JP2000211988A

JP2000211988A - 半導体薄膜及びその形成方法

Info

Publication number: JP2000211988A
Application number: JP11012527A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Miyajima; 利明宮嶋; Jiyunkou Takagi; 悛公高木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上
に、非晶質または多結晶等の非単結晶半導体薄膜を形成
し、熱や光、荷電粒子等のエネルギーを加えて大きな結
晶粒または単結晶領域を得る。【解決手段】非単結晶絶縁膜または非単結晶絶縁基板
１の表面の一部に規則的な凹凸を形成し、その上に非晶
質または多結晶等の非単結晶半導体薄膜２を形成して、
核形成領域（凹凸形成側）と大きな結晶を形成したい領
域との間の一部を除去してくびれ部４を形成する。この
くびれ部を通過して成長した結晶成長しやすい結晶核の
みを種結晶として結晶成長させることにより、不規則に
発生する結晶粒相互がぶつかり合ってお互いの結晶成長
を阻害し合うのを防ぐ。さらに、熱や光、荷電粒子等の
エネルギーを非単結晶半導体薄膜２の一部に加えて面内
に温度の局在状態を形成し、加熱部を面内で移動させて
結晶核の発生領域と結晶成長方向とを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜及びそ
の形成方法に関し、さらに詳しくは、非単結晶絶縁膜上
または非単結晶絶縁基板上に形成された非晶質または多
結晶等の非単結晶半導体薄膜に熱や光、荷電粒子等のエ
ネルギーを加えて得られる、結晶方位が制御された大き
な結晶粒または単結晶領域を有する半導体薄膜及びその
形成方法に関する。特に、本発明は、半導体薄膜の結晶
性を改善して液晶分野だけでなく、ＩＣ分野にも適用で
きるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、基板上に形成した非単結晶絶
縁膜上または非単結晶絶縁基板上に非晶質または多結晶
の半導体薄膜を形成し、これに熱や光、荷電粒子等のエ
ネルギーを加えて単結晶化する方法が知られている。こ
の工程において、大きな結晶粒や単結晶領域を得るため
には、不規則な核発生を抑制して制御された結晶核を種
結晶として結晶成長させることが重要である。

【０００３】例えば、単結晶基板上に形成した非単結晶
絶縁膜上に非単結晶半導体薄膜を形成して結晶化させる
場合には、絶縁膜の一部を開口して単結晶基板を露出さ
せ、これを種結晶として用いることができる。これによ
り、非単結晶半導体薄膜の結晶成長方位を結晶成長が容
易な方向に制御することが可能である。

【０００４】また、特開昭５８−８５５１９号公報に
は、絶縁性基板１２上に形成した非晶質または多結晶の
半導体薄膜１３に、図８に示すような幅の狭小な小領域
１４とそれに続く部分に縁部がある角度をもって拡大す
る形状をパターン加工し、それに熱エネルギーを照射す
る方法が提案されている。これにより、その小領域に種
結晶機能を付与して半導体薄膜を単結晶化することがで
きるとされている。この種結晶としては、小領域に自然
発生した結晶核を用いる方法と、単結晶片を小領域上に
載置する方法が示されている。

【０００５】また、特開平８−３２１４６６号公報の方
法では、絶縁表面を有する基板上に形成した第１の半導
体薄膜にエネルギーを与えて結晶化した後、パターニン
グして種結晶となる領域を形成し、この種結晶となる領
域にエッチングを施して所定の結晶面を残存させる。そ
して、これを覆って第２の半導体薄膜を形成した後、再
度エネルギーを加えることにより、第２の半導体薄膜に
おいて種結晶から結晶成長を行わせる。

【０００６】さらに、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ
ｏｌ．Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．６ｐ１６４０〜ｐ１６４
３には、表面に規則的な矩形状または三角形状の凹凸を
形成した石英基板上で半導体薄膜を結晶成長させると、
その凹凸形状によって特定の結晶方位を有する結晶を成
長可能であることが報告されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、非単
結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成した非単
結晶半導体薄膜にエネルギーを加えて単結晶化する工程
において、大きな結晶粒や単結晶領域を得るためには、
不規則な核発生を抑制して制御された結晶核を種結晶と
して用いることが重要である。

