JPS6235610A - Ｓｏｉの形成方法 - 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】 〔概要〕 半導体装置の集積度と性能の向上を目的とした３次元構
造集積回路の開発が進んでいるが、その基本技術として
絶縁膜上にグレイン・バウンダリー・フリー（Ｇｒａｉ
ｎ　Ｂｏｕｎｄａｒｙ　Ｆｒｅｅ）の領域形成の問題が
あり、本発明ではグレイン・バウンダリー・フリーの領
域を所望の領域に形成するため、再結晶化のシートの発
生位置を制御する方法を述べる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、３次元構造集積回路の基本技術となるレーザ
照射によるＳＯＩの形成方法に関する。

ＳＯＩ技術は、各機能素子が絶縁層上に形成され浮遊容
量が著しく減少すると共に、隣接の機能素子部との絶縁
の問題をな（する新しい技術であり、半導体集積回路の
高集積化と性能の向上に寄与する所が大きい。

絶縁層上に半導体のグレイン・バウンダリー・フリー領
域、あるいは単結晶島を形成する方法には幾つかの方法
が開発されている。

その一つとして、結晶性の半導体基板上に形成された絶
縁層の一部領域を開口し、基板表面を露出させ、基板の
結晶性を引き継いだ形で絶縁層上にエピタキシアルに単
結晶を成長させる方法がある。

一方、設計の自由度を上げるため、非単結晶シリコン層
を絶縁層上に堆積し、これにレーザ・ビームを照射して
再結晶化する方法が開発されている。

本発明はこのレーザ・ビームの照射により再結晶化を進
めるに当たり、反射防止膜のパターン構造、レーザ・ビ
ームの走査方向、再結晶化のシートの発生位置との関係
に検討を加え、所望の位置にグレイン・バウンダリー・
フリーの再結晶領域を形成する方法を述べる。

〔従来の技術〕

従来の技術による絶縁層上の半導体堆積層を再結晶化し
て１．単結晶領域を成長させる方法について簡単に説明
する。

この方法には、絶縁層上に堆積された非単結晶シリコン
層に、パターンニングされた反射防止膜を形成し、レー
ザ照射により結晶シートを形成し易い温度分布を与えて
、単結晶を成長させる方法がある。

これを第３図（ａｌ、　（ｂｌに示す上面図、及び断面
図により更に詳しく説明する。

シリコン基板１に酸化膜等の絶縁層２が形成され、絶縁
層上には再結晶化すべき非単結晶シリコン層３、例えば
ポリシリコン、あるいはアモルファス・シリコン層を成
長させる。

ポリシリコン層の場合について説明すると、ポリシリコ
ン層上に、更に酸化膜、あるいは窒化膜等よりなる反射
防止膜４を積層する。反射防止膜には希望の温度分布を
与え再結晶化領域を形成するため長方形のパターンニン
グされた開口部５が形成されている。

アルゴン・レーザで開口部５を長辺方向、即ち図で矢印
の方向に走査する。開口部の幅すは通常レーザ・ビーム
の直径より充分小さく選ばれるので、反射防止膜の下の
ポリシリコン溶融領域は開口部よりも冷却速度が遅くな
る。

これは反射防止膜の下のポリシリコン層では、光エネル
ギーの吸収が開口部のそれよりも大きくなるため、窓の
中央部より到達温度が高くなることによる。

従って開口部ではレーザ・ビームの走査により冷却が最
も早（進む点Ｐから結晶シートの成長が始まる。その後
走査の方向に沿って再結晶化が進むつ 細長いストライプ状の反射防止膜を平行して設けて、ス
トライプに平行にレーザ・ビームを走査した場合、再結
晶化して単結晶を形成する領域は幅２０〜３０μｍ、長
さは数１００μｍの島状の領域を得ることが出来ること
が判っている。

然し、単結晶領域を更に拡大化するために、このストラ
イプの長さを増してもこれ以上の大きさを得ることは非
常に困難である。

その理由は、レーザ・ビームの出力の不安定がこのよう
に連続して核成長をつないで行く場合に大きく作用して
、この核成長を妨げ結果としてグレイン・バウンダリー
を発生することによる。

また、上記のビームの走査方向と直角方向に結晶を成長
させたい場合、走査方向とは直角に複数のストライプ状
の反射防止膜を形成して行う単結晶成長が可能であるこ
とは、本発明者の向弁により別件特許として提案されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記に述べた、従来の技術による方法でＸ軸方向に細長
いストライプ状の反射防止膜を平行して設け、レーザ・
ビームの走査をＸ軸方向とした場合、Ｘ軸上のどの位置
に単結晶が形成されるかを規定することは出来ない。

