JPH0754796B2 - 薄膜の製造方法 - Google Patents

薄膜の製造方法

Info

Publication number
JPH0754796B2
JPH0754796B2 JP58202619A JP20261983A JPH0754796B2 JP H0754796 B2 JPH0754796 B2 JP H0754796B2 JP 58202619 A JP58202619 A JP 58202619A JP 20261983 A JP20261983 A JP 20261983A JP H0754796 B2 JPH0754796 B2 JP H0754796B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
amorphous
substrate
single crystal
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58202619A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6095918A (ja
Inventor
正信 宮尾
昌弘 茂庭
理 大倉
光紀 蕨迫
輝昭 本岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58202619A priority Critical patent/JPH0754796B2/ja
Publication of JPS6095918A publication Critical patent/JPS6095918A/ja
Publication of JPH0754796B2 publication Critical patent/JPH0754796B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/22—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using physical deposition, e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
    • H10P14/2901—Materials
    • H10P14/2902—Materials being Group IVA materials
    • H10P14/2905—Silicon, silicon germanium or germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/32—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H10P14/3202—Materials thereof
    • H10P14/3238—Materials thereof being insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3406—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3408—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3451—Structure
    • H10P14/3452—Microstructure
    • H10P14/3458—Monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3818—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using particle beams

