JPH01245511A - 結晶の形成方法 - Google Patents
結晶の形成方法Info
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- JPH01245511A JPH01245511A JP7289988A JP7289988A JPH01245511A JP H01245511 A JPH01245511 A JP H01245511A JP 7289988 A JP7289988 A JP 7289988A JP 7289988 A JP7289988 A JP 7289988A JP H01245511 A JPH01245511 A JP H01245511A
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- crystal
- thin film
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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。
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〕
本発明は結晶の形成方法に係り、特に堆積面材料の種類
による堆積材料の核形成密度の差を利用して作成した単
結晶の形成方法に関する。本発明は、例えば半導体集積
回路、光集積回路、磁気回路等の電子素子、光素子、磁
気素子、圧電素子あるいは表面音響素子等に使用される
単結晶の形成に適用される。
による堆積材料の核形成密度の差を利用して作成した単
結晶の形成方法に関する。本発明は、例えば半導体集積
回路、光集積回路、磁気回路等の電子素子、光素子、磁
気素子、圧電素子あるいは表面音響素子等に使用される
単結晶の形成に適用される。
絶縁物基板上に単結晶を成長させるＳｏｌ技術の分野に
おいて、表面材料間の核形成密度の差による選択核形成
に基づく方法が提案されている（Ｔ、Ｙｏｎｅｈａｒａ
ｅｔ ａｌ、（１９８７） ＥｘｔｅｎｄｅｄＡ
ｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ１９ｔｈ ＳＳ
ＤＭ、１９１ ）。
おいて、表面材料間の核形成密度の差による選択核形成
に基づく方法が提案されている（Ｔ、Ｙｏｎｅｈａｒａ
ｅｔ ａｌ、（１９８７） ＥｘｔｅｎｄｅｄＡ
ｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ１９ｔｈ ＳＳ
ＤＭ、１９１ ）。
この結晶形成方法を第２図を用いて説明する。まず第２
図（ａ）に示すように核形成密度の小さい表面２をもつ
基体ｌ上に、表面２よりも核形成密度の大きい表面をも
つ領域３を直径ａ、間隔すで配する。
図（ａ）に示すように核形成密度の小さい表面２をもつ
基体ｌ上に、表面２よりも核形成密度の大きい表面をも
つ領域３を直径ａ、間隔すで配する。
この基体に所定の結晶形成処理を施すなら、領域３にの
み堆積物の結晶核４が発生し表面２の上には起こらない
（第２図（ｂ））。そこで領域３の表面を核形成面、表
面２を非核形成面と呼ぶ。核形成面３に発生した核４を
さらに成長させるなら結晶粒５となる（第２図（Ｃ））
。これは核形成面３の領域を越えて非核形成面２の上に
までｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ Ｌ／、やがて隣接する核形
成領域３′ から成長してきた結晶粒５′ と接して粒
界６をなす。従来は核形成面３に非晶質Ｓｉ３Ｎ４、非
核形成面２にＳｉＯ２を用い、ＣＶＤ法によってＳｉ単
結晶を複数個形成した例が報告されている（上記論文参
照）。
み堆積物の結晶核４が発生し表面２の上には起こらない
（第２図（ｂ））。そこで領域３の表面を核形成面、表
面２を非核形成面と呼ぶ。核形成面３に発生した核４を
