JPS5840820A - シリコン単結晶膜形成法 - Google Patents
シリコン単結晶膜形成法Info
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- JPS5840820A JPS5840820A JP56138943A JP13894381A JPS5840820A JP S5840820 A JPS5840820 A JP S5840820A JP 56138943 A JP56138943 A JP 56138943A JP 13894381 A JP13894381 A JP 13894381A JP S5840820 A JPS5840820 A JP S5840820A
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
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】
本発明は単結晶縁絶体基板上にシリコン単結晶膜を形成
する方法に関するものである。
する方法に関するものである。
単結晶縁絶体基板上にシリコン単結晶膜を形成したシリ
コン半導体基板の実例として５Ｏ８（Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ ）基板が知られている。
コン半導体基板の実例として５Ｏ８（Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ ）基板が知られている。
以下、ＳＯ８を例にとり説明する。ＳＯ８は所望の温度
に加熱されたサファイア基板を含む成長炉にシラン（Ｓ
ｌｌ１４）等の原料ガスを送り込み、その熱分解に」：
す、サファイア基板上にシリコン単結晶膜を形成したも
のである。
に加熱されたサファイア基板を含む成長炉にシラン（Ｓ
ｌｌ１４）等の原料ガスを送り込み、その熱分解に」：
す、サファイア基板上にシリコン単結晶膜を形成したも
のである。
しかし、このような成長法においては成長温度として９
５０℃〜１０００℃の範囲が用いられており、サファイ
ア基板とシリコン単結晶の格子定数及び熱膨張係数の違
いにより、得られるシリコン膜には多数の転位、面欠陥
、圧縮歪等が導入されてしまうことは公知である。これ
らの結晶性を低下させている欠陥はＭＯＳデバイス製作
上、問題点の１つに数えられている。
５０℃〜１０００℃の範囲が用いられており、サファイ
ア基板とシリコン単結晶の格子定数及び熱膨張係数の違
いにより、得られるシリコン膜には多数の転位、面欠陥
、圧縮歪等が導入されてしまうことは公知である。これ
らの結晶性を低下させている欠陥はＭＯＳデバイス製作
上、問題点の１つに数えられている。
一方では、このような問題点を改善する目的で成長俵に
結晶性を数夜させようとする試みがいくつかなされてい
るが、本発明の目的とするところは基本的な単結晶膜形
成法に関わるものである。
結晶性を数夜させようとする試みがいくつかなされてい
るが、本発明の目的とするところは基本的な単結晶膜形
成法に関わるものである。
そこで、上記欠点を改善する目的で、本発明者は単結晶
絶縁体基板上に結晶欠陥の少ないシリコン単結晶膜をエ
ピタキシャル成長させる方法を見い出した。
絶縁体基板上に結晶欠陥の少ないシリコン単結晶膜をエ
ピタキシャル成長させる方法を見い出した。
本発明は金属−シリコンが比較的低温度で共晶反応を起
こし、この反応によってシリコン単結晶が析出するとい
う現象を利用したものである。
こし、この反応によってシリコン単結晶が析出するとい
う現象を利用したものである。
従来より、この金属−シリコンの共晶反応を利用したエ
ピタキシャル成長法（Ｊ、Ｅ、Ｄａｖｅｙ ： Ａｐｐ
ｌ。
ピタキシャル成長法（Ｊ、Ｅ、Ｄａｖｅｙ ： Ａｐｐ
ｌ。
Ｐｈｙａ、Ｌｅｔｔ、、２８．３６５（１９７６））は
知られていたが、この場合、用いた基板はシリコン単結
晶であった。
知られていたが、この場合、用いた基板はシリコン単結
晶であった。
本発明は基板として、シリコン単結晶では７４、く単結
晶絶縁体を用いたところが全く異っている。
晶絶縁体を用いたところが全く異っている。
従来のＳＯ８形式においてはシランガスの熱分解により
サファイア基板上にシリコン単結晶を成長させていたが
、この場合成長温度を９００ｔＪ、下にして行うと、得
られるシリコンの膜質は劣化し、ＭＯＳデバイス製作に
向かないものであることは公知である。
サファイア基板上にシリコン単結晶を成長させていたが
、この場合成長温度を９００ｔＪ、下にして行うと、得
られるシリコンの膜質は劣化し、ＭＯＳデバイス製作に
