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JPS61251115A - 絶縁膜上の半導体単結晶成長方法 - Google Patents

絶縁膜上の半導体単結晶成長方法

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Publication number
JPS61251115A
JPS61251115A JP60094406A JP9440685A JPS61251115A JP S61251115 A JPS61251115 A JP S61251115A JP 60094406 A JP60094406 A JP 60094406A JP 9440685 A JP9440685 A JP 9440685A JP S61251115 A JPS61251115 A JP S61251115A
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JP
Japan
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film
region
single crystal
insulating film
growth
Prior art date
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Pending
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JP60094406A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Mukai
良一 向井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS61251115A publication Critical patent/JPS61251115A/ja
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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〕 通常、集積回路は半導体基板上に形成されるが、集積度
及び性能の向上を目的として、絶縁膜の上に単結晶半導
体層を形成した所謂、Ｓ　ＯＩ　（Ｓｅｓ＋１−ｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ　Ｏｎ　Ｉ　ｎ５ｕｌａｔｏｒ）技術の開
発が進んでいる０本発明は絶縁膜上の半導体層の単結晶
化の改良を目的とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、絶縁膜の上に半導体の単結晶層を成長させる
に当たり、種結晶、即ちシードがなく、成長の過程で成
長核を形成して単結晶層を形成する方法に関する。
Ｓｏｌ技術は、各トランジスタが絶縁膜上に形成される
ため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くする新しい技術であり、半導体
集積回路の高速化、高集積化に寄与する所大である。
更に、機能素子を上下の方向に三次元的に形成可能とす
る新しい技術として注目されている。
ＳＯｌの基本的な問題として、絶縁膜上に半ｍ体単結晶
層を形成することが必要である。その方法としては、半
導体基板の一部領域に絶縁膜の開口部を露出させ、非結
晶半導体を加熱して上記露出せる基板領域を核として、
結晶を成長させる方法、即ちシード（種結晶）を用いた
方法がある。
一方、設計の自由度を上げるため、シードをもたず非結
晶半導体層を形成して、これを単結晶化する方法も開発
されている。
然し、技術的な問題が多く更に改善が要望されている。
〔従来の技術〕
従来の技術による絶縁膜上に半導体の単結晶を成長させ
る方法を簡単に説明する。
第３図に示すごとく、シリコン基板１上に酸化膜、ある
いは窒化膜等の絶縁膜２が積層され、更にＣＶＤ法によ
りポリシリコン層３を成長させる。
ポリシリコン層３は単結晶シリコンとして再結晶化すべ
き層とする。
ポリシリコンを加熱溶融する手段として、レーザ、ある
いは電子ビーム等が用いられるが、通常、連続発振のア
ルゴンイオンレーザが多く使用される。
レーザビームを掃引してポリシリコンを一旦溶融し、そ
の後、冷却されて再結晶する時に、単結晶化を図ること
が必要であり、これには一つだけの核から始まる結晶成
長を起こすことが必要になる。
第３図の絶縁膜２の上において、ビームのメルト幅より
も広い面積のシリコン膜を一様に加熱溶融し冷却すると
、再結晶のシードが多数発生し、　　゛これらシードを
中心としてそれぞれ結晶が成長するため、結晶の粒界が
無数に発生して、大きい単結晶が得られないという問題
がある。
これを避けるため第３図では、絶縁膜２に間隔をおいて
シリコン基板を露出せしめた成長窓４を設けて、ポリシ
リコン層の一部は単結晶シリコン基板１に接する構造と
している。
レーザによるポリシリコンの加熱溶融、掃引を絶縁膜の
成長窓４より始めると、この窓部分では冷却時に基板の
結晶方位と同じくした単結晶の成長が始まる。これをシ
ードとして、レーザの掃引に伴って結晶は絶縁膜上にま
で成長していく。
然し、上記の方法では加熱による温度上昇、冷却条件等
にバラツキがあり、特に窓の部分と絶縁膜上では熱伝導
が大きく相違するので、−個所の結晶核で大きな単結晶
を作ることが技術的に困難である。従って、絶縁膜の窓
を多数設けることが必要となる。
この方法は一つのチップ上でも多数の絶縁膜の窓を設け
ることが必要となり、これらの窓の部分は後の素子形成
では使用出来ない領域であり、高集積化の妨げとなる。
この対案として、既存の単結晶をシードとして使用しな
いでパターンニングされた反射防止膜を用い、結晶シー
ド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４図により更に詳しく説明する。
第４図（ａｌの構造は第３図のポリシリコン層の上に酸
化膜、あるいは窒化膜等の反射防止膜５を積層した断面
