JPS6144785A - 半導体単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体単結晶薄膜の製造方法に関する。

従来の技術 第１１図及び第１２図を参照して従来の半導体単結晶薄
膜の製造方法について説明する。先ず第１１図を参照し
て、半導体単結晶薄膜を形成すべき半導体装置について
説明する。（１）は石英等からなる絶縁基板（Ｓｔ基板
上に８１０２眉を被着形成したものも可）、（２）はそ
の上に減圧化学蒸着法等によシ帯状−に被着形成された
多結晶シリコン層、（３）は基板（１）上及び多結晶シ
リコン層（２）上に亘って被着形成された８１０２等よ
シなるキャップ層である。

しかして、第１２図に示す如く、斯る帯状の多結晶シリ
コン層（２）に対し、キャップ層（３）を介してその長
手方向（走査方向）（５）にカーがンヒータ、レーザビ
ーム発生源、ハロゲンランプ、ＩＲランノ、電子ビーム
発生器源等の線状の加熱手段（４）を走査させる。かく
すると、キャップ層（３）を介して加熱手段（４）　Ｋ
よシ加熱された多結晶シリコン層（２）は溶融し、加熱
手段（４）が遠ざかるにつれて自然冷却されて固化し、
再結晶化して単結晶となる。

この場合、帯状の多結晶シリコン層（２）の両側から中
央に向って冷却が進むので、加熱手段（４）が既に通過
した部分の等温線は、破線ａにて示す如く、図に於いて
下側（走査方向ａと反対方向）に凸の曲線にガる。かく
して多結晶シリコン層（２）は矢印（６）に示すごとく
その両側縁から中心に向って冷却固化して単結晶化して
行く。このため得られた単結晶シリコン層（１）の中央
には符号（７）にて示すとと、　　き結晶粒界（７）が
形成され、結晶の品質が低下する。

斯る結晶粒界（７）は、この単結晶層翰に不純物を注入
して、半導体（集積）回路を形成した場合、その部分で
漏れ電流が生じるので、好ましくない。

発明が解決しようとする問題点 斯る点に鑑み本発明は、結晶粒界の発生し難い、高品質
の半導体単結晶薄膜を製造することのできる半導体単結
晶薄膜の製造方法を提案せんとするものである。

問題点を解決するための手段 本発明による半導体単結晶薄膜の製造方法は、半導体層
に対し加熱手段を走査させて、半導体層を溶融させた後
冷却固化させて半導体単結晶薄膜を形成するようにした
半導体単結晶薄膜の製造方法において、半導体層の加熱
走査方向と略直交する方向の温度分布を双峰形にする放
熱制御層を、略５０００１以下の反応防止層を介して半
導体層上に選択的に被着するようにしたものである。

作用 かくすると、加熱手段によって加熱溶融された半導体層
は加熱手段の通過後、その中央から両側に向って冷却が
進むので、中央部から両側に向って再結晶化が進むから
、従来技術のような結晶粒界が発生し難く、高品質の半
導体単結晶薄膜を得ることができる。

実施例 以下に第１図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は半導体単結晶薄膜を形成すべき半導体装菅を示
し、（１）は石英等の絶縁基板である。

この絶縁基板（１）としては、Ｓ１基板上に５ＩＯ２層
を被着形成したものも可能である。基板（１）上には例
えばシリコンからなる多結晶半導体層（２）が帯状に被
着形成される。そして基板（１）上及び多結晶半導体層
（２）上に亘って略５０００Ｘ以下の例えば８１０２か
ら成る反応防止層（８）を被着形成する。そして多結晶
半導体層（２）の長手方向に沿ってその中央部に、反応
防止層（８）を介して、多結晶半導体層（２）よシ熱伝
導率の高い高熱伝導率層（９Ａ）を被着形成する。この
高熱伝導率層（９Ａ）としては、Ｍｏ　＊　Ｔａ　、　
Ｗ　。

Ｐｔ　、　Ｎｂ等が用いられる。これらの物質のＳｌの
融点１４１２℃に於ける熱伝導率（’／ｓｅｅ　、（Ｗ
Ｉ−ｄｅｇ）は夫夫Ｍｏ　：　０．２１　、　Ｔａ　：
　０．１９　、Ｗ：　０．２５．Ｐｔ　：　０．１５７
　、　Ｎｂ：０．１５４で、Ｓｔ　：　０．０５８の３
倍以上である。又、これらの物質の比熱はＳｔのそれの
凶以下である。

尚、この高熱伝導率層（９Ａ）の幅及び厚さは加熱手段
、多結晶半導体層（２）の厚さ、幅等によって任意に設
定される。

しかして、上述したごときカーデンヒータ、レーザーヒ
ーム発生源、ハロゲンランプ、ＩＲラング、電子ビーＪ
・発生源の如き線状加熱手段を帯状多結晶半導体層（２
）の長手方向に対し略直交させて配置し、これをその長
手方向に移動させる。かくすると、その加熱手段の直下
付近の多結晶半導体層（２）は溶融され、加熱手段が遠
ざかるにつれてその部分が自然冷却によシ固化して、再
結晶化される。