さらに成長させるなら結晶粒５となる（第２図（Ｃ））
。これは核形成面３の領域を越えて非核形成面２の上に
までｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ Ｌ／、やがて隣接する核形
成領域３′ から成長してきた結晶粒５′ と接して粒
界６をなす。従来は核形成面３に非晶質Ｓｉ３Ｎ４、非
核形成面２にＳｉＯ２を用い、ＣＶＤ法によってＳｉ単
結晶を複数個形成した例が報告されている（上記論文参
照）。
しかしながら上記の構成を採った場合、Ｓｉ３Ｎ４とＳ
ｉＯ３の核形成密度の差が最大でも１０２倍程度である
為に以下のような制御性に関する問題が生ずる。まずＳ
ｉＯｚ上における核発生を避ける為に核形成密度の低い
成長条件を選ぶと、ＳｉＯ□のみならずＳｉ３Ｎ４上に
おいても核形成密度が低下するので、Ｓｉ ３ Ｎ ４
の核形成面に核が発生しない場合がある。その結果複数
個配された核形成面のうちでＳｉ結晶粒が成長しない５
ｉｔｅが出現してしまう。
ｉＯ３の核形成密度の差が最大でも１０２倍程度である
為に以下のような制御性に関する問題が生ずる。まずＳ
ｉＯｚ上における核発生を避ける為に核形成密度の低い
成長条件を選ぶと、ＳｉＯ□のみならずＳｉ３Ｎ４上に
おいても核形成密度が低下するので、Ｓｉ ３ Ｎ ４
の核形成面に核が発生しない場合がある。その結果複数
個配された核形成面のうちでＳｉ結晶粒が成長しない５
ｉｔｅが出現してしまう。
一刃金ての核形成面にＳｉ結晶粒を成長させるべく核形
成密度の高い成長条件を選ぶなら、今度は非核形成面で
ある５ｉ０２上に核が発生してしまうばかりかＳｉ ３
Ｎ ４の核形成面上でも複数の核が発生する５ｉｔｅ
が出現する。その結果成長した結晶粒には多結晶化した
ものが混入することになる。
成密度の高い成長条件を選ぶなら、今度は非核形成面で
ある５ｉ０２上に核が発生してしまうばかりかＳｉ ３
Ｎ ４の核形成面上でも複数の核が発生する５ｉｔｅ
が出現する。その結果成長した結晶粒には多結晶化した
ものが混入することになる。
したがって何れの成長条件を選んでも広い面積を良質の
結晶粒で埋め尽くすことは難しく、その歩留まりは低迷
していた。 ・ 上述の如き制御性の悪さは核形成面と非核形成面の核形
成密度差の不足に起因しているので、Ｓｉ ３ Ｎ ４
とＳｉＯ□による材料構成をとるかぎり不可避である。
結晶粒で埋め尽くすことは難しく、その歩留まりは低迷
していた。 ・ 上述の如き制御性の悪さは核形成面と非核形成面の核形
成密度差の不足に起因しているので、Ｓｉ ３ Ｎ ４
とＳｉＯ□による材料構成をとるかぎり不可避である。
またこのような化学ｍ論的物質では成長条件とは独立に
核形成密度を制御することは不可能である。
核形成密度を制御することは不可能である。
そこで本発明はイオン注入によって核形成密度を増大さ
せた表面を核形成面に用いることにより、上記従来方法
の問題点を解決するものである。イオン注入によって核
形成密度を増大させた場合、その核形成密度はイオンの
注入Ｄｏｓｅ ｆｊｋとともに増大する。したがって適
当なりｏｓｅ ｆｌを選択すれば、非核形成面との間に
従来の材料構成では得られない大きな核形成密度の差を
得ることができる。
せた表面を核形成面に用いることにより、上記従来方法
の問題点を解決するものである。イオン注入によって核
形成密度を増大させた場合、その核形成密度はイオンの
注入Ｄｏｓｅ ｆｊｋとともに増大する。したがって適
当なりｏｓｅ ｆｌを選択すれば、非核形成面との間に
従来の材料構成では得られない大きな核形成密度の差を
得ることができる。
それに加えてイオンの注入Ｄｏｓｅ １１によって成長
条件とは独立に核形成密度を制御することが可能なので
、最適の成長条件を選ぶことができる。その結果ひとつ
ひとつの結晶性が良（、また結晶粒の抜けのないものを
歩留まり良く形成することができる。
条件とは独立に核形成密度を制御することが可能なので
