JP2000349024A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000349024A
JP2000349024A JP11158774A JP15877499A JP2000349024A JP 2000349024 A JP2000349024 A JP 2000349024A JP 11158774 A JP11158774 A JP 11158774A JP 15877499 A JP15877499 A JP 15877499A JP 2000349024 A JP2000349024 A JP 2000349024A
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Japan
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crystal
film
region
seed
semiconductor film
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Inventor
Toshiaki Miyajima
利明 宮嶋
Jiyunkou Takagi
悛公 高木
Toshio Mizuki
敏雄 水木
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a single-crystal semiconductor film over a large area, easily and at low costs by a method wherein a non-single-crystal insulating film on a substrate or an amorphous or polycrystal semiconductor film formed on a non-single-crystal insulating substrate is crystal-grown while the irregular generation of a nucleus is being suppressed to allow a controlled crystal as a seed to grow into a crystal. SOLUTION: An Ni film is vapor-deposited on the whole face by a sputtering method. After that, a linelike heater 5a is moved along a direction 7 to a seed-crystal formation region 8 through a constricted part 4 from a nucleus generation region 6. An exposed part is heated. A crystal nucleus which is generated in the nucleus generation region 6 passes the constricted part 4 so as to be grown. A single crystal which has a single crystal orientation is formed in the seed-crystal formation region 8. Then, a substrate 1 is heated. A linelike heater 5b is moved clockwise along a direction 9 at an angle 10 of, e.g. about 71 deg. with reference to the movement direction 7. The growth of a crystal in the transverse direction is continued with reference to an unexposed region in an amorphous Si film 2 from the end part of the seed-crystal formation region 8 while the single crystal in the seed-crystal formation region 8 is used as a seed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基板上に形成
される半導体装置の製造方法に関し、更に詳細には、基
板上に形成した非単結晶絶縁膜或いは非単結晶絶縁基板
の上に、非晶質或いは多結晶等の非単結晶半導体薄膜を
形成し、その半導体薄膜に熱や光、荷電粒子等のエネル
ギーを印加して、単一の結晶方位を持った大面積の単結
晶薄膜を得る方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device formed on an insulating substrate, and more particularly, to a method for forming a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed on a substrate. A non-single-crystal semiconductor thin film such as amorphous or polycrystalline is formed, and energy such as heat, light, or charged particles is applied to the semiconductor thin film to form a large-area single-crystal thin film having a single crystal orientation. How to get.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質或いは多結晶等の非単結晶の半導
体膜を結晶化して単結晶膜を得る方法は、特に半導体集
積回路等の分野において極めて重要であり、従来より様
々な提案がなされ且つ実施されている。
2. Description of the Related Art A method of crystallizing a non-single-crystal semiconductor film such as an amorphous or polycrystalline film to obtain a single-crystal film is extremely important, especially in the field of semiconductor integrated circuits and the like. Done and implemented.

【0003】例えば、特開平6−244103号公報に
は、図6(a)及び(b)に示すように、基板16の上
にSiO2膜17を介して形成した非晶質Si膜18の
上に、Ni、Fe、Co、Ptのうち少なくとも一種を
含有する触媒材料の膜19を全面的に(図6(a)の場
合)或いは部分的に(図6(b)の場合)形成し、この
状態でアニール処理を施すことによって、結晶性Si膜
を得る方法が提案されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244103 discloses an amorphous Si film 18 formed on a substrate 16 with an SiO 2 film 17 interposed therebetween, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). A film 19 of a catalyst material containing at least one of Ni, Fe, Co, and Pt is formed on the entire surface (in the case of FIG. 6A) or partially (in the case of FIG. 6B). A method of obtaining a crystalline Si film by performing an annealing process in this state has been proposed.

【0004】また、特開昭58−85519号公報に
は、図7に示すように、絶縁基板22の上に非晶質或い
は多結晶の半導体層を形成し、次に該半導体層を、狭小
な領域(小領域)20と、それに続く縁部がある角度を
もって拡大する形状を有する領域21とにパターニング
加工した上で、熱エネルギーを照射することによって小
領域20に種結晶機能を付与して、半導体層全体を単結
晶化する方法が提案されている。この場合の小領域20
の種結晶としては、小領域20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20の上に載置する方
法とが、示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-85519 discloses that an amorphous or polycrystalline semiconductor layer is formed on an insulating substrate 22 as shown in FIG. (A small region) 20 and a subsequent region 21 having a shape that expands at an angle, are patterned and then irradiated with thermal energy to give the small region 20 a seed crystal function. There has been proposed a method of single crystallizing the entire semiconductor layer. Small area 20 in this case
As the seed crystal, a method using a crystal nucleus naturally generated in the small region 20 and a method of placing a single crystal piece on the small region 20 are shown.

【0005】更に、特開平8−321466号公報に記
載されている方法においては、絶縁表面を有する基板上
に形成した第1の半導体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す
る。次に、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、これを覆って第2の半導体膜
を形成する。更に、第2の半導体膜に再度エネルギーを
与えて、第2の半導体膜において前記種結晶から結晶成
長を行わせる。
Further, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-322466, a first semiconductor film formed on a substrate having an insulating surface is crystallized by applying energy, and then patterned to form a seed crystal. Is formed. Next, the seed crystal region is etched to leave a predetermined crystal plane, and a second semiconductor film is formed to cover the crystal plane. Further, energy is again applied to the second semiconductor film to cause the seed crystal to grow from the seed crystal in the second semiconductor film.

