JPH0479993B2 - - Google Patents

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JPH0479993B2
JPH0479993B2 JP11843886A JP11843886A JPH0479993B2 JP H0479993 B2 JPH0479993 B2 JP H0479993B2 JP 11843886 A JP11843886 A JP 11843886A JP 11843886 A JP11843886 A JP 11843886A JP H0479993 B2 JPH0479993 B2 JP H0479993B2
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JP
Japan
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single crystal
semiconductor
layer
growing
main surface
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JP11843886A
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Japanese (ja)
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JPS62278187A (en
Inventor
Tadashi Nishimura
Yasuaki Inoe
Kazuyuki Sugahara
Shigeru Kusunoki
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to DE8787103146T priority patent/DE3779672T2/en
Priority to US07/022,717 priority patent/US4822752A/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、立方晶の単結晶半導体基板上に形
成された絶縁層上に同じ立方晶の単結晶半導体層
を形成する方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a cubic single crystal semiconductor layer on an insulating layer formed on a cubic single crystal semiconductor substrate. .

[従来の技術] 従来から、レーザビームを用いて絶縁層上の多
結晶シリコン層を溶融再凝固させて単結晶化する
方法は、たとえば3次元構造などの新しい構造の
半導体装置の基礎技術として注目されてきた。
[Prior art] Conventionally, a method of melting and resolidifying a polycrystalline silicon layer on an insulating layer using a laser beam to form a single crystal has attracted attention as a basic technology for semiconductor devices with new structures, such as three-dimensional structures. It has been.

第8図の断面図を参照して、テキサスインスツ
ルメンツ社のH.W.Lam達(ECS Meeting,1980
年、Extended Abstract)によつて発表されたラ
テラルシーデイング法が図解されている。単結晶
シリリコン基板10上には絶縁層12が形成され
ており、絶縁層12上には単結晶化されるべき多
結晶シリコン層13が形成されている。このシリ
コン層13は絶縁層12の開口部11を介して基
板結晶10に種付けされて、左から右に走査する
レーザビーム14によつて溶融再凝固しながら単
結晶化される。この方法は単結晶化されたシリコ
ン層13の結晶方位が基板結晶によつて完全に規
定されるので理想的な結晶成長技術であるとされ
ており、国内では特公昭42−12087号公報で公表
されている。
Referring to the cross-sectional view in Figure 8, Texas Instruments HW Lam et al. (ECS Meeting, 1980
The lateral seeding method published by Extended Abstract in 2010 is illustrated. An insulating layer 12 is formed on a single crystal silicon substrate 10, and a polycrystalline silicon layer 13 to be made into a single crystal is formed on the insulating layer 12. This silicon layer 13 is seeded into the substrate crystal 10 through the opening 11 of the insulating layer 12, and is melted and resolidified into a single crystal by a laser beam 14 scanning from left to right. This method is considered to be an ideal crystal growth technique because the crystal orientation of the single-crystal silicon layer 13 is completely determined by the substrate crystal, and is published in Japan in Japanese Patent Publication No. 12087/1987. has been done.

しかし、原理的に優れていると考えられたこの
手法は、実際には成功を収めていない。すなわ
ち、半導体層13の種付けされた結晶成長は開口
部11から100〜200μm程度しか進まず、また積
層欠陥や双晶などの結晶欠陥が多数発生し、良好
な単結晶層とは言い難いものであつた。
However, this method, which was thought to be superior in principle, has not been successful in practice. That is, the seeded crystal growth of the semiconductor layer 13 progresses only about 100 to 200 μm from the opening 11, and many crystal defects such as stacking faults and twins occur, so that it is difficult to say that it is a good single crystal layer. It was hot.