この場合、多結晶半導体層（２）の中央部には高熱伝導
率層（９Ａ）が設けられているので、この部分の熱が高
熱伝導率層（９Ａ）を通じて外部に速やかに放熱され、
高熱伝導率層（９Ａ）のない部分は遅く放熱されるので
、帯状半導体層（２）の幅方向の温度分布は双峰型と々
る。このため多結晶半導体層（２）の中央部から単結晶
化（再結晶化）が開始され、徐々にその両側に向って単
結晶化が進んで行く。かくして従来のごとき結晶粒界が
単結晶半導体層の中央部に形成される虞は殆んどなくな
る。

第１図の実施例においては、多結晶半導体層（２）の上
に反応防止層（８）す介して高熱伝導率層（９Ａ）を設
けた場合について述べたが、第２図に示す如く多結晶半
導体層（２）の下側、即ち基板（１）と多結晶半導体層
（２）との間に、反応防止層（８）を介して高熱伝導率
層（９Ａ）を設けてもよい。

この場合は、多結晶半導体層（２）の高熱伝導率層（９
Ａ）の設けられている部分の、基板（１）側への放熱が
、他部より速やかに行なわれる。

又、第３図に示すごとく多結晶半導体層（２）上に反応
防止層（８ａ）を介して高熱伝導率層（９Ａａ）を被着
形成すると共に、多結晶半導体層（２）の下側、即ち基
板（１）と多結晶半導体層（２）との間に反応防止層（
８ｂ）を介して高熱伝導率層（９Ａｂ）を配するように
してもよい。かくすれば、高熱伝導率層（９Ａａ）　。

（９Ａｂ）で挾まれた多結晶半導体層（２）の部分は他
部に比し、上側の高熱伝導率層（９Ａａ）’から速やか
に熱が放散されると共に、下側の高熱伝導率層（９Ａｂ
）及び基板（１）を介して速やかに熱が放散される。

上述の第１図〜第３図の実施例では、反応防止層（８）
を介して、多結晶半導体層（２）の中央部に高熱伝導率
層（９Ａ）を設けた場合であるが、逆に多結晶半導体層
（２）の両側に反応防止層（８）を介して多結晶半導体
層（２）よシ熱伝導率の低い低熱伝導率層を被着するこ
ともできる。即ち、第４図に示す如く、反応防止層（８
）を介して、多結晶半導体層（８）上の中央に溝が形成
される如く、その両側及び基板（１）上に低熱伝導率層
（９Ｂ）　、　（９Ｂ）を被着形成する。

この低熱伝導率層（９Ｂ）としては３Ａ／１．２０３−
２８１０２、Ａｔ２０３、Ｚ　ｒＯ２等が可能で、これ
らの熱伝導率（ｍ／ｓｅｅ　、　ｃｒｎ、　ｄｅｇ　）
は、３１１２０．−２ｓ１０２：　０．０１３　、Ａｔ
２０３：０．０１４゜Ｚ　ｒＯ２：　０．００５以下で
、Ｓｉ　：　０．０５８のφ以下である。

尚、これら物質の比熱は８１のそれよシも大きい。

かくして、多結晶半導体層（２）の中央部が他部に比べ
て熱放散が速やかに行表われ、この部分から冷却固化に
よる単結晶化（再結晶化）が開始され、これが徐々両側
に進むことになり、やはシ従来のような中央部での結晶
粒界の発生は殆んどない。

第４図の実施例では、低熱伝導率層（９Ｂ）、（９Ｂ）
を反応防止層（８）を介して多結晶半導体層（２）上の
両側に配するようにした場合であるが、第５図に示す如
く仁の低熱伝導率層（９Ｂ）を多結晶半導体層（２）上
の両側に設けるのみならず、反応防止層（８）を介して
多結晶半導体層（２）の下側、即ち基板（１）と多結晶
半導体層（２）との間に設けるようにすることもできる
。この場合は、多結晶半導体層（２）の中央部での熱放
散が他部より一層速やかになる。

又、第６図に示す如く、反応防止層（８）を介して、低
熱伝導率層（９Ｂ）　、　（９Ｂ）を多結晶半導体層（
２）の下側、即ち基板（１）と多結晶半導体層（２）と
の間の両側に設けても良い。

第７図は第１図及び第４図の実施例を折衷したものであ
って、これによれば多結晶半導体層（２）の中央部に高
熱伝導率層（９Ａ）が、その両側に低熱伝導率層（９Ｂ
）が夫々設けられるもので、半導体多結晶層（２）の中
央部の両側部に対する放熱の速さが頗る大となる。

