JPH0779080B2 - 多結晶またはアモルファスの半導体材料を単結晶半導体材料に転化する方法 - Google Patents

多結晶またはアモルファスの半導体材料を単結晶半導体材料に転化する方法

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JPH0779080B2
JPH0779080B2 JP61066075A JP6607586A JPH0779080B2 JP H0779080 B2 JPH0779080 B2 JP H0779080B2 JP 61066075 A JP61066075 A JP 61066075A JP 6607586 A JP6607586 A JP 6607586A JP H0779080 B2 JPH0779080 B2 JP H0779080B2
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マテイアス・ヨハネス・ヨセフ・テウニツセン
ヨハネス・マリア・マリヌス・パスマンス
フランシスクス・ペトルス・ヴイーデルシヨフエン
ピエテル・フアン・デル・ウエルフ
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P34/00Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P34/40Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
    • H10P34/42Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、第1電気絶縁層と被覆層との間に多結晶また
はアモルフアスの半導体材料層を有する層構造体を基板
上に設け、前記層構造体を、前記多結晶またはアモルフ
アスの半導体材料に対して少なくとも常温において実際
上完全に透過性である実際上単色の電磁放射を供給する
放射源によって照射し、この際そのエネルギーを前記多
結晶またはアモルフアスの半導体材料が少なくとも部分
的に単結晶半導体材料に転化するように前記層構造体を
加熱するのに充分なものとすることにより多結晶または
アモルフアスの半導体材料を実際上単結晶の半導体材料
に転化する方法に関するものである。又、本発明はかか
る方法によって製造した単結晶半導体材料が設けられて
いるデパイスに関するものである。
上述の種類の方法は、例えば、いわゆる三次元集積回路
の製造に有利に使用することができ、かかる三次元集積
回路では、メモリーマトリックスレジスタ、マルチプレ
クサ等のような下側の回路を以後の操作の影響から保護
する絶縁層を被着させた後に、この絶縁層上にトランジ
スタまたは他の回路素子のための単結晶領域を再び設け
る必要がある。他の使用分野は、例えば、オプトエレク
トロニック素子を形成するために絶縁基板上で単結晶半
導体材料を製造する場合である。
冒頭に記載した種類の方法は特開昭57−124423号から既
知である。ここに記載されている方法によって、2個の
SiO2層の間に位置する多結晶ケイ素層にCO2レーザから
放出される電磁放射を照射することにより前記多結晶ケ
イ素層は再結晶される。この放射の波長は約10μmで、
これに対して多結晶ケイ素は常温においてほぼ完全に透
過性であるので、再結晶のためにエネルギーは実質的に
全く吸収されない。
従って、普通、最大限可能な分量のエネルギーが半導体
材料によって吸収されるような波長を有する放射源を選
定するのが好ましく、多結晶ケイ素の場合には例えばア
ルゴンイオンレーザが好ましい。他方、例えば、CO2
ーザを使用する場合には、多結晶ケイ素における低い吸
収率は別として、アルゴンイオンレーザより優れた種々
の利点がある。第1に、放出が一層安定であり、従って
放出される放射の強さが一層一定になる。さらに、CO2
レーザの出力はアルゴンイオンレーザの出力より著しく
大きく、かつ光出力が一層大きい。しかも、価格が一層
好ましい。さらに、出力が大きいため、CO2レーザによ
って同時にいくつかのビームを発生させることができ、
これは所定の用途にとって好ましいことである。
本発明は、多結晶またはアモルファスの半導体材料に対
して実際上完全に透過性である放射線を使用し、それに
もかかわらずほぼ完全な吸収が達成される温度に半導体
材料を迅速に加熱するのに充分な吸収が層構造体中で起