[発明が解決しようとする問題点] 上述のラテラルシーデイング法が成功していな
い原因は、従来レーザビームのガウス分布に近い
パワー分布を補償するような工夫をすることなく
ビーム走査を行なつて溶融再凝固させていたから
である。すなわち、レーザビーム14によつて照
射されているシリコン層13の領域は、ビームの
走査方向を横切る方向において第9A図のような
温度分布を有している。第9B図において、この
ような温度領域がシリコン層13上を移動した状
態の平面図が第8図のような断面図と対比されて
示されている。レーザビーム14は太い矢印で示
されている方向に移動する。このとき、多数の細
い矢印で示されているように、ビーム移動の両側
縁の低温度部から走査帯の中心軸に向かつて多数
の細長い結晶が延びて成長する。そして、走査帯
の中央部において、それらの細長い結晶が出会う
ため、開口部11で種付けされて単結晶化された
シリコン層13の領域(ハツチングされた領域
S)の成長がその後阻止されてしまう。すなわ
ち、この単結晶領域Sが成長するのは開口部から
わずか100〜200μmに限られている。
[Problems to be Solved by the Invention] The reason why the above-mentioned lateral seeding method has not been successful is that the beam scanning was performed without any measures to compensate for the power distribution of the laser beam, which is close to the Gaussian distribution. This is because it was melted and re-solidified. That is, the region of the silicon layer 13 irradiated by the laser beam 14 has a temperature distribution as shown in FIG. 9A in a direction transverse to the scanning direction of the beam. In FIG. 9B, a plan view of such a temperature region moving on the silicon layer 13 is shown in comparison with a cross-sectional view as shown in FIG. 8. Laser beam 14 moves in the direction indicated by the thick arrow. At this time, as shown by a large number of thin arrows, a large number of elongated crystals extend and grow from the low-temperature areas on both sides of the beam movement toward the central axis of the scanning zone. Since these elongated crystals meet in the center of the scanning band, the growth of the region (hatched region S) of the silicon layer 13 seeded in the opening 11 and made into a single crystal is subsequently inhibited. That is, the growth of this single crystal region S is limited to only 100 to 200 μm from the opening.

このような走査帯の両側縁部からの結晶の侵入
を阻止しようとして、第10A図、第10B図、
および第10C図で図解されているような反射防
止膜をシリコン層13上に形成することが試みら
れた。第10A図は平面図であつて、シリコン層
13上に形成された反射防止膜15,16が示さ
れている。所定の幅を有する反射防止膜のストラ
イプ16は、レーザビームの走査方向に沿つて所
定の間隔で配置されている。また、開口部11の
直上領域には、その開口部を介して基板10に逃
げる熱による温度低下を補うために反射防止帯1
5が設けられている。第10B図と第10C図
は、それぞれ第10A図における線10B−10
Bと線10C−10Cに沿つた断面構造を示して
いる。この場合、レーザビームの走査方向を横切
る方向において、ストライプ16の効果によつて
周期的に変動する温度分布の波を形成し、それに
よつて走査帯の両側縁部からの結晶が中央部へ侵
入することを阻止しようとするものである。同様
に、下地酸化膜の厚みに変化をつけることによつ
て、走査方向を横切る方向の熱分布の制御も試み
られた。しかし、いずれの試みも開口部11から
200μm以上の単結晶の成長を達成することはでき
なかつた。
In an attempt to prevent crystals from entering from both side edges of the scanning band, FIGS. 10A, 10B,
Attempts have also been made to form an antireflection film on the silicon layer 13 as illustrated in FIG. 10C. FIG. 10A is a plan view showing antireflection films 15 and 16 formed on silicon layer 13. Stripes 16 of the antireflection film having a predetermined width are arranged at predetermined intervals along the scanning direction of the laser beam. Further, an anti-reflection band is placed directly above the opening 11 to compensate for the temperature drop caused by the heat escaping to the substrate 10 through the opening.
5 is provided. Figures 10B and 10C are lines 10B-10 in Figure 10A, respectively.
B shows a cross-sectional structure taken along line 10C-10C. In this case, in the direction transverse to the scanning direction of the laser beam, the effect of the stripes 16 forms a periodically fluctuating temperature distribution wave, which causes the crystals from both edges of the scanning band to penetrate into the central part. It is an attempt to prevent this from happening. Similarly, attempts have been made to control the heat distribution in the direction transverse to the scanning direction by varying the thickness of the underlying oxide film. However, in both attempts, opening 11
It was not possible to achieve growth of single crystals larger than 200 μm.

本発明の目的は、上述のような問題点を克服し
て、単結晶半導体基板上に形成された絶縁層上に
大面積の半導体単結晶層を成長させる方法を提供
することである。
An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems and provide a method for growing a large-area semiconductor single-crystal layer on an insulating layer formed on a single-crystal semiconductor substrate.

