JPS63174308A - 半導体薄膜結晶層の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁膜上に半導体薄膜結晶層を成長させる方
法に係わり、特に絶縁膜に設けた開口部をシードとして
用いる半導体薄膜結晶層の製造方法に関する。

■　単結晶薄膜を島状に分離し或いは誘電体により分離
することによって、′素子間の分離が容易且つ完全とな
る。

■　単結晶薄膜上にＭＯＳインバータ回路を作るときは
、基板バイアス効果がないことからスイッチング速度が
速い。

■゛　寄生浮遊容量が小さく、高速化をはかり得る。

等の利点を有する。

ところで、ＳＯ８では下地基板として単結晶すファイア
が必要となるため、価格が高くなることが問題点として
残っている。そこで、溶融水晶板やＳｉウェハを酸化し
て形成した非晶質５ｔｏ２膜或いはＳｉウェハ上に堆積
したＳｉＮ。

５ｉ０２膜上に半導体膜を更に堆積したものを使用する
試みがある。このようなＳＯＩ　（絶縁膜上のシリコン
）構造は、最近発達したビームアニール法によって部分
的に可能になっている。即ち、Ｓｉを例にとると、単結
晶Ｓｉ基板を酸化し、５ｉ０２膜を形成した後、この一
部分を除去することによって開口し、次に多結晶Ｓｉ膜
を全面に長によって単結晶化し、さらにビームの走査方
向に沿って５ｉ０２膜上の多結晶Ｓｉ膜もそれに引続き
単結晶化されると云うものである。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、開口部上に被着したＳｉを溶融せしめ
るのに必要なエネルギーは、５ｉ０２膜上でのそれと比
較して高くなる。これは、Ｓｔの熱伝導率が８１０２の
それよりも大きいため、Ｓｉ基板上のＳｉ膜では熱が基
板下方に伝導していく割合いが大きくなり、基板表面近
くの温度が５ｉ０２膜上のＳｉ膜よりも同一供給エネル
ギー条件の下では低くなるためである。これを解決する
ためにエネルギーを大きくすると、５ｉ０２膜上のＳｉ
膜表面の平滑性が失われる現象が見られ、従来の方法で
は絶縁膜上に表面平坦性の優れたＳｉ単結晶層を得るこ
とは困難であった。そして、３次元ＩＣを実現するには
、この欠点が解決すべき大きな問題となっている。

（発明が解決しようとする問題点） 質の半導体単結晶層の成長を妨げる要因となっていた。

また、上記理由から、３次元ＩＣの製造等に用いる表面
平滑性の優れた半導体単結晶層を得ることは困難であっ
た。

本発明上記事情を考慮してなされたもので、その目的と
するところは、再結晶化する半導体薄膜のシード部上と
絶縁膜上との熱的条件を同等のものとすることができ、
絶縁膜上に表面平滑性の優れた良質の半導体単結晶層を
成長させることのできる半導体薄膜結晶層の製造方法を
提供することにある。

［発明の目的〕 （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、再結晶化する半導体薄膜のシード部と
なる下地半導体領域を絶縁膜で下地基板と分離し、シー
ド部から下地基板への熱伝導を小さくし、シード部上の
半導体薄膜と絶縁膜上の半導体薄膜との熱的条件を近付
けることにある。

即ち本発明は、半導体単結晶基板上に一部開口部を有す
る絶縁膜を形成したのち、全面に非晶質若しくは多結晶
の半導体薄膜を堆積し、次いでこの半導体薄膜上でエネ
ルギービームを走査して該薄膜を溶融・再結晶化せしめ
る半導体薄膜結晶層の製造方法において、前記再結晶化
せしめる半導体薄膜と前記開口部を介して接続している
下地半導体領域を、予め絶縁膜により前記基板とは分離
するようにした方法である。