図、第４図（ｂ）はその上面図を表す。反射防止膜には
希望の温度゛分布を与えるためパターンニングされた窓
領域６が形成されている。
レーザで窓領域６を長さの方向に掃引すると、レーザビ
ームの直径が窓の幅より大きい時、反射防止膜の下のポ
リシリコン溶融領域は、窓の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の光
の吸収が、開口部のそれよりも大きいため、開口部の中
心部が最も低温となる温度分布が形成されるためである
。
従って開口部の中心部から核成長が進み、この領域での
結晶粒界の発生を防ぐことが出来る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記に述べた、開口部を有する反射防止膜を用いた成長
方法では、その開口部を大きくしていくと、最初のシー
ド即ち結晶成長核が一個所のみでなく複数個所に発生し
、出来上がった結晶は、複雑な粒界面をもった結晶にな
るという問題を生じて（る。
この理由としてレーザビームの強度分布は平坦ではなく
、通常ガウス分布をしていること、レーザビームを掃引
する最初の開口部領域での冷却の境界条件が極めて複雑
になってくるので、ビーム掃引の中心線上の冷却を最も
速くして、ここにシードを発生させることが困難なるこ
と等、複雑に要因が入り雑じり、奇麗な単結晶を得るに
は、そのプロセスのコントロールは極めて困難なものと
なる。
ｃ問題点を解決するための手段〕 上記、既存の単結晶をシードとして使用しない単結晶成
長法の問題点は、下記に述べるパターン形状とビームの
掃引方法により解決される。
即ち、パターン形状グとしては、長方形の素子形成領域
に接して、照射ビーム径よりも充分小さい幅の突出領域
を併設し、漸次その幅を拡大して上記素子形成領域を形
成するパターンを用いる。
ビームの照射は、前記突出領域より開始して、素子形成
領域に順次移行して掃引することにより、突出領域に単
一のシードを発生し、これを核として素子形成領域全面
に単結晶を成長させることが可能となる。
〔作用〕
上記に説明せるごとく、最初のビームの照射を反射防止
膜のパターンのビーム径より充分小さい突出領域より開
始することにより、この領域に先ず単一のシードを発生
する。
これを種結晶として、順次ビームを掃引して、幅の広い
パターン領域に引き延ばすことにより、パターンの開口
部の全面にわたって単結晶を成長させることが可能とな
る。
〔実施例〕
本発明による一実施例を図面により詳細説明する。第１
図は本発明の上面図、第２図はＸ−Ｘ線での断面図を示
す。
第２図において、シリコン基板１上の絶縁膜としては厚
い約１μｍ程度のＳｉｎｇ膜７と約１０００人の５ｉ３
Ｎａ膜８の２層を用いている。
また４０００〜５０００人ポリシリコン層３の上には、
反射防止膜５としてはＳ　ｉ　Ｏｚ膜９を約３００人と
更に５ｉ３Ｎｎ膜１０を約３００人の２層として積層し
ている。
積層の厚さの誤差は、±１０％程度に抑えることが望ま
しく、従ってＳｉＯ□膜は熱酸化により、また５ｉｚＮ
、膜は低圧のＣＶＤ法により成長させる。
上記構造の反射防止膜により、照射レーザビームのほぼ
９７％のエネルギーはポリシリコン層に吸収され、効率
の良い反射防止作用を得る。
本発明の特徴となる部分は、反射防止膜の窓領域６の形
状である。即ち、結晶成長の開始点で、幅を約１０μｍ
と細くした約２０μｍの長さの突出領域１１を設け、し
かる後、漸次幅を広げて素子領域を設ける構造を取って
いることである。
素子形成領域としては、幅３０μｍ程度の単結晶領域を
形成することが可能である。
突出領域１１の幅は必ずしも１０μｍにこだわるも°の
でなく、実験のデータでは１００μｍのレーザビーム径
に対して、５〜２０μｍ程度の幅でも単一のシードを形
成することが可能である。
ウェハー上に上記のごときパターンを多数形成して、ア
ルゴンイオンレーザの掃引を行う。掃引は第１図の突出
領域１１より矢印の方向に一回にて行う。
突出領域はレーザビーム径に対して充分小さいパターン
幅の領域となっているので、溶融部の冷却は掃引の中心
線上で最も速く、この部分にシードを一つだけ発生する
。この成長核を掃引方向に沿って延ばすことによりミ大
きな単結晶を得ることが出来る。
〔発明の効果〕
以上に説明せるごとく、本発明の反射防止膜の開ロバタ
ーンとビームの照射方法を用いることにより、最初に発
生する結晶のシードを一つに抑えることが可能となり、
これを核として結晶を引き延ばすことにより絶縁膜上に
大きい単結晶の成長が容易に形成可能となった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を説明するための上面図、第２図は本発
明を説明するための断面図、第３図は従来の方法を説明
するための断面図、第４図（ａ）、　（ｂ）は別の従来
の方法を説明するための断面図、及び上面図、 を示す。 図面において、 ｌはシリコン基板、 ２はｖＡ緑膜、 ３はポリシリコン層（多結晶半導体層）、４は成長窓、 ５は反射防止膜、 ６は窓領域、 ７．９はＳｉ０ｇ膜、 ８、ＩＯはＳ　ｉ　ｘ　Ｎ　ａ膜、 １１は突出領域、 をそれぞれ示す。 第１ｍ 第２図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　絶縁膜（２）上に多結晶半導体層（３）、パターンニ
    ングされた反射防止膜（５）を順次積層し、ビームを照
    射、掃引して該多結晶半導体層を一旦溶融し、冷却過程
    で単結晶半導体層を成長させるに当たり、前記パターン
    ニングによる窓領域（６）は、素子形成領域に接して設
    けられた、前記ビーム径よりも充分小さい突出領域（１
    １）を併設した形状を用い、ビームの照射、掃引は、該
    突出領域より開始して、素子形成領域に順次移行するこ
    とを特徴とする絶縁膜上の半導体単結晶成長方法。
JP60094406A 1985-04-30 1985-04-30 絶縁膜上の半導体単結晶成長方法 Pending JPS61251115A (ja)

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