JPH0691008B2 - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉ基板の製造方法Info
- Publication number
- JPH0691008B2 JPH0691008B2 JP29757486A JP29757486A JPH0691008B2 JP H0691008 B2 JPH0691008 B2 JP H0691008B2 JP 29757486 A JP29757486 A JP 29757486A JP 29757486 A JP29757486 A JP 29757486A JP H0691008 B2 JPH0691008 B2 JP H0691008B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon film
- polycrystalline silicon
- substrate
- soi
- crystal
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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、SOI基板の製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来大面積のSOIを得る手段としては、レーザを重ね合
わせ走査することが有効であった。すなわち、レーザの
走査方向に対して垂直な方向にレーザの有効直径より小
さなピッチで複数回走査し大面積のSOIを得る方法が一
般的であった。例えば、アプライド・フィジクス・レタ
ーズ，第41巻,346ページ（1982年）では60μｍ径のレー
ザを80％の重ね合わせで走査することが記載されてい
る。
わせ走査することが有効であった。すなわち、レーザの
走査方向に対して垂直な方向にレーザの有効直径より小
さなピッチで複数回走査し大面積のSOIを得る方法が一
般的であった。例えば、アプライド・フィジクス・レタ
ーズ，第41巻,346ページ（1982年）では60μｍ径のレー
ザを80％の重ね合わせで走査することが記載されてい
る。
また、第18回個体素子・材料コンファレンス，エクステ
ンドアブストラクト,565ページに記載されているよう
に、ある特殊な方向（レーザ光を照射することによって
基板上に得られる温度分布の対称軸に対して斜めの方
向）に走査することもあった。
ンドアブストラクト,565ページに記載されているよう
に、ある特殊な方向（レーザ光を照射することによって
基板上に得られる温度分布の対称軸に対して斜めの方
向）に走査することもあった。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の技術のうち第一の方法では、一度レーザ光を照射
した場所とまだ照射していない場所でレーザ光の反射率
が異なることから、レーザ光を照射することによって基
板上に得られる温度分布の対称性が乱されて、得られた
SOI結晶に結晶欠陥が発生するといった問題点があっ
た。
した場所とまだ照射していない場所でレーザ光の反射率
が異なることから、レーザ光を照射することによって基
板上に得られる温度分布の対称性が乱されて、得られた
SOI結晶に結晶欠陥が発生するといった問題点があっ
た。
また第二の方法は、上記第一の方法の欠点を改善する目
的で考案された方法であり、温度分布の対称性が乱れた
ことの影響が最小限になるようにレーザ光の走査方向を
工夫したものである。しかしながら、この方法では温度
分布に対称性がないことから、表面の凹凸が大きく、か
つ得られたSOI基板にデバイスを作製する際に基板のオ
リエンテーションフラットと得られたSOI結晶の無欠陥
の領域の関係が従来のものと異なるため従来のプロセス
がそのまま適用できない等の問題点がある。
的で考案された方法であり、温度分布の対称性が乱れた
ことの影響が最小限になるようにレーザ光の走査方向を
工夫したものである。しかしながら、この方法では温度
分布に対称性がないことから、表面の凹凸が大きく、か
つ得られたSOI基板にデバイスを作製する際に基板のオ
リエンテーションフラットと得られたSOI結晶の無欠陥
の領域の関係が従来のものと異なるため従来のプロセス
がそのまま適用できない等の問題点がある。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し
た大面積SOI基板の製造方法を得ることにある。
た大面積SOI基板の製造方法を得ることにある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は少なくとも表面に絶縁体層を備えた基板上に非
晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を形成する工
程と、この非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜
に波長0.35μｍ以下の紫外光を照射して平均粒径１μｍ
以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、この多結晶シリコン膜に対してレーザビーム
を重ね合わせ走査して前記シリコン膜全面を再結晶化す
る工程とからなることを特徴とするSOI基板の製造方法
である。
晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を形成する工
程と、この非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜
に波長0.35μｍ以下の紫外光を照射して平均粒径１μｍ
以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、この多結晶シリコン膜に対してレーザビーム
を重ね合わせ走査して前記シリコン膜全面を再結晶化す
る工程とからなることを特徴とするSOI基板の製造方法
である。
［作用］ 以下に本発明によって、レーザ光を重ね合わせ走査して
も温度分布が乱されず、良好な結晶性を有する大面積の
SOI基板を得ることができる作用を述べる。
も温度分布が乱されず、良好な結晶性を有する大面積の
SOI基板を得ることができる作用を述べる。
本発明者が、レーザ光を重ね合わせ走査すると温度分布
が乱されるメカニズムを詳細に検討したところ、多結晶
シリコンのレーザ光の反射率は平均の結晶粒径に大きく