（作用） 上記方法であれば、シード部となる下地半導体領域が基
板とは絶縁膜で分離されるので、シード部領域から基板
への熱伝導が小さくなり、エネルギービーム照射時のシ
ード部上と絶縁膜上との半導体薄膜の温度差が小さくな
る。従って、半導体薄膜に照射するエネルギービームの
量を最適化することができ、絶縁膜上に良質の半導体単
結晶層を形成することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１の実施例方法に係
わる半導体薄膜結晶層の製造工程、を示す断面図である
。まず、第１図（ａ）に示す如く単結晶Ｓｉ基板１１に
ゲート電極１２及びソース・ドレイン１３．１４からな
るＭＯＳトランジスタを形成し、この上に第１の層間絶
縁膜としてのシリコン酸化膜（Ｓｉ０２膜）１５を平坦
に形成する。続いて、ＳｉＯ２膜１５の一部に後述する
ビームアニールの際のシード部となる開口部１６を形成
する。その後、第１図（ｂ）に示す如く、全面に第１の
多結晶Ｓｉ膜１７を堆積し、さらにニーの上にキャップ
層としての５ｉ０２膜１８を堆積する。

次いで、第１図（ｃ）に示す如く、キャップ層１８を介
して多結晶Ｓｉ層１７に電子ビーム１９を照射し走査す
ることにより、多結晶Ｓｉ膜１７を溶融・再結晶化せし
め、単結晶Ｓｔ層１７′を形成する。ここで、上記電子
ビーム１９のビーム径は１００［μｍφ］、走査速度は
１０［ＣＭ／ｓｅｅ　］とした。さらに、ビーム走査の
際に、該ビームを走査方向と直交する方向に高速偏向（
周波数５０ＭＨｚ、振幅４１ｍ）することにより、電子
ビーム１９を疑似線状ビームとした。

次いで、第１図（ｄ）に示す如くキャップ層１８を除去
した後、単結晶Ｓｔ層１７′にゲート電極２２及びソー
ス・ドレイン１３．１４からなるＭＯＳトランジスタを
形成する。さらに、次に形成すべきＳｉ層のシード部と
なるべき部分２１を残し、単結晶Ｓｉ層１７′を酸化し
て５ｉ０２膜２２を形成する。この状態で、単結晶Ｓｔ
からなるシード部２１は、５ｉ０２膜１５．２２により
覆われたものとなり、基板１１とは分離されることにな
る。

く全面に第２の多結晶Ｓｉ膜（半導体薄膜）２７を堆積
し、さらにこの上にキャップ層としての５ｔｏ２膜２８
を堆積する。

次いで、先と同様に第１図（ｇ）に示す如く、電子ビー
ム２９を照射走査し、多結晶Ｓｉ層２７を溶融・再結晶
化することによって、５ｉ０２膜２５上に単結晶Ｓｔ層
２７′が形成・されることになる。

このように本実施例方法によれば、絶縁膜としての５ｉ
０２膜２５上に単結晶Ｓｔ層２７′を形成することがで
きる。そしてこの場合、多結晶Ｓｉ膜２７をビームアニ
ールする際には、シード部２１となる下地Ｓｉ領域が５
ｉ０２膜１５゜２５により基板１１と分離されているの
で、シード部２１上と５ｉ０２膜２５上とにおける熱的
条件は略等しいものとなる。このため、ビームアニール
の際に多結晶Ｓｉ膜２７をシード部２１上及び５ｉ０２
膜２５上とで略同じ温度に加熱することができ、良質の
単結晶Ｓｔ層２７′を形成することができる。また、シ
ード部２１上及び５ｉ０２膜２５上における多結晶Ｓｉ
層２７のビームアニール時の温度を略等しくできるので
、ビシムエネルギーを低く抑えることが可能となり１、
　ｆ 次いで、第２図（ｃ）に示す如く、先の実施例と同様に
全面に多結晶Ｓｉ層２７及びキャップ層２８を形成し、
電子゛ビーム２９の照射により多結晶Ｓｉ層２７を溶融
・再結晶化する。