[問題点を解決するための手段] 本発明による立方晶の半導体単結晶の成長方法
は、絶縁層上の多結晶半導体層を種付用開口部を
介して半導体基板の単結晶に種付けし、エネルギ
ビームでその半導体層を部分的に溶融再凝固させ
ながら走査し、その走査に伴つて移動する半導体
層の再凝固する液固界面を1以上の{111}面に
一致させながら移動させるようにしたものであ
る。
[Means for Solving the Problems] A method for growing a cubic semiconductor single crystal according to the present invention includes seeding a polycrystalline semiconductor layer on an insulating layer into a single crystal of a semiconductor substrate through a seeding opening, The energy beam is scanned while partially melting and resolidifying the semiconductor layer, and the resolidifying liquid-solid interface of the semiconductor layer that moves along with the scanning is moved while being aligned with one or more {111} planes. This is what I did.

[作用] 本発明による半導体単結晶層の成長方法におい
ては、立方晶半導体結晶で一般に最も安定な
{111}面が液固界面(結晶成長面)に一致させら
れて移動するので、その結晶成長は最も安定して
行なわれ、粒界や結晶欠陥の発生を生ずるような
歪が極めて少なくなり、長い単結晶成長が得られ
る。
[Function] In the method for growing a semiconductor single crystal layer according to the present invention, the {111} plane, which is generally the most stable in a cubic semiconductor crystal, is moved to coincide with the liquid-solid interface (crystal growth plane), so that the crystal growth is This is the most stable process, with extremely little strain that would cause grain boundaries or crystal defects, resulting in long single crystal growth.

[実施例] 第1図は本発明の一実施例に用いるシリコン単
結晶基板を示している。その主面は(001)面で
あり、オリエンテーシヨンフラツト面は(11
0)面である。
[Example] FIG. 1 shows a silicon single crystal substrate used in an example of the present invention. Its principal plane is the (001) plane, and the orientation flat plane is the (11) plane.
0) surface.

第2A図と第2B図を参照して、第1図の半導
体基板を用いた半導体単結晶層成長用ウエハが概
略的に図解されている。第2A図はそのウエハの
一部を示す平面図であり、第2B図は第2A図に
おける線2B−2Bに沿つた断面構造を示してい
る。シリコン単結晶基板10上には約10μm幅の
種付舗用開口部11を有する絶縁層12が形成さ
れ、絶縁層12上には単結晶化されるべきシリコ
ン多結晶層13が形成されている。シリコン層1
3上には、第10A図と同様にパターン化された
反射防止膜15,16が形成されている。しか
し、本実施例の場合、レーザビームの走査方向に
沿つて配置されるストライプ16は基板単結晶1
0の[100]方向と一致させられている。さらに、
このウエハ表面には表面保護用の薄い絶縁膜17
が設けられている。
Referring to FIGS. 2A and 2B, a wafer for growing a semiconductor single crystal layer using the semiconductor substrate of FIG. 1 is schematically illustrated. FIG. 2A is a plan view showing a part of the wafer, and FIG. 2B shows a cross-sectional structure taken along line 2B--2B in FIG. 2A. An insulating layer 12 having a seeding opening 11 with a width of about 10 μm is formed on a silicon single crystal substrate 10, and a silicon polycrystalline layer 13 to be made into a single crystal is formed on the insulating layer 12. . silicon layer 1
3, patterned antireflection films 15 and 16 are formed in the same manner as in FIG. 10A. However, in the case of this embodiment, the stripes 16 arranged along the scanning direction of the laser beam are formed on the substrate single crystal 1.
It is made to coincide with the [100] direction of 0. moreover,
This wafer surface has a thin insulating film 17 for surface protection.
is provided.

