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JPH0770479B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JPH0770479B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0770479B2 JP60025189A JP2518985A JPH0770479B2 JP H0770479 B2 JPH0770479 B2 JP H0770479B2 JP 60025189 A JP60025189 A JP 60025189A JP 2518985 A JP2518985 A JP 2518985A JP H0770479 B2 JPH0770479 B2 JP H0770479B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法、特に絶縁膜上の島状非
単結晶シリコン膜をエネルギーを与えることによって島
状単結晶シリコン膜とする方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、絶縁膜上に島状に形成した非晶質シリコン或は多
結晶シリコン膜からなる非単結晶シリコン膜を、エネル
ギーを与えることにより単結晶化させ、島状単結晶シリ
コン膜を形成する場合において、エネルギーを与えるこ
とによるシリコンの熔融状態に起因する表面の凹凸状の
変形が発生することがあった。
さらには、島状非単結晶シリコン膜の下面にある絶縁基
板或は絶縁膜が二酸化シリコンにより形成されている場
合には、熔融状態のシリコンと二酸化シリコンとの濡れ
の悪さに起因して、熔融状態のシリコンが液滴状に丸く
変形するか、又は冷却再結晶化した島状単結晶シリコン
膜が下面の絶縁基板或は絶縁膜から剥離を生じることが
あった。
これらの変形や剥離を防止することを目的として、島状
非単結晶シリコン膜の上面に二酸化シリコンや窒化シリ
コンからなる絶縁膜を独自に又は各々一層づつ重ねて形
成してエネルギーを与える方法が提案されている(特開
昭57−20812,58−12320)。又、二酸化シリコン膜及び
窒化シリコン膜を一層づつ重ねて形成することは製造方
法を非常に複雑化する欠点を有していた。
[発明の解決しようとする問題点] 従来、提案されている方法において島状非単結晶シリコ
ン膜の上面に形成する絶縁膜として二酸化シリコンを用
いた場合は、エネルギーを与えることによる熔融状態の
シリコンの上で二酸化シリコン膜を軟化し得られた島状
単結晶シリコン膜の変形による凹凸の発生を防止する点
で不充分であった。これは二酸化シリコンの軟化温度が
シリコンの熔融温度に近いことに起因していると思われ
る。
他方、窒化シリコンを用いた場合は、得られた島状単結
晶シリコン膜に亀裂を生じることがある。これは、窒化
シリコンが熔融シリコンとの濡れが非常に良いことに加
えて、さらに窒化シリコンと単結晶シリコンとでヤング
率が約1桁異ることに起因していると思われる。
従来の二酸化シリコン或は窒化シリコンからなる絶縁膜
を島状非単結晶シリコン膜の上面に形成してエネルギー
を与える方法は前述の様に効果の点で不充分であって、
問題点を有していた。
[問題を解決するための手段] 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、絶縁基板或は、絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を島
状に形成し、エネルギーを与えることにより前記島状の
非単結晶シリコン膜を単結晶膜または多結晶膜となし、
この島状単結晶または多結晶シリコン膜に半導体素子を
形成する半導体装置の製造方法において、前記島状の非
単結晶膜の厚みを1000nm以下とし、その上面に50〜500n
mの膜厚のシリコンオキシナイトライド膜を形成して、
エネルギーを与え、さらに、シリコンオキシナイトライ
ド膜を除去し、島状単結晶または多結晶シリコン膜を形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明においては、絶縁基板或は絶縁膜上に非単結晶シ
リコン膜を形成する。この絶縁性基板或は絶縁膜を有す
る基板としては、石英ガラス、耐熱性ガラス、カーボ
ン、セラミックス、シリコン等の上に必要に応じてSi
O2,Al2O3,SiON,Si3N4等の絶縁膜を形成したものが使用
でき、後述するアニール時に基板或は絶縁膜が溶融しな
いものであればよい。
このような、絶縁基板或は絶縁膜を形成した基板上に、
非晶質シリコン又は多結晶シリコンからなる非単結晶シ
リコン膜をCVD法等で形成する。この膜厚は目的により
適宜定められればよいが一般的には1000nm以下程度とさ
れる。
この非単結晶シリコン膜は、直接島状に形成されてもよ
いし、全面に形成後フォトリソグラフィーで島状にエッ
チングしてもよいし、後述のシリコンオキシナイトライ
ド膜(SiON)と同時にフォトリソグラフィーで島状にエ
ッチングしてもよい。
次いでシリコンオキシナイトライド膜を形成する。この
膜は、CVD法、プラズマCVD法、スパッタ、蒸着等種々の
方法で形成されればよく、その膜厚はその膜の光学特
性、ち密度等を考慮して適宜定められればよいが、一般
的には50〜500nm程度とされる。これは、500nmを越える
とシリコン膜にかかるストレスが大きくなり、又、50nm
未満では本発明の効果が充分発揮できないことがあるた
めである。
このシリコンオキシナイトライド膜は、島状にフォトリ
ソグラフィーでエッチングされてもよいし、全面に形成
したままでもよい。また、このシリコンオキシナイトラ
イド膜の上にSiO2等の他の薄膜を形成して反射率を低め
レーザー光の吸収効率を上げることもできる。
その後、単結晶化したい部分のシリコンに、レーザー
光、リボンヒーター或はストリップヒーター等を用いて
