JPS627115A - 単結晶薄膜形成法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁膜上に、半導体単結晶薄膜を形成する方
法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 絶縁膜上に、単結晶薄膜いわゆるＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏ
ｎ−ｄｕｃｔｏｒ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）膜を形
成する場合、絶縁膜の一部に窓を開け、単結晶基板から
の結晶の情報を伝えるためのいわゆるシードを設けた方
が、ＳＯＩ膜の結晶方位を制御する場合には効果的であ
る。しかしながら、シードを使ってＳＯＩ膜を形成する
場合、シード部とそれ以外のＳ（Ｍ構造を有する領域と
において、放熱速度が異なるために、−回でアニールす
る場合にはそれぞれのアニール条件の重なり合う狭い条
件のみでしかＳＯＩ結晶が形成できないという問題があ
った。（早藤（Ｙ、Ｈａｙａｆｕｊｉ、）ｅｔ　ａｌ、
エレクトロケミカルソサイエティ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ）Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ａ
ｂｓｔｒａｃｔ　ｏｆ　１６３ｒｄ　５ｏｃｉｅｔｙ　
Ｍｅｔｔｉｎｇ　８３−！（１９８３）Ｐ５７４）例え
ば電子ビームアニールではそれぞれアニール条件が数％
程度しか重ならずマージンが、非常に狭かった。さらに
、シードを用いたＳＯＩ試料においては、シード近傍は
、冷却速度が変化したり、また、膜の歪の大きな領域で
もあり、そのために結晶成長を困難にしている。実際、
シード近傍では、サブグレインが発生し易く、また、Ｓ
ＯＩ膜中に、ボイド（穴）が発生するという問題もある
。

（発明の目的） 本発明は、上記のような問題点を解決し、　ＳＯＩ膜を
溶融・固化し成長させる場合、ＳＯＩ結晶の形成条件を
広げるとともに、膜中にボイドやサブグレインの発生が
ない単結晶薄膜の形成法を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、少なくとも表面に半導体単結晶層を有する基
板上に一部に窓を開けた絶縁膜を形成し、窓の部分赤ら
絶縁膜上に基板と連続した微小半導体単結晶領域をまず
形成し、次に前記試料上に前記微小単結晶領域に一部分
が重なるように半導体薄膜を形成し、前記微小単結晶領
域をシードとして絶縁膜上に付着させた半導体薄膜を溶
融・固化し、絶縁膜上に、半導体単結晶薄膜を形成する
ことを特徴とする単結晶薄膜形成法である。

（構成の詳細な説明） の変化の大きい領域の影響を除く。次に前記微小領域を
基にして、結晶成長を行なうがＳＯＩ竺域のみを溶融・
固化し成長させるので５ＯＩａ域でのアニール条件にあ
わせるだけでよく、従来に較べてマージンが広くとれる
。従って、サブグレインやボイドの発生も除去できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を基に、詳細に説明する。第１図
には、本実施例用いた試料の作製方法を示す。第１図（
ａ）に示す様に、単結晶シリコン基板１上に熱酸化等の
方法でｌｐｍ厚みの酸化膜２を成長させ、酸化膜２の一
部に、ストライプ状に窓を開け、その窓の内部を、選択
的に単結晶シリコンを成長させた。これが、いわゆるシ
ード３となる。次に、シード３を含む様に、０．３ｐｍ
厚みのシリコン膜４をストライプ状に付着し、この領域
を単結晶化する。この時、シリコン膜４の幅１１として
は、５〜２０ｐｍ程度とした。シリコン膜４を結晶化す
る方法としては、固相成長法を用いた。シリコシ膜４″
を付着する前に〜ｌＸｌ０−８Ｐａ程度の高真空中で、
シード３上に付着した自然酸化膜を、加熱処理（約１１
００°Ｃ）により除去し、基板表面を清浄化した。次に
〜Ｉ　Ｘ　１Ｏ−７Ｐａの真空度で、基板温一度゛３５
０°Ｃで８０゜４ｐｍ厚みの非晶質のシリコン膜を付着
した後、シリコンイオンｔ　Ｉ　Ｘ　１０２０１／ａｍ
３の濃度になる様に、シリコン膜中にイオン注入を行な
った。次に、前記シリコン膜を、輻８１１ｍのストライ
プ状に加工した後、６００°Ｃで９時間熱処理番行なっ
た。この熱処理によりシリコン膜４は、単結晶成長−し
ていることが、電子千′ヤネリング法を用いて確認で′
きた。固相成長法を用いる場合、イオン注入するイオン
を今回シリコンイオンを用いたが、リンイオンを用いる
と、同様の熱処理条件でも２０ｐｍ程度までは、単結晶
成長が可能である。