第3A図と第3B図は、のようなウエハをレー
ザビームで左から右へ走査する場合の状態を概略
的に図解している。レーザビームの走査におい
て、たとえば連続発振する約15Wのアルゴンレー
ザを用いることができ、約100μmのスポツトサイ
ズのビームで、約12cm/secの速度で走査するこ
とができる。レーザビーム14が照射されている
シリコン層13のうち、反射防止ストライプ16
の下の領域はレーザエネルギをよく吸収するので
他の領域より温度が高くなる。そして、レーザビ
ームの走査方向を横切る方向において、ストライ
プ16の周期に対応した周期的な温度分布の波が
形成される。したがつて、シリコン層13の単結
晶成長の先端における液固界面において、ストラ
イプ16直下の領域では再凝固が遅れ、他の領域
では凝固が進むことになる。その結果、結晶成長
の液固界面は第3A図の参照番号20で示されて
いるように鋸歯状になる。また、シリコン層13
中の熱は開口部11方向や下方に逃げるので、液
固界面20は第3B図に示されているようにシリ
コン層13の下方で進み上方で送れる結果とな
る。
FIGS. 3A and 3B schematically illustrate the situation when a wafer such as the one shown in FIG. 3 is scanned from left to right with a laser beam. For laser beam scanning, for example, a continuously oscillating argon laser of about 15 W can be used, and a beam with a spot size of about 100 μm can be scanned at a speed of about 12 cm/sec. Of the silicon layer 13 irradiated with the laser beam 14, the antireflection stripe 16
The area below absorbs the laser energy well and therefore has a higher temperature than other areas. Then, waves with a periodic temperature distribution corresponding to the period of the stripes 16 are formed in a direction transverse to the scanning direction of the laser beam. Therefore, at the liquid-solid interface at the tip of the single crystal growth of the silicon layer 13, resolidification is delayed in the region immediately below the stripe 16, and solidification proceeds in other regions. As a result, the liquid-solid interface of crystal growth becomes serrated, as indicated by reference numeral 20 in Figure 3A. In addition, the silicon layer 13
Since the heat inside escapes toward the opening 11 and downward, the liquid-solid interface 20 proceeds below the silicon layer 13 and is sent upward, as shown in FIG. 3B.

第4図に示されたウエハの一部の透視図におい
て、基板単結晶10から結晶方位を受け継いて、
絶縁層12上で[100]方向に成長しようとする
シリコン層13の単結晶領域における{111}面
の組合わせによつて、参照番号30で示されてい
るような鋸歯状の境界を形成することができる。
すなわち、(111)面と(111)面は下地絶縁層
12との交線が互いに90゜で交わり、第3A図の
液固界面20と同様な鋸歯状の境界30を形成す
ることができる。また、この境界30はシリコン
層13の下方において[100]方向に進んでおり、
上方において遅れている。これは第3B図の液固
界面20と同様である。
In the perspective view of a part of the wafer shown in FIG. 4, inheriting the crystal orientation from the substrate single crystal 10,
The combination of {111} planes in the single crystal region of the silicon layer 13 that is growing in the [100] direction on the insulating layer 12 forms a sawtooth-like boundary as indicated by reference numeral 30. be able to.
That is, the lines of intersection of the (111) plane and the (111) plane with the base insulating layer 12 intersect at 90 degrees to form a sawtooth-like boundary 30 similar to the liquid-solid interface 20 in FIG. 3A. Further, this boundary 30 extends in the [100] direction below the silicon layer 13,
It lags behind in the upward direction. This is similar to the liquid-solid interface 20 in FIG. 3B.

したがつて、開口部11の幅、反射防止膜15
と16の厚さ、およびストライプ16の幅と間隔
などを適切に設定することにより、結晶成長の液
固界面20を(111)面および(111)面を組
合わせた境界30と一致させることができる。こ
の場合、シリコンの最も安定な結晶面である
{111}面が移動しながら単結晶が成長することに
なるので、粒界や結晶欠陥が発生するような歪が
極めて小さくなり、安定した単結晶成長が得られ
ることになる。
Therefore, the width of the opening 11, the antireflection film 15
By appropriately setting the thickness of the stripes 16 and the width and spacing of the stripes 16, it is possible to make the liquid-solid interface 20 of crystal growth coincide with the boundary 30 that is a combination of the (111) plane and the (111) plane. can. In this case, the single crystal grows while the {111} plane, which is the most stable crystal plane of silicon, moves, so the strain that causes grain boundaries and crystal defects is extremely small, and a stable single crystal is grown. There will be growth.

