JPS5821824B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はＳ Ｏ Ｓ （Ｓｉ ｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｓ
ａｐｐｈｉｒｅ）装置等の半導体装置の製造方法に関す
る。

絶縁基板上の半導体膜を用いた集積回路（ＳＯＳ）は、
その構造上，高密度化，高速度化の点において，半導体
基板を用いたものよりも有利である。

反面、基板上にこの基板とは異種の単結晶膜を成長させ
るため、高密度の格子欠陥が存在するという欠点を持つ
。

この高密度に存在する格子欠陥が素子の電気的特性を劣
化させることが問題点となっている。

例えば、サファイア基板上のシリコン膜を用いてＭＯＳ
デバイスを製造した場合、デバイス特性のなかで，リー
ク電流を増加させる（Ｈ。

Ｔａｎｇｏ：Ｐｒｏｃ．６ｔｈ Ｃｏｎｆ． Ｓｏｌｉ
ｄ ＳｔａｔｅＤｅｖｉｃｅｓ ！ Ｔｏｋｙｏ， １
９７４ 、 Ｓｕｐｐｌ 、Ｊ 、Ｊａｐ。

Ｓｏｃ．Ａｐｐｌ 、Ｐｈｙｓ． ４４ 、 １９７５
Ｐ２２５ ）、あるいは移動度を低下させる（Ｍ．Ｄ
ｒｕｍｉｎｓｋｉ ；Ｐｒｏｃ７ｔｈ Ｃｏｎｆ．Ｓｏ
ｌｉｄ．Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｔｏｋｙｏ。

１ ９７５ 、Ｓｕｐｐｌ．Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．１５，１９７６。

Ｐ２１７）ことなどが報告されている。

従って，半導体膜内の格子欠陥密度を減少させることが
素子特性向上の観点から要求されている。

膜内に格子欠陥が導入される原因は，成長物質とは異種
の基板上へエピタキシャル成長させるため，成長初期過
程において粒子間にｍｉｓｏｒｉｅｎ−ｔａｔｉｏｎを
生ずることである。

（Ｍ．Ｓ，Ａｂｒａｈａ−ｍｓ；Ｊ．Ａ．Ｐ．４７，１
９７６，Ｐ５１３９）そこで成長初期における粒子間の
ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎをなるべく少なくするこ
とが、良質の膜を製造するために必要となる。

そのため、成長過程に及ぼす多くの因子について検討が
なされてきた。

例えば、成長装置、成長方法，基板の種類及び面方位，
基板面処理，成長条件などである。

また、素材に存在する格子欠陥を減少させる一般的な方
法として、アニールによる再結晶化があり，通常の熱ア
ニール。

最近，半導体材料に使われはじめたレーザーアニールな
どが検討されている。

本発明の目的は、絶縁基板上の半導体膜の格子欠陥密度
を減少せしめることにより良好な特性の半導体装置を得
ることにある。

本発明は，絶縁基板上に被着した半導体膜に絶縁基板側
からレーザー光を照射することによって膜内の格子欠陥
密度を減少させ，以って素子特性を向上させることので
きる半導体装置の製造方法を提供するものである。

以下本発明を一実施例につき図面を参照して詳述する。

１）半導体膜成長条件 絶縁基板として（１０１２）面を有するサファイア単結
晶基板１を用いた。

この基板１上に半導体膜としてシリコン（Ｓｉ）膜２を
０．７μｍ成長させた。

成長方法は通常用いられているＣＶＤ （Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｓｓｉｔｉｏｎ）法であり、
成長条件は、成長温度９５０゜Ｃ，成長速度２ μｒｒ
ｌ ／７ｎＪＩＬとした（第１図ａ）。

２）レーザー照射条件 次に基板１裏面からレーザー光Ｅを照射した（第１図ｂ
）。

用いられたレーザー光はＱ−スイッチＮｄ−ＹＡＧ（波
長１．０６４ μｍ）であり、パルス幅２０Ｈｓｅｃ照
射エネルギーは５Ｊ／ｃｄを選んだ。

３）実験結果 格子欠陥密度の評価方法として選択エツチングにより、
シリコン表面の線状欠陥密度を求めた。

本発明の効果を求めるために、（Ａ）・・・・・・レー
ザー照射を行わないもの、（Ｂ）・・・・・・シリコン
２側からレーザー光を上記実施例と同一条件で照射した
もの、（Ｃ）・・・・・・サファイア１側からレーザー
光照射したもの、（Ｄ）・・・・・・（Ｂ） 、 （Ｃ
１のレーザー光照射の代わりにＮ２中１２００°Ｃ６０
分の熱処理を行なったもの。

の四種について行った。その結果（欠陥密度）は以下に
示す通りであった。

（Ａ） １０〜１５×１０３／ｃＩｒＬ （Ｂ） ８．２〜１１．５ Ｘ １０３／儂（Ｃ）
１．０〜１．３Ｘ１０”／ｃｒｆＬ（Ｄ） １０〜１
５×１０３／ＣｒｒＬ 結晶シリコン基板上に被着した無定形シリコンに、シリ
コン側からパルス型レーザービーム照射する方法は公知
である（特公昭４９−４７６３０号公報）。