【０００８】そして、上述の方法のうち、絶縁膜の一部
を開口してその下の単結晶基板を露出させ、これを種結
晶として用いる方法によれば、結晶成長方位を制御する
ことができる。しかし、この方法では、非単結晶絶縁基
板を用いる場合に結晶方位の制御が困難である。

【０００９】特開昭５８−８５５１９号公報に開示され
ている方法のうち、小領域に自然発生した結晶核を種結
晶として用いる方法では、１つの小領域から発生した領
域は１つの結晶方位を有する結晶粒になる。しかし、こ
の方法では、小領域で発生する結晶核の方位が制御でき
ず、また、小領域の結晶核が結晶成長し難い方位の場合
には、すぐに他の方位の結晶も成長するため、多結晶に
なり易い。

【００１０】また、特開昭５８−８５５１９号公報に開
示されている方法のうち、小領域に載置した単結晶片を
種結晶として用いる方法では、図８に示す小領域１４に
単結晶片を貼り付けるため、固相成長では結晶化させた
い半導体層と単結晶片との貼り付け界面を原子レベルで
清浄にしておく必要がある。しかし、清浄界面を形成
し、かつ、保持しておくことは困難である。

【００１１】特開平８−３２１４６６号公報に提案され
ている方法では、単結晶領域を形成して微小な大きさに
パターニングした後、化学的エッチングにより特定の方
位を有する結晶だけを種結晶として残存させ、その上に
第２の半導体薄膜を形成し、種結晶としての単結晶領域
から結晶成長を行わせる。このように工程が複雑であ
り、その割には面に垂直な結晶方位は制御できるものの
面内の結晶方位については制御できないという問題を有
する。

【００１２】Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｖ
ｏｌ．１６Ｎｏ．６ｐ１６４０〜ｐ１６４３に報告
されている方法では、基板に垂直な方向だけではなく、
面内の結晶方位についても制御がある程度可能である。
しかし、広い面積にわたって結晶方位の完全に揃った単
結晶膜を得ることは困難である。また、下地の凹凸形状
が膜に引き継がれるため、デバイス特性に悪影響を及ぼ
す。

【００１３】本発明はこのような従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、基板上に形成した非単結晶
絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に、特定の結晶方位
を有する大きな結晶粒または単結晶領域を容易に形成す
ることができる半導体薄膜及びその形成方法を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、非単結晶
絶縁基板を用いる場合や、単結晶基板上の非単結晶絶縁
膜を開口させずに結晶成長を行う場合においても、結晶
成長の方位を制御して大きな結晶粒または単結晶領域、
さらには特定の結晶方位を有する大面積の単結晶薄膜が
得られるように、鋭意検討を行った。その結果、種結晶
領域で不規則に発生する結晶核を一定の結晶方位を有す
る制御された結晶核とし、これを種結晶として起こる結
晶成長に一定の規則性を与えることにより上記課題が解
決できることを見い出した。

【００１５】本発明の半導体薄膜は、基板上に形成した
非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に設けられ
た半導体薄膜であって、表面の一部に規則的な凹凸を設
けた非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に、く
びれ部を有する非単結晶半導体薄膜を、該くびれ部を挟
んで一方側を該凹凸上に配して形成し、該非単結晶薄膜
にエネルギーを加えることにより該一方側で発生した結
晶核のうち、該くびれ部を通過して成長した結晶を種結
晶として結晶成長させており、そのことにより上記目的
が達成される。

【００１６】前記凹凸の断面形状が矩形状であってもよ
い。

【００１７】前記凹凸の断面形状が、底辺と側辺とのな
す角度が略７０．５゜及び略１０９．５゜の平行四辺形
であってもよい。

【００１８】前記凹凸の凸部及び凹部の幅が１０ｎｍ以
上１０００ｎｍ以下であり、深さが１０ｎｍ以上５００
ｎｍ以下であるのが好ましい。

【００１９】前記凹凸の断面形状が、頂角が略７０．５
゜、略９０゜または略１０９．５゜の二等辺三角形であ
ってもよい。

【００２０】前記凹凸断面の二等辺三角形の高さが１０
ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましい。