第5図の上段はこのようにして得られたシリコ
ン層13の単結晶成長帯の光学顕微鏡写真を示し
ており、下段にその構造が図解されている。この
単結晶成長帯は、9μmの開口部11、厚さ500nm
のシリコン窒化膜からなる反射防止膜15と1
6、および厚さ60Åのシリコン窒化膜からなる表
面保護膜を用いて得られたものである。写真の単
結晶帯は結晶欠陥を表わすためにセコエツチング
されているが、下段の線図で図解されているよう
に単結晶帯に平行な亜粒界(sub−G.B.)以外に
は結晶欠陥が観察されず、開口部(seed)から1
mm以上の長さにわたつて結晶が成長している。
The upper part of FIG. 5 shows an optical micrograph of the single-crystal growth zone of the silicon layer 13 obtained in this manner, and the structure is illustrated in the lower part. This single crystal growth zone has a 9μm opening 11 and a thickness of 500nm.
antireflection films 15 and 1 made of silicon nitride films of
6 and a surface protection film made of a silicon nitride film with a thickness of 60 Å. The single-crystal band in the photo has been seco-etched to show crystal defects, but as illustrated in the diagram at the bottom, there are no crystal defects except for sub-grain boundaries (sub-GB) parallel to the single-crystal band. Not observed, 1 from the opening (seed)
Crystals grow over a length of mm or more.

第6図はもう1つの実施例において用いること
ができるシリコン単結晶基板を示している。この
基板の主面は(110)面であり、オリエオテーシ
ヨンフラツト面は(110)面である。
FIG. 6 shows a silicon single crystal substrate that can be used in another embodiment. The main surface of this substrate is the (110) plane, and the orientation flat surface is the (110) plane.

第7A図と第7B図は、第6図のシリコン単結
晶基板10を用いてシリコン層13を単結晶化す
る場合における第4図と同様な透視図である。第
7A図は単結晶を[110]方向に成長させる場合
であり、第7B図は[001]方向に成長させる場
合である。第7A図と第7B図において、(11
1)面(111)面はそれぞれ109.47゜と70.52゜の立
体角で交わり、いずれの面もシリコン層13内に
おいて垂直に立つている。したがつて、このよう
な{111}面の組合わせによる境界面を単結晶成
長の液固界面と一致させるためには、下地絶縁層
の開口部11の幅を約2μmのように小さくし、さ
らにストライプ16の幅と間隔を第7A図の場合
にはたとえばそれぞれ4μmと10μmにし、第7B
図の場合にはそれぞれ6μmと10μmにすればよい。
このようにすれば、シリコン層13の上方と下方
の放熱差は小さなり、第7A図と第7B図のいず
れの場合にも液固界面を{111}面の組合わせた
界面に一致させることができる。こうして、
(001)面を主面とする単結晶基板を用いた場合と
同様にシリコン層13が良好に単結晶化される。
但し、この場合の単結晶層13の主面は(110)
面であり、第1図の基板を用いた場合には(001)
面になることは言うまでもない。
7A and 7B are perspective views similar to FIG. 4 in the case where the silicon layer 13 is single-crystalized using the silicon single-crystal substrate 10 of FIG. 6. FIG. FIG. 7A shows the case where the single crystal is grown in the [110] direction, and FIG. 7B shows the case where the single crystal is grown in the [001] direction. In Figures 7A and 7B, (11
1) Planes The (111) planes intersect at solid angles of 109.47° and 70.52°, respectively, and both planes stand vertically within the silicon layer 13. Therefore, in order to make the interface formed by such a combination of {111} planes coincide with the liquid-solid interface of single crystal growth, the width of the opening 11 in the underlying insulating layer is made as small as about 2 μm. Furthermore, the width and spacing of the stripes 16 are set to 4 μm and 10 μm, respectively, in the case of FIG. 7A, and
In the case shown in the figure, they may be set to 6 μm and 10 μm, respectively.
In this way, the difference in heat dissipation between the upper and lower sides of the silicon layer 13 is small, and the liquid-solid interface can be made to coincide with the combined interface of the {111} planes in both FIGS. 7A and 7B. I can do it. thus,
As in the case of using a single crystal substrate having a (001) plane as its main surface, the silicon layer 13 is successfully single crystallized.
However, the main surface of the single crystal layer 13 in this case is (110)
(001) when using the board shown in Figure 1.
Needless to say, it will be a big deal.

以上の実施例では、特定の面方位や軸方位を指
定して説明したが、等価な関係にある面方位や軸
方位の等価な組合わせであれば同等に実施し得る
ことが明らかである。
Although the above embodiments have been described by specifying specific surface orientations and axial orientations, it is clear that equivalent combinations of surface orientations and axial orientations that have an equivalent relationship can be equally implemented.