、最適の成長条件を選ぶことができる。その結果ひとつ
ひとつの結晶性が良（、また結晶粒の抜けのないものを
歩留まり良く形成することができる。
ただし核形成面は基体表面において限られた領域に形成
されねばならない。そのひとつの方法として、フォトリ
ソグラフィー工程によってイオンを注入したい領域のみ
に開口部を有するようにパターニングされたフォトレジ
ストをマスクにして基体の全面にイオンを注入し、非核
形成面となるべき基体表面の所望の領域のみにイオン注
入を行い核形成面を形成する方法が考えられる。しかし
ながらこの方法では特に高いＤｏｓｅ量でイオンを注入
した場合、フォトレジストが開口部近傍で変質するため
にレジスト剥離の困難が付きまとう。
されねばならない。そのひとつの方法として、フォトリ
ソグラフィー工程によってイオンを注入したい領域のみ
に開口部を有するようにパターニングされたフォトレジ
ストをマスクにして基体の全面にイオンを注入し、非核
形成面となるべき基体表面の所望の領域のみにイオン注
入を行い核形成面を形成する方法が考えられる。しかし
ながらこの方法では特に高いＤｏｓｅ量でイオンを注入
した場合、フォトレジストが開口部近傍で変質するため
にレジスト剥離の困難が付きまとう。
もうひとつの方法として集束イオンビームを用いたマス
クレスイオン注入が考えられる。しかし現状において集
束イオンビームで多数の核形成領域を形成するには長時
間を要し、基体の表面積が広くなると生産性が低下し実
用に適さない。
クレスイオン注入が考えられる。しかし現状において集
束イオンビームで多数の核形成領域を形成するには長時
間を要し、基体の表面積が広くなると生産性が低下し実
用に適さない。
そこで本発明ではまず基体表面に薄膜を形成し、次いで
この薄膜表面の全面イオンを薄膜の厚さに比して十分浅
く注入し、さらにこの薄膜を所望の位置に所望の大きさ
で残して、基体表面が露出するように除去するという工
程により、これらの問題や困難をも克服している。
この薄膜表面の全面イオンを薄膜の厚さに比して十分浅
く注入し、さらにこの薄膜を所望の位置に所望の大きさ
で残して、基体表面が露出するように除去するという工
程により、これらの問題や困難をも克服している。
以下、第１図を用いて本発明による結晶物品 及びその
形成方法を説明する。
形成方法を説明する。
まず第１図（ａ）の如（基体１の表面２の上に薄膜３を
形成する。表面２は堆積物の非核形成面５となるべき材
料から構成されねばならない。ここで非核形成面２は必
ずしも基体１の表面である必要はなく、基体１の表面に
別途形成された膜の表面であってもよい。また薄膜３の
材料が基体ｌと同一材料である場合は、薄膜３を形成す
る必要はなく、以下の工程に進むことが可能である。
形成する。表面２は堆積物の非核形成面５となるべき材
料から構成されねばならない。ここで非核形成面２は必
ずしも基体１の表面である必要はなく、基体１の表面に
別途形成された膜の表面であってもよい。また薄膜３の
材料が基体ｌと同一材料である場合は、薄膜３を形成す
る必要はなく、以下の工程に進むことが可能である。
次に薄膜３の表面４の全面に、それによって表面４の核
形成密度が増大するようなイオンを注入する（第１図（
ｂ））。この時注入イオンの加速電圧及びＤｏｓｅ Ｊ
ｌは、後に露出される非核形成面の核形成密度から要求
される差を得られるように、表面４の材料と注入イオン
種に応じて決定されねばならない。
形成密度が増大するようなイオンを注入する（第１図（
ｂ））。この時注入イオンの加速電圧及びＤｏｓｅ Ｊ
ｌは、後に露出される非核形成面の核形成密度から要求
される差を得られるように、表面４の材料と注入イオン
種に応じて決定されねばならない。
さらに第１図（ｃ）の如く薄膜３を所望の位置に所望の
大きさだけ残すように除去し、非核形成面２を露出させ
る。薄膜３のパターニングの方法は通常のフォトリソグ
ラフィー工程をはじめ如何なる方法でもよい。残された