【００２１】前記くびれ部の幅が０．１μｍ以上１０μ
ｍ以下であるのが好ましい。

【００２２】本発明の半導体薄膜の形成方法は、基板上
に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上
に半導体薄膜を形成する方法であって、非単結晶絶縁膜
または非単結晶絶縁基板の表面の一部に規則的な凹凸を
形成する工程と、該非単結晶絶縁膜または非単結晶絶縁
基板上に非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、該非単
結晶半導体薄膜にエッチングを行って、くびれ部を有
し、該くびれ部を挟んで一方側を該凹凸上に配した形状
とする工程と、該非単結晶半導体薄膜にエネルギーを加
えることにより、該くびれ部の該一方側で発生した結晶
核のうち、該くびれ部を通過して成長した結晶を種結晶
として結晶成長させる工程とを含み、そのことにより上
記目的が達成される。

【００２３】前記非単結晶半導体薄膜を結晶成長させる
工程において、前記くびれ部を挟んで一方側に局所的高
温部が生じるようにエネルギーを加え、該高温部を該一
方側から他方側に移動させてもよい。

【００２４】前記非単結晶半導体薄膜を結晶成長させる
工程において、前記くびれ部を挟んで一方側に局所的高
温部が生じるようにエネルギーを加え、該高温部を該一
方側から他方側に移動させて該他方側に単結晶領域を形
成する第１の過程と、該単結晶領域に局所的高温部が生
じるようにエネルギーを加え、該高温部を該単結晶領域
から該単結晶領域外へ該第１の工程とは異なる方向に移
動させて該単結晶領域を種結晶として結晶成長させる第
２の過程とを含んでいてもよい。

【００２５】前記凹凸の断面形状を矩形状としてもよ
い。

【００２６】前記凹凸の断面形状を、底辺と側辺とのな
す角度が略７０．５゜及び略１０９．５゜の平行四辺形
としてもよい。

【００２７】前記凹凸の凸部及び凹部の幅を１０ｎｍ以
上１０００ｎｍ以下とし、深さを１０ｎｍ以上５００ｎ
ｍ以下としてもよい。

【００２８】前記凹凸の断面形状を、頂角が略７０．５
゜、略９０゜または略１０９．５゜の二等辺三角形とし
てもよい。

【００２９】前記凹凸断面の二等辺三角形の高さを１０
ｎｍ以上５００ｎｍ以下としてもよい。

【００３０】前記くびれ部の幅を０．１μｍ以上１０μ
ｍ以下としてもよい。

【００３１】以下に、本発明の作用について説明する。

【００３２】本発明にあっては、基板上に形成した非単
結晶絶縁膜または非単結晶絶縁基板の表面の一部に規則
的な凹凸を設け、その上に非単結晶半導体薄膜を形成し
て結晶成長させることにより、核の結晶方位を膜に垂直
な方向のみならず、膜面内でも制御可能である。さら
に、非単結晶半導体薄膜にくびれ部を形成し、その一方
側（凹凸上側）で発生した結晶核をくびれ部を通過して
反対側まで成長させることにより、特定の結晶方位を有
する結晶核だけが成長する。これを種結晶とすることに
より、不規則に発生する結晶粒相互がぶつかり合って互
いの結晶成長を阻害しあうことがなく、その結果、特定
の結晶方位を有する大きな結晶粒または単結晶領域が得
られる。これは、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．６ｐ１６４０〜ｐ１６４３
にあるように、材料によって下地膜に垂直な方向に特定
の結晶方位を持って結晶成長することを利用したもので
ある。

【００３３】凹凸の断面形状は矩形状としてもよい。こ
れにより、例えば石英基板を用いた場合には、膜面とし
て｛１００｝面を有し、凹凸の長手方向が〈１００〉方
向をなす単結晶Ｓｉ膜が得られる。また、凹凸の断面形
状は底辺と側辺とのなす角度が略７０．５゜及び略１０
９．５゜の平行四辺形としてもよい。これにより、例え
ばガラス基板を用いた場合には、膜面として｛１１１｝
面を有し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結
晶Ｓｉ膜が得られる。