向かないものであることは公知である。
本発明は適当な金属により、金属−シリコンの共晶温度
が従来のＳＯ８形成温度よりも低い組み合せを選び、低
温にもかかわらず、単結晶絶縁体基板上にシリコン１）
１結晶膜を形成し、残留歪が小さく、かつ結晶欠陥の少
ないシリコン単結晶膜を提供することを目的としたもの
である。
が従来のＳＯ８形成温度よりも低い組み合せを選び、低
温にもかかわらず、単結晶絶縁体基板上にシリコン１）
１結晶膜を形成し、残留歪が小さく、かつ結晶欠陥の少
ないシリコン単結晶膜を提供することを目的としたもの
である。
従来のＳ ＯＳ形式温度より低い共晶温度を持つ金属−
シリコンの組み合せが存在し【いることを金属−シリコ
ン固溶体の相図（Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒｍｎ ）から
容易に見い出すことが可能であるが、良好なシリコン単
結晶膜を得るためには共晶温度が低いということだけで
は本発明の目的は容易に達せられるものではない。金（
Ａｕ） 、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ） ＋白金
（Ｐｔ） 等がシリコンと良好な中間層を形成し、共晶
反応を起こすこと（Ｇ、’０ｔｔａｖｉａｒｉ、 ｅｔ
ａｌ。
シリコンの組み合せが存在し【いることを金属−シリコ
ン固溶体の相図（Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒｍｎ ）から
容易に見い出すことが可能であるが、良好なシリコン単
結晶膜を得るためには共晶温度が低いということだけで
は本発明の目的は容易に達せられるものではない。金（
Ａｕ） 、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ） ＋白金
（Ｐｔ） 等がシリコンと良好な中間層を形成し、共晶
反応を起こすこと（Ｇ、’０ｔｔａｖｉａｒｉ、 ｅｔ
ａｌ。
：Ｐｈｙｓ、１ｌｅｖ、Ｉ、ａｔｔ、 、 ４４２８４
（１９８０））が示されているが本発明者を１金、銀、
アルミニウム、白金がシリコンど共晶反応を起こす場合
の共晶温度が、従来のＳＯ８形成温度よりも低いことを
確認し、上記金属を本発明の特許請求の範囲で言う金属
として選択した。
（１９８０））が示されているが本発明者を１金、銀、
アルミニウム、白金がシリコンど共晶反応を起こす場合
の共晶温度が、従来のＳＯ８形成温度よりも低いことを
確認し、上記金属を本発明の特許請求の範囲で言う金属
として選択した。
また、特許５５−８４７５２によれば金属−シリコン共
晶反応を用いたシリコン単結晶膜形成法において良好な
結晶性を有するシリコン膜を得るためには析出核の制御
が重要であると述べられている。特許５５−８４７５２
は単結晶絶縁体基板上に先ずシリコンと共晶反応を起こ
す金属を島状に蒸着し後に、所望の成長温度でシリコン
を堆積させ、シリコン単結晶膜を得る形成法である。
晶反応を用いたシリコン単結晶膜形成法において良好な
結晶性を有するシリコン膜を得るためには析出核の制御
が重要であると述べられている。特許５５−８４７５２
は単結晶絶縁体基板上に先ずシリコンと共晶反応を起こ
す金属を島状に蒸着し後に、所望の成長温度でシリコン
を堆積させ、シリコン単結晶膜を得る形成法である。
本発明は単結晶絶縁体基板上に、先ず非晶質もしくは多
結晶シリコン膜を島状に、堆積し、次いでシリコンと共
晶反応を起こす金属を基板上に蒸着し、しかる後、所望
の温度で加熱処理を行う方法であり、特許５５−８４７
５２に比べ、シリコン午結晶形の形成において制御性が
優れ、かつ結晶性の良好なシリコン単結晶膜を提供でき
ることがわかった。単結晶絶縁体基板上に非晶質もしく
は多結晶シリコンを全面に堆積し、次いで共晶反応を起
こす金属を蒸着し、その後加熱処理を行っても、析出核
の制御がなされていないので、得られるシリコン膜は粒
径が増大するだけで膜質の劣ったものである。
結晶シリコン膜を島状に、堆積し、次いでシリコンと共
晶反応を起こす金属を基板上に蒸着し、しかる後、所望
の温度で加熱処理を行う方法であり、特許５５−８４７
５２に比べ、シリコン午結晶形の形成において制御性が
優れ、かつ結晶性の良好なシリコン単結晶膜を提供でき
ることがわかった。単結晶絶縁体基板上に非晶質もしく
は多結晶シリコンを全面に堆積し、次いで共晶反応を起
こす金属を蒸着し、その後加熱処理を行っても、析出核
の制御がなされていないので、得られるシリコン膜は粒
径が増大するだけで膜質の劣ったものである。
本発明者は単結晶絶縁体基板上にシリコンを島状に堆積
