JPH07105338B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH07105338B2 JPH07105338B2 JP60174647A JP17464785A JPH07105338B2 JP H07105338 B2 JPH07105338 B2 JP H07105338B2 JP 60174647 A JP60174647 A JP 60174647A JP 17464785 A JP17464785 A JP 17464785A JP H07105338 B2 JPH07105338 B2 JP H07105338B2
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は３次元構成の半導体装置の製造方法に関するも
ので、特に絶縁膜上に単結晶シリコン膜を高品位に且つ
高精度に形成し得る多結晶または無定形シリコンの結晶
化技術に関する。
ので、特に絶縁膜上に単結晶シリコン膜を高品位に且つ
高精度に形成し得る多結晶または無定形シリコンの結晶
化技術に関する。
近年、高密度集積回路装置の実現手段の一つとして３次
元構成の半導体装置が注目されている。この半導体装置
は、シリコン半導体基板上に絶縁膜を介して複数個の単
結晶シリコン膜を形成して多数の半導体回路素子を集積
しようとするものであり、絶縁膜上における多結晶また
は無定形シリコン膜の単結晶化が多用される。
元構成の半導体装置が注目されている。この半導体装置
は、シリコン半導体基板上に絶縁膜を介して複数個の単
結晶シリコン膜を形成して多数の半導体回路素子を集積
しようとするものであり、絶縁膜上における多結晶また
は無定形シリコン膜の単結晶化が多用される。
通常、多結晶または無定形シリコン膜は、光，レーザー
・ビームまたは電子ビームなどによる高エネルギビーム
の照射によって単結晶膜に変換される。この単結晶化現
象の学理的究明は未だ十分ではないが、単なる加熱によ
っても生ずるところから熱による結晶の再配列現象と考
えられている。
・ビームまたは電子ビームなどによる高エネルギビーム
の照射によって単結晶膜に変換される。この単結晶化現
象の学理的究明は未だ十分ではないが、単なる加熱によ
っても生ずるところから熱による結晶の再配列現象と考
えられている。
この従来の半導体装置の製造方法は、多結晶または無定
形のシリコン膜を単結晶化させるための熱的制御がきわ
めて難しく、変換された単結晶膜内には熱歪みによる結
晶転位などの欠陥が生じ易いという問題点があった。そ
の結果、きわめて欠陥の多い低品位膜質のものが形成さ
れ易いので、３次元構成の半導体装置の構成に著しい支
障を生じていた。
形のシリコン膜を単結晶化させるための熱的制御がきわ
めて難しく、変換された単結晶膜内には熱歪みによる結
晶転位などの欠陥が生じ易いという問題点があった。そ
の結果、きわめて欠陥の多い低品位膜質のものが形成さ
れ易いので、３次元構成の半導体装置の構成に著しい支
障を生じていた。
本発明の目的は、絶縁膜上の多結晶または無定形シリコ
ン膜を高品位単結晶シリコン膜へ変換することのできる
工程を備えた半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
ン膜を高品位単結晶シリコン膜へ変換することのできる
工程を備えた半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に
熱伝導率が高いか又は膜厚の薄い第１の絶縁膜を選択的
に形成し前記第１の絶縁膜の形成された領域以外の半導
体基板の表面に前記第１の絶縁膜よりも熱伝導率が低い
か又は膜厚の厚い第２の絶縁膜を形成する工程と、前記
第１及び第２の絶縁膜の上に多結晶又は無定形のシリコ
ン膜を堆積する工程と、前記第１の絶縁膜の領域に対応
する前記シリコン膜の上面にエネルギービームに対する
遮蔽膜を選択的に形成する工程と、前記遮蔽膜をマスク
として前記シリコン膜にエネルギービームを照射し前記
シリコン膜のうち前記第２の絶縁膜上に堆積する部分を
単結晶化する工程とを含んで構成される。
熱伝導率が高いか又は膜厚の薄い第１の絶縁膜を選択的
に形成し前記第１の絶縁膜の形成された領域以外の半導
体基板の表面に前記第１の絶縁膜よりも熱伝導率が低い
か又は膜厚の厚い第２の絶縁膜を形成する工程と、前記
第１及び第２の絶縁膜の上に多結晶又は無定形のシリコ
ン膜を堆積する工程と、前記第１の絶縁膜の領域に対応
する前記シリコン膜の上面にエネルギービームに対する
遮蔽膜を選択的に形成する工程と、前記遮蔽膜をマスク
として前記シリコン膜にエネルギービームを照射し前記
シリコン膜のうち前記第２の絶縁膜上に堆積する部分を
単結晶化する工程とを含んで構成される。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための工程順に示した断面図である。
るための工程順に示した断面図である。
まず、第１図（ａ）に示すように、シリコン基板１の表
面に熱伝導率の高い（0.28W/cm・deg）窒化シリコン（S
i3N4）膜３を５〜50nmの厚さに堆積してパターニングし