薄膜３表面が核形成面５となる。
大きさだけ残すように除去し、非核形成面２を露出させ
る。薄膜３のパターニングの方法は通常のフォトリソグ
ラフィー工程をはじめ如何なる方法でもよい。残された
薄膜３表面が核形成面５となる。
次いで上記の如く加工された基体に結晶形成処理を施す
。その手段は上記核形成面５及び非核形成面２に対して
堆積物材料の選択核形成が可能であり、かつ堆積物の結
晶及び非核形成面２に対して選択エピタキシャル成長が
可能であれば、如何なるものであってもよい。結晶形成
処理を施すと第１図（ｄ）の如く核形成面５にのみ堆積
物の結晶核６が発生する（選択核形成）。ここで核形成
面５の面積がその核形成密度に対して適正であれば、結
晶核６はただひとつだけ選択される。そこでこの単一の
結晶核６を引き続き成長させると、それは核形成面５を
越えて非核形成面２を覆うように成長して結晶粒７とな
る（第１図（ｅ））。そして結晶粒７の更なる成長を望
むなら、やがてそれは隣接する核形成面５′ に発生し
た単一核６′を起源とする結晶粒７′ と接触し粒界８
をなすに至る（第１図（ｆ））。
。その手段は上記核形成面５及び非核形成面２に対して
堆積物材料の選択核形成が可能であり、かつ堆積物の結
晶及び非核形成面２に対して選択エピタキシャル成長が
可能であれば、如何なるものであってもよい。結晶形成
処理を施すと第１図（ｄ）の如く核形成面５にのみ堆積
物の結晶核６が発生する（選択核形成）。ここで核形成
面５の面積がその核形成密度に対して適正であれば、結
晶核６はただひとつだけ選択される。そこでこの単一の
結晶核６を引き続き成長させると、それは核形成面５を
越えて非核形成面２を覆うように成長して結晶粒７とな
る（第１図（ｅ））。そして結晶粒７の更なる成長を望
むなら、やがてそれは隣接する核形成面５′ に発生し
た単一核６′を起源とする結晶粒７′ と接触し粒界８
をなすに至る（第１図（ｆ））。
以下本発明に基づきＳｉ結晶粒を形成した実施例を記す
。
。
上記表面２の材料として５ｉ０２．薄膜３の材料として
Ｓｉ３Ｎ４、そして注入イオンはＳｉ＋を用いた。まず
Ｓｉウェハ基板に熱酸化処理によって膜厚２０００人程
の酸化膜を形成した。次にこの酸化膜上１： ＬＰＣＶ
Ｄ テＳｉ ３ Ｎ ４を１０００人程の膜厚で堆積し
た。さらにこのＳｉ３Ｎ４膜表面の全面にＳｉ＋イオン
をｌ０ＫＶの加速電圧とｌ Ｘ Ｉ Ｏ” ／ ｃ ｒ
ｄのＤｏｓｅ量で注入した。このような条件でＳｉイオ
ンを注入されたＳｉ ３ Ｎ ４表面におけるＳｉ結晶
核の密度を測定したところ、後述する結晶形成処理方法
及び成長条件では約１０’ ／ ｃ ｒｒｒにも達した
。同時に測定したＳｉＯ２表面及びＳｉイオンを注入し
ていないＳｉ３Ｎ４表面の値が、それぞれ約ｌＯ°／ｃ
ｒｄ、約１０２１ｃｒｄであることから、本実施例にお
いて実現した核形成面と非核形成面の核形成密度の差は
約１０７倍となり、Ｓｉ ３ Ｎ ４とＳｉＯ２の材料
構成による従来例（１０２倍）をはるかに凌いでいるこ
とになる。
Ｓｉ３Ｎ４、そして注入イオンはＳｉ＋を用いた。まず
Ｓｉウェハ基板に熱酸化処理によって膜厚２０００人程
の酸化膜を形成した。次にこの酸化膜上１： ＬＰＣＶ
Ｄ テＳｉ ３ Ｎ ４を１０００人程の膜厚で堆積し
た。さらにこのＳｉ３Ｎ４膜表面の全面にＳｉ＋イオン
をｌ０ＫＶの加速電圧とｌ Ｘ Ｉ Ｏ” ／ ｃ ｒ
ｄのＤｏｓｅ量で注入した。このような条件でＳｉイオ
ンを注入されたＳｉ ３ Ｎ ４表面におけるＳｉ結晶
核の密度を測定したところ、後述する結晶形成処理方法
及び成長条件では約１０’ ／ ｃ ｒｒｒにも達した
。同時に測定したＳｉＯ２表面及びＳｉイオンを注入し
ていないＳｉ３Ｎ４表面の値が、それぞれ約ｌＯ°／ｃ
ｒｄ、約１０２１ｃｒｄであることから、本実施例にお
いて実現した核形成面と非核形成面の核形成密度の差は
約１０７倍となり、Ｓｉ ３ Ｎ ４とＳｉＯ２の材料
構成による従来例（１０２倍）をはるかに凌いでいるこ