エネルギーを与え、単結晶化する。
なお、この外、本発明は多層構造の半導体装置の製造に
も使用でき、例えば既に回路を形成した半導体基板上を
本発明における基板として用いてもよい。
なお、本発明でいう単結晶膜とは、従来からインゴット
法等で形成された本来の狭義の単結晶のように均一なも
のばかりでなく、狭義の単結晶に近い膜である結晶粒界
(グレンバウンダリー)により分割されている膜も含
み、結晶粒界における結晶方位のずれの少ない、いわゆ
るサブグレンバウンダリーを有している膜であってもよ
い。このサブグレンバウンダリーは無い方がトランジス
タの特性上好ましいが、大型のトランジスタの場合はあ
っても影響が少ないため、用途により使いわけられれば
よい。
[作用] 本発明では、絶縁基板或は絶縁膜上の非晶質シリコン又
は多結晶シリコンからなる島状非単結晶シリコン膜の上
面に形成する絶縁膜としてのシリコンオキシナイトライ
ドが軟化温度、ヤング率、熔融シリコンとの濡れ性、及
び熱膨張率等において、二酸化シリコンと窒化シリコン
の中間の値を有することによりもたらされる。
[実施例] 以下、本発明の実施例により図面を用いて詳細に説明す
る。
第2図において、上面を鏡面研磨した厚さ約0.4mmの石
英ガラス基板(1)上にモノシラン(SiH4)を用いた化
学気相成長法(CVD)により、厚さ約400nmの多結晶シリ
コン膜(2)を基板全面に形成した。このとき、多結晶
シリコン膜の形成温度として約650℃としたが、約600℃
以上で多結晶となり、それより高温になるに従って粒径
が増大すること、及び逆に約600℃未満では、非晶質と
なることが知られているが何れの多結晶、非晶質シリコ
ン膜においても、本発明の実施において、同等の結果が
得られることを確認した。
第3図において、前記の多結晶シリコン膜をフォトリソ
グラフィーによって、パターニングし、島状多結晶シリ
コン膜(3)とした。
第4図において、前記島状多結晶シリコン膜を有する基
板全面にモノシランとアンモニア(NH3)及び二酸化炭
素(CO2)を用いた化学気相成長法により、シリコンオ
キシナイトライド膜を厚さ約100nm形成し、次いで、フ
ォトリソグラフィーにより島状多結晶シリコン膜の上面
部分にのみシリコンオキシナイトライド膜(4)をパタ
ーニングした。このとき、シリコンオキシナイトライド
膜をフォトリソグラフィーで除去しなくてもよい。
第5図において、表面を連続発振のアルゴンレーザー光
を用いて走査しエネルギーを与えた。レーザー光のエネ
ルギーは約10Wでよく、走査速度は約100mm/secであっ
た。このエネルギーを与える方法として、他のレーザー
光を用いてもよいし、リボンヒーターやストリップヒー
ターを用いてもよい。これによって前記島状の多結晶シ
リコン膜が熔融状態(5)となり次いで冷却し再結晶化
できる。
第1図に、再結晶化が完了した状態を示す。ここで島状
単結晶シリコン膜(6)は、変形がみられず凹凸が起っ
ていなく、又、亀裂の発生もなく、さらに剥離等も起っ
ていないことが判明した。又、上面にあるオキシナイト
ライド膜はフロンガス(CHF3)を用いたドライエッチン
グ工程により簡単に除去でき、得られた島状単結晶シリ
コン膜に半導体素子を形成し半導体装置となすことがで
きた。
第2図において多結晶シリコン膜を形成する場合基板に
石英ガラスでなく、表面に二酸化シリコン膜を形成した
単結晶シリコン基板を用いても本発明の実施において同
等の結果が得られる。
又、第4図において、シリコンオキシナイトライド膜の
厚さは多結晶シリコン膜上に形成された誘電体薄膜とし
て各界面からの干渉反射率を決定づけるので、レーザー
エネルギーの反射をできるだけ少なくする様に光学条件
から詳細に導いた膜厚を決定することが好ましい。
[発明の効果] 以上の如く本発明はエネルギーを与えることにより島状
単結晶シリコン膜となすための島状非単結晶シリコン膜
の上面にシリコンオキシナイトライド膜を形成しておく
ことを特徴とするもので、変形や亀裂剥離のない島状単
結晶シリコン膜を得ることができる優れたものである。
実施例として、島状非単結晶シリコン膜にエネルギーを
与えることにより島状非単結晶シリコン膜となす場合に
ついてのみ示したが、本発明の実施においては、島状非
単結晶シリコン膜にエネルギーを与えることによって、
結晶成長させて、島状単結晶シリコン膜に至らしめず、
粒径の大きい島状多結晶シリコン膜となす場合にも適用
可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図から第5図は、本発明の一実施例を示している。
図中(1)は石英ガラス基板、(2)は多結晶シリコン
膜、(3)は、島状多結晶シリコン膜、(4)はシリコ
ンオキシナイトライド膜(5)は熔融状態の島状シリコ
ン膜、(6)は再結晶化後の島状単結晶シリコン膜であ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板或は絶縁膜上に非単結晶シリコン
    膜を島状に形成し、エネルギーを与えることにより前記
    島状の非単結晶シリコン膜を単結晶膜または多結晶膜と
    なし、この島状単結晶または多結晶シリコン膜に半導体
    素子を形成する半導体装置の製造方法において、 前記島状の非単結晶膜の厚みを1000nm以下とし、 その上面に50〜500nmの膜厚のシリコンオキシナイトラ
    イド膜を形成して、エネルギーを与え、 さらに、シリコンオキシナイトライド膜を除去し、 島状単結晶または多結晶シリコン膜を形成することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】シリコンオキシナイトライド膜の厚みを10
    0nm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。
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