た後窒化シリコン膜３をマスクとしてシリコン基板１の
表面を熱酸化し、窒化シリコン膜３に比べて１桁以上熱
伝導率の低い（0.014W/cm・deg）酸化シリコン（SiO2）
膜２を0.1〜0.5μｍの厚さに形成し、縦方向の熱抵抗の
小さい第１の絶縁膜と熱抵抗の大きい第２の絶縁膜を設
ける。なお、熱抵抗の大きい絶縁膜と小さい絶縁膜は同
じ材質の絶縁膜で膜厚の薄い部分と厚い部分を形成する
ことによっても構成できる。
面に熱伝導率の高い（0.28W/cm・deg）窒化シリコン（S
i3N4）膜３を５〜50nmの厚さに堆積してパターニングし
た後窒化シリコン膜３をマスクとしてシリコン基板１の
表面を熱酸化し、窒化シリコン膜３に比べて１桁以上熱
伝導率の低い（0.014W/cm・deg）酸化シリコン（SiO2）
膜２を0.1〜0.5μｍの厚さに形成し、縦方向の熱抵抗の
小さい第１の絶縁膜と熱抵抗の大きい第２の絶縁膜を設
ける。なお、熱抵抗の大きい絶縁膜と小さい絶縁膜は同
じ材質の絶縁膜で膜厚の薄い部分と厚い部分を形成する
ことによっても構成できる。
次に、第１図（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜３及
び酸化シリコン膜２の上に多結晶シリコン膜４を堆積
し、窒化シリコン膜３の領域に対応する多結晶シリコン
膜４の上面にエネルギービームを遮蔽する金属薄膜５を
選択的に形成する。この金属薄膜５として、例えばアル
ミニウム（Al），モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）お
よびタングステン（Ｗ）などを用いることができる。
び酸化シリコン膜２の上に多結晶シリコン膜４を堆積
し、窒化シリコン膜３の領域に対応する多結晶シリコン
膜４の上面にエネルギービームを遮蔽する金属薄膜５を
選択的に形成する。この金属薄膜５として、例えばアル
ミニウム（Al），モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）お
よびタングステン（Ｗ）などを用いることができる。
次に、図１（ｃ）に示すように、金属薄膜５をマスクに
して多結晶シリコン膜４にアルゴン（Ar）またはエキシ
マレーザによる１〜10WのレーザビームＬを走査して照
射し、多結晶シリコン膜４を単結晶シリコン膜７に変換
させる。
して多結晶シリコン膜４にアルゴン（Ar）またはエキシ
マレーザによる１〜10WのレーザビームＬを走査して照
射し、多結晶シリコン膜４を単結晶シリコン膜７に変換
させる。
ここで、金属薄膜５はレーザ光Ｌの遮蔽膜として機能し
照射ビームの50％以上を反射して直下の多結晶シリコン
膜４の温度上昇を抑制する。また同時に窒化シリコン膜
３の熱伝導率が高いので、レーザビームＬの透過および
酸化シリコン膜２の側縁からの流れ込みによって生ずる
熱は、この窒化シリコン膜３を通りシリコン基板１から
外部に放熱される。従って、窒化シリコン膜３を被覆す
る部位の多結晶シリコン膜４に対するレーザビームＬの
加熱効果は著しく抑制されて多結晶のまま残る。このプ
ロセスにより残された多結晶シリコン膜６は熱歪による
結晶転位などの欠陥を有効に吸収して、酸化シリコン膜
２の上の多結晶シリコン膜４のみを高品位の単結晶シリ
コン膜７に変換せしめ得る。
照射ビームの50％以上を反射して直下の多結晶シリコン
膜４の温度上昇を抑制する。また同時に窒化シリコン膜
３の熱伝導率が高いので、レーザビームＬの透過および
酸化シリコン膜２の側縁からの流れ込みによって生ずる
熱は、この窒化シリコン膜３を通りシリコン基板１から
外部に放熱される。従って、窒化シリコン膜３を被覆す
る部位の多結晶シリコン膜４に対するレーザビームＬの
加熱効果は著しく抑制されて多結晶のまま残る。このプ
ロセスにより残された多結晶シリコン膜６は熱歪による
結晶転位などの欠陥を有効に吸収して、酸化シリコン膜
２の上の多結晶シリコン膜４のみを高品位の単結晶シリ
コン膜７に変換せしめ得る。
以上は多結晶シリコン膜を用いた場合についてのみ説明
したが、無定形シリコン膜についても同様に実施し得
る。また、レーザビームの代わりに電子ビームその他の
光エネルギビームの照射手段を用いても同様の効果を奏
し得る。また更に、遮蔽膜の材質は、レーザビームの如
き光照射によるときは反射率の高い金属材が最も有効で
あるが、電子ビーム照射によるときは通常のPR材を用い
てもよい。
したが、無定形シリコン膜についても同様に実施し得
る。また、レーザビームの代わりに電子ビームその他の
光エネルギビームの照射手段を用いても同様の効果を奏
し得る。また更に、遮蔽膜の材質は、レーザビームの如
き光照射によるときは反射率の高い金属材が最も有効で
あるが、電子ビーム照射によるときは通常のPR材を用い
てもよい。
第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施例を説明す
るための工程順に示した断面図である。
るための工程順に示した断面図である。
まず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板１の表
面に酸化シリコン膜２を0.1〜1.0μｍの厚さに形成した