また、上記実施例では、レーザビームを用いる
場合を説明したが、たとえば線状の電子ビームを
用いても同様な結果が得られる。
Furthermore, in the above embodiments, the case where a laser beam is used has been described, but similar results can be obtained by using, for example, a linear electron beam.

[発明の効果] 以上のように、発明による立方晶の半導体単結
晶層の成長方法によれば、結晶成長の液固界面を
安定な結晶面である{111}面を組合わせて形成
される境界と一致させるようにしたので、結晶粒
界や結晶欠陥が導入されることなく良質の単結晶
半導体層が形成される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the method for growing a cubic semiconductor single crystal layer according to the invention, a layer is formed by combining the liquid-solid interface of crystal growth with the {111} plane, which is a stable crystal plane. Since it is made to coincide with the boundary, a high quality single crystal semiconductor layer is formed without introducing crystal grain boundaries or crystal defects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に用いられるシリコン単結晶基
板を示す斜視図である。第2A図と第2B図は本
発明によるシリコン単結晶層形成用のウエハの構
造を示す図である。第3A図と第3B図は本発明
によるレーザビームによる走査の状態を説明する
図である。第4図は第3A図および第3B図に示
されたウエハと{111}面の組合わせによる境界
との関係を図解する透視図である。第5図は本発
明による一実施例によつて得られた単結晶層の光
学懸微鏡写真である。第6図は本発明のもう1つ
の実施例に用いられるシリコン単結晶基板の斜視
図である。第7A図と第7B図は第6図のシリコ
ン単結晶基板を用いたウエハと{111}面の組合
わせによる境界との関係を示す透視図である。第
8図は従来のラテラルシーデイング法を示す断面
図である。第9A図は従来のラテラルシーデイン
グ法において単結晶化されるべき半導体層の温度
分布を説明する図であり、第9B図はそのような
温度分布で走査した場合の溶融再凝固組織を示す
図である。第10A図は第9A図のような温度分
布を修正するための反射防止膜のパターンを有す
る従来のウエハの上面図であり、第10B図と第
10C図は第10A図のウエハの断面図である。 図において、10はシリコン基板、11は種付
用開口部、12は下地絶縁層、13は多結晶シリ
コン層、14はレーザビーム、15は開口部11
の上方の反射防止膜、16は反射防止膜のストラ
イプ、17は表面保護用の絶縁膜、20は単結晶
成長の液固界面、30は{111}面の組合わせに
よる境界を示す。なお、各図において同一符号は
同一部分または相当部分を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a silicon single crystal substrate used in the present invention. FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the structure of a wafer for forming a silicon single crystal layer according to the present invention. FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating the state of scanning by a laser beam according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view illustrating the relationship between the wafer shown in FIGS. 3A and 3B and the boundary formed by the combination of {111} planes. FIG. 5 is an optical microscope photograph of a single crystal layer obtained in an example according to the present invention. FIG. 6 is a perspective view of a silicon single crystal substrate used in another embodiment of the present invention. 7A and 7B are perspective views showing the relationship between a wafer using the silicon single crystal substrate of FIG. 6 and a boundary formed by a combination of {111} planes. FIG. 8 is a sectional view showing a conventional lateral seeding method. FIG. 9A is a diagram illustrating the temperature distribution of a semiconductor layer to be single-crystalized in the conventional lateral seeding method, and FIG. 9B is a diagram illustrating the melted and resolidified structure when scanned with such temperature distribution. It is. FIG. 10A is a top view of a conventional wafer having an anti-reflection coating pattern for modifying temperature distribution as shown in FIG. 9A, and FIGS. 10B and 10C are cross-sectional views of the wafer of FIG. 10A. be. In the figure, 10 is a silicon substrate, 11 is an opening for seeding, 12 is a base insulating layer, 13 is a polycrystalline silicon layer, 14 is a laser beam, and 15 is an opening 11
16 is a stripe of the antireflection film, 17 is an insulating film for surface protection, 20 is a liquid-solid interface of single crystal growth, and 30 is a boundary formed by a combination of {111} planes. In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 立方晶の単結晶半導体基板と、前記基板の1
主面上に形成されかつ前記主面の一部を露出させ
る種付用開口部を有する絶縁層と、前記絶縁層上
に形成されかつ前記開口部を介して前記基板に種
付される立方晶の多結晶半導体層を備えたウエハ
を用意し、 エネルギビームで前記半導体層を部分的に溶融
再凝固させながら走査し、それによつて、前記開
口部を介して前記基板を種結晶として前記半導体
層を単結晶化する方法において、 前記エネルギビームの走査に伴つて移動する前
記半導体層の再凝固する液固界面を1以上の
{111}面に一致させながら移動させることを特徴
とする半導体単結晶層の成長方法。 2 前記半導体層上には、前記エネルギビームの
走査方向に沿つて、所定の幅を有する細い反射防
止膜の帯が所定の間隔で設けられていることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体結晶