とになる。
次にＳｉイオンを注入したＳｉ ３ Ｎ ４膜をフォト
リソグラフィー工程とＲＩＥ法によるパターニングで、
間隔５０μｍの各格子点に１μｍ角の島状部分を残して
除去した。この島状に残された領域が核形成面となり、
その周囲の膜が除去され露出したＳｉＯ７表面が非核形
成面となる。
リソグラフィー工程とＲＩＥ法によるパターニングで、
間隔５０μｍの各格子点に１μｍ角の島状部分を残して
除去した。この島状に残された領域が核形成面となり、
その周囲の膜が除去され露出したＳｉＯ７表面が非核形
成面となる。
次に結晶形成処理について説明する。上記のように加工
した基板にＣＶＤ法でＳｉの堆積を行った。
した基板にＣＶＤ法でＳｉの堆積を行った。
堆積条件は下記の通りである。
使用ガス（流量比） ：
５ｉＨ２Ｃｊ！２／＝ＨＣＩ！／Ｈ２＝０．５３／２．
０／１００．０ （１膜ｍ１ｎ）基板温度、圧力
＝９５０℃、１５０Ｔｏｒｒ堆積時間 ：
４０ｍ１ｎ その結果、格子点状に配した殆ど全ての核形成面を中心
にして、粒径４０μｍはどＳｉ結晶粒が成長していた。
０／１００．０ （１膜ｍ１ｎ）基板温度、圧力
＝９５０℃、１５０Ｔｏｒｒ堆積時間 ：
４０ｍ１ｎ その結果、格子点状に配した殆ど全ての核形成面を中心
にして、粒径４０μｍはどＳｉ結晶粒が成長していた。
そして核形成面とは無関係に非核形成面５ＩＯ２上に発
生したＳｉ結晶核は殆ど認められなかった。それぞれの
Ｓｉ結晶粒は何れも美しいファセットを有しており、選
択された単一核から成長したものであることが分かる。
生したＳｉ結晶核は殆ど認められなかった。それぞれの
Ｓｉ結晶粒は何れも美しいファセットを有しており、選
択された単一核から成長したものであることが分かる。
ファセットを有する結晶粒の割合は９５％以上であり、
Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＯ□の材料構成による従来例では９０
％に満たなかったのに比べて向上した。またＳｉ結晶粒
の成長しなかった核形成面の比率は０．１％未満であり
、従来例より一桁以上の改善を見せた。
Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＯ□の材料構成による従来例では９０
％に満たなかったのに比べて向上した。またＳｉ結晶粒
の成長しなかった核形成面の比率は０．１％未満であり
、従来例より一桁以上の改善を見せた。
本発明による結晶物品の形成方法は、イオンを注入した
材料表面を核形成面に用いることにより、非核形成面と
の間に従来得られなかったような大きい核形成密度の差
を得て、不要な核形成を避け、結晶粒の抜けが無く、か
つそれぞれの結晶粒が良質な結晶物品を、歩留まり良く
形成することを可能とするものである。
材料表面を核形成面に用いることにより、非核形成面と
の間に従来得られなかったような大きい核形成密度の差
を得て、不要な核形成を避け、結晶粒の抜けが無く、か
つそれぞれの結晶粒が良質な結晶物品を、歩留まり良く
形成することを可能とするものである。
また本発明による結晶物品の形成方法はその形成過程に
おいて、基体表面上に薄膜を形成し、その薄膜表面にイ
オンを注入し、さらにその薄膜をパターニングして島状
に残し、あとは除去した後に結晶形状処理を施すといっ
た工程によってレジストをマスクにしたイオン注入を用
いる場合のようなレジスト剥離の困難や、集束イオンビ
ームを用いる場合のような生産性の低さを回避しながら
、基体全面へのイオン注入の採用を可能としたものであ
る。。
おいて、基体表面上に薄膜を形成し、その薄膜表面にイ
オンを注入し、さらにその薄膜をパターニングして島状
に残し、あとは除去した後に結晶形状処理を施すといっ
た工程によってレジストをマスクにしたイオン注入を用
いる場合のようなレジスト剥離の困難や、集束イオンビ
ームを用いる場合のような生産性の低さを回避しながら
、基体全面へのイオン注入の採用を可能としたものであ