この公知の方法によってモ、（Ａ）、（Ｂ）の結果を比
較するとやや効果はあるように考えられる。

しかし本発明方法囚の方が絶大なる効果を示している。

その理由は解明されてはいないがレーザ光を基板側から
照射することにより熱が基板からシリコン側へ向う方向
に伝播し、しかも基板との界面程高温になることが一因
と思われる。

加えて光透過性を有する絶縁基板を用いることにより加
熱効率が高い。

即ち、基板によるエネルギー吸収が僅少であるため、レ
ーザー光による加熱が半導体膜に効率良く及ぶ。

実験結果の（Ｂ）と（Ｃ）とを比較するとレーザー光を
基板側から照射すると著しく格子欠陥密度が減少するこ
とがわかる。

また、（３）と比較すると、（Ｃ）の格子欠陥密度は十
分の−に減少した。

このように本発明によって絶縁基板上の半導体膜の格子
欠陥密度は著しく減少し、この素材を用いて製造された
集積回路の性能のなかで動作速度が速くなること、消費
電力が減少することなどの効果が得られる。

基板としては光透過性を有する絶縁基板単結晶であわば
良い。

サファイア（α−Ａ１２０３）以外には、スピネル（Ｍ
ｇｏ４１２０３）、酸化ベリリウム（Ｂｅｏ）、シリカ
（α ５ｔ０２）、二酸化トリウム（Ｔｈｏ２）などが
挙げられる。

半導体膜としてはシリコンの他に、ゲルマニウム（Ｇｅ
）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ ） 、ガリウムリン（Ｇ
ａＰ）、ボロンリン（ＢＰ）など二元系化合物、さらに
三元系から多元素の化合物であっても同様の効果がある
ことが確認された。

レーザー照射条件は波長、パルス幅、照射エネルギーに
よって適時選択出来る。

但し波長は半導体に吸収され、絶縁基板を透過する波長
範囲が望ましい。

また、シリコンの場合の波長は１．１μｍ以下パルス幅
１０ｎＳｅＣ〜３ｍ５ｅＣ１照射エネルギーは２〜１０
Ｊ／ｄなどの条件でも同様の効果をもつ。

さらに、実施例ではシリコン膜厚０．７μｍであったが
、実際０．０２μｍ〜１０μｍまで実験を行なったとこ
ろ充分効果が認められた。

また、サファイア基板は両面をミラー研摩した方が望ま
しいが、通常の裏面研摩が荒いものでも散乱によるエネ
ルギーの損失を補えるだけレーザーを照射すればよいこ
とは勿論である。

なお、実施例においてはシリコン成長直後にレーザー照
射を行った。

しかし、半導体装置を製造する場合には、これに限らず
半導体膜に素子を形成中或いは形成後に行なってもよい
。

例えばＳＯ８構造の半導体装置として、シリコンゲート
ＭＯＳデバイスを例にとる（第２図）。

レーザー光照射は第２図に示した素子を半導体膜中に形
成したのち行なった。

ゲート電極用ポリシリコン３を配線用４として用いる場
合、ポリシリコン３，４を被着した後に、レーザー光Ｆ
を照射すれば前述結晶性の改善の他、ゲート電極用、配
線用多結晶シリコン３，４の抵抗を低下させることが出
来る。

５はサファイア基板、６は半導体膜をエツチング形成し
た島領域、７はゲート酸化膜である。

また８はソース、９はドレインである。実際に多結晶シ
リコン膜として燐をドーピングした。

厚さ０．３μｍ１表面抵抗２０Ω／ｂの膜がレーー＋ｙ
アニール後１表面抵抗１０Ω／ｂになった。

この場合、工程としては多結晶シリコン被着後であれば
いつでも良い。

また燐のみではなくボロン、ヒ素をドーピングしたポリ
シリコン膜であっても同様の効果が得られた。

このように、エピタキシャルＳｉ膜のレーザーアニール
を素子製作工程の途中又は最後に行っても良い。

尚、半導体膜は単結晶の他非晶質、多結晶であっても効
果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ ＝ ｂは本発明の一実施例を説明する為の工
程断面図、第２図は本発明の他の実施例を説明する為の
断面図である。 図に於いて、１，５・・・・・・サファイア基板、２・
・・・・・シリコン膜、３・・・・・・ゲート電極用ポ
リシリコン。 ４・・・・・・配線用ポリシリコン、６・・・・・・半
導体島領域。 ７・・・・・・ケート酸化膜、８・・・・・・ソース、
９・・・・・・ドレイン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光透過性を有する絶縁基板上に半導体膜を被着し、
   前記絶縁基板側から半導体膜へレーザー光を照射する工
   程を有してなる半導体装置の製造方法。 ２ レーザー光照射は、半導体膜に素子を形成中或いは
   形成後に行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体装置の製造方法。