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はSi,SiC等の非晶質薄膜、特に単結晶化に好適な
非晶質薄膜の製造方法に係り、さらに詳しくは、三次元
構造の半導体素子の製造に好適な単結晶化の容易な非晶
質薄膜の製造方法に関する。
〔発明の背景〕
Si単結晶基板を結晶成長の種とし、該基板上に形成した
絶縁膜上に該基板上から延びて堆積された多結晶または
非晶質Si薄膜を単結晶化する方法には、レーザ・アニー
ルを用いたブリッジング・エピタキシャル法がある（特
開昭56−73697号公報参照）。この場合、堆積した多結
晶または非晶質Si薄膜を一度溶融させ、固化する際に結
晶成長させるものであり、溶融手段としては、レーザ光
の他に電子ビーム、ストリップ・ヒーター等が用いられ
る。しかし、この方法ではSi薄膜を一度溶融させ、続い
て固化させるため、折角表面が平滑な多結晶または非晶
質Siを用いても、膜表面に凹凸が生じるという点が、こ
の方法をLSI等の半導体装置に適用する上での最大の欠
点となっている。また一方、すでに素子の形成された下
地基板の上に絶縁膜を介して、この技術を用て単結晶Si
を結晶成長させれば、Si薄膜の溶融に伴ない、下地基板
に形成されている素子が熱的損傷を受けることになる。
したがって、ブリッジング・エピタキシャル法を用て所
謂三次元デバイスを製作することは極めて困難といわざ
るを得ない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、以上のような従来技術の欠点をなく
し、下地基板もしくは下地基板上に作製した素子に損傷
を与えることなく、表面形状が平滑で稠密な所望する物
質の薄膜を、下地基板もしくは一部に絶縁膜を有する下
地基板上に形成させることができる薄膜の製造方法を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の基本的な考え方は、例えば、表面の一部に絶縁
膜を形成されたSi基板の上に非晶質Si薄膜を被着し、そ
の後基板を電気炉あるいはレーザ光等で加熱し、非晶質
Si薄膜を溶融することなく、固相反応で単結晶Si薄膜を
結晶成長させる所にある。この場合、基板Siと非晶質Si
薄膜との界面清浄度及び非晶質Si薄膜の稠密性をいかに
して高めるかが固相成長成功のポイントとなっている。
前者の問題点は超高真空中で基板表面を清浄化し、その
まま同じ真空槽内でSiを蒸着（分子蒸着）することによ
り解決することが可能である。一方、後者の問題点は非
晶質Ｓ薄膜の堆積速度を遅くする、さらに堆積後にイオ
ン打込みによりボイド等を消滅させる等の方法により改
善がはかられているものの未だ充分とはいい難い状態で
ある。もし非晶質Si薄膜の稠密性が充分でないと、結晶
成長中に体積変化が生じ、そのためストレス等が発生
し、結晶成長の進行が阻害されることになる。
そこで、本発明は作製する非晶質Si薄膜の高稠密化の問
題点を解決し、固相反応で表面平滑な単結晶Si薄膜をを
得ることができる新しい方法を提供するものである。
まず、本発明の基本的な考え方について説明する。
堆積する非晶質Si薄膜の稠密性を高めるには、ボイドの
発生を防ぎながら、Si薄膜を堆積することが必要であ
る。今、２個又は３個以上の分子が連なった状態でSi薄
膜を堆積すれば、クラスターとクラスターの間にボイド
が生じ、得られる非晶質Si薄膜の稠密性が低下すること
になる。したがって、稠密性を高めるためには、単原子
状態でSi原子を堆積するか、分子状態で堆積したSi原子
間のボンドを堆積後に基板表面で切断するようにする工
夫が必要である。Si−Si間の結合エネルギーは3.0eVで
あるから、それ以上のエネルギーを有する光を照射しつ
つ、Si膜を堆積すれば上記の条件は満足されることにな
る。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
非晶質Si薄膜の堆積には通常の分子線蒸着装置を用い
た。同装置の基本構造を第１図（ａ）、（ｂ）に示す。
図において、１は真空容器、２は超高真空排気系への接
続部、３は被蒸着試料を載置した試料取付台、４は光
源、５は光透通窓、６は反射鏡、７は蒸発部、８は試料
である。蒸発部７では蒸発用試料を抵抗加熱、電子ビー
ム加熱等の通常の手法によって蒸発させるようになって
いる。
以上の装置を用い、第２図（ａ）に示すような、表面の
一部に酸化膜９（厚さ0.1μｍ）をもったSi単結晶基板1
0の表面上にSiの分子線蒸着（真空度:10-11Torr,基板温
度：室温，堆積速度:1Å/sec）を行ないつつ、同時に光
照射した場合の結果について述べる。光源４には、CW・
Arレーザーの第２高調波（波長:0.26,0.24μｍ）を用
い、第１図（ｂ）に示すように試料基板10に平行に光を
導入した。蒸着終了後には基板10から酸化膜９上にかけ
て非晶質Si薄膜11が堆積されていることがわかった。
以上の分子線蒸着を３時間行ない、約１μｍの厚さを有
する非晶質Si薄膜11を堆積した〔第２図（ｂ）〕後に光
学的測定を行ない、非晶質Si薄膜の屈折率を求めた所、
単結晶Siのそれ（4.0）と大略同じ値が得られた。一
方、光照射を行なわないで堆積した試料の場合、屈折率
の値は3.3と小さく、したがって、光照射と分子線蒸着
を同時に行なうことにより、緻密な非晶質Si薄膜が得ら
れることがわかった。
これらの試料を、電気炉でアニール（600℃,4時間）し
た所、光照射した非晶質Si薄膜では第２図（ｃ）に示す
ように、酸化膜９の端から酸化膜９上に約４μｍの長さ
で基板10の上から延びて単結晶成長領域12が観察され
た。また、その前方は多結晶Si領域13であった。さらに
長時間のアニールを行なえば、非晶質Si薄膜11の全体が
単結晶化される。
一方、光照射していない試料の場合には、単結晶成長領
域の長さは高々0.5〜1.0μｍ程度であった。また、第１
図（ａ）のような光照射法を用いた場合も、上記とほぼ
同様な結果が得られた。
これらの実験結果から、本発明の有効性が確認された。
以上説明したように、本発明は、例えばSiの蒸着中に光
が導入され、光照射とSiの蒸着とが同時に行ない、Si−
Si間のボンドができるのを防ぎながら蒸着を行なうとこ
ろに特徴があり、いわゆる光CVDのように光照射により
反応を促進するものとは全く異なる。
以上の実施例においては、光源としてArレーザーを用い
たが、非晶質Siを形成するには波長が0.41μｍ（3.0eV
のエネルギーに相当）以下であれば、他のいかなる光源
を用いても良いことは明らかである。また、非晶質Si薄
膜の単結晶化の実施例として電気炉によるアニールを用
いたが、他の手段（レーザ、電子線、ストリップ・ヒー
ター等）を用いても良いことは明らかである。
本発明の原理を用いることにより、Si以外の無機結晶性
物質の緻密な非晶質薄膜を形成することも明らかであ
る。この場合、ダイヤモンド、SiC、NaCl,Fe,Au等の結
合エネルギーはそれぞれ7.4eV,12.3eV,7.9eV,4.1eV及び
4.0eVであるから、これらのエネルギー以上の光を導入
しながら、これら物質の構成要素をガス状態で供給すれ
ば良いことになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば表面平滑で、稠密
な非晶質薄膜、ひいては単結晶薄膜を得ることが可能と
なり、三次元構造の半導体素子の作製が容易となる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に使用する分子線蒸着装置の説明図、第
２図は本発明における薄膜の製造工程説明図である。 図において、１……真空容器、２……超真空排気系への
接続部、３……被蒸着試料を載置した試料取付台、４…
…光源、５……光透過窓、６……反射鏡、７……蒸発
部、８……試料蒸着膜、９……酸化膜、10……Si基板、
11……非晶質Si膜、12……単結晶Si成長領域、13……多
結晶Si領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蕨迫 光紀 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 本岡 輝昭 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−119630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−164572（ＪＰ，Ａ) 「電子材料」19〔11〕（1980−11）Ｐ. 69−77