【0006】一方、J.Appl.Phys.Vol.
73,No.12,pp.8279〜8289では、非
晶質Siから成長したSi結晶粒の状態が、以下のよう
に説明されている。Niを添加した非晶質Si膜を固相
成長させると、{111}面が成長面になりやすい。図
5には、非晶質Si膜14の中にある、非晶質Si膜1
4の上面14a及び下面14b(以下では「膜面」と総
称する)に垂直な方向に〈100〉軸が立った状態の結
晶粒15a、膜面に垂直な方向に〈110〉軸が立った
状態の結晶粒15b、及び、膜面に垂直な方向に〈11
1〉軸が立った状態の結晶粒15cを示している。この
うち、膜面に垂直な方向に〈110〉軸が立っている結
晶粒15bでは、4つの〈111〉方向が非晶質Si膜
14の面内方向に存在しているため、{111}成長面
が固相成長と共に結晶粒の成長方向に進んでも、非晶質
Si膜14の上面14aや下面14bにぶつかることな
く、スムーズに結晶成長が進む。そのため、非晶質Si
膜14の固相成長によって得られるSi膜は、主に、膜
面に垂直に〈110〉軸が立ち、膜面内に〈111〉軸
を持つ結晶粒からなる。
On the other hand, J. A. Appl. Phys. Vol.
73, No. 12, pp. In 8279 to 8289, the state of Si crystal grains grown from amorphous Si is described as follows. When an amorphous Si film to which Ni is added is grown in a solid phase, the {111} plane is likely to become a growth surface. FIG. 5 shows the amorphous Si film 1 in the amorphous Si film 14.
The crystal grains 15a with the <100> axis standing in the direction perpendicular to the upper surface 14a and the lower surface 14b (hereinafter, collectively referred to as the "film surface") of 4, and the <110> axis standing in the direction perpendicular to the film surface The crystal grains 15b in the state and <11 in the direction perpendicular to the film surface.
1> shows a crystal grain 15c in a state where the axis is standing. Among them, in the crystal grain 15b in which the <110> axis stands in a direction perpendicular to the film surface, since four <111> directions exist in the in-plane direction of the amorphous Si film 14, {111}. Even if the growth surface advances in the crystal grain growth direction together with the solid phase growth, the crystal growth proceeds smoothly without hitting the upper surface 14a or the lower surface 14b of the amorphous Si film 14. Therefore, amorphous Si
The Si film obtained by the solid phase growth of the film 14 mainly includes crystal grains having a <110> axis perpendicular to the film surface and having a <111> axis in the film surface.

【0007】更に、特開平10−64819号公報によ
れば、図8に示すように、基板23の上に下地膜24を
介してSi膜25を形成した後で、Si膜25の上に開
口部27を有するマスク用SiO2膜26を形成する。
そして、この開口部27を含めてマスク用SiO2膜2
6を覆うように、Si膜25の結晶化を促進する作用を
有する金属元素としてのNiを含有した酢酸溶液膜28
を塗布する。そして、Niを、開口部27を通じてSi
膜25に導入する。そして、導入されたNiを利用し
て、矢印29に示す方向に、Si膜25の結晶化を進め
る。
Further, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-64819, after an Si film 25 is formed on a substrate 23 via a base film 24 as shown in FIG. An SiO 2 film 26 for a mask having a portion 27 is formed.
Then, the mask SiO 2 film 2 including the opening 27 is formed.
6, an acetic acid solution film 28 containing Ni as a metal element having a function of promoting crystallization of the Si film 25.
Is applied. Then, Ni is passed through the opening 27 to form Si.
It is introduced into the film 25. Then, the crystallization of the Si film 25 is advanced in the direction indicated by the arrow 29 using the introduced Ni.

【0008】このとき、結晶化を助長するためにSi膜
25に導入する金属元素として、Niに代えて、Pd、
Pt、Cu、Au等を用いても、Si膜25の結晶成長
は〈111〉軸方向に進み、膜厚によってこの〈11
1〉軸は膜面に平行になることが、教示されている。
At this time, Pd, instead of Ni, is used as a metal element to be introduced into the Si film 25 to promote crystallization.
Even if Pt, Cu, Au, or the like is used, the crystal growth of the Si film 25 proceeds in the <111> axis direction, and the <11>
1) It is taught that the axis is parallel to the film plane.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】基板上に形成した非単
結晶絶縁膜或いは非単結晶絶縁基板の上に、非晶質或い
は多結晶等の非単結晶半導体薄膜を形成し、その半導体
薄膜に熱や光、荷電粒子等のエネルギーを加えることに
より前記半導体膜を単結晶化させる工程においては、不
規則な核発生を抑制し、制御された結晶核を種として結
晶成長させることが、大面積の単結晶薄膜を得る上で重
要である。
An amorphous or polycrystalline non-single-crystal semiconductor thin film is formed on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or on a non-single-crystal insulating substrate. In the step of single-crystallizing the semiconductor film by applying energy such as heat, light, and charged particles, it is necessary to suppress irregular nucleation and grow a crystal using a controlled crystal nucleus as a large area. Is important in obtaining a single crystal thin film of

【0010】単結晶基板上の非単結晶絶縁膜上に形成し
た非単結晶薄膜を結晶化させる場合には、非単結晶絶縁
膜の一部を開口して単結晶基板を露出させ、この単結晶
基板を種として用いることにより、非単結晶薄膜の結晶
成長方位を結晶成長が容易な方位に制御することも可能
である。しかし、非単結晶絶縁基板を用いる場合、通常
は結晶方位の制御が困難である。
In order to crystallize a non-single-crystal thin film formed on a non-single-crystal insulating film on a single-crystal substrate, a part of the non-single-crystal insulating film is opened to expose the single-crystal substrate. By using a crystal substrate as a seed, it is possible to control the crystal growth direction of the non-single-crystal thin film to a direction that facilitates crystal growth. However, when using a non-single-crystal insulating substrate, it is usually difficult to control the crystal orientation.