【００３４】凹凸の断面形状が矩形状や平行四辺形の場
合、凸部及び凹部の幅が１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下
であり、深さが１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが
好ましい。また、凹部と凸部の幅の比は、１：２〜２：
１であるのが好ましい。

【００３５】凹凸の断面形状は、頂角が略７０．５゜、
略９０゜または略１０９．５゜の二等辺三角形としても
よい。頂角が略９０゜の二等辺三角形では、例えば石英
基板を用いた場合、膜面として｛１１０｝面を有し、凹
凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ膜が得
られる。頂角が略７０．５゜の二等辺三角形では、例え
ばガラス基板を用いた場合、膜面として｛１００｝面を
有し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓ
ｉ膜が得られる。頂角が略１０９．５゜の二等辺三角形
では、例えばガラス基板を用いた場合、膜面として｛１
１０｝面を有し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をな
す単結晶Ｓｉ膜が得られる。

【００３６】凹凸の断面形状が二等辺三角形の場合、高
さが１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましい。

【００３７】くびれ部の幅は、０．１μｍ以上１０μｍ
以下であるのが好ましい。くびれ部の幅が０．１μｍよ
り細くなるとくびれ部の一方側で発生した結晶核がくび
れ部を通過して反対側までうまく成長しにくい。一方、
くびれ部の幅が１０μｍより太くなると、くびれ部の一
方側で発生した複数の結晶核がくびれ部を通過して反対
側まで成長し、互いの結晶成長を阻害し合うので、単結
晶粒が得られにくい。

【００３８】非単結晶半導体薄膜を結晶成長させる工程
において、熱や光、荷電粒子等のエネルギーを非単結晶
半導体薄膜の一部に加えて面内に温度の局在状態を形成
することにより、面内での不規則な核発生を抑制して結
晶核の発生領域を制御することができる。さらに、その
位置を面内で移動させることにより、初めに発生した結
晶核のみを種結晶として結晶成長方向を制御することが
できる。

【００３９】例えば、くびれ部を挟んで一方側に局所的
高温部が生じるようにエネルギーを加え、高温部を一方
側から他方側に移動させてもよい。または、くびれ部を
挟んで一方側に局所的高温部が生じるようにエネルギー
を加え、高温部を一方側から他方側に移動させて他方側
に単結晶領域を形成する第１の過程と、単結晶領域に局
所的高温部が生じるようにエネルギーを加え、高温部を
単結晶領域から単結晶領域外へ該第１の工程とは異なる
方向に移動させて単結晶領域を種結晶として結晶成長さ
せる第２の過程とを行ってもよい。このように２回の結
晶成長を行った場合、１回の結晶成長に比べて凹凸形成
領域の大きさによらずに大きな単結晶領域を形成でき
る。これは、１回の結晶成長では核形成したい領域（凹
凸形成側）の幅とほぼ同じ幅の単結晶領域しか形成でき
ないが、２回目の結晶成長を行うことにより１回目の結
晶成長で伸びた結晶の長さ分だけ単結晶領域が形成でき
るからである。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００４１】本発明においては、Ｓｉ基板や石英基板、
ガラス基板等の基板上に形成されたＳｉＯ₂膜やＳｉＮ
膜等の非単結晶絶縁膜表面の核形成したい領域に、断面
形状が矩形状や平行四辺形または三角形の規則的なスト
ライプ状凹凸を形成する。または、石英基板やガラス基
板等の非単結晶絶縁基板の表面の核形成したい領域に、
断面形状が矩形状や平行四辺形または三角形の規則的な
ストライプ状凹凸を形成する。

【００４２】この凹凸の断面形状は矩形状や平行四辺
形、三角形とすることができる。断面形状が矩形状や平
行四辺形の場合には、凹部と凸部の幅の比が１：２〜
２：１であるのが好ましく、凹凸の凸部及び凹部の幅は
１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるのが好ましく、深
さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましい。
平行四辺形の場合、例えば底辺と側辺とのなす角度が略
７０．５゜及び略１０９．５゜の形状とすることができ
る。また、三角形の場合、例えば頂角が略７０．５゜、
略９０゜または略１０９．５゜の二等辺三角形とするこ
とができる。この場合、二等辺三角形の高さが１０ｎｍ
以上５００ｎｍ以下であるのが好ましい。