依存し、結晶粒径が小さいほどレーザ光の反射率が小さ
いことが原因と判明した。ここで非晶質シリコンの反射
率は平均の結晶粒径の非常に小さな多結晶シリコンの反
射率と同等と考えられる。
が乱されるメカニズムを詳細に検討したところ、多結晶
シリコンのレーザ光の反射率は平均の結晶粒径に大きく
依存し、結晶粒径が小さいほどレーザ光の反射率が小さ
いことが原因と判明した。ここで非晶質シリコンの反射
率は平均の結晶粒径の非常に小さな多結晶シリコンの反
射率と同等と考えられる。
この観点からレーザ光の重ね合わせ走査の際に温度分布
が乱される原因を考察すると、一度レーザ光で結晶化さ
れて単結晶になった領域は、この単結晶が結晶粒径の非
常に大きな多結晶シリコンと同じ反射率を有すると考え
られることから、通常SOI形成に用いられる平均の結晶
粒径が0.1μｍ以下の多結晶シリコンに比べてレーザ光
の反射率が大きくなる。一般に大面積のSOI基板を形成
するためには、基板構造を工夫する、ビーム形状を成型
する、あるいはその両方の組合わせで、中央で低く両側
で高い温度分布を作製し、レーザで溶融したシリコンが
固化する際に、中央部から両側にむかって固化が進行す
ることによってその温度分布の範囲で結晶欠陥のない良
好なSOI結晶を得ることが可能となる。このことは、レ
ーザ光を重ね合わせ走査する際にも要求されるが、上記
の反射率の変化で温度分布が乱されれば以上のメカニズ
ムが働かず、SOI結晶の多数の結晶欠陥が発生する原因
となる。
が乱される原因を考察すると、一度レーザ光で結晶化さ
れて単結晶になった領域は、この単結晶が結晶粒径の非
常に大きな多結晶シリコンと同じ反射率を有すると考え
られることから、通常SOI形成に用いられる平均の結晶
粒径が0.1μｍ以下の多結晶シリコンに比べてレーザ光
の反射率が大きくなる。一般に大面積のSOI基板を形成
するためには、基板構造を工夫する、ビーム形状を成型
する、あるいはその両方の組合わせで、中央で低く両側
で高い温度分布を作製し、レーザで溶融したシリコンが
固化する際に、中央部から両側にむかって固化が進行す
ることによってその温度分布の範囲で結晶欠陥のない良
好なSOI結晶を得ることが可能となる。このことは、レ
ーザ光を重ね合わせ走査する際にも要求されるが、上記
の反射率の変化で温度分布が乱されれば以上のメカニズ
ムが働かず、SOI結晶の多数の結晶欠陥が発生する原因
となる。
本発明によれば、絶縁体層を備えた基板上に非晶質シリ
コン膜あるいは多結晶シリコン膜を形成し、その非晶質
シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜に波長0.35μｍ以
下の紫外光を照射して表面層のみを溶融することにより
平均粒径１μｍ以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリ
コンを形成する。この多結晶シリコンは、非晶質シリコ
ンや、一般にSOIを形成する際に用いられている平均粒
径0.1μｍ以下の多結晶シリコンに比べてレーザ光の反
射率が大きく単結晶シリコンの反射率と大きな差がな
い。従ってレーザ光を重ね合わせ走査しても従来のよう
に反射率が変化するといった問題がなく良好な結晶性を
持つSOI基板を得ることができる。
コン膜あるいは多結晶シリコン膜を形成し、その非晶質
シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜に波長0.35μｍ以
下の紫外光を照射して表面層のみを溶融することにより
平均粒径１μｍ以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリ
コンを形成する。この多結晶シリコンは、非晶質シリコ
ンや、一般にSOIを形成する際に用いられている平均粒
径0.1μｍ以下の多結晶シリコンに比べてレーザ光の反
射率が大きく単結晶シリコンの反射率と大きな差がな
い。従ってレーザ光を重ね合わせ走査しても従来のよう
に反射率が変化するといった問題がなく良好な結晶性を
持つSOI基板を得ることができる。
［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
第１図は、本発明の方法の一実施例を説明するための基
板の部分断面図である。
板の部分断面図である。
第１図（ａ）に示すように、シリコン基板10にSiO2膜20
をCVD法で膜厚１μｍ堆積し、その上に非晶質シリコン
膜あるいは多結晶シリコン膜30を0.6μｍ堆積した。非
晶質シリコン膜は電子線蒸着法で堆積し、蒸着中の真空
度は10-8Torr,蒸着速度は20Å/sec,蒸着温度は100℃以
下である。多結晶シリコンは基板温度620℃のLPCVD法で
堆積しその平均結晶粒径は0.1μｍ以下である。次に試
料としてKrFを用いたエキシマレーザ（１パルスあたり
のエネルギー200mJ）で波長0.248μｍの紫外光を基板全
面に照射し、平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン60と
した。さらに厚さ0.06μｍのシリコン窒化膜70を堆積
し、ピッチＷを15μm,ストライプ幅５μｍストライプパ
ターンを通常のフォトリソグラフィー技術で形成して第
１図（ｂ）に示す如くした。
をCVD法で膜厚１μｍ堆積し、その上に非晶質シリコン
膜あるいは多結晶シリコン膜30を0.6μｍ堆積した。非
晶質シリコン膜は電子線蒸着法で堆積し、蒸着中の真空
度は10-8Torr,蒸着速度は20Å/sec,蒸着温度は100℃以
下である。多結晶シリコンは基板温度620℃のLPCVD法で
堆積しその平均結晶粒径は0.1μｍ以下である。次に試
料としてKrFを用いたエキシマレーザ（１パルスあたり
のエネルギー200mJ）で波長0.248μｍの紫外光を基板全
面に照射し、平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン60と
した。さらに厚さ0.06μｍのシリコン窒化膜70を堆積
し、ピッチＷを15μm,ストライプ幅５μｍストライプパ
ターンを通常のフォトリソグラフィー技術で形成して第
１図（ｂ）に示す如くした。
上記の試料のストライプに平行な方向に基板温度300℃
〜500℃，レーザ径50〜150μm,走査速度10〜20mm/sec,
レーザパワー８〜15Wで重ね合わせ率20〜80％の重ね合
わせ走査を行い、SOI結晶を得た。また比較のために、