【0011】前述した特開平6−244103号公報に
開示される方法において、触媒材料膜19を非単結晶S
i薄膜18の上に全体的に形成する場合(図6(a)参
照)には、結晶成長の核発生が非単結晶Si薄膜18の
全面に渡って不規則に起こり、大きな単結晶領域を得る
ことは困難であって、μmオーダを上回る結晶粒は得ら
れない。一方、上記公報の方法において、図6(b)に
示すように触媒材料膜19を非単結晶Si薄膜18の一
部の上のみに形成する場合には、触媒材料膜19の形成
領域から形成していない領域に向かって結晶成長が進
む。しかし、触媒材料膜19の形成領域内では不規則に
核発生が生じるため、図6(a)の方法よりは大きい結
晶粒や単結晶領域を得ることができるものの、得られる
結晶粒は、依然としてμmオーダである。
In the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244103, the catalyst material
In the case where the entirety is formed on the i-thin film 18 (see FIG. 6A), nucleation of crystal growth occurs irregularly over the entire surface of the non-single-crystal Si thin film 18, and a large single-crystal region is formed. It is difficult to obtain, and crystal grains exceeding the order of μm cannot be obtained. On the other hand, in the method disclosed in the above publication, when the catalyst material film 19 is formed only on a part of the non-single-crystal Si thin film 18 as shown in FIG. The crystal growth proceeds toward the non-performed region. However, since nuclei are generated irregularly in the region where the catalyst material film 19 is formed, larger crystal grains and single crystal regions can be obtained than in the method of FIG. It is on the order of μm.

【0012】前述の特開昭58−85519号公報に記
載されている、小領域20で発生した結晶核を種に結晶
成長させる方法(図7参照)のうち、単結晶片を種結晶
に用いない場合には、小領域20で発生する結晶核の方
位が不規則なため、必ずしも結晶成長が容易な方位をも
った結晶が成長するとは限らない。結晶成長し難い方位
の結晶では、すぐに他の方位の結晶も成長して、多結晶
になりやすい。また、上記号公報の結晶成長方法におい
て単結晶片を種に用いる場合には、図7の小領域20に
固相成長の種結晶とする単結晶片を貼り付けるため、単
結晶片と結晶化させたい半導体膜との貼り付け界面が、
原子レベルで清浄である必要がある。しかし、この清浄
界面を形成し且つ保持しておくことが、困難である。
In the method described in the above-mentioned JP-A-58-85519, in which a crystal nucleus generated in the small region 20 is grown as a seed (see FIG. 7), a single crystal piece is used as a seed crystal. If not, the orientation of crystal nuclei generated in the small region 20 is irregular, so that a crystal having an orientation that facilitates crystal growth does not always grow. In a crystal having an orientation in which crystal growth is difficult, a crystal in another orientation grows immediately and is likely to be polycrystalline. When a single crystal piece is used as a seed in the crystal growth method of the above-mentioned symbol publication, a single crystal piece as a seed crystal for solid phase growth is attached to the small region 20 in FIG. The bonding interface with the semiconductor film to be
It must be clean at the atomic level. However, it is difficult to form and maintain this clean interface.

【0013】また、前述の特開平8−321466号公
報に記載の方法では、図7に示すものと同様の小領域2
0に種とする単結晶領域を形成し、その単結晶領域を微
小な大きさにパターニングした後に別の膜を形成して、
その膜を、前記パターニングした微小な単結晶領域から
結晶成長させる。このため、工程が複雑になる。
In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 8-322466, a small area 2 similar to that shown in FIG.
Forming a single crystal region as a seed at 0, patterning the single crystal region to a minute size, then forming another film,
The film is grown from the patterned fine single crystal region. This complicates the process.

【0014】また、前述のようにJ.Appl.Phy
s.,Vol.73,No.12,pp.8279〜8
289にはNi触媒を用いたSi結晶成長方法が記載さ
れているが、ここに記載の方法では、膜面に垂直な方位
は〈110〉軸にそろうが、面内の〈111〉方向は、
膜面に垂直な〈110〉軸を回転中心としてランダムな
方向を向く。
Also, as described above, J.I. Appl. Phys
s. , Vol. 73, No. 12, pp. 8279-8
289 describes a Si crystal growth method using a Ni catalyst. In the method described here, the orientation perpendicular to the film surface is aligned with the <110> axis, but the <111> direction in the plane is
It is oriented in a random direction with the <110> axis perpendicular to the film surface as the center of rotation.

【0015】特開平10−64819号公報に記載の方
法では、図8を参照して先に説明したように、Si膜2
5の一部に金属元素(例えばNi)を導入し、熱処理に
より結晶成長させており、開口部27をストライプ状に
することにより、〈111〉軸がストライプに垂直な方
向29にほぼ揃った結晶ができる。
According to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-64819, as described above with reference to FIG.
A metal element (for example, Ni) is introduced into a part of the crystal 5 and the crystal is grown by heat treatment. By forming the opening 27 in a stripe shape, the <111> axis is almost aligned in the direction 29 perpendicular to the stripe. Can be.

【0016】しかし、ストライプ状開口部27に対応す
る領域では結晶核がランダムに発生するため、この領域
に隣接する結晶粒の結晶方位は完全には一致しない。従
って、得られるものは、大きな面積で見ると単結晶膜で
はなく、方位の揃った結晶粒の集まりでしかない。
However, since crystal nuclei are randomly generated in a region corresponding to the stripe-shaped opening 27, the crystal orientations of crystal grains adjacent to this region do not completely match. Therefore, what is obtained is not a single crystal film when viewed in a large area, but only a collection of crystal grains having a uniform orientation.

