JPH0799734B2 - 単結晶成長方法 - Google Patents
単結晶成長方法Info
- Publication number
- JPH0799734B2 JPH0799734B2 JP61261226A JP26122686A JPH0799734B2 JP H0799734 B2 JPH0799734 B2 JP H0799734B2 JP 61261226 A JP61261226 A JP 61261226A JP 26122686 A JP26122686 A JP 26122686A JP H0799734 B2 JPH0799734 B2 JP H0799734B2
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- Japan
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- single crystal
- antireflection film
- crystal growth
- film
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は絶縁体上に堆積した多結晶又は非晶質の半導
体層を、基板単結晶等の種結晶を使用することなく単結
晶成長させる方法に関するものである。
体層を、基板単結晶等の種結晶を使用することなく単結
晶成長させる方法に関するものである。
半導体装置の高速化，高密度化に必要な浮遊容量の低減
を目指し、絶縁膜上に回路素子を構成する試みがなされ
ている。このためには、絶縁膜上に半導体単結晶を形成
することが不可欠であり、半導体単結晶の形成方法とし
て絶縁膜上に多結晶又は非晶質の半導体層を堆積し、そ
の表面にレーザ光もしくは電子線等の輻射線を照射する
ことにより表面層を溶解−再結晶させ、半導体単結晶を
得る方法がある。第３図は従来の半導体層の再結晶化に
おける反射防止膜のレイアウト例の上面図、第４図は第
３図のIV−IV断面であり、図において、（１）はＰ型
（100）シリコン基板、（２）はSiO2膜（熱酸化膜）よ
りなる絶縁層、（４）は再結晶の際に照射するビーム径
100μｍ程度のレーザビーム、（５）は絶縁層（２）の
上に減圧CVD法により堆積させたポリシリコン層、
（６）は減圧CVDにより堆積させ写真製版によりパター
ニングされた反射防止膜である。
を目指し、絶縁膜上に回路素子を構成する試みがなされ
ている。このためには、絶縁膜上に半導体単結晶を形成
することが不可欠であり、半導体単結晶の形成方法とし
て絶縁膜上に多結晶又は非晶質の半導体層を堆積し、そ
の表面にレーザ光もしくは電子線等の輻射線を照射する
ことにより表面層を溶解−再結晶させ、半導体単結晶を
得る方法がある。第３図は従来の半導体層の再結晶化に
おける反射防止膜のレイアウト例の上面図、第４図は第
３図のIV−IV断面であり、図において、（１）はＰ型
（100）シリコン基板、（２）はSiO2膜（熱酸化膜）よ
りなる絶縁層、（４）は再結晶の際に照射するビーム径
100μｍ程度のレーザビーム、（５）は絶縁層（２）の
上に減圧CVD法により堆積させたポリシリコン層、
（６）は減圧CVDにより堆積させ写真製版によりパター
ニングされた反射防止膜である。
ここで得られたウエハにビーム径100μｍ程度のレーザ
光（４）を反射防止膜（６）のストライプに沿つて走査
しながら照射すると、反射防止膜（６）の下のポリシリ
コン層は他の領域よりも多くのエネルギーを吸収するた
め高温となり、反射防止膜に挾まれた領域は低温である
温度分布が生じる。したがつて、レーザ照射後、反射防
止膜（６）に挾まれたポリシリコン層の中央部が一番冷
却されのが早い。ここで比較的優勢な結晶成長方位を有
する結晶粒が生長し、これを種とする様な結晶成長が第
３図の矢印Ａの方向、すなわち、中央から周辺に向つて
起こり、反射防止膜（６）に挾まれた領域の全面が単結
晶化することになる。
光（４）を反射防止膜（６）のストライプに沿つて走査
しながら照射すると、反射防止膜（６）の下のポリシリ
コン層は他の領域よりも多くのエネルギーを吸収するた
め高温となり、反射防止膜に挾まれた領域は低温である
温度分布が生じる。したがつて、レーザ照射後、反射防