後酸化シリコン膜２及びシリコン基板１を選択的に順次
エッチングして溝８を形成する。次に、リフトオフ法等
により、溝８の側面及び底面にのみ窒化シリコン膜３を
５〜50nmの厚さに形成する。なお、ここで、窒化シリコ
ン膜３の代りに熱酸化により厚さ５〜50nmの酸化シリコ
ン膜を形成しても良い。
面に酸化シリコン膜２を0.1〜1.0μｍの厚さに形成した
後酸化シリコン膜２及びシリコン基板１を選択的に順次
エッチングして溝８を形成する。次に、リフトオフ法等
により、溝８の側面及び底面にのみ窒化シリコン膜３を
５〜50nmの厚さに形成する。なお、ここで、窒化シリコ
ン膜３の代りに熱酸化により厚さ５〜50nmの酸化シリコ
ン膜を形成しても良い。
次に、第２図（ｂ）に示すように、溝８を含む表面に多
結晶シリコン膜４を堆積し溝８内を充填して埋込み、溝
８の窒化シリコン膜３の領域に対応するシリコン膜４の
上面に金属薄膜５を選択的に形成する。
結晶シリコン膜４を堆積し溝８内を充填して埋込み、溝
８の窒化シリコン膜３の領域に対応するシリコン膜４の
上面に金属薄膜５を選択的に形成する。
次に、第２図（ｃ）に示すように、金属薄膜５をマスク
として多結晶シリコン膜４にレーザビームＬを走査して
照射し単結晶シリコン膜７に変換する。なお、多結晶シ
リコン膜４の代りに無定形シリコン膜を形成しても良
い。
として多結晶シリコン膜４にレーザビームＬを走査して
照射し単結晶シリコン膜７に変換する。なお、多結晶シ
リコン膜４の代りに無定形シリコン膜を形成しても良
い。
この実施例では、溝８の領域の熱放散容積がきわめて大
きいので、この部位に対するレーザビームＬの加熱効果
はより一層効果的に抑制され、きわめて高品位の単結晶
シリコン領域７が形成される。また、溝８内にはレーザ
ビームＬによる損傷はほとんど受けない多結晶または無
定形のシリコン層９が残るので、例えば、ランダム・メ
モリ素子における容量素子領域として有効に活用し得
る。
きいので、この部位に対するレーザビームＬの加熱効果
はより一層効果的に抑制され、きわめて高品位の単結晶
シリコン領域７が形成される。また、溝８内にはレーザ
ビームＬによる損傷はほとんど受けない多結晶または無
定形のシリコン層９が残るので、例えば、ランダム・メ
モリ素子における容量素子領域として有効に活用し得
る。
第３図および第４図は、本発明の第３および第４の実施
例を示す断面図である。本実施例では、多結晶または無
定形のシリコン膜の単結晶化工程がシリコン半導体結晶
を種として行なわれる場合を示す。すなわち、酸化シリ
コン膜２に予め開口部10をそれぞれ設けて開口部10を含
む表面に多結晶又は無定形のシリコン膜６を堆積してお
り、レーザビームＬなどによる単結晶変換工程は、この
開口部10を介し接触するシリコン基板１の結晶を種とし
て進行されるので、所要時間を短縮し得るのみならず、
より高品位の単結晶シリコン膜７を形成し得る。
例を示す断面図である。本実施例では、多結晶または無
定形のシリコン膜の単結晶化工程がシリコン半導体結晶
を種として行なわれる場合を示す。すなわち、酸化シリ
コン膜２に予め開口部10をそれぞれ設けて開口部10を含
む表面に多結晶又は無定形のシリコン膜６を堆積してお
り、レーザビームＬなどによる単結晶変換工程は、この
開口部10を介し接触するシリコン基板１の結晶を種とし
て進行されるので、所要時間を短縮し得るのみならず、
より高品位の単結晶シリコン膜７を形成し得る。
また、本実施例では金属薄膜５の下地に酸化シリコン膜
11を形成しており、この酸化シリコン膜11はレーザビー
ムＬにより加熱される金属薄膜５から縦方向に向かう熱
流を制限するよう機能するので、本発明の効果を一層高
めることができる。
11を形成しており、この酸化シリコン膜11はレーザビー
ムＬにより加熱される金属薄膜５から縦方向に向かう熱
流を制限するよう機能するので、本発明の効果を一層高
めることができる。
また、本実施例では溝内にシリコン酸化膜12を形成した
場合が示されているが、これは容量素子の誘電体として
窒化シリコン膜または酸化シリコン膜を適宜選択し得る
ことを示したものである。この場合熱抵抗低減効果に著
しい差異を生ずることはない。
場合が示されているが、これは容量素子の誘電体として
窒化シリコン膜または酸化シリコン膜を適宜選択し得る
ことを示したものである。この場合熱抵抗低減効果に著
しい差異を生ずることはない。
また、上記実施例で設けた単結晶膜上に層間絶縁膜を同
様に形成してその上に多結晶または無定形シリコン膜を
堆積して一部を遮蔽膜でマスクしこれに対して同様の単
結晶化工程をほどこすこともできる。
様に形成してその上に多結晶または無定形シリコン膜を
堆積して一部を遮蔽膜でマスクしこれに対して同様の単
結晶化工程をほどこすこともできる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、基板上ま
たは層間の絶縁膜上の多結晶または無定形のシリコン膜
をきわめて高品位の単結晶シリコン膜に容易に変換でき
るので、３次元半導体装置の製造に顕著なる効果をあげ
ることができる。
たは層間の絶縁膜上の多結晶または無定形のシリコン膜
