JPH0795525B2 - 単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

単結晶薄膜の製造方法

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JPH0795525B2
JPH0795525B2 JP62154461A JP15446187A JPH0795525B2 JP H0795525 B2 JPH0795525 B2 JP H0795525B2 JP 62154461 A JP62154461 A JP 62154461A JP 15446187 A JP15446187 A JP 15446187A JP H0795525 B2 JPH0795525 B2 JP H0795525B2
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利明 宮嶋
正義 木場
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は単結晶薄膜の製造方法に関し、さらに詳細には
非単結晶絶縁膜上に形成した非晶質あるいは多結晶等の
非単結晶薄膜にレーザービームや電子ビーム等の照射あ
るいはランプ,ヒータ等による加熱等のエネルギービー
ム照射を行って、非単結晶薄膜を単結晶化する方法の改
良に関するものである。
〈従来の技術〉 従来より、単結晶基板上に形成した一部開口部を有する
絶縁膜上に、非晶質あるいは多結晶等の非単結晶薄膜を
形成し、この非単結晶薄膜にレーザビームや電子ビーム
等の照射あるいはランプ,ヒータ等による加熱等のエネ
ルギービーム照射を行って溶融再結晶化させることによ
り、単結晶基板と結晶方位の一致した単結晶薄膜を作製
する方法が提案されている。
この従来より提案されている方法は、通常第2図(a)
及び(b)に示すように単結晶基板21上に一部開口部21
aを有する絶縁膜22を形成し、さらにその上に単結晶化
すべき非晶質あるいは多結晶の非単結晶薄膜23と表面保
護膜24を形成した後、レーザビームや電子ビーム等の照
射あるいはランプ,ヒータ等による加熱等のエネルギー
ビーム照射25を非単結晶薄膜23が単結晶基板21の露出部
分21aと直接接した領域から行うことにより、単結晶基
板21を結晶成長の種として非単結晶薄膜23を単結晶化し
て単結晶基板21と結晶方位の一致した単結晶薄膜26にし
ている。
また、単結晶薄膜を2層以上形成しようとする場合は、
第3図(a)及び(b)に示すように、単結晶基板21を
直接種とする方法や、第4図(a)乃至(e)に示すよ
うに単結晶基板21と結晶方位が一致するように形成され
た単結晶薄膜26を種とする方法がある。単結晶薄膜を3
層以上形成する場合も同様である。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、第3図に示した単結晶基板21を種として2層以
上単結晶薄膜を形成する方法では、種部(単結晶基板21
の露出部分21b)での段差が大きくなるため、良好な結
晶方位制御が困難である。種部をあらかじめ単結晶化し
たい薄膜23と同じ材料で埋め込んで段差をなくす方法も
あるが、単結晶化したい薄膜23と層間の絶縁膜22,27と
の熱伝導率の差が大きいと種部とそれ以外での温度差が
大きくなり過ぎ、両部の単結晶化したい薄膜23を未溶融
部や飛散なく良好に溶融させることができない。
この問題を避けるため、第4図に示した単結晶基板21と
結晶方位が一致するように形成した下層の単結晶薄膜26
を種とする方法があるが、本方法ではエネルギービーム
照射により単結晶化したい薄膜28を溶融再結晶化させる
時、単結晶薄膜26の露出部分26aの周辺の単結晶薄膜26
も溶融し、続いて固化するとき、ランダムに核発生を起
こし、せっかく結晶方位制御した単結晶薄膜26を種にし
ようとしているのに、ランダムな結晶方位をもった薄膜
しか得られないという問題点があった。
なお、第4図(a)乃至(e)において、第2図
(a),(b)及び第3図(a),(b)と同一部分は
同一符号で示しており、21は単結晶基板、21a及び21bは
単結晶基板の露出部、22及び27は非単結晶絶縁膜、23及
び28は単結晶化すべき非単結晶薄膜、24及び29は表面保
護膜、25及び30はレーザビームや電子ビーム等の照射あ
るいはランプ,ヒータ等による加熱等のエネルギービー
ム照射、26及び31は単結晶化薄膜、26aは単結晶化薄膜
の露出部分である。
本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであり、単
結晶基板を被覆する非単結晶絶縁膜上に、基板の結晶方
位と一致した単結晶薄膜を2層以上安定して得ることが