止膜（６）に挾まれたポリシリコン層の中央部が一番冷
却されのが早い。ここで比較的優勢な結晶成長方位を有
する結晶粒が生長し、これを種とする様な結晶成長が第
３図の矢印Ａの方向、すなわち、中央から周辺に向つて
起こり、反射防止膜（６）に挾まれた領域の全面が単結
晶化することになる。
従来の半導体層の再結晶化方法は以上の様に行なわれて
いたので、反射防止膜（６）に挾まれた領域内では単結
晶化できるものの、隣接する領域同士の結晶軸方向がそ
ろわないという問題点がある。また、結晶軸方位をそろ
えるためには、ポリシリコン層をシリコン基板に接触さ
せ、これを種結晶として単結晶化を行う方法があるが、
この方法も工程が多く複雑になる問題点がある。
いたので、反射防止膜（６）に挾まれた領域内では単結
晶化できるものの、隣接する領域同士の結晶軸方向がそ
ろわないという問題点がある。また、結晶軸方位をそろ
えるためには、ポリシリコン層をシリコン基板に接触さ
せ、これを種結晶として単結晶化を行う方法があるが、
この方法も工程が多く複雑になる問題点がある。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、結晶方位のそろつた良質で大面積の単結晶シ
リコン層を得ることを目的とする。
たもので、結晶方位のそろつた良質で大面積の単結晶シ
リコン層を得ることを目的とする。
この発明に係る半導体層の再結晶化方法は、反射防止膜
を、２本以上のストライプ状に加工し、その長手方向の
一部を切断して45゜折り曲げ、四角形に囲む様にレイア
ウトするとともに、第１回目のレーザ走査を反射防止膜
の長手方向に垂直に行い、第２回目のレーザ走査を長手
方向に行う方法である。
を、２本以上のストライプ状に加工し、その長手方向の
一部を切断して45゜折り曲げ、四角形に囲む様にレイア
ウトするとともに、第１回目のレーザ走査を反射防止膜
の長手方向に垂直に行い、第２回目のレーザ走査を長手
方向に行う方法である。
この発明における反射防止膜の45゜に折れ曲つた四角形
を囲む形状の部分は、反射防止膜のストライプの長手方
向に垂直な方向に第１回目のレーザ走査をする際にこの
部分に平行な辺で囲まれる種結晶を形成するための役割
を演ずる種結晶成長用反射防止膜である。ここに形成さ
れる種結晶は主面が（100）、辺方向が＜110＞の長方形
となる。次に第２回目のレーザ走査をストライプ状の平
行な反射防止膜（再結晶用反射防止膜）の長手方向に行
う。この方向はレーザ再結晶の際、欠陥の無い単結晶を
得ることのできる距離が一番長い＜100＞方位と一致す
る。これらの操作を繰り返す事により大面積で結晶軸の
そろつた再結晶層を得る。
を囲む形状の部分は、反射防止膜のストライプの長手方
向に垂直な方向に第１回目のレーザ走査をする際にこの
部分に平行な辺で囲まれる種結晶を形成するための役割
を演ずる種結晶成長用反射防止膜である。ここに形成さ
れる種結晶は主面が（100）、辺方向が＜110＞の長方形
となる。次に第２回目のレーザ走査をストライプ状の平
行な反射防止膜（再結晶用反射防止膜）の長手方向に行
う。この方向はレーザ再結晶の際、欠陥の無い単結晶を
得ることのできる距離が一番長い＜100＞方位と一致す
る。これらの操作を繰り返す事により大面積で結晶軸の
そろつた再結晶層を得る。
以下この発明の一実施例を図について説明する。第１図
はこの発明の一実施例による半導体層の再結晶化方法を
示す上面図である。第２図は第１図のII−II断面図であ
る。第１図及び第２図において、（１）はシリコン基
板、（２）はシリコン基板（１）とレーザ再結晶を行な
う多結晶あるいは非晶質半導体層（５）を分離するシリ
コン酸化膜より成る絶縁層、（３）はレーザ走査により
種結晶が形成される部分、（４）は再結晶の際に照射す
るレーザスポツト、（５）は再結晶化されて半導体装置
が形成される多結晶あるいは非晶質の半導体層であつ
て、この実施例ではポリシリコン層、（６）はシリコン
窒化膜より成る反射防止膜である。
はこの発明の一実施例による半導体層の再結晶化方法を
示す上面図である。第２図は第１図のII−II断面図であ
る。第１図及び第２図において、（１）はシリコン基
板、（２）はシリコン基板（１）とレーザ再結晶を行な