こるようにする方法を提供することにある。
本発明においては、前記層構造体において、前記被覆層
は実際上(m/4)・λの厚さを有し、前記多結晶また
はアモルファスの半導体材料層は実際上(n/4)・λII
の厚さを有し、前記電気絶縁層は実際上(n′/4)・λ
IIIの厚さを有し、前記式においてmは偶数、nおよび
n′は奇数、λIIIおよびλIIIはそれぞれ前記被覆
層、前記多結晶またはアモルファスの半導体材料層およ
び前記第1電気絶縁層中における電磁放射の波長である
ことを特徴とする多結晶またはアモルファスの半導体材
料を単結晶半導体材料に転化する方法により、上述の目
的を達成する。
本発明は、層構造体の適当な構成により、特に第1電気
絶縁層および被覆層が迅速に加熱されるように種々の層
の厚さを相互に適合させることにより、上述の目的を達
成できることを見出したことに基づく。この結果、介在
する半導体材料も比較的迅速に実際上金属として挙動す
る温度に加熱され、放射の比較的大きい部分を吸収す
る。所望に応じて、加熱素子によって、場合によっては
一時的に加熱することにより全体を一層迅速に加熱する
ことができる。
上述の層構造体の場合には、常温において8%の吸収率
を達成することができ、かつ下側の基板には放射エネル
ギーの32%のみが供給される。特開昭57−124423号に開
示されている構造体において、被覆層の厚さが示されて
いないのは事実であるが、この層が普通の厚さである場
合には約60%より大きい場合の電磁放射が下側の基板に
供給され、かつ被覆層が適切な厚さである場合には層構
造体における吸収率が極めて低い(約1%である)。
次に本発明を図面を参照して例について説明する。
第1図は基板10上に層構造体2を有するデバイス1を示
す。基板10は例えばケイ素物体であって、例えば、仕上
げた半導体回路を具えることができる。あるいはまた基
板10は電気絶縁材料(ガラスまたはサフアイア)から構
成することができる。この例では、層構造体2は厚さ約
1.25μmの第1二酸化ケイ素層3および厚さ約0.77μm
の多結晶ケイ素層4を具え、層3のこの厚さはCO2レー
ザによって放出される放射(真空中で約10.6μm)の二
酸化ケイ素中における波長をλIIIとすると約 に相当し、層4のこの厚さはかかる放射の多結晶ケイ素
中における波長をλIIとすると に相当する。この層構造体2はさらに厚さ約2.5μmの
二酸化ケイ素被覆層5を具え、層5のこの厚さはCO2
ーザによって放出される放射の二酸化ケイ素中における
波長をλとすると に相当する。所望に応じて、薄層、例えば、窒化ケイ素
の薄層(図示せず)を上述の種々の層の間に配置するこ
とができ、これらの薄膜は拡散抑制材として作用するこ
とができ、一層良好な濡れまたは満足できる熱的および
機械的な適合を保証する。中間層と層5,中間層と層4,お
よび中間層と層3とからなる各二重層の全厚もそれぞれ である。
ある用途では、例えば、いわゆる三次元IC、すなわち電
気絶縁基材に被着させた複数個の多結晶ケイ素層を製造
する場合には、層4を完全または部分的に単結晶ケイ素
に転化してそこにトランジスタまたは他の回路素子のよ
うな能動素子を形成できるようにするのが望ましい。
本発明においては、このために層構造体2にCO2レーザ
から放出される単色放射を照射する。しかし、常温にお
いて層4はかかる放射をほぼ完全に透過するので、特別
な工程は必要ではないが、融点までの所望の加熱および
次の単結晶ケイ素への再結晶には多量のエネルギーおよ
び長い時間が必要である。非吸収エネルギーの大部分は
さらに基板10中に侵入してここに損傷を与えることがあ
り;回路か既に形成されている場合には導体トラックが
加熱によって全体的または部分的に溶融することがあ
り、また上昇した温度によって半導体領域において外方
拡散が起こることがある。
しかし、第1の例では、図示する層構造体は多結晶ケイ
素層4を実際上800℃の温度に迅速に加熱するのに充分
な分量のエネルギーを層3および5中に吸収する。この
温度(およびこれより高い温度)において、ケイ素は関
連する波長に対して実質的に金属の特性を示し、エネル
ギーのほぼ全量が層4の中に吸収される。層構造体2の
かかる迅速な加熱は放射6のエネルギーの約4%が層構
造体2中に吸収される(常温において)ことによって達
成される。加熱プロセスはデバイス1を、所望に応じて