【００４３】次に、凹凸を形成した絶縁膜上または絶縁
基板上に非晶質または多結晶のＳｉ等からなる非単結晶
半導体薄膜を成膜して、その一部をエッチングで除去
し、核形成したい領域（凹凸形成側）と大面積の単結晶
を形成したい領域の間にくびれ部を形成する。

【００４４】このくびれ部の幅は０．１μｍ以上１０μ
ｍ以下であるのが好ましい。くびれ部の幅が０．１μｍ
より細くなるとくびれ部の一方側で発生した結晶核がく
びれ部を通過して反対側までうまく成長しにくく、くび
れ部の幅が１０μｍより太くなるとくびれ部の一方側で
発生した複数の結晶核がくびれ部を通過して反対側まで
成長してしまい、単結晶粒が得られにくいからである。
くびれ部の長さについては、くびれ部の幅に応じて０．
５μｍ〜１００μｍの間で適宜選択することができる。

【００４５】次に、前面にＳｉＯ₂膜等の絶縁膜を形成
する。この絶縁膜を設ける理由は、エネルギーを局所的
に加えて移動させて結晶成長を行う際に、Ｓｉ膜表面の
平坦性を維持するため、及びＳｉ膜が酸化するのを防止
するためである。

【００４６】その後、ライン状ヒーターやライン状に成
型した光、ライン状に成型した荷電粒子、点状光をライ
ン状に高速スキャンさせたもの、点状荷電粒子ビームを
ライン状に高速スキャンさせたもの等のエネルギーを用
いて半導体薄膜を局所的に加熱し、加熱部をくびれ部の
核形成側（凹凸形成側）から反対側へゆっくりと移動さ
せ、さらに半導体薄膜の未露出部まで移動させて横方向
への結晶成長を行う。このとき、加熱部をくびれ部の核
形成側から反対側へゆっくりと移動させて反対側に単結
晶領域を形成し、加熱部をそれとは異なる方向へ移動さ
せて単結晶領域外まで移動させてもよい。

【００４７】このエネルギーとして光を用いる場合に
は、Ｓｉ膜に吸収されやすい波長範囲を有する出力の大
きいランプやレーザー光等を使用すると、効率良く加熱
を行うことができる。このときの加熱温度は４００℃〜
７００℃とするのが好ましい。４００℃未満では結晶成
長がほとんど起こらず、逆に７００℃を超えると基板が
熱歪みのために反ってしまうからである。必要に応じて
基板全体を局所加熱部の温度以下で加熱してもよく、こ
の場合には局所加熱部の温度が７００℃を超えてもよ
い。しかし、反りを完全になくすことができる温度まで
基板全体の温度を上げると、局所加熱部以外でも不規則
な核圧制が生じ、大きな結晶粒または単結晶領域が得ら
れなくなる。

【００４８】以下に、本発明のさらに具体的な実施形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００４９】（実施形態１）図１は実施形態１の半導体
薄膜の形成方法について説明するための斜視図である。

【００５０】まず、図１（ａ）に示すように、石英基板
１の表面の一部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法によりＣＦ₄ガスとＣＨＦ₃ガスを用いてエッチン
グを行い、凸部の幅が１００ｎｍ、凹部の幅が１００ｎ
ｍ、凹凸の深さが５０ｎｍであり、断面形状が矩形状の
規則的なストライプ状凹凸を形成する。その上に減圧Ｃ
ＶＤ（化学気相成長）法によりＳｉ₂Ｈ₆ガスを用いて非
晶質Ｓｉ膜２を１００ｎｍ形成する。

【００５１】この非晶質Ｓｉ膜２に対してＲＩＥにより
ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスを用いてエッチングを行い、図１
（ｂ）に示すように石英基板１の表面の規則的な凹凸を
形成した領域と形成していない領域との間に、幅が１μ
ｍのくびれ部４を形成する。