う多結晶あるいは非晶質半導体層（５）を分離するシリ
コン酸化膜より成る絶縁層、（３）はレーザ走査により
種結晶が形成される部分、（４）は再結晶の際に照射す
るレーザスポツト、（５）は再結晶化されて半導体装置
が形成される多結晶あるいは非晶質の半導体層であつ
て、この実施例ではポリシリコン層、（６）はシリコン
窒化膜より成る反射防止膜である。
本実施例の半導体層の再結晶化方法では従来と同様な工
程を経てシリコン窒化膜より成る反射防止膜のパターニ
ングを行う。このパターニングにおいて、従来の方法で
はストライプ状に反射防止膜（６）のパターニングを行
い熱分布の制御を行つていたが、本実施例では、ストラ
イプ状の反射防止膜の長手方向の一部を切断し、その位
置から外側に45゜折り曲げ四角形を囲む様にレイアウト
する。この様に形成した試料にレーザ光（４）を走査し
ながら照射して再結晶化を行つた後、反射防止膜（６）
を除去し通常のMOS作製工程に従いSOI/MOS半導体装置を
作製する。
程を経てシリコン窒化膜より成る反射防止膜のパターニ
ングを行う。このパターニングにおいて、従来の方法で
はストライプ状に反射防止膜（６）のパターニングを行
い熱分布の制御を行つていたが、本実施例では、ストラ
イプ状の反射防止膜の長手方向の一部を切断し、その位
置から外側に45゜折り曲げ四角形を囲む様にレイアウト
する。この様に形成した試料にレーザ光（４）を走査し
ながら照射して再結晶化を行つた後、反射防止膜（６）
を除去し通常のMOS作製工程に従いSOI/MOS半導体装置を
作製する。
次に動作について説明する。今、第１図に矢印で示すよ
うに、互いに直交するＸ軸およびＹ軸を想定したとき、
先ず、レーザ光（４）をＸ軸の方向に走査しながら照射
する。反射防止膜（６）の存在する領域のポリシリコン
層（５）には他の領域の２倍程度のエネルギーが吸収さ
れ、反射防止膜（６）の無い領域より高温となる。した
がつて、この状態でレーザ光（４）を走査するとビーム
が通り過ぎた後、反射防止膜（６）で挾まれた領域の中
央部分、即ちＸ軸とＹ軸とが交叉する原点部分で早く冷
却し再結晶が始まる。第１図においては、種結晶成長用
反射防止膜（7A），（7B）に囲まれた（３）の位置が早
く固化する。この様な溶融状態から結晶化する際に生成
する結晶は、長辺が反射防止膜に平行で、長辺方向が＜
110＞，主面が（100）方位である長方形を取る事が知ら
れている（Ｈ、Ｉ、Smith他,J、Electrochem.Soc.,130
（1983）2050.）。ゆえに、溶融後、最初に形成される
結晶は、第１図の（7A,7B）で示される種結晶成長用反
射防止膜に平行な辺で囲まれる長方形となり、各辺は＜
110＞方位をとる。次にこのような第１回目のレーザ照
射によつて得られた単結晶領域を種結晶として、ポリシ
リコン層（５）の第２回目の再結晶化を行う。この第２
回目の再結晶の際のレーザ走査方向を、第１図のＹ軸の
方向とすると、この方向は種結晶の＜110＞方向と45゜
傾いているので＜100＞方向となる。種結晶を用いてレ
ーザ再結晶する際には、種結晶の＜100＞方向にレーザ
走査する場合が欠陥が入らずに単結晶化できる距離が一
番長いので、Ｙ軸方向のレーザ走査により主面が（10
0）の欠陥の無い良質の帯状シリコン単結晶が形成され
る。大面積の単結晶を得るためには、第１図に示したパ
ターンをウエハ全面にレイアウトをおこない、最初に種
結晶成長用反射防止膜（7A），（7B）に囲まれた部分
（３）にそつてＸ軸方向にレーザ再結晶を繰り返し走査
して種結晶を形成し、次にＹ軸方向にレーザ再結晶をこ
の種結晶を基に繰り返し行なえば良い。
うに、互いに直交するＸ軸およびＹ軸を想定したとき、
先ず、レーザ光（４）をＸ軸の方向に走査しながら照射
する。反射防止膜（６）の存在する領域のポリシリコン
層（５）には他の領域の２倍程度のエネルギーが吸収さ
れ、反射防止膜（６）の無い領域より高温となる。した
がつて、この状態でレーザ光（４）を走査するとビーム
が通り過ぎた後、反射防止膜（６）で挾まれた領域の中
央部分、即ちＸ軸とＹ軸とが交叉する原点部分で早く冷
却し再結晶が始まる。第１図においては、種結晶成長用
反射防止膜（7A），（7B）に囲まれた（３）の位置が早