層の成長方法。 3 前記半導体層上には、前記開口部の直上領域
にも反射防止膜が形成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第2項記載の半導体単結晶層の
成長方法。 4 前記主面は1つの{100}面であり、前記エ
ネルギビームの走査方向は前記主面内の1つの
〈100〉方向であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項ないし第3項のいずれかの項に記載され
た半導体単結晶層の成長方法。 5 前記主面は1つの{110}面であり、前記エ
ネルギビームの走査方向は前記主面内の1つの
〈110〉方向であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項ないし第3項のいずれかの項に記載され
た半導体単結晶層の成長方法。 6 前記主面は1つの{110}面であり、前記エ
ネルギビームの走査方向は前記主面内の1つの
〈100〉方向であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項ないし第3項のいずれかの項に記載され
た半導体単結晶層の成長方法。 7 前記基板と半導体層はシリコンからなること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項
のいずれかの項に記載された半導体単結晶層の成
長方法。 8 前記ウエハは、薄い絶縁物の表面保護膜によ
つて表面が保護されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項ないし第7項のいずれかの項に
記載された半導体単結晶層の成長方法。 9 前記エネルギビームは連続発振のアルゴンレ
ーザビームであり、少なくとも4880Åと5145Åの
波長の1つを含むことを特徴とする特許請求の範
囲第1項ないし第8項のいずれかの項に記載され
た半導体単結晶層の成長方法。 10 前記エネルギビームは連続的な電子ビーム
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第8項のいずれかの項に記載された半導体単
結晶層の成長方法。
[Claims] 1. A cubic single crystal semiconductor substrate, and 1.
an insulating layer formed on a main surface and having a seeding opening that exposes a part of the main surface; and a cubic crystal formed on the insulating layer and seeded into the substrate through the opening. A wafer having a polycrystalline semiconductor layer is prepared, and an energy beam is scanned while partially melting and resolidifying the semiconductor layer, thereby seeding the semiconductor layer through the opening with the substrate. A method for single-crystallizing a semiconductor single crystal, characterized in that the re-solidified liquid-solid interface of the semiconductor layer, which moves as the energy beam scans, is moved while aligning with one or more {111} planes. How to grow layers. 2. Claim 1, wherein thin anti-reflection film bands having a predetermined width are provided at predetermined intervals on the semiconductor layer along the scanning direction of the energy beam. A method for growing a semiconductor crystal layer as described. 3. The method for growing a semiconductor single crystal layer according to claim 2, wherein an antireflection film is also formed on the semiconductor layer in a region immediately above the opening. 4. Claims 1 to 3, characterized in that the main surface is one {100} plane, and the scanning direction of the energy beam is one <100> direction within the main surface. A method for growing a semiconductor single crystal layer as described in any of the above. 5. Claims 1 to 3, wherein the main surface is one {110} plane, and the scanning direction of the energy beam is one <110> direction within the main surface. A method for growing a semiconductor single crystal layer as described in any of the above. 6. Claims 1 to 3, characterized in that the main surface is one {110} plane, and the scanning direction of the energy beam is one <100> direction within the main surface. A method for growing a semiconductor single crystal layer as described in any of the above. 7. The method for growing a semiconductor single crystal layer according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate and the semiconductor layer are made of silicon. 8. The semiconductor single crystal layer according to any one of claims 1 to 7, wherein the wafer has a surface protected by a thin insulating surface protection film. How to grow. 9. The energy beam is a continuous wave argon laser beam and includes at least one of wavelengths of 4880 Å and 5145 Å. A method for growing semiconductor single crystal layers. 10. The method for growing a semiconductor single crystal layer according to any one of claims 1 to 8, wherein the energy beam is a continuous electron beam.
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US07/022,717 US4822752A (en) 1986-03-07 1987-03-06 Process for producing single crystal semiconductor layer and semiconductor device produced by said process
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