第１図（ｂ）の平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン60
の代りに基板温度620℃のLPCVDで形成した平均粒径0.1
μｍ以下の多結晶シリコンをもちいて同様のレーザアニ
ールをしてSOI結晶を得た。
〜500℃，レーザ径50〜150μm,走査速度10〜20mm/sec,
レーザパワー８〜15Wで重ね合わせ率20〜80％の重ね合
わせ走査を行い、SOI結晶を得た。また比較のために、
第１図（ｂ）の平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン60
の代りに基板温度620℃のLPCVDで形成した平均粒径0.1
μｍ以下の多結晶シリコンをもちいて同様のレーザアニ
ールをしてSOI結晶を得た。
上記したSOI結晶の結晶性の評価を選択エッチ法および
透過電子顕微鏡法で行ったところ、平均粒径0.1μｍ以
下の多結晶シリコンをもちいて得た従来法によるSOI結
晶ではシリコン窒化膜下に意識的に導入された結晶粒界
の他に、結晶粒界、積層欠陥、双晶等の結晶欠陥が多数
観察されたのに対して、本発明の方法で得られたSOI結
晶では意識的に導入された結晶粒界の他はほぼ無欠陥で
あり、その効果は歴然であった。
透過電子顕微鏡法で行ったところ、平均粒径0.1μｍ以
下の多結晶シリコンをもちいて得た従来法によるSOI結
晶ではシリコン窒化膜下に意識的に導入された結晶粒界
の他に、結晶粒界、積層欠陥、双晶等の結晶欠陥が多数
観察されたのに対して、本発明の方法で得られたSOI結
晶では意識的に導入された結晶粒界の他はほぼ無欠陥で
あり、その効果は歴然であった。
なお本実施例では大面積SOIを作製するための温度分布
を得る方法として、シリコン窒化膜ストライプによる選
択反射防止膜法を用いたが、他の方法、たとえば基板構
造の工夫、ビーム形状の成型、あるいはその両方の組合
わせによっても同様な効果が得られる。また、照射する
紫外光の波長、エネルギー等の条件も本実施例に限定さ
れるものではない。
を得る方法として、シリコン窒化膜ストライプによる選
択反射防止膜法を用いたが、他の方法、たとえば基板構
造の工夫、ビーム形状の成型、あるいはその両方の組合
わせによっても同様な効果が得られる。また、照射する
紫外光の波長、エネルギー等の条件も本実施例に限定さ
れるものではない。
［発明の効果］ 本発明によって良好な結晶性を持つ、大面積のSOI基板
を得ることが可能となり、３次元集積回路等への応用が
期待される。
を得ることが可能となり、３次元集積回路等への応用が
期待される。
第１図は本発明の一実施例を説明するための基板の部分
断面図である。 10……シリコン基板、20……SiO2膜 30……非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜 60……平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン膜 70……シリコン窒化膜
断面図である。 10……シリコン基板、20……SiO2膜 30……非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜 60……平均粒径１〜２μｍの多結晶シリコン膜 70……シリコン窒化膜
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも表面に絶縁体層を備えた基板上
に非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、この非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコ
ン膜に波長0.35μｍ以下の紫外光を照射して平均粒径１
μｍ以上の結晶粒の集合からなる多結晶シリコン膜を形
成する工程と、この多結晶シリコン膜に対してレーザビ
ームを重ね合わせ走査して前記シリコン膜全面を再結晶
化する工程とからなることを特徴とするSOI基板の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29757486A JPH0691008B2 (ja) | 1986-12-16 | 1986-12-16 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29757486A JPH0691008B2 (ja) | 1986-12-16 | 1986-12-16 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63151014A JPS63151014A (ja) | 1988-06-23 |
| JPH0691008B2 true JPH0691008B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=17848312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29757486A Expired - Lifetime JPH0691008B2 (ja) | 1986-12-16 | 1986-12-16 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691008B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6066516A (en) * | 1995-06-26 | 2000-05-23 | Seiko Epson Corporation | Method for forming crystalline semiconductor layers, a method for fabricating thin film transistors, and method for fabricating solar cells and active matrix liquid crystal devices |
-
1986
- 1986-12-16 JP JP29757486A patent/JPH0691008B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63151014A (ja) | 1988-06-23 |
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