させ、金属−シリコンの共晶反応の結果生成される析出
核の制御を行うことにより、均一かつ良質なシリコン単
結晶膜を得ることが可能であることを見い出し、本発明
に到った。
させ、金属−シリコンの共晶反応の結果生成される析出
核の制御を行うことにより、均一かつ良質なシリコン単
結晶膜を得ることが可能であることを見い出し、本発明
に到った。
以下実施例を示し、本発明の詳細を図面を用いて説明す
る。ｚ躾：に用いる単結晶絶縁体基板としては、サファ
イア、スピネル、ベリリウムオキサイド、シリコンカー
バイト、シリコンナイトライド等があるが、ここでは（
ｌｉｏ２）面サファイア単結晶基板を例にとって説明す
る。
る。ｚ躾：に用いる単結晶絶縁体基板としては、サファ
イア、スピネル、ベリリウムオキサイド、シリコンカー
バイト、シリコンナイトライド等があるが、ここでは（
ｌｉｏ２）面サファイア単結晶基板を例にとって説明す
る。
第１図は（１ｒｏ２）面サファイア基板ｌ上に非晶質も
しくはシリコン膜２を島状に堆積させた時の基板の断面
図の模式図である。（ＩＴｏｚ）面サファイア基板の表
面は鏡面状に加工されていて、トリクロルエチレン、７
セトン、エチルアルコールを用いて脱脂洗浄を施し、さ
らに過酸化水素水、アンモニア水、純水からなる混液で
、その表面を洗浄化した。しかる後、市販のＣＶ Ｄ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）装置を用いて、非晶質もしくは多結晶シリコンを堆
積させ、従来のマスク技術を用いて島状に加工した。シ
リコン膜の堆積法については他の蒸着法でも可能で、本
発明はシリコン膜の堆積法においては何らの制約も受け
ない。
しくはシリコン膜２を島状に堆積させた時の基板の断面
図の模式図である。（ＩＴｏｚ）面サファイア基板の表
面は鏡面状に加工されていて、トリクロルエチレン、７
セトン、エチルアルコールを用いて脱脂洗浄を施し、さ
らに過酸化水素水、アンモニア水、純水からなる混液で
、その表面を洗浄化した。しかる後、市販のＣＶ Ｄ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）装置を用いて、非晶質もしくは多結晶シリコンを堆
積させ、従来のマスク技術を用いて島状に加工した。シ
リコン膜の堆積法については他の蒸着法でも可能で、本
発明はシリコン膜の堆積法においては何らの制約も受け
ない。
シリコン膜２は長方形のもので、その幅Ｗは５゜１０
、２０ 、５０μｍの４種類のものを選んだ。また、隣
り合うシリコン膜の間隔りはＷ＝Ｌとした。
、２０ 、５０μｍの４種類のものを選んだ。また、隣
り合うシリコン膜の間隔りはＷ＝Ｌとした。
第２図は第１図の平面図を模式的に表わした図である。
第２図において、シリコン膜２の幅ＷはＷ／Ｗの値とし
て０．５，１．２の値を選んだ。なお、シリコン膜２の
膜厚ｔは０．４μｍとした。
て０．５，１．２の値を選んだ。なお、シリコン膜２の
膜厚ｔは０．４μｍとした。
第３図は金属膜蒸着後の基板断面図を模式的に表わした
図である。シリコン膜２を有するサファイア基板１上に
シリコンと共晶反応を起こす金属膜３を市販の金属蒸着
装置を用い、圧力１０〜１０’ｌ’ｏｒｒ 、室温にお
いて蒸着した。
図である。シリコン膜２を有するサファイア基板１上に
シリコンと共晶反応を起こす金属膜３を市販の金属蒸着
装置を用い、圧力１０〜１０’ｌ’ｏｒｒ 、室温にお
いて蒸着した。
蒸着した金属膜３の膜厚ｄはその後の加熱処理及び用い
る金属種に依存し、シリコンと共晶反応を起こす組成比
を満足する量を蒸着する必要がある。次に、前記基板を
アルゴン（Ａｒ）ガスの不活性雰囲気において、抵抗加
熱炉に挿入し、加熱処理を施した。
る金属種に依存し、シリコンと共晶反応を起こす組成比
を満足する量を蒸着する必要がある。次に、前記基板を
アルゴン（Ａｒ）ガスの不活性雰囲気において、抵抗加
熱炉に挿入し、加熱処理を施した。
第４図に共晶反応により移行した金属膜を選択エッチし
て取り除いた基板の断面図を模式的に示した。
て取り除いた基板の断面図を模式的に示した。
本実施例によると、Ｗ＝Ｗ＝Ｌ＝１０μｍとして金（Ａ
ＬＬす用い、金属膜厚を５ｏｏＡ 、加熱処理温度とし
て共晶点温度とした場合、シリコン膜４を７マルスキー
干渉顕微鏡？ Ｓ Ｅ Ｍ （Ｓｃｍｎｎｉｎｇ Ｅｌ
ｅｅｔｒｏｎＭｉｏｒｏｓｅｏｐｅ ） 、 Ｔ Ｅ
Ｍ （Ｔｒａｒｕｓｍｉｓｍｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ） 、Ｘ 線回折を用いて調べ