【0017】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、基板上に形成した非単
結晶絶縁膜或いは非単結晶絶縁基板の上に形成された非
晶質或いは多結晶の半導体膜を、不規則な核発生を抑制
しながら制御された結晶核を種に結晶成長させることに
より、大面積に渡って容易に且つ安価に単結晶化させ
て、単結晶半導体膜を得る、半導体装置の製造方法を提
供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or an amorphous film formed on a non-single-crystal insulating substrate. Alternatively, a single-crystal semiconductor film can be formed easily and inexpensively over a large area by growing a polycrystalline semiconductor film as a seed with controlled crystal nuclei while suppressing irregular nucleation. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which obtains a film.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁表面を有する基板の該絶縁表面の上に、
非晶質或いは多結晶の半導体膜を形成する工程と、該半
導体膜の上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜の一部
を除去して該半導体膜の一部を露出させる工程と、該半
導体膜の露出部分の一部を除去して、該露出部分にくび
れ部を形成し、該露出部分を、該くびれ部によって核発
生領域と種結晶形成領域とに分離する工程と、該露出部
分への第1の局所的エネルギーの印加によって、該種結
晶形成領域に単結晶を結晶成長させる工程であって、該
第1の局所的エネルギー印加によって形成される第1の
加熱領域を、第1の方向に沿って、該核発生領域から該
くびれ部を通過して該種結晶形成領域に至るまで該露出
部分の中を移動させて、該核発生領域で発生した結晶核
のうちで該くびれ部を通過して成長した結晶粒を種結晶
として該種結晶形成領域に該単結晶を結晶成長させる工
程と、該半導体膜への第2の局所的エネルギーの印加に
よって、該半導体膜の非露出部分に単結晶を結晶成長さ
せる工程であって、該第2の局所的エネルギーの印加に
よって形成される第2の加熱領域を、該第1の方向とは
異なる第2の方向に沿って、該種結晶形成領域から該非
露出部分に至るまで該半導体膜の中を移動させて、該種
結晶形成領域に形成された該単結晶を種結晶として該非
露出部分に該単結晶を結晶成長させる工程と、を包含
し、それによって単結晶半導体膜を得るものであって、
それによって、前述の目的が達成される。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a substrate having an insulating surface is provided on the insulating surface.
Forming an amorphous or polycrystalline semiconductor film, forming an insulating film on the semiconductor film, removing a part of the insulating film to expose a part of the semiconductor film; Removing a part of the exposed portion of the semiconductor film to form a constricted portion in the exposed portion, and separating the exposed portion into a nucleation region and a seed crystal forming region by the constricted portion; A step of growing a single crystal in the seed crystal forming region by applying a first local energy to the exposed portion, wherein the first heating region formed by the first local energy application is: Along the first direction, the nucleus is moved from the nucleation region through the constricted portion to the seed crystal formation region in the exposed portion, and among the crystal nuclei generated in the nucleation region, The seed crystal formed by passing through the neck portion and growing as a seed crystal A step of growing the single crystal in a region and a step of growing a single crystal in a non-exposed portion of the semiconductor film by applying a second local energy to the semiconductor film, A second heating region formed by application of local energy is formed in the semiconductor film along the second direction different from the first direction from the seed crystal forming region to the non-exposed portion. Moving the single crystal formed in the seed crystal forming region as a seed crystal to grow the single crystal in the non-exposed portion, thereby obtaining a single crystal semiconductor film. ,
Thereby, the above-mentioned object is achieved.

【0019】前記種結晶形成領域に単結晶を結晶成長さ
せる工程の前に、前記半導体膜の該種結晶形成領域にF
e、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auのうちの少な
くとも一種の元素を添加する工程を更に含み得る。
Before the step of growing a single crystal in the seed crystal forming region, the seed film forming region of the semiconductor film is
The method may further include a step of adding at least one element of e, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, and Au.

【0020】例えば、前記半導体膜がSi膜である。For example, the semiconductor film is a Si film.

【0021】ある実施形態では、前記第2の方向が、前
記第1の方向に対して約71度或いは109度の角度を
なす。
In one embodiment, the second direction makes an angle of about 71 degrees or 109 degrees with the first direction.

【0022】好ましくは、前記くびれ部の結晶成長方向
に対して垂直な方向の幅が、0.1μmから10μmの
範囲内である。
Preferably, a width of the constricted portion in a direction perpendicular to a crystal growth direction is in a range of 0.1 μm to 10 μm.

【0023】前記非露出部分に単結晶を結晶成長させる
工程が、前記基板の全体を前記第2の加熱領域の温度よ
りも低い温度に加熱する工程を含んでいてもよい。
[0023] The step of growing a single crystal in the non-exposed portion may include a step of heating the entire substrate to a temperature lower than the temperature of the second heating region.

【0024】本発明は、大きな結晶粒或いは単結晶領域
を容易に得るため、更には、単一の結晶方位を持った大
面積の単結晶薄膜を得るために、本願発明者らが行った
検討の結果として見出されたものである。すなわち、種
領域で不規則に発生する結晶核を、一定の制御された結
晶核にし、該結晶核を種として起こる結晶成長に一定の
規則性を持たせることにより、結晶方位の制御された種
結晶領域を形成し、該種結晶領域を種に再度結晶成長さ
せることにより、前述した従来技術の問題点が解決でき
ることを見出した。
The present invention has been studied by the present inventors in order to easily obtain large crystal grains or single crystal regions, and to obtain a large area single crystal thin film having a single crystal orientation. It was found as a result of That is, a crystal nucleus that is irregularly generated in the seed region is made a certain controlled crystal nucleus, and the crystal growth that occurs using the crystal nucleus as a seed has a certain regularity, whereby the seed whose crystal orientation is controlled can be obtained. It has been found that the above-mentioned problems of the prior art can be solved by forming a crystal region and growing the crystal again using the seed crystal region as a seed.