く固化する。この様な溶融状態から結晶化する際に生成
する結晶は、長辺が反射防止膜に平行で、長辺方向が＜
110＞，主面が（100）方位である長方形を取る事が知ら
れている（Ｈ、Ｉ、Smith他,J、Electrochem.Soc.,130
（1983）2050.）。ゆえに、溶融後、最初に形成される
結晶は、第１図の（7A,7B）で示される種結晶成長用反
射防止膜に平行な辺で囲まれる長方形となり、各辺は＜
110＞方位をとる。次にこのような第１回目のレーザ照
射によつて得られた単結晶領域を種結晶として、ポリシ
リコン層（５）の第２回目の再結晶化を行う。この第２
回目の再結晶の際のレーザ走査方向を、第１図のＹ軸の
方向とすると、この方向は種結晶の＜110＞方向と45゜
傾いているので＜100＞方向となる。種結晶を用いてレ
ーザ再結晶する際には、種結晶の＜100＞方向にレーザ
走査する場合が欠陥が入らずに単結晶化できる距離が一
番長いので、Ｙ軸方向のレーザ走査により主面が（10
0）の欠陥の無い良質の帯状シリコン単結晶が形成され
る。大面積の単結晶を得るためには、第１図に示したパ
ターンをウエハ全面にレイアウトをおこない、最初に種
結晶成長用反射防止膜（7A），（7B）に囲まれた部分
（３）にそつてＸ軸方向にレーザ再結晶を繰り返し走査
して種結晶を形成し、次にＹ軸方向にレーザ再結晶をこ
の種結晶を基に繰り返し行なえば良い。
尚、上記実施例においては、再結晶にレーザビームを用
いたが、融解、再結晶が行えるような他の輻射線を用い
ても上述の効果が得られる。
いたが、融解、再結晶が行えるような他の輻射線を用い
ても上述の効果が得られる。
また、ポリシリコン層に温度分布を付けるためにシリコ
ン窒化膜より成る反射防止膜を用いたが、反射又は吸収
体となる様な材質の膜を同様に配置することによつても
上述の効果が得られる。
ン窒化膜より成る反射防止膜を用いたが、反射又は吸収
体となる様な材質の膜を同様に配置することによつても
上述の効果が得られる。
また、上記実施例においては、第１図に示すように、Ｘ
軸またはＹ軸と45゜傾斜して形成された種結晶成長用反
射防止膜7A、7Bの一端が、Ｙ軸と平行に形成された再結
晶用反射防止膜６の端部に直接連なるようにしたが、多
少の間隔を介して近接する構成としても、同様の効果が
得られる。
軸またはＹ軸と45゜傾斜して形成された種結晶成長用反
射防止膜7A、7Bの一端が、Ｙ軸と平行に形成された再結
晶用反射防止膜６の端部に直接連なるようにしたが、多
少の間隔を介して近接する構成としても、同様の効果が
得られる。
以上の様に、この発明によれば、第１図に示すレイアウ
トを行つた反射防止膜を用いて第１回目のＸ軸方向への
レーザ再結晶化を行うことにより結晶方位を制御した種
結晶を形成し、次に第２回目のＹ軸方向へのレーザ再結
晶を行えば、結晶軸のそろつた良質の大面積再結晶層が
得られる効果がある。
トを行つた反射防止膜を用いて第１回目のＸ軸方向への
レーザ再結晶化を行うことにより結晶方位を制御した種
結晶を形成し、次に第２回目のＹ軸方向へのレーザ再結
晶を行えば、結晶軸のそろつた良質の大面積再結晶層が
得られる効果がある。
第１図、第２図はこの発明の一実施例による半導体装置
ならびに反射防止膜のレイアウトの上面図及び断面図で
ある。第３図、第４図は従来の装置の上面図及び断面図
である。 （１）はシリコン基板、（２）は絶縁層、（３）は種結
晶形成領域、（４）はレーザスポツト、（５）はポリシ
リコン層、（６）は反射防止膜、（7A），（7B）は種結
晶成長用反射防止膜である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
ならびに反射防止膜のレイアウトの上面図及び断面図で
ある。第３図、第４図は従来の装置の上面図及び断面図
である。 （１）はシリコン基板、（２）は絶縁層、（３）は種結
晶形成領域、（４）はレーザスポツト、（５）はポリシ
リコン層、（６）は反射防止膜、（7A），（7B）は種結
晶成長用反射防止膜である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】下地の絶縁材料からなる表面上に多結晶も
しくは非晶質の半導体層を形成する工程と、前記半導体