第８図の実施例は、多結晶半導体層（２）上に反応防止
層（８）を介して、多結晶半導体層（２）より熱輻射率
の高い高熱輻射重層（９Ｃ）をその長手方向に沿ってそ
の中央部に設けた場合である。この高熱輻射重層（９Ｃ
）としてはカーがンを用いる。Ｓｌの融点（１４１２℃
）に於ける輻射率は、カー？ンが０．８゜シリコンが０
．５である。

これによれば加熱手段によって多結晶半導体層（２）が
加熱溶融され、加熱手段が通過した後、多結晶半導体層
（２）の熱輻射がその両側に比べて中央部に於いて迅速
に行われるので、その中央部から冷却固化による結晶化
が開始し、それが両側に進むことになり、やはり従来の
ごとき結晶粒界は発生し難い。

第９図は第８図における高熱輻射重層（９Ｃ）を多結晶
半導体層（２）の長手方向と直交する方向に分割してそ
の表面積を大とし、輻射効率を向上せしめた場合である
。

尚、第１図〜第９図の実施例は、これらを適宜折衷する
ことができる。その場合、高熱伝導率層又は及び高熱輻
射重層と、低熱伝導率層とを組合せて用いることになる
。

以下に第１０図を参照して、本発明に用いられる放熱制
御層としての高熱伝導率層を、ｆ−）電極としても用い
たＭＯ８電界効果トランジスタの製法の一例について説
明する。第１０図Ａにおいて、（１）は石英等の絶縁基
板であって、その上に５１０２等の絶縁層ａ１を被着形
成する。この絶縁層（１０上にシリコンからなる多結晶
半導体層（２）を被着形成し、その上に１００ＯＸ以下
の８１０２層のごとき反応防止層（８）を被着形成する
。多結晶半導体層（２）上においてその中央部に反応防
止層（８）を介して金属から成る高熱伝導率層（９Ａ）
を被着形成する。そして、多結晶半導体層（２）を上述
と同様に加熱手段によって加熱溶融及び冷却固化するこ
とにより、多結晶半導体層（２）を単結晶半導体層−に
変換する。

次に第１０図Ｂに示す如く、イオンプランテーシヨン等
の技法によシ、Ｐ型又はＮ型の不純物を単結晶シリコン
半導体層翰の両側の領域に打ち込んで、ｐ型又はｎ型の
不純物領域（２０ａ）　、　（２０ｂ）を形成する。

しかる後第１０図Ｃに示す如＜゛、反応防止層（８）の
不純物領域（２０１Ｌ）　、　（ｚｏｂ）上の部分にエ
ツチングによシ孔を穿け、ドレイン及びソース電極とな
る金属電極層（２１ａ）　、　（２１ｂ）をその孔を通
じて不純物領域（２０ａ）　、　（２０ｂ）上及び反応
防止層（８）上に亘って被着形成する。この場合、ダー
ト電極としての高熱伝導率層（９Ａ）の下の反応防止層
（８）は単結晶半導体層鎗との間の絶縁膜として機能す
るのでその厚さは、上述の如く約１０００Ｘ以下が好適
である。

第１０図においては、多結晶半導体層（２）を単結晶シ
リコン半導体層（イ）に変換してから不純物のドープを
行ったが、多結晶シリコン半導体層（２）に予めイオン
プランテーション技術等により不純物をドープさせるこ
とも可能である。

第１０図の実施例によれば多結晶半導体層を単結晶半導
体層に変換する際の、結晶の高品質化に用いる金属から
成る高熱伝導率層をＭＯ８電界効果トランジスタのゲー
ト電極として用いるので単結晶薄膜を用いてＭＯ８電界
効果トランジスタを製造コストヲ少なくして容易に作る
ことができる。

発明の効果 上述せる本発明によれば、中央部に結晶粒界の生じ難い
品質の良好な半導体単結晶薄膜を形成することのできる
半導体単結晶薄膜の製造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明による半導体単結晶薄膜の製造
方法の各実施例を示す断面図、第１０図は本発明による
半導体単結晶薄膜の製造方法を応用したＭＯ３電界効果
トランジスタの製造方法の工程を示す断面図、第１１図
は従来の半導体単結晶薄膜の製造方法の説明に供する断
面図、第１２図は第１１図の多結晶半導体層の結晶化の
説明に供する線上である。 （１）は基板、（２）は多結晶半導体層、（８）は反応
防止層、（９Ａ）〜（９Ｃ）は放熱制御層で、そのうち
（９Ａ）は高熱伝導率層、（９Ｂ）は低熱伝導率層、（
９Ｃ）は高熱伝導率層である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体層に対し加熱手段を走査させて、上記半導体層を
   溶融させた後冷却固化させて半導体単結晶薄膜を形成す
   るようにした半導体単結晶薄膜の製造方法に於いて、上
   記半導体層の上記加熱走査方向と略直交する方向の温度
   分布を双峰形にする放熱制御層を、略５０００Å以下の
   反応防止層を介して上記半導体層上に選択的に被着する
   ことを特徴とする半導体単結晶薄膜の製造方法。