第３図（ａ）のごとくＰ点で最初のシートは発生するが
単結晶は開口部の他端まで延びず、途中で再び単結晶島
状領域が形成されるがその位置は不規則である。

同様に走査方向をＸ軸方向としてＹ軸方向に再結晶化を
進める場合も（前記、別件特許）、Ｙ軸のどの位置から
単結晶が成長するかを規定することが出来ない。

このため３次元集積回路としてＳＯＩを形成する場合に
グレイン・バウンダリー・フリーの領域位置をチップ上
に前辺て予測出来ないため回路設計が著しく困難となる
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は反射防止膜のパターン形状及び形成位置に
ついて、本発明のＳＯＩ形成方法の適用によって解決さ
れる。

即ち、絶縁層上に積層された非単結晶シリコン層上に１
辺を除き３辺を閉鎖されたるストライブ状の開口部をも
つ反射防止膜パターンを積層し、エネルギー線を前記反
射防止膜パターン領域に照射走査することにより、前記
パターンの開口部の閉鎖された端部近傍に再結晶成長の
シートを発生させることが出来る。

〔作用〕

上記説明せる反射防止膜の構造によりエネルギー線を照
射して非単結晶シリコン層を溶融した場合、開口部の端
部に温度分布を発生し、最も冷却が早く進行して、再結
晶化のシートを発生する位置が開口部に対して規定でき
ることである。

これによりグレイン・バウンダリー・フリーの島状領域
をウェハー上で所望の位置に形成可能となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面により詳細説明する。

第１図は再結晶のシート発生の状況を説明するための基
板上面図を示す。

非単結晶シリコン層上に積層された反射防止膜４は、６
，７．８の３辺で囲まれた開口部５がパターン形状グさ
れている。図で６．８のＹ軸方向の長さａ、ｃは横方向
の幅すより充分大きいとする。

図面の点線で示す円９は、ある時点でのレーザ・ビーム
の照射領域を表す。ビーム直径ｄはパターンの横幅すよ
りも充分大きく選ばれる。

ビームの走査の方向をＸ軸方向とし、最初に点線２１に
沿って走査し、２回目の走査を点線２２に沿って走査す
る。このようにして基板上を２次元的Ｙ軸方向に移動し
つつ走査を行った場合、反射防止膜の下の領域はエネル
ギーの吸収が大であり、温度分布が発生する。

走査により非単結晶シリコンが一旦溶融し、その後に冷
却されるが、開口部の辺すよりある距離離れたＰ点の温
度低下がもっとも早く、Ｐ点に再結晶シートを発生する
。

その後、Ｐ点より単結晶化が進行しＹ軸方向にグレイン
・バウンダリー・フリーの領域１０が形成される。

Ｐ点と辺すとの間の領域では単結晶は延びず、グレイン
・バウンダリー１１が発生する。

レーザ・ビームの走査方向を９０度回転して、Ｙ軸を主
走査方向として、逐次Ｘ軸方向に移動しつつ走査した場
合でも、ある時点ではビームは開口部を一度の走査によ
り照射することになり、再結晶化のシートの発生は同様
にＰ点となる。

レーザ・ビームの照射により一つのグレイン・バウンダ
リー・フリーの島状領域の成長は、長さとしては数１０
０μｍ程度が限度であり、チップ上にこのような多数の
島状領域を所定の位置に形成するためには第２図のごと
く必要数の長方形の開口部をもつ反射防止膜を形成する
。第２図ではチップ上の一部分のみを表示する。

これにエネルギー線を照射することにより、上記に説明
せるごとく開口部に対する再結晶化のシートの発生位置
Ｐ点が決まり、ＳＯＩ構造の集積回路として設計上必要
なる所定の位置にグレイン・バウンダリー・フリーの島
状領域が形成出来る。

〔発明の効果〕

以上に説明せるごとく本発明のＳＯＩの形成方法を適用
することにより、グレイン・バウンダリー・フリーの島
状領域を基板上で自由に設計配置することが可能となり
、集積回路の設計自由度の向上と、高性能化に寄与する
所大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかわる再結晶シート発生を説明する
上面図、 第２図は本発明を説明するチップ上の開口部配置、 第３図（ａｌ、　（ｂｌは従来の技術による再結晶化を
説明する上面図及び断面図、 を示す。 図面において、 １はシリコン基板、 ２は絶縁層、 ３は非華結晶シリコン層、 ４は反射防止膜、 ５は開口部、 ９はレーザ・ビーム照射領域、 １０はグレイン・バウンダリー・フリー領域、１１はグ
レイン・バウンダリー、 をそれぞれ示す。 第１図 １４甚日取ｎｔ何１釦±ツー７・上の串口邦υと！第２
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁層上に積層された非単結晶シリコン層上に１辺を除
   き３辺を閉鎖されたるストライプ状の開口部（５）をも
   つ反射防止膜（４）パターンを積層し、エネルギー線を
   該反射防止膜パターン領域に照射走査して、前記開口部
   の閉鎖された端部近傍に再結晶成長のシートを発生させ
   ることを特徴とするＳＯＩの形成方法。