【0025】以下に、本発明の作用について説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0026】本発明の方法によれば、非単結晶絶縁基板
上の半導体膜を結晶化させる場合において、或いは、単
結晶基板上の非単結晶絶縁膜の上に設けられた半導体膜
を、非単結晶絶縁膜を開口して単結晶基板を結晶成長の
種として用いることなく結晶化させる場合において、不
規則な方位の結晶核の成長を抑制し、結晶成長が主とし
て進む方位の結晶核を種とするように結晶成長を制御し
て、単一の結晶方位を持った大面積の単結晶薄膜を得る
ことができる。
According to the method of the present invention, when the semiconductor film on the non-single-crystal insulating substrate is crystallized, or when the semiconductor film provided on the non-single-crystal insulating film In the case where the single crystal insulating film is opened and the single crystal substrate is crystallized without being used as seeds for crystal growth, growth of crystal nuclei having an irregular orientation is suppressed, and crystal nuclei having an orientation in which crystal growth mainly proceeds are seeded. Thus, a large-area single-crystal thin film having a single crystal orientation can be obtained by controlling the crystal growth as follows.

【0027】具体的には、半導体膜の露出部分の一部を
除去してくびれ部を形成し、エネルギー印加による加熱
領域を、くびれ部の核発生側からくびれ部を通過させて
くびれ部の反対側、すなわち種結晶形成領域まで、移動
させる。それにより、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妨げることを阻止し、
核発生領域で発生した結晶核のうちで、くびれ部を通過
して成長した結晶核を種として、種結晶形成領城に単結
晶を形成できる。その後、種結晶形成領域から、大面積
の半導体膜の非露出部分に向かって、エネルギー印加に
よる加熱領域を再度移動させることにより、単一の結晶
方位を持った大面積の単結晶薄膜を得ることができる。
More specifically, a part of the exposed portion of the semiconductor film is removed to form a constricted portion, and the region heated by the application of energy is passed through the constricted portion from the nucleus generation side of the constricted portion to be opposite to the constricted portion. To the side, that is, to the seed crystal forming region. This prevents irregularly occurring crystal grains from colliding with each other and hindering each other's crystal growth,
Among the crystal nuclei generated in the nucleus generation region, a single crystal can be formed in the seed crystal formation region by using the crystal nuclei grown through the constricted portion as seeds. Then, a large-area single-crystal thin film having a single crystal orientation is obtained by moving the heating area by applying energy again from the seed crystal forming area to the non-exposed part of the large-area semiconductor film. Can be.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明によれば、石英基板やガラ
ス基板、或いはSi基板の表面に形成されたSiO2
やSiN膜の上に、非晶質或いは多結晶のSi等の半導
体膜を成膜し、更にSiO2膜或いはSiN膜を、前記
半導体膜が一部露出するように形成する。この一部露出
した前記半導体膜に、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、
Pd、Auのうち少なくとも一種の元素を添加した後
に、前記半導体膜の露出した部分の一部をエッチングで
除去し、幅が0.1μmから10μmの「くびれ部」を
形成する。ここで、本願明細書でいう「くびれ部」と
は、半導体膜の露出部分において、結晶成長方向に対し
て垂直方向の幅が、隣接する部分の幅よりも小さくなっ
た形状を有する部分を指す。半導体膜の露出部分は、こ
のくびれ部によって、2つの領域、すなわち「核発生領
域」及び「種結晶形成領域」(好適には、核発生領域の
方が小面積である)に分離される。核発生領域において
生じた結晶核は、くびれ部を通過し、種結晶形成領域ま
で成長する。
According to the present invention, a semiconductor film such as amorphous or polycrystalline Si is formed on a SiO 2 film or a SiN film formed on the surface of a quartz substrate, a glass substrate, or a Si substrate. Is formed, and a SiO 2 film or a SiN film is formed so that the semiconductor film is partially exposed. On the partially exposed semiconductor film, Fe, Co, Ni, Cu, Ge,
After adding at least one element of Pd and Au, a part of the exposed portion of the semiconductor film is removed by etching to form a “constricted portion” having a width of 0.1 μm to 10 μm. Here, the “constricted portion” in the specification of the present application refers to a portion having a shape in which the width in the direction perpendicular to the crystal growth direction is smaller than the width of an adjacent portion in the exposed portion of the semiconductor film. . The exposed portion of the semiconductor film is separated by the constriction into two regions, a “nucleation region” and a “seed crystal formation region” (preferably, the nucleation region has a smaller area). The crystal nuclei generated in the nucleation region pass through the constriction and grow to the seed crystal formation region.

【0029】くびれ部の結晶成長方向の長さは、くびれ
の幅に応じて、0.5μmから100μmの間で適当に
選べば良い。この幅が0.1μmより細くなると、露出
部分の核発生領域で生じた結晶核が、くびれ部を通過し
て種結晶形成領域まで成長しなくなる。逆に、くびれ部
の幅が10μmより太くなると、核発生領域で発生した
複数の結晶核が、そのままくびれ部を通過して種結晶形
成領域まで成長してしまって、単結晶粒が得られない。
The length of the constricted portion in the crystal growth direction may be appropriately selected between 0.5 μm and 100 μm according to the width of the constricted portion. If the width is smaller than 0.1 μm, the crystal nuclei generated in the nucleation region of the exposed portion will not pass through the constricted portion and will not grow to the seed crystal formation region. Conversely, when the width of the constricted portion is larger than 10 μm, a plurality of crystal nuclei generated in the nucleus generation region pass through the constricted portion and grow to the seed crystal forming region, so that a single crystal grain cannot be obtained. .