一方、シリコン膜４を単結晶化するもう一つの方法とし
て、電子ビームアニール法も行なった。多結晶シリコン
を付着後、幅１５ｐｍのストライプ状に加工し、シリコ
ン膜４を形成した。次に加速電圧１５ｋＶ、ビーム電流
８３ｍＡＪ走査速度８３ｃｍ／ｓｅｃ、基板温度６００
°Ｃの条件で、線状電子ビーム（ビーム寸法長辺４ｍｍ
Ｘ短辺０．３ｍｍ）を用いて、シリコン膜４を溶融後詰
晶化した。この時、線状電子ビームは、その短辺方向に
走査し、かつ、走査方向はシードの長辺方向と同じ向き
にした。なお、前記の方法によりシリコン膜４を結晶化
する場合には、結晶化後め膜の平坦性を保つために、酸
化膜と窒化膜の２層をキャップ膜として使用し、アニー
ル後、キャップ膜は除去した。シリコン膜４を結晶化す
る場合、前記のように固相成長を用いる場合には、ボイ
ドの福生はない。一方、電子ビームを用いて結晶化を行
なう場合、電子ビームの走査方向がシードと平行であり
、かつ、成長するシリコン層め幅が、１５戸ｍ程度と小
さいために、溶融シリコンが同化する時の溶融シリコン
の移動量は少なく、ボイドの発生は見られなかった。

次に、第１図（ｂ）に示す様に、シリコン−膜４上に、
ストライプ状に、０．４ｐｍ厚みのシリコン膜６を付着
した。幅１２は数百ｐｍていどとした。この時、シリコ
ン膜６の付着条件としては、シリコン膜４上にはエピタ
キシャル成長し、酸化膜２上には、多結晶となる様な条
件を用いた。たとえば通常のＳｉエピタキシャル成長の
条件でよい。あるいは基板を５００６Ｃ程度加熱してお
いてＳｉのＭＢＥを行ってもよい。又は、シリコン膜６
は、非晶質シリコンを付着し、その後、６００°Ｃ程度
の低温で熱処理を行ない、固相成長によりシリコン膜４
上に、単結晶を成長させても同様な結果が得られた。こ
の時、酸化膜２上に付着したシリコン膜は、多結晶とな
った。次に、この試料上に、全面にわたりキャップ膜を
付着した。

キャップ膜としては、酸化膜と窒化膜の２層構造のもの
を使用した。

次に、この様な試料を線状電子ビームを用いて、シリコ
ン膜６を溶融・固化し、結晶成長を行なった。

電子ビームアニール条件としては、加速電圧１５ｋＶ、
ビーム電流７７ｍＡ、ビーム長４ｍｍ、ビーム幅０．３
ｍｍ走査速度８４ｃｍ／ｓｅｅ、基板温度６００°Ｃを
用いた。また、シリコン膜６の成長方向は、シード３に
垂直方向であり、かつ、シリコン膜６のシード３側から
成長させた。この時、シリコン膜６のうち、シリコン膜
４上のものは、すでに単結晶化しているために（単結晶
領域８）、シリコン膜６は、酸化膜２上にある多結晶の
もののみ一１溶融・再結晶化すれば良い。従って、電子
ビームのアニール条件としては、酸化膜２上の輻１２の
部分のシリコンの溶融条件を用いれば良く、従来行なっ
ていた様に、シード部を同時に溶融する必要がなく、本
発明の方法により、ＳＯＩの成長条件のマージンが広が
ることになる。さらにまた、通常、ボイ°ドが発生する
領域は、シリコン膜４の領域であり、シリコン膜６を成
長させる場合には、シリコン膜４は全て溶融させる必要
はなくシリコン膜６との接触部分が溶融すればよい。つ
まり、熱の冷却の不均一な領域は溶融しないために、シ
リコン膜６にはボイドの発生は見らムを用いたとき特に
有効である。

（発明の効果） 結晶化しないために、ＳＯＩの成長条件が広がり、ＳＯ
Ｉ成長の再現性が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の実施例を示す試料
の断面図である。 １・・・単結晶シリコン基板 ２・・・酸化膜 ３・・・シード ４・・・シリコン膜 ６・・・シリコン膜 ８・・・単結晶領域 工業技術院長 等々力達 オ　１　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも表面に半導体単結晶層を有する基板上に一部
   に窓を開けた絶縁膜を形成し、窓の部分から絶縁膜上に
   基板と連続した微小半導体単結晶領域をまず形成し、次
   に前記、試料上に前記微小単結晶領域に一部分が重なる
   ように半導体薄膜を形成し、前記微小単結晶領域をシー
   ドとして絶縁膜上に付着させた半導体薄膜を溶着・固化
   し絶縁膜上に、半導体単結晶薄膜を形成することを特徴
   とする単結晶薄膜形成法。