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】分子線を照射して基板上に非晶質薄膜を形
    成する薄膜の製造方法において、上記非晶質薄膜を構成
    する物質の原子間結合エネルギー以上のエネルギーを有
    する光を上記基板上に照射して、分子状態で堆積された
    上記物質の原子間結合を切断し、稠密な非晶質薄膜を形
    成することを特徴とする薄膜の製造方法。
  2. 【請求項２】上記基板は単結晶基板であり、上記非晶質
    薄膜の堆積中もしくは堆積後に上記単結晶基板をアニー
    ルして、上記非晶質薄膜の少なくとも一部を固相反応に
    よって単結晶化することを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の薄膜の製造方法。
  3. 【請求項３】上記非晶質薄膜を構成する物質はシリコン
    であり、上記光のエネルギーは3.0eV以上であることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
    薄膜の製造方法。
JP58202619A 1983-10-31 1983-10-31 薄膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH0754796B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58202619A JPH0754796B2 (ja) 1983-10-31 1983-10-31 薄膜の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58202619A JPH0754796B2 (ja) 1983-10-31 1983-10-31 薄膜の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6095918A JPS6095918A (ja) 1985-05-29
JPH0754796B2 true JPH0754796B2 (ja) 1995-06-07

Family

ID=16460373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58202619A Expired - Lifetime JPH0754796B2 (ja) 1983-10-31 1983-10-31 薄膜の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0754796B2 (ja)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3174485D1 (en) * 1980-12-23 1986-05-28 Nat Res Dev Field effect transistors
JPS58119630A (ja) * 1982-01-11 1983-07-16 Nec Corp 分子線結晶成長法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
「電子材料」１９〔１１〕（１９８０−１１）Ｐ．６９−７７

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6095918A (ja) 1985-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5221411A (en) Method for synthesis and processing of continuous monocrystalline diamond thin films
JPS6392012A (ja) 積層物品およびその製造方法
US4752590A (en) Method of producing SOI devices
US4743567A (en) Method of forming thin, defect-free, monocrystalline layers of semiconductor materials on insulators
JPH0948694A (ja) 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法
JPH0360171B2 (ja)
EP0819782A1 (en) Process of forming a thin film by laser ablation
JPH02143415A (ja) 単結晶シリコン膜の形成方法
US4576676A (en) Thick crystalline films on foreign substrates
JPS5856249B2 (ja) プラズマ反応による薄膜の製造方法
JPS6119116A (ja) 半導体装置の製造方法
JP3882030B2 (ja) α−ＳｉＣエピタキシャル薄膜の作製方法及びα−ＳｉＣヘテロエピタキシャル薄膜
JP3637926B2 (ja) ダイアモンド単結晶膜の製造方法
JPH04298020A (ja) シリコン薄膜結晶の製造方法
JPS6095918A (ja) 薄膜の製造方法
JP2856533B2 (ja) 多結晶シリコン薄膜の製造方法
JPS61179523A (ja) 単結晶薄膜形成方法
JP2814503B2 (ja) 単結晶ダイアモンド膜複合体の製造方法
JPH02188499A (ja) 結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜の製法
JPH02185019A (ja) 結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を製造する方法
JPS60127745A (ja) 半導体基板
JP3205666B2 (ja) Ｓｉ単結晶基板上でのＣｅＯ２ エピタキシャル単結晶薄膜の合成方法
JP2565684B2 (ja) 多結晶シリコン薄膜の製造方法
JPS59171114A (ja) 半導体単結晶膜の製造方法
JPS61270294A (ja) Ｓｉ単結晶膜の形成方法