
は本発明による半導体単結晶薄膜の製造方法を応
用したMOS電界効果トランジスタの製造方法の
工程を示す断面図、第11図は従来の半導体単結
晶薄膜の製造方法の説明に供する断面図、第12
図は第11図の多結晶半導体層の結晶化の説明に
供する線図である。 1は基板、2は多結晶半導体層、8は反応防止
層、9A〜9Cは放熱制御層で、そのうち9Aは
高熱伝導率層、9Bは低熱伝導率層、9Cは高熱
輻射率層である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体層に対し相対的に加熱手段を走査させ
    て、上記半導体層を溶融させた後冷却固化させて
    半導体単結晶薄膜を形成するようにした半導体単
    結晶薄膜の製造方法に於いて、上記半導体層の上
    記加熱走査方向と略直交する方向の温度分布を双
    峰形にする放熱制御層を、略5000Å以下の反応防
    止層を介して上記半導体層上に選択的に被着する
    ことを特徴とする半導体単結晶薄膜の製造方法。
JP16619184A 1984-08-08 1984-08-08 半導体単結晶薄膜の製造方法 Granted JPS6144785A (ja)

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