可能な単結晶薄膜の製造方法を提供することを目的とし
ている。
〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は、非単結晶絶縁膜
で被覆された単結晶基板上に形成された非単結晶薄膜
を、エネルギービーム照射で溶融再結晶化させることに
より、単結晶基板と結晶方位の一致した単結晶薄膜を2
層以上形成する単結晶薄膜の製造方法において、単結晶
化したい非単結晶薄膜より下層にある、既に単結晶基板
と結晶方位が一致するように形成された単結晶薄膜を種
として単結晶化したい非単結晶薄膜の結晶方位を制御す
る方法であって、種とする単結晶薄膜がさらに下層の単
結晶薄膜乃至単結晶基板と直接接する領域を有するよう
に前記種とする単結晶薄膜をパターニングするととも
に、前記単結晶化したい非単結晶薄膜が種とする単結晶
薄膜と直接接する領域がエネルギービーム照射により溶
融するとき、前記種とする単結晶薄膜がさらに下層の単
結晶基板乃至単結晶薄膜と直接接する領域も同時に溶け
るようになしたことを特徴とする単結晶薄膜の製造方法
である。
〈作用〉 単結晶基板と結晶方位が一致するように形成された単結
晶薄膜を種とする方法において、この単結晶薄膜をパタ
ーニングする際に、この単結晶薄膜がさらに下層の単結
晶薄膜乃至単結晶基板と直接接する領域を残すようにす
ることにより、単結晶化したい薄膜にエネルギービーム
照射して溶かした時、単結晶化したい薄膜が種とする下
層単結晶薄膜と直接接する領域の周辺までこの単結晶薄
膜が溶けても、単結晶薄膜の熱伝導率の方が層間の絶縁
膜の熱伝導率よりも大きいと、この単結晶薄膜がさらに
下層の単結晶薄膜乃至単結晶基板と直接接する領域から
下層へ熱が逃げやすいため、その部分から固化が始ま
り、ランダムな核発生が起こらずに単結晶基板と結晶方
位の一致した単結晶薄膜が2層以上でも形成できるよう
になる。
さらに単結晶化したい薄膜が単結晶基板と結晶方位が一
致するように形成された下層の種とする単結晶薄膜と直
接接する領域がエネルギービーム照射により溶融する
時、この単結晶薄膜がさらに下層の単結晶基板乃至単結
晶薄膜と直接接する領域も同時に溶けるような位置配置
にしておくと、単結晶薄膜と層間の絶縁膜の熱伝導率の
差のため、種とする単結晶薄膜がさらに下層の単結晶基
板乃至単結晶薄膜と直接接する領域から必ず固化が始ま
るため、より一層ランダムな核発生が防止でき、単結晶
基板と結晶方位の一致した単結晶薄膜が2層以上でも安
定して形成できるようになる。
〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第1図(a)乃至(f)はそれぞれ本発明の一実施例を
説明するための工程図である。
まず第1図(a)に示すように単結晶シリコン基板1上
に常圧CVD法によりSiO2膜2を2μm形成し、単結晶シ
リコン基板1を露出すべき部分のみを通常のホトリソグ
ラフィ法によりパターニングし、2μm角の開口部1aを
形成する。次に減圧CVD法により多結晶シリコン膜3を
0.5μm形成し、さらに常圧CVD法によりSiO2膜4を0.26
μm形成した後、第1図(b)に示すように溶融幅60μ
m,レーザパワー10Wのアルゴンレーザビーム5を走査速
度100mm/secで、多結晶シリコン膜3が単結晶シリコン
基板1の露出部分1aに直接接した領域から走査し、基板
1の露出部分1aを種として多結晶シリコン膜3を単結晶
化して、単結晶シリコン基板1と結晶方位の一致した単
結晶シリコン膜6を得る。
次に、SiO2膜4を全面エッチングした後、第1図(c)
に示すように単結晶シリコン膜6が基板1の露出部分1a
と直接接している領域を含むように、通常のホトリソグ
ラフィ法によってパターニングし、種とする単結晶シリ
コン膜61を形成する。なお、この種とする単結晶シリコ
ン膜61の大きさは20μm角にしている。
次にこの単結晶シリコン膜61の上に常圧CVD法によってS
iO2膜7を2μm形成し、単結晶シリコン膜61を露出す
べき部分のみを通常ホトリソグラフィ法によってパター
ニングして、2μm角の開口部6aを形成する。このと
き、単結晶シリコン基板1の露出部分1aと単結晶シリコ
ン膜61の露出部分6aの距離は5μmとしてある。
次に、この上に減圧CVD法により多結晶シリコン膜8を
0.5μm形成し、さらに常圧CVD法によりSiO2膜9を0.26
μm形成した後、第1図(e)に示すように多結晶シリ
コン8の溶融幅60μm,レーザパワー8Wのアルゴンレーザ
ビーム10を走査速度100mm/secで単結晶シリコン膜61が
単結晶シリコン基板1の露出部分1aに直接接した領域か
ら走査し、溶融部分11を矢印13方向に固化を行なう。即