層上に互いに直交するＸ軸およびＹ軸の平面座標軸を想
定し前記両軸の交点を原点としたとき、前記Ｘ軸から所
定寸法内の部分を除いて前記Ｙ軸の両方向に延在し前記
Ｙ軸を中心線とする互いに平行な一対の第１の反射防止
膜と、前記原点を中心とし前記Ｘ軸またはＹ軸と45゜傾
斜する四角形の各辺上でそれぞれのＹ軸寄りの一端が前
記第１の反射防止膜の端部と連なるか近接する第２の反
射防止膜とをそれぞれ前記半導体層上に形成する工程
と、輻射線を前記四角形を含む部分に走査照射すること
により前記半導体層の前記原点を中心とした領域を単結
晶化して種結晶部分を形成する工程と、しかる後、輻射
線を前記Ｙ軸方向に走査照射することにより前記種結晶
部分を核として前記Ｙ軸方向に隣接する半導体層の領域
を再結晶する工程とを備えた単結晶成長方法。 - 【請求項２】半導体層の材質がシリコンであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の単結晶成長方法。 - 【請求項３】第１、第２の反射防止膜の材質がいずれも
窒化シリコンであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項記載の単結晶成長方法。 - 【請求項４】第１、第２の反射防止膜がいずれも窒化シ
リコン膜と酸化シリコン膜とからなる２層構造膜である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
載の単結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61261226A JPH0799734B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 単結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61261226A JPH0799734B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 単結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63114208A JPS63114208A (ja) | 1988-05-19 |
| JPH0799734B2 true JPH0799734B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=17358893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61261226A Expired - Lifetime JPH0799734B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 単結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799734B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2674751B2 (ja) * | 1987-06-12 | 1997-11-12 | 日本電気株式会社 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60150618A (ja) * | 1984-01-17 | 1985-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS60249312A (ja) * | 1984-05-24 | 1985-12-10 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1986
- 1986-10-31 JP JP61261226A patent/JPH0799734B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63114208A (ja) | 1988-05-19 |
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