【0030】次に、ライン状ヒータ、ライン状に整形し
た光、ライン状に整形した荷電粒子、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、などを用いて、半導体
膜の露出部分の所定の領域に、エネルギーを印加する。
このとき、エネルギーを印加されて、その結果として温
度が上昇する局所領域を、「加熱領域」と称する。加熱
領域を、核発生領域からくびれ部を通過して種結晶形成
領域へとゆっくりと移動させて、種結晶形成領域に単結
晶を形成する。
Next, a line heater, light shaped in a line, charged particles shaped in a line, and a point light scanned at a high speed in a line, and a point charged particle beam is scanned in a line at a high speed. The energy is applied to a predetermined region of the exposed portion of the semiconductor film by using, for example, a substrate.
At this time, a local region where energy is applied and the temperature rises as a result is referred to as a “heating region”. The heating region is slowly moved from the nucleation region through the constriction to the seed crystal forming region to form a single crystal in the seed crystal forming region.

【0031】次に、この種結晶形成領域から半導体膜の
非露出部分に渡って、加熱領域を移動させ、種結晶形成
領域の単結晶を種として、半導体膜の非露出部分を結晶
成長させる。
Next, the heating region is moved from the seed crystal forming region to the non-exposed portion of the semiconductor film, and the non-exposed portion of the semiconductor film is grown using the single crystal of the seed crystal forming region as a seed.

【0032】半導体膜の非露出部分に対する加熱領域の
移動は、露出部分にエネルギーを印加する場合に移動さ
せた方向に対して、約71度或いは109度回転させた
方向に沿って行う。前記の元素(Fe、Co、Ni、C
u、Ge、Pd、或いはAu)を添加したSi膜では、
主として{110}面が膜表面に対し平行方向に成長
し、膜面内では、主として〈111〉方向に結晶成長が
進みやすいため、上記のような2種類の移動方向の組み
合わせが、より大きな面積の単結晶薄膜の形成に有効で
あることを見出した。{110}面内には〈111〉方
向が2つ存在し、それらのなす角度は、ベクトル計算に
より、ほぼ71度或いは109度である。よって、2回
の結晶成長工程を、まず一方の〈111〉方向に沿って
結晶成長させた後に、この成長方向に対して71度或い
は109度の何れかの角度をなす他方の〈111〉方向
に沿って結晶成長させるように行うことにより、主とし
て結晶成長が進む2つの〈111〉方向の両方向に、結
晶成長させることができる。
The movement of the heating region with respect to the non-exposed portion of the semiconductor film is performed along a direction rotated by about 71 degrees or 109 degrees with respect to the direction in which energy was applied to the exposed portion. The above elements (Fe, Co, Ni, C
u, Ge, Pd, or Au),
The {110} plane mainly grows in the direction parallel to the film surface, and the crystal growth easily proceeds mainly in the <111> direction within the film surface. Was found to be effective in forming a single-crystal thin film. There are two <111> directions in the {110} plane, and the angle between them is approximately 71 degrees or 109 degrees by vector calculation. Therefore, two crystal growth steps are performed, first, the crystal is grown along one <111> direction, and then the other <111> direction at an angle of 71 degrees or 109 degrees with respect to this growth direction. The crystal growth can be performed in both of the two <111> directions in which the crystal growth mainly proceeds.

【0033】結晶成長工程において、局所的にエネルギ
ーが印加されて加熱される加熱領域の半導体膜の温度
は、400〜700℃の範囲内であることが好ましい。
加熱領域の温度が400℃以下では、半導体膜内で結晶
成長がほとんど起こらない。一方、加熱領域の半導体膜
の温度が700℃を超えると、基板の熱歪みによる反り
が発生して、好ましくない。必要に応じて、基板全体を
加熱領域の温度より低い温度に加熱し、加熱領域の温度
が700℃を超えても、基板の熱歪みによる反りの発生
を抑制することもできる。しかし、反りを完全になくす
まで基板全体の温度を上げると、加熱領域以外でも不規
則な核発生が生じ、大きな単結晶薄膜が得られなくなる
可能性もある。そのため、例えばSi基板を用いる場合
には、基板温度は400℃以下に設定することが好まし
い。
In the crystal growth step, the temperature of the semiconductor film in the heating region where energy is locally applied and heated is preferably in the range of 400 to 700 ° C.
When the temperature of the heating region is 400 ° C. or lower, crystal growth hardly occurs in the semiconductor film. On the other hand, if the temperature of the semiconductor film in the heating region exceeds 700 ° C., warpage due to thermal distortion of the substrate occurs, which is not preferable. If necessary, the entire substrate can be heated to a temperature lower than the temperature of the heating region, and even when the temperature of the heating region exceeds 700 ° C., the occurrence of warpage due to thermal distortion of the substrate can be suppressed. However, if the temperature of the entire substrate is increased until the warpage is completely eliminated, irregular nuclei are generated even in regions other than the heated region, and a large single-crystal thin film may not be obtained. Therefore, for example, when a Si substrate is used, the substrate temperature is preferably set to 400 ° C. or lower.