【００５２】次に、基板全面に常圧ＣＶＤ法によりＳｉ
Ｈ₄ガスとＯ₂ガスを用いてＳｉＯ₂膜３を１００ｎｍ形
成した後、図１（ｃ）に示すように、ライン状ヒーター
５を用いてＳｉ膜２が局所的に６００℃となるように加
熱し、加熱部をくびれ部４の核形成側（凹凸を形成した
領域）６から反対側へ１ｃｍ／時の速度で移動させて横
方向に結晶成長させる。このとき、基板全体を４００℃
に加熱しておく。

【００５３】ここで、表面凹凸の無い石英基板を用いた
場合にはＳｉ膜の主表面が｛１００｝面になり易い。そ
の結果、膜面として｛１００｝面を有し、凹凸の長手方
向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ膜が得られる。

【００５４】（実施形態２）図２は実施形態２の半導体
薄膜の形成方法について説明するための斜視図である。

【００５５】まず、図２（ａ）に示すように、石英基板
１の表面の一部に対してＲＩＥ法によりＣＦ₄ガスとＣ
ＨＦ₃ガスを用いてエッチングを行い、凸部の幅が１０
０ｎｍ、凹部の幅が１００ｎｍ、凹凸の深さが５０ｎｍ
で断面形状が矩形状の規則的なストライプ状凹凸を形成
する。その上に減圧ＣＶＤ法によりＳｉ₂Ｈ₆ガスを用い
て非晶質Ｓｉ膜２を１００ｎｍ形成し、この非晶質Ｓｉ
膜２に対してＲＩＥによりＣＦ₄ガスとＯ₂ガスを用いて
エッチングを行い、石英基板１の表面の規則的な凹凸を
形成した領域と形成していない領域との間に、幅が１μ
ｍのくびれ部４を形成する。

【００５６】次に、基板全面に常圧ＣＶＤ法によりＳｉ
Ｈ₄ガスとＯ₂ガスを用いてＳｉＯ₂膜３を１００ｎｍ形
成した後、ライン状ヒーター５を用いてＳｉ膜２が局所
的に６００℃となるように加熱し、加熱部をくびれ部４
の核形成側６から反対側へ１ｃｍ／時の速度で移動させ
ることにより、膜面として｛１００｝面を有し、凹凸の
長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶領域７を形成す
る。

【００５７】その後、図２（ｂ）に示すように、１回目
の加熱とは略直角方向に、ライン状ヒーター５を用いて
単結晶領域７が局所的に６００℃となるように加熱し、
加熱部を単結晶領域７から離れる方向へ１ｃｍ／時の速
度で移動させることにより、単結晶領域７を種結晶とし
て結晶成長させる。このとき、基板全体を４００℃に加
熱しておく。

【００５８】これにより、膜面として｛１００｝面を有
し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ
膜が得られる。

【００５９】（実施形態３）図３は実施形態３の半導体
薄膜の形成方法について説明するための斜視図である。

【００６０】まず、くびれ部４の形成までを実施形態２
と同様にして行い、図３に示すようにエキシマレーザー
光８を核形成側６の非晶質Ｓｉ膜２に照射して結晶核を
形成する。その後、実施形態２と同様に２回のライン状
ヒーター５による加熱を行って結晶成長させ、単結晶Ｓ
ｉ膜を形成する。

【００６１】これにより、膜面として｛１００｝面を有
し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ
膜が得られる。

【００６２】（実施形態４）図４は実施形態４における
規則的な凹凸の形成工程について説明するための斜視図
である。

【００６３】図４（ａ）に示すように、石英基板１に細
く収束したＧａイオンビーム９を照射し、その照射時間
を場所により変化させて走査することにより、図４
（ｂ）に示すような頂角が９０゜でピッチが２００ｎｍ
の二等辺三角形状の凹凸を形成する。その後は実施形態
１〜実施形態３と同様にして単結晶Ｓｉ膜を形成する。

【００６４】これにより、膜面として｛１１０｝面を有
し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ
膜が得られる。