このような実施例方法であっても、先の実施例と同様の
効果が得られる。また、開口部２６を予め単結晶Ｓｉ層
３１で埋込んでおくことにより、多結晶Ｓｉ層２７をよ
り平坦に形成することができる等の利点がある。

第３図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施例方法を説
明するための工程断面図である。この実施例方法は、単
結晶ＳＬ基板のシード部を絶縁分離するようにしたもの
である。

まず、第３図（ａ）に示す如く、単結晶Ｓｉ基板４１上
にシリコン窒化膜（Ｓｉ２Ｈ４）膜４２を形成し、この
Ｓｉ３Ｎ４膜４２をレジスト４３をマスクとしてバター
ニングする。この状態でＢ÷イオン注入を行い、マスク
されていない領域１；ｐ十層４４を形成する。

次いで、第３図（ｂ）に示す如く、ＳＬ３Ｎ４４２を通
してプロンプトイオン注入を行い、４５０［”Ｃ］でＮ
２中の熱処理を行い注入層をドより、ｐ型層（基板１１
の表層及びｐ中層４４）は多孔質化するが、ｎ型層（ｎ
中層４５）はそのままである。さらに、９５０［”Ｃ］
の水蒸気酸化を行い、第３図（ｃ）に示す如く、多孔質
化したｐ型層を酸化し、５ｉ０２膜４６を形成する。こ
のとき、プロトン注入で発生したドナーは消滅し、絶縁
層（Ｓｉ０２膜４６）で完全に分離された単結晶領域（
シード部）４７が残ることになる。

次いで、第３図（ｄ）に示す如く、全面に層間絶縁膜と
しての５ｉ０２膜４８を堆積し、この５ｉ０２膜４８の
前記シード部４７上に開口部４９を形成する。その後、
全面に多結晶Ｓｉ膜５０及び図示しないキャップ層を堆
積し、これをビームアニールすることにより、先の実施
例方法と同様に単結晶Ｓｔ層が形成されることになる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、前記絶縁膜に設ける開口部は直線状
に開口してもよいし、点状に開口してもよい。さらに、
開口部の大きさ等は仕様に層の単結晶層形成の双方に本
発明を適用することも可能である。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、ビームアニールす
べき半導体薄膜に接触する下地半導体領域の基板への熱
伝導が抑えられるので、シード部及び絶縁膜上の半導体
薄膜の加熱温度を略等しくすることができる。従って、
シード部における半導体薄膜の溶融・再結晶化を容易に
することができ、絶縁膜上に良質の半導体単結晶層を形
成することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施例
方法を説明するための工程断面図、第３図（ａ）〜（ｄ
）は本発明の第３の実施例方法を説明するための工程断
面図である。 膜（半導体薄膜）、１７’、２７’・・・単結晶シリコ
ン層、１８．２８・・・キャップ層、１９．２９・・・
電子ビーム（エネルギービーム）、２１．４７・・・シ
ード部、２２．４６・・・５ｔ０２膜（シード部分出願
人　工業技術院長　飯塚　幸三 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体結晶基板上に一部開口部を有する絶縁膜を
   形成したのち、前面に非晶質若しくは多結晶の半導体薄
   膜を堆積し、次いでこの半導体薄膜上でエネルギービー
   ムを走査して該薄膜を溶融・再結晶化せしめる半導体薄
   膜結晶層の製造方法において、前記開口部に露出する下
   地半導体層領域が前記基板とは絶縁膜により分離されて
   いることを特徴とする半導体薄膜結晶層の製造方法。
2. （２）前記半導体単結晶基板は、絶縁膜上に単結晶層を
   形成してなるものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体薄膜結晶層の製造方法。
3. （３）前記半導体薄膜を形成する前に、前記開口部内に
   単結晶半導体膜をエピタキシャル成長せしめることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体薄膜結晶層
   の製造方法。