【0034】以下に、図面を参照して本発明の好適な幾
つかの実施形態を、具体的に説明する。
Hereinafter, some preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0035】(第1の実施形態)図1(a)及び(b)
は、それぞれ本発明の一実施形態を説明するための、デ
バイス構成を示す斜視図である。
(First Embodiment) FIGS. 1A and 1B
1 is a perspective view illustrating a device configuration for explaining an embodiment of the present invention.

【0036】まず、図1(a)に示すように、減圧CV
D法により、Si26ガスを用いて、厚さ100nmの
非晶質Si膜2を、石英基板1の上に形成する。次に、
非晶質Si膜2の上に、常圧CVD法により、SiH4
ガスとO2ガスとを用いて厚さ100nmのSiO2膜3
を形成する。その後、SiO2膜3の一部を、反応性イ
オンエッチング法(RIE)により、CF4ガスとCH
3ガスとを用いてエッチングして開口させ、非晶質S
i膜2の表面の一部を露出させる。この露出部分をRI
EでCF4ガスとO2ガスを用いてパターニングし、幅1
μmのくびれ部4を形成する。ここで、くびれ部4によ
って分離された露出部分の小面積の方を核発生領域6と
し、他方を種結晶形成領域8とする。
First, as shown in FIG.
By the method D, an amorphous Si film 2 having a thickness of 100 nm is formed on the quartz substrate 1 using Si 2 H 6 gas. next,
SiH 4 is formed on the amorphous Si film 2 by atmospheric pressure CVD.
SiO 2 film 3 having a thickness of 100 nm using a gas and an O 2 gas
To form Thereafter, a part of the SiO 2 film 3 is subjected to reactive ion etching (RIE) to remove CF 4 gas and CH
An opening is formed by etching using F 3 gas and amorphous S
A part of the surface of the i-film 2 is exposed. This exposed part is RI
Patterning using CF 4 gas and O 2 gas with E, width 1
A constricted portion 4 of μm is formed. Here, the smaller area of the exposed portion separated by the constricted portion 4 is referred to as a nucleation region 6 and the other is referred to as a seed crystal forming region 8.

【0037】スパッタ法でNi膜(厚さ1nm:不図
示)を全面に蒸着した後、ライン状ヒータ5aを、核発
生領域6からくびれ部4を通って種結晶形成領域8へ、
方向7に沿って1cm/時間の速度で移動させることに
よって、露出部分を加熱する。半導体膜の露出部分の加
熱領域の温度は、600℃とする。この加熱処理によっ
て、核発生領域6に生じた結晶核がくびれ部4を通過し
て成長し、単一の結晶方位を持った単結晶が種結晶形成
領域8に形成される。
After a Ni film (thickness: 1 nm; not shown) is deposited on the entire surface by sputtering, a linear heater 5 a is passed from the nucleation region 6 to the seed crystal formation region 8 through the constriction 4.
The exposed part is heated by moving it along direction 7 at a speed of 1 cm / hour. The temperature of the heating region in the exposed portion of the semiconductor film is set to 600 ° C. By this heat treatment, the crystal nuclei generated in the nucleus generating region 6 grow through the constricted portion 4 and a single crystal having a single crystal orientation is formed in the seed crystal forming region 8.

【0038】次に、基板1を全体的に400℃に加熱
し、図1(b)に示すように、上述の移動方向7に対し
て時計回りに大略71°の角度10をなす方向9に沿っ
て、ライン状ヒータ5bを、種結晶形成領域8の端部か
ら非晶質Si膜2の非露出部分の上に渡って1cm/時
の速度で移動させ、非露出部分に対して、種結晶形成領
域8の単結晶を種とする横方向の結晶成長を継続させ
る。
Next, the substrate 1 is heated to 400 ° C. as a whole and, as shown in FIG. The linear heater 5b is moved from the end of the seed crystal forming region 8 over the non-exposed portion of the amorphous Si film 2 at a speed of 1 cm / hour along the non-exposed portion. The lateral crystal growth using the single crystal of the crystal forming region 8 as a seed is continued.

【0039】上記のようなプロセスの結果として、単一
の結晶方位を持った大面積の単結晶薄膜が得られる。
As a result of the above-described process, a large-area single-crystal thin film having a single crystal orientation is obtained.

【0040】(第2の実施形態)図2(a)及び(b)
は、それぞれ本発明の他の実施形態を説明するための、
デバイス構成を示す斜視図である。第1の実施形態と同
じ構成要素には同じ参照番号を付しており、その説明は
ここでは省略する。
(Second Embodiment) FIGS. 2A and 2B
Are each for describing another embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a perspective view illustrating a device configuration. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.

【0041】本実施形態では、図2(a)に示すよう
に、ライン状ヒータ5aを、非晶質Si膜2の露出部分
上で方向11に沿って移動させて、種結晶形成領域8に
単一の結晶方位を有する単結晶領域を形成する。その後
に、図2(b)に示すように、その移動方向11に対し
て時計回りに大略109°の角度13をなす方向12に
沿って、ライン状ヒータ5bを種結晶形成領域8の端部
から非晶質Si膜2の未露出部分の上へ1cm/時の速
度で移動させることにより、単一の結晶方位を持った大
面積の単結晶薄膜が得られる。この際、第1のの実施形
態と同様に、基板1の全体を400℃に加熱しておく。
In this embodiment, as shown in FIG. 2A, the linear heater 5a is moved along the direction 11 on the exposed portion of the amorphous Si film 2 so that the linear heater 5a A single crystal region having a single crystal orientation is formed. Thereafter, as shown in FIG. 2B, the linear heater 5b is moved to the end of the seed crystal forming region 8 along a direction 12 which forms an angle 13 of approximately 109 ° clockwise with respect to the moving direction 11 thereof. From the non-exposed portion of the amorphous Si film 2 at a speed of 1 cm / hour, a large-area single-crystal thin film having a single crystal orientation can be obtained. At this time, the entire substrate 1 is heated to 400 ° C. as in the first embodiment.