予め他の手段によって、例えば、全体を基板ヒーター上
に置くことによって加熱することにより加速することが
できる。基板10の温度を上述の損傷が生じる程度まで上
昇させてはならないのは勿論である。
第1図の層構造体2において、層3,4およびひ5に関し
ては厚さを使用する放射の波長に密接に関連させて選定
するが、これらの厚さの前後である程度の変動は許容す
ることができ、しかも吸収率は充分大きい(4%または
これ以上である)が、放射6の透過率、従って基板10に
到達するエネルギーの部分がなお許容できるレベル(<
60%)に留まるという条件が満たされている。
これを第2図について説明する。第2図には、層構造体
2について、波長10.6μmの放射6に対する常温で得た
吸収率(曲線7),透過率(曲線8)および反射率(曲
線9)のそれぞれと中間層4の厚さとの関係を示す。第
2図から、多結晶ケイ素の厚さが0.2λIIと0.3λIIとの
間で変化すると、透過率は低く(<45%)かつ吸収率は
充分大きいことが分かる。
同様にして、被覆層および第1電気絶縁層の厚さにおけ
るある広がりをそれぞれほぼ とすることができることが分かった。この際吸収率はな
お4%以上でありかつ透過率は認容できる大きさ(<60
%)であつた。多結晶ケイ素層4とSiO2層3および5と
の間のそれぞれに適合し、例えば、窒化ケイ素からなる
薄層(約10〜20nm)を設けることができる。これらの層
は、一方では層と層との間を満足に接着させる作用を
し、他方では層構造体中の温度分布を最適にするかある
いは機械的応力を中和する作用をする。しかも、窒化ケ
イ素は満足できるエッチッグ選択性および化学的不活性
特性を有する。
一層広い意味において、上述の条件(吸収率>4%かつ
透過率<60%)は、頂部層について (ただしmは偶数)の厚さを選定した場合、かつ中間層
および第1電気絶縁層についてそれぞれ (ただしnおよびn′はそれぞれ奇数)の厚さを選定し
た場合に満たされる。
最後に第3図は、下側に追加の多結晶ケイ素層12を有
し、この層が追加の二酸化ケイ素電気絶縁層11によって
基板10から分離されている多層構造体2の拡大図であ
る。
多結晶ケイ素層12は、例えば、多量ドープすることがで
き、かつ基板10中に形成した回路素子と生成すべき単結
晶ケイ素中に設けるべき半導体素子とを接続する配線パ
ターンの一部を形成することができる。またこの構造体
において、層3,4,5の厚さが上述の値である場合には、C
O2レーザから放出される電磁放射によって照射した際
に、層4および12の再結晶が起こる。層11および12につ
いてもそれぞれ約1.25μmおよび0.77μmの厚さを選定
することにより一層の最適化が達成される。
一層広い意味では、層11および12について厚さをそれぞ
れほぼ (ただし、n″およびnは奇数、λIVおよびλはそ
れぞれ追加の電気絶縁層および追加の多結晶半導体材料
層中における電磁放射の波長を示す)と選定する。
本発明はここに記載した例に限定されるものでないのは
勿論で、当業者は本発明の範囲を逸脱することなく種々
の変更を行うことができる。例えば、上述の例におい
て、CO2レーザの代わりに、COレーザまたはネオジウム
添加YAGレーザを使用することができる。さらに他の半
導体材料、例えば、GaAsのようなIII−V族材料をオプ
トエレクトロニック用途に使用することができ、あるい
はII−VI族材料またはGaAsとケイ素との組合せを1個の
半導体デバイスにおいて選定することができる。所要に
応じて、GaAsに実際上完全に透過性である波長を有する
他のレーザ、例えばネオジウム添加YAGレーザを選定す
ることができる。中間層および被覆層の両方において、
二酸化ケイ素の代わりに一酸化ケイ素を使用することが
できる。さらに、層4としてアモルフアスケイ素を選定
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法に使用するのに適当な層構造体の一
例の断面図、 第2図は多結晶半導体材料層の厚さと単色放射源によっ
て供給されるエネルギーのかかる層における吸収率、透
過率および反射率のそれぞれとの関係を示すグラフ、 第3図は本発明方法に使用するのに適当な多層構造体の
一例の断面図である。 1……基板10上に層構造体2を有するデバイス 2……層構造体 3……電気絶縁層(第1二酸化ケイ素層) 4……多結晶またはアモルファスの半導体材料層(多結