をきわめて高品位の単結晶シリコン膜に容易に変換でき
るので、３次元半導体装置の製造に顕著なる効果をあげ
ることができる。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための工程順に示した断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）
は本発明の第２の実施例を説明するための工程順に示し
た断面図、第３図および第４図は本発明の第３および第
４の実施例を示す断面図である。 １……シリコン基板、2,11,12……酸化シリコン膜、３
……窒化シリコン膜、４……多結晶シリコン膜、５……
金属薄膜（遮蔽膜）、６……多結晶または無定形シリコ
ン膜、７……単結晶シリコン膜、８……溝、９……多結
晶または無定形シリコン層、10……開口部、Ｌ……レー
ザビーム。
るための工程順に示した断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）
は本発明の第２の実施例を説明するための工程順に示し
た断面図、第３図および第４図は本発明の第３および第
４の実施例を示す断面図である。 １……シリコン基板、2,11,12……酸化シリコン膜、３
……窒化シリコン膜、４……多結晶シリコン膜、５……
金属薄膜（遮蔽膜）、６……多結晶または無定形シリコ
ン膜、７……単結晶シリコン膜、８……溝、９……多結
晶または無定形シリコン層、10……開口部、Ｌ……レー
ザビーム。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板の表面に熱伝導率が高いか又は
膜厚の薄い第１の絶縁膜を選択的に形成し前記第１の絶
縁膜の形成された領域以外の半導体基板の表面に前記第
１の絶縁膜よりも熱伝導率が低いか又は膜厚の厚い第２
の絶縁膜を形成する工程と、前記第１及び第２の絶縁膜
の上に多結晶又は無定形のシリコン膜を堆積する工程
と、前記第１の絶縁膜の領域に対応する前記シリコン膜
の上面にエネルギービームに対する遮蔽膜を選択的に形
成する工程と、前記遮蔽膜をマスクとして前記シリコン
膜にエネルギービームを照射し前記シリコン膜のうち前
記第２の絶縁膜上に堆積する部分を単結晶化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】半導体基板の表面に設けた溝の側面及び底
面に第１の絶縁膜を形成した後前記溝内に多結晶または
無定形シリコン膜を充填して埋込む工程を含む特許請求
の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】第２の絶縁膜の一部に開口部を設け前記開
口部の半導体基板を含む表面に多結晶又は無定形のシリ
コン膜を形成する特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60174647A JPH07105338B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60174647A JPH07105338B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6233417A JPS6233417A (ja) | 1987-02-13 |
| JPH07105338B2 true JPH07105338B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=15982250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60174647A Expired - Lifetime JPH07105338B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105338B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483918A (en) * | 1991-02-14 | 1996-01-16 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single-crystal silicon by chemical vapor deposition and method for fractional determination of ultratrace elements present in chlorosilanes as starting materials and single-crystal silicon produced |
| JP2781706B2 (ja) * | 1991-09-25 | 1998-07-30 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置およびその作製方法 |
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-
1985
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