【００６５】（実施形態５）図５は実施形態５における
規則的な凹凸の形状について説明するための斜視図であ
る。

【００６６】表面にレジストを塗布したガラス基板１０
にＡｒイオンビームを斜めに照射することにより、凸部
の幅が１００ｎｍ、凹部の幅が１００ｎｍ、凹凸の深さ
が５０ｎｍであり、断面形状が底辺と側辺とのなす角度
が略７０．５゜及び１０９．５゜の平行四辺形である規
則的なストライプ状凹凸を形成する。その上に常圧ＣＶ
Ｄ法によりＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスを用いてＳｉＯ₂膜３
を１００ｎｍ形成する。それ以外は実施形態１〜実施形
態３と同様にして単結晶Ｓｉ膜を形成する。

【００６７】ここで、表面凹凸の無いガラス基板を用い
た場合にはＳｉ膜の主表面が｛１１１｝面になり易い。
その結果、膜面として｛１１１｝面を有し、凹凸の長手
方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ膜が得られる。

【００６８】（実施形態６）図６は実施形態６における
規則的な凹凸の形状について説明するための斜視図であ
る。

【００６９】実施形態４と同様に、ガラス基板１０に細
く収束したＧａイオンビーム９を照射し、その照射時間
を場所により変化させて走査することにより、図６に示
すような頂角が１０９．５゜または７０．５゜でピッチ
が２００ｎｍの二等辺三角形状の凹凸を形成する。その
上に常圧ＣＶＤ法によりＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスを用いて
ＳｉＯ₂膜３を１００ｎｍ形成する。それ以外は実施形
態１〜実施形態３と同様にして単結晶Ｓｉ膜を形成す
る。

【００７０】これにより、凹凸断面の二等辺三角形の頂
角が１０９．５゜の場合には膜面として｛１１０｝面を
有し、凹凸の長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓ
ｉ膜が得られ、凹凸断面の二等辺三角形の頂角が７０．
５゜の場合には膜面として｛１００｝面を有し、凹凸の
長手方向が〈１００〉方向をなす単結晶Ｓｉ膜が得られ
る。

【００７１】なお、上記実施形態１〜６ではＳｉ膜につ
いて説明したが、ＳｉＧｅ膜やＧａＡｓ膜、ＩｎＰ膜等
の半導体薄膜であっても同様に本発明を適用可能であ
る。また、くびれ部の形状は、核発生させたい領域から
くびれ部にかけて徐々に細くなる形状としたが、図７に
示すように略直角になっているものであってもよい。さ
らに、絶縁基板表面に規則的な凹凸を形成したが、基板
上に形成された絶縁膜表面に規則的な凹凸を形成しても
同様な効果が得られる。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、基板上に形成した非単結晶絶縁膜または非単結晶
絶縁基板上に形成した非晶質や多結晶等の非単結晶半導
体薄膜を形成し、熱や光、荷電粒子等のエネルギーを加
えることにより結晶成長させる際に、核の結晶方位を膜
に垂直な方向のみならず、膜面内でも制御することがで
き、特定の結晶方位を有するより大きな結晶粒または単
結晶領域、さらには特定の結晶方位を有する大面積の単
結晶薄膜を容易に得ることができる。このように結晶性
を改善することにより、本発明は液晶分野だけではなく
ＩＣ分野まで適用することができるので、非常に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の半導体薄膜の形成方法について説
明するための斜視図である。