たところ、単結晶シリコンであることが明らかとなった
。
ＬＬす用い、金属膜厚を５ｏｏＡ 、加熱処理温度とし
て共晶点温度とした場合、シリコン膜４を７マルスキー
干渉顕微鏡？ Ｓ Ｅ Ｍ （Ｓｃｍｎｎｉｎｇ Ｅｌ
ｅｅｔｒｏｎＭｉｏｒｏｓｅｏｐｅ ） 、 Ｔ Ｅ
Ｍ （Ｔｒａｒｕｓｍｉｓｍｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ） 、Ｘ 線回折を用いて調べ
たところ、単結晶シリコンであることが明らかとなった
。
（１丁０２）面サファイア基板１上に成長したシリコン
単結晶膜４の結晶学的方位は〈１００〉で、従来のＳＯ
８と同様に（１ｒ０２）面サファイア基板上に（１００
）面シリコン単結晶が成長し【いることがわかった。
単結晶膜４の結晶学的方位は〈１００〉で、従来のＳＯ
８と同様に（１ｒ０２）面サファイア基板上に（１００
）面シリコン単結晶が成長し【いることがわかった。
本実施例によると、Ｗが５．２０．５０μｍの場合でも
良好な結晶性を有するシリコン単結晶膜が成長している
ことが、ＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｘ線回折の結果から明らかと
なった。また、金属として、銀（ＡｇＬアルミニウム（
ＡＡり、白金（ＰＬ）を用いてもシリコン単結晶膜が成
長していることが明らかとなった。
良好な結晶性を有するシリコン単結晶膜が成長している
ことが、ＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｘ線回折の結果から明らかと
なった。また、金属として、銀（ＡｇＬアルミニウム（
ＡＡり、白金（ＰＬ）を用いてもシリコン単結晶膜が成
長していることが明らかとなった。
以上の説明では、用いた単結晶絶縁体基板として（１丁
０２）面サファイア基板の例を示ｌ−たが、（０００１
）面サファイア基板を用いた場合には（１０）面シリコ
ン単結晶膜が成長した。またスピネル基板を用いてもシ
リコン単結晶膜が成長した。
０２）面サファイア基板の例を示ｌ−たが、（０００１
）面サファイア基板を用いた場合には（１０）面シリコ
ン単結晶膜が成長した。またスピネル基板を用いてもシ
リコン単結晶膜が成長した。
本実施例においては、加熱処理法として抵抗加熱炉を用
いたが、他の高周波誘導加熱炉を用いても良く、また炉
内加熱に限らず、基板裏面からのレーザビームによる加
熱、及び赤外光加熱を用いても良く、本実施例と同様な
結果が得られた。
いたが、他の高周波誘導加熱炉を用いても良く、また炉
内加熱に限らず、基板裏面からのレーザビームによる加
熱、及び赤外光加熱を用いても良く、本実施例と同様な
結果が得られた。
加熱処理時の雰囲気としてアルゴン（Ａｒ ）以外の官
素（１％）ｔヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いても同様な結
果が得られた。また、市販のロータリーポンプを用い、
１０ Ｔｏｒｒ程度の真空中において加熱処理を施し
ても同様な結果が得られた。
素（１％）ｔヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いても同様な結
果が得られた。また、市販のロータリーポンプを用い、
１０ Ｔｏｒｒ程度の真空中において加熱処理を施し
ても同様な結果が得られた。
以上、述べたように、シリコンと共晶反応を起こす金属
を用いて、従来のＳＯ８形成温度よりも低温で、単結晶
絶縁体基板上に結晶性を低下させている欠陥の少ない単
結晶シリコン膜を得る方法を示した。
を用いて、従来のＳＯ８形成温度よりも低温で、単結晶
絶縁体基板上に結晶性を低下させている欠陥の少ない単
結晶シリコン膜を得る方法を示した。
本発明はＳＯ８を門ＯＳデ）（イス製作に用いる場合、
必ずしも基板全面にシリコン膜が堆積している必要がな
いということを有効に活用したもので、共晶反応過程に
おいてシリコンを島状に堆積させることにより、析出核
を制御し、均一かつ良質な島状単結晶シリコン膜を形成
する新しい方法を提供するものである。
必ずしも基板全面にシリコン膜が堆積している必要がな
いということを有効に活用したもので、共晶反応過程に
おいてシリコンを島状に堆積させることにより、析出核
を制御し、均一かつ良質な島状単結晶シリコン膜を形成
する新しい方法を提供するものである。
第１図は（ＩｒＯ２）面サファイア基板上にシリコン膜
を島状に堆積した様子を説明する断面の模式図。 第２図は（Ｉ ＴＯ２）面す７アイ゛ア基板上にシリコ
ン膜を島状に堆積した様子を説明する平面図の模式図。 第３図はサファイア基板上に金属膜を蒸着した様子を説