晶ケイ素層) 5……二酸化ケイ素被覆層 6……電磁放射(単色放射、CO2レーザによって放出さ
れる放射) 7……吸収率曲線 8……透過率曲線 9……反射率曲線 10……基板 11……電気絶縁層 12……多結晶またはアモルファスの半導体材料層(多結
晶ケイ素層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨハネス・マリア・マリヌス・パスマンス オランダ国5621 ベーアー アインドーフ エン フルーネヴアウツウエツハ1 (72)発明者 フランシスクス・ペトルス・ヴイーデルシ ヨフエン オランダ国5621 ベーアー アインドーフ エン フルーネヴアウツウエツハ1 (72)発明者 ピエテル・フアン・デル・ウエルフ オランダ国5621 ベーアー アインドーフ エン フルーネヴアウツウエツハ1 (56)参考文献 特開 昭57−124423(JP,A) 特開 昭58−80832(JP,A) 特開 昭59−121823(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1電気絶縁層と被覆層との間に多結晶ま
    たはアモルファスの半導体材料層を有する層構造体を基
    板上に設け、前記層構造体を、前記多結晶またはアモル
    ファスの半導体材料に対して少なくとも常温において実
    際上完全に透過性である実際上単色の電磁放射を供給す
    る放射源によって照射し、この際そのエネルギーを前記
    多結晶またはアモルファスの半導体材料が少なくとも部
    分的に単結晶半導体材料に転化するように前記層構造体
    を加熱するのに充分なものとすることにより、多結晶ま
    たはアモルファスの半導体材料を実際上単結晶の半導体
    材料に転化するに当たり、 前記層構造体において、前記被覆層は実際上(m/4)・
    λの厚さを有し、前記多結晶またはアモルファスの半
    導体材料層は実際上(n/4)・λIIの厚さを有し、前記
    電気絶縁層は実際上(n′/4)・λIIIの厚さを有し、
    前記式においてmは偶数、nおよびn′は奇数、λI
    IIおよびλIIIはそれぞれ前記被覆層、前記多結晶また
    はアモルファスの半導体材料層および前記第1電気絶縁
    層中における電磁放射の波長であることを特徴とする多
    結晶またはアモルファスの半導体材料を単結晶半導体材
    料に転化する方法。
  2. 【請求項2】前記層構造体が、前記第1電気絶縁層と前
    記基板との間に、追加の電気絶縁層とその上に存在する
    追加の多結晶またはアモルファスの半導体材料とからな
    る少なくとも1個の二重層を有し、前記追加の絶縁層は
    実際上(n″/4)・λIVの厚さを有し、前記追加の多結
    晶またはアモルファスの半導体材料層は実際上(n/
    4)・λの厚さを有し、前記式においてn″およびn
    は奇数、λIVおよびλはそれぞれ前記追加の絶縁層
    および前記追加の多結晶またはアモルファスの半導体材
    料層中における電磁放射の波長である特許請求の範囲第
    1項記載の方法。
  3. 【請求項3】前記基板は半導体本体からなり、この半導
    体本体に回路素子が形成されている特許請求の範囲第1
    〜2項のいずれか一つの項に記載の方法。
  4. 【請求項4】相互の適合を一層良好にするために、前記
    層構造体において前記多結晶またはアモルファスの半導
    体材料層と他の層の1個以上との間に少なくとも1個の
    中間層を設ける特許請求の範囲第1〜3項のいずれか一
    つの項に記載の方法。
JP61066075A 1985-03-29 1986-03-26 多結晶またはアモルファスの半導体材料を単結晶半導体材料に転化する方法 Expired - Lifetime JPH0779080B2 (ja)

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NL8500931 1985-03-29

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JPS61226916A JPS61226916A (ja) 1986-10-08
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