る。。
第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明による結晶物品の形成工
程を説明する図である。 に基体、 ２：非核形成面となる表面、 ３：核形成面となる材料から成る薄膜、４：核形成面と
なる表面、 ５：核形成面、 ６二結晶核、 ７；結晶粒、 ８：粒界、 ９：イオン、 第２図は従来技術による結晶物品の形成方法を説明する
図である。 ｌ：基体、 ２：非核形成面、 ３、 ３’ ：核形成面、 ４、４’ ：結晶核、 ５、５’ ：結晶粒、 ６：粒界、
程を説明する図である。 に基体、 ２：非核形成面となる表面、 ３：核形成面となる材料から成る薄膜、４：核形成面と
なる表面、 ５：核形成面、 ６二結晶核、 ７；結晶粒、 ８：粒界、 ９：イオン、 第２図は従来技術による結晶物品の形成方法を説明する
図である。 ｌ：基体、 ２：非核形成面、 ３、 ３’ ：核形成面、 ４、４’ ：結晶核、 ５、５’ ：結晶粒、 ６：粒界、
Claims (1)
- （１）核形成密度の小さい非核形成面（Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｓ
）と、単一核のみより結晶成長するに充分小さい面積を
有し、前記非核形成面（Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｓ）の核形成密度
（ＮＤ＿Ｓ）より大きい核形成密度（ＮＤ＿Ｌ）を有す
る核形成面（Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｌ）とを隣接して配された自
由表面を有する基体に、結晶形成処理を施して、前記単
一核より単結晶を成長させることを特徴とする結晶の形
成方法において、基体表面上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜の全面にイオンを注入する工程と、前記イオン
を注入した薄膜を部分的に残して除去し前記基体表面を
露出させる工程によって、前記基体表面で非核形成面（
Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｓ）を、そして前記イオンを注入した薄膜
表面で非核形成面（Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｌ）を構成することを
特徴とする結晶物品の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7289988A JPH01245511A (ja) | 1988-03-27 | 1988-03-27 | 結晶の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7289988A JPH01245511A (ja) | 1988-03-27 | 1988-03-27 | 結晶の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01245511A true JPH01245511A (ja) | 1989-09-29 |
Family
ID=13502657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7289988A Pending JPH01245511A (ja) | 1988-03-27 | 1988-03-27 | 結晶の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01245511A (ja) |
-
1988
- 1988-03-27 JP JP7289988A patent/JPH01245511A/ja active Pending
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