【図２】実施形態２の半導体薄膜の形成方法について説
明するための斜視図である。

【図３】実施形態２の半導体薄膜の形成方法について説
明するための斜視図である。

【図４】実施形態４における規則的な凹凸の形成工程に
ついて説明するための斜視図である。

【図５】実施形態５における規則的な凹凸の形状につい
て説明するための斜視図である。

【図６】実施形態６における規則的な凹凸の形状につい
て説明するための斜視図である。

【図７】本発明の半導体薄膜におけるくびれ部の他の形
状を示す平面図である。

【図８】従来の半導体薄膜の形成方法について説明する
ための平面図である。

【符号の説明】

１石英基板２非晶質Ｓｉ膜３ＳｉＯ₂膜４くびれ部５ライン状ヒーター６核形成側７単結晶領域８エキシマレーザー光９Ｇａイオンビーム１０ガラス基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に設けられた半導体薄膜であっ
て、表面の一部に規則的な凹凸を設けた非単結晶絶縁膜上ま
たは非単結晶絶縁基板上に、くびれ部を有する非単結晶
半導体薄膜を、該くびれ部を挟んで一方側を該凹凸上に
配して形成し、該非単結晶薄膜にエネルギーを加えるこ
とにより、該一方側で発生した結晶核のうち、該くびれ
部を通過して成長した結晶を種結晶として結晶成長させ
た半導体薄膜。
【請求項２】前記凹凸の断面形状が矩形状である請求
項１に記載の半導体薄膜。
【請求項３】前記凹凸の断面形状が、底辺と側辺との
なす角度が略７０．５゜及び略１０９．５゜の平行四辺
形である請求項１に記載の半導体薄膜。
【請求項４】前記凹凸の凸部及び凹部の幅が１０ｎｍ
以上１０００ｎｍ以下であり、深さが１０ｎｍ以上５０
０ｎｍ以下である請求項２または請求項３に記載の半導
体薄膜。
【請求項５】前記凹凸の断面形状が、頂角が略７０．
５゜、略９０゜または略１０９．５゜の二等辺三角形で
ある請求項１に記載の半導体薄膜。
【請求項６】前記凹凸断面の二等辺三角形の高さが１
０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項５に記載の半導
体薄膜。
【請求項７】前記くびれ部の幅が０．１μｍ以上１０
μｍ以下である請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の半導体薄膜。
【請求項８】基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体薄膜を形成する方法であ
って、非単結晶絶縁膜または非単結晶絶縁基板の表面の一部に
規則的な凹凸を形成する工程と、該非単結晶絶縁膜または非単結晶絶縁基板上に非単結晶
半導体薄膜を形成する工程と、該非単結晶半導体薄膜にエッチングを行って、くびれ部
を有し、該くびれ部を挟んで一方側を該凹凸上に配した
形状とする工程と、該非単結晶半導体薄膜にエネルギーを加えることによ
り、該くびれ部の該一方側で発生した結晶核のうち、該
くびれ部を通過して成長した結晶を種結晶として結晶成
長させる工程とを含む半導体薄膜の形成方法。
【請求項９】前記非単結晶半導体薄膜を結晶成長させ
る工程において、前記くびれ部を挟んで一方側に局所的高温部が生じるよ
うにエネルギーを加え、該高温部を該一方側から他方側
に移動させる請求項８に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１０】前記非単結晶半導体薄膜を結晶成長さ
せる工程において、前記くびれ部を挟んで一方側に局所的高温部が生じるよ
うにエネルギーを加え、該高温部を該一方側から他方側
に移動させて該他方側に単結晶領域を形成する第１の過
程と、該単結晶領域に局所的高温部が生じるようにエネルギー
を加え、該高温部を該単結晶領域から該単結晶領域外へ
該第１の工程とは異なる方向に移動させて該単結晶領域
を種結晶として結晶成長させる第２の過程とを含む請求
項８に記載の半導体薄膜の形成方法。
【請求項１１】前記凹凸の断面形状を矩形状とする請
求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体薄膜の
形成方法。
【請求項１２】前記凹凸の断面形状を、底辺と側辺と
のなす角度が略７０．５゜及び略１０９．５゜の平行四
辺形とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の
半導体薄膜の形成方法。
【請求項１３】前記凹凸の凸部及び凹部の幅を１０ｎ
ｍ以上１０００ｎｍ以下とし、深さを１０ｎｍ以上５０
０ｎｍ以下とする請求項１１または請求項１２に記載の
半導体薄膜の形成方法。
【請求項１４】前記凹凸の断面形状を、頂角が略７
０．５゜、略９０゜または略１０９．５゜の二等辺三角
形とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の半
導体薄膜の形成方法。
【請求項１５】前記凹凸断面の二等辺三角形の高さを
１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする請求項１４に記載の
半導体薄膜の形成方法。
【請求項１６】前記くびれ部の幅を０．１μｍ以上１
０μｍ以下とする請求項８乃至請求項１５のいずれかに
記載の半導体薄膜。