ち、まず基板1を種として単結晶シリコン膜61の溶融部
分11を単結晶シリコン基板1と結晶方位の一致した単結
晶シリコンにし、さらにこの部分を種として多結晶シリ
コン膜8を単結晶化して単結晶シリコン基板1と結晶方
位の一致した単結晶シリコン膜12を得る。この時、単結
晶シリコン膜61の溶融幅は30μmで、単結晶シリコン基
板1aの領域まで溶融していることは、単結晶シリコン膜
61の替わりに多結晶シリコン膜を用いた試料で別途確認
した。
〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、単結晶基板と結晶方位
の一致した単結晶薄膜を2層以上形成する際、2層目以
上の薄膜の種も単結晶基板からとる場合のような大きな
段差の影響もなく、また単に既に単結晶基板と結晶方位
の一致するように形成した単結晶薄膜を種とするような
ランダムな核発生もなく、安定して単結晶基板と結晶方
位の一致した単結晶薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(f)はそれぞれ本発明の一実施例を
説明するための試料断面を示した工程図、第2図(a)
及び(b)は単結晶基板を種として1層の薄膜の結晶方
位を制御する方法を説明するための試料断面を示した工
程図、第3図(a)及び(b)と第4図(a)乃至
(e)はそれぞれ2層以上の薄膜の結晶方位を制御する
ための従来法を説明するための試料断面を示した工程図
である。 1……単結晶シリコン基板、1a……単結晶シリコン基板
の露出部分、2,4,7,9……SiO2膜、3,8……多結晶シリコ
ン膜、5,10……アルゴンレーザビーム照射、6,12……単
結晶シリコン膜、61……パターニングされた種とする単
結晶シリコン膜、6a……種とする単結晶シリコン膜の露
出部分、11……溶融領域、13……固化方向。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非単結晶絶縁膜で被覆された単結晶基板上
    に形成された非単結晶薄膜を、エネルギービーム照射で
    溶融再結晶化させることにより、単結晶基板と結晶方位
    の一致した単結晶薄膜を非単結晶絶縁膜を介して2層以
    上形成する単結晶薄膜の製造方法において、 単結晶化したい非単結晶薄膜より下層にある、既に単結
    晶基板と結晶方位が一致するように形成された単結晶薄
    膜を種として単結晶化したい非単結晶薄膜の結晶方位を
    制御する方法であって、 種とする単結晶薄膜がさらに下層の単結晶薄膜乃至単結
    晶基板と直接接する領域を有するように前記種とする単
    結晶薄膜をパターニングするとともに、 前記単結晶したい非単結晶薄膜が種とする単結晶薄膜と
    直接接する領域がエネルギービーム照射により溶融する
    とき、前記種とする単結晶薄膜がさらに下層の単結晶薄
    膜乃至単結晶基板と直接接する領域も同時に溶けるよう
    になしたことを特徴とする単結晶薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】前記非単結晶絶縁膜の熱伝導率より単結晶
    化したい非単結晶薄膜の熱伝導率の方が大きいことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の単結晶薄膜の製造
    方法。
  3. 【請求項3】前記エネルギービーム照射は、単結晶化し
    たい非単結晶薄膜上をエネルギービームを走査すること
    により行い、種とする単結晶薄膜がさらに下層の単結晶
    薄膜乃至単結晶基板と直接接する領域がエネルギービー
    ム走査方向に対して、単結晶化したい非単結晶薄膜が種
    とする単結晶薄膜と直接接する領域より手前にあること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第2項記載の単
    結晶薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】前記単結晶基板がシリコンであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項記載の単結晶
    薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】前記単結晶化したい非単結晶薄膜がシリコ
    ンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
    4項記載の単結晶薄膜の製造方法。
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