明する断面図の模式図。第４図はサファイア基板上に島
状に成長させた単結晶シリコン膜の断面を模式的に表わ
した図。 １・・・・・・（ｘｒｏ２）面サファイア基板２・・・
・・・島状シリコン膜 ３・・・・・・蒸着金属膜 ４・・・・・・島状単結晶シリコン膜
を島状に堆積した様子を説明する断面の模式図。 第２図は（Ｉ ＴＯ２）面す７アイ゛ア基板上にシリコ
ン膜を島状に堆積した様子を説明する平面図の模式図。 第３図はサファイア基板上に金属膜を蒸着した様子を説
明する断面図の模式図。第４図はサファイア基板上に島
状に成長させた単結晶シリコン膜の断面を模式的に表わ
した図。 １・・・・・・（ｘｒｏ２）面サファイア基板２・・・
・・・島状シリコン膜 ３・・・・・・蒸着金属膜 ４・・・・・・島状単結晶シリコン膜
Claims (1)
- 単結晶縁絶体基板上にシリコン単結晶膜を形成する方法
において、単結晶絶縁基板上面に、先ず、非晶質もしく
は多結晶シリコン膜を島状に堆積させ、次いで金、銀、
アルミニウム、白金のうち少なくとも１つからなる金属
膜を堆積させ、しかる後、不活性ガス雰囲気中、または
真空中で前記基板に加熱処理を施し、島状のシリコン単
結晶膜を形成することを特徴とするシリコン単結晶膜形
成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56138943A JPS5840820A (ja) | 1981-09-03 | 1981-09-03 | シリコン単結晶膜形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56138943A JPS5840820A (ja) | 1981-09-03 | 1981-09-03 | シリコン単結晶膜形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5840820A true JPS5840820A (ja) | 1983-03-09 |
Family
ID=15233771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56138943A Pending JPS5840820A (ja) | 1981-09-03 | 1981-09-03 | シリコン単結晶膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5840820A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745519A (ja) * | 1993-07-27 | 1995-02-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| US5888857A (en) * | 1992-12-04 | 1999-03-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US6319761B1 (en) | 1993-06-22 | 2001-11-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor |
| US6323071B1 (en) | 1992-12-04 | 2001-11-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for forming a semiconductor device |
| US6479331B1 (en) | 1993-06-30 | 2002-11-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a semiconductor device |
| US6713330B1 (en) | 1993-06-22 | 2004-03-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor |
| JP2006319361A (ja) * | 2006-07-19 | 2006-11-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 結晶性珪素膜の作製方法及び半導体装置 |
-
1981
- 1981-09-03 JP JP56138943A patent/JPS5840820A/ja active Pending
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