【0042】上記の2つの実施形態では、非晶質Si膜
2の露出部分にスパッタ法でNi膜を厚さ1nmに蒸着
しているが、Ni膜の代わりに、100ppmの濃度の
硫酸ニッケル水溶液を塗布しても、同様の結果が得られ
た。
In the above two embodiments, the Ni film is deposited to a thickness of 1 nm on the exposed portion of the amorphous Si film 2 by the sputtering method. However, instead of the Ni film, a 100 ppm nickel sulfate aqueous solution is used. , The same result was obtained.

【0043】(比較例)図3(a)及び(b)は、比較
のために行った、非晶質Si膜2の露出部分にくびれ部
を設けない場合の単結晶化を説明するための、デバイス
構成を示す斜視図である。第1或いは第2の実施形態と
同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、その説明
はここでは省略する。
(Comparative Example) FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining single crystallization performed when no constriction is provided in an exposed portion of the amorphous Si film 2 for comparison. FIG. 2 is a perspective view showing a device configuration. The same components as those in the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.

【0044】第1の実施形態と同様に、図3(a)に示
すように、非晶質Si膜2の表面の一部を露出させ、露
出部分をパターニングする。但し、くびれ部は設けなか
った。更に、スパッタ法でNi膜を全面に厚さ1nmに
蒸着し、ライン状ヒータ5aを、非晶質Si膜2の露出
部分上で方向7に沿って移動させて、横方向の結晶成長
を行った。しかし、この比較例では、エネルギー印加工
程のスタート地点で発生した不規則な結晶核が、ライン
状ヒータ5aの移動方向7に成長し、単結晶領域が得ら
れなかった。
As in the first embodiment, as shown in FIG. 3A, a part of the surface of the amorphous Si film 2 is exposed, and the exposed part is patterned. However, no constriction was provided. Further, a Ni film is vapor-deposited to a thickness of 1 nm on the entire surface by a sputtering method, and the linear heater 5a is moved along the direction 7 on the exposed portion of the amorphous Si film 2 to perform lateral crystal growth. Was. However, in this comparative example, the irregular crystal nuclei generated at the start point of the energy applying step grew in the moving direction 7 of the linear heater 5a, and a single crystal region was not obtained.

【0045】続いて、図3(b)に示すように、ライン
状ヒータ5bを方向7と時計回りに大略71度の角度を
なす方向9に沿って移動させ、この露出部分を更に横方
向成長させた。しかし、これによっても、更に多結晶が
成長するのみで、大面積の単結晶薄膜は全く得られなか
った。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), the linear heater 5b is moved in the clockwise direction 9 at an angle of approximately 71 degrees with the direction 7, and the exposed portion is further laterally grown. I let it. However, even with this method, only a polycrystal was further grown, and a large-area single-crystal thin film was not obtained at all.

【0046】なお、この比較例においても、第1の実施
形態と同様に、非晶質Si膜2の加熱領域の温度は60
0℃に設定するとともに、基板1を全体的に400℃に
加熱した。
In this comparative example, as in the first embodiment, the temperature of the heating region of the amorphous Si film 2 is 60 degrees.
The temperature was set to 0 ° C., and the entire substrate 1 was heated to 400 ° C.

【0047】上述の比較のための実験例により、特に非
晶質Si膜2にくびれ部4を設けることが、本発明の大
面積単結晶薄膜の製造に極めて有効であることが確認さ
れた。
According to the above-described experimental example for comparison, it has been confirmed that the provision of the constricted portion 4 in the amorphous Si film 2 is extremely effective for manufacturing the large-area single-crystal thin film of the present invention.

【0048】上述の好適な実施形態(図1(a)及び
(b)並びに図2(a)及び(b)参照)では、基板1
としてに石英基板を用いたが、Si基板にSiO2膜や
SiN膜を形成して構成されている基板、或いはガラス
基板でも良い。また、半導体膜2としてはSi膜を例に
挙げたが、SiGe膜、GaAs膜、InP膜などでも
良い。
In the preferred embodiment described above (see FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B), the substrate 1
Although a quartz substrate was used as the substrate, a substrate formed by forming a SiO 2 film or a SiN film on a Si substrate or a glass substrate may be used. Further, the semiconductor film 2 is exemplified by a Si film, but may be a SiGe film, a GaAs film, an InP film, or the like.

【0049】また、Niの添加は、上述したNi膜の蒸
着や硫酸ニッケル溶液の塗布ではなくても、他のニッケ
ル塩の溶液の塗布や、スパッタ、イオン注入、CVDな
ど、他の方法でも良い。
The addition of Ni is not limited to the above-described deposition of a Ni film or the application of a nickel sulfate solution, but may be another method such as application of a solution of another nickel salt, sputtering, ion implantation, or CVD. .

【0050】更に、図1(a)及び(b)及び図2
(a)及び(b)に示すくびれ部4の形状は、核発生領
域6からくびれ部4にかけて徐々に細くなる形状である
が、図4に示すような、核発生領域6とくびれ部4とが
大略直角をなす形状でも良い。或いは、くびれ部4、す
なわち、半導体膜の露出部分において、結晶成長方向に
対して垂直方向の幅が隣接する部分の幅よりも小さくな
った形状を有する部分4を有していれば、他の形状であ
っても良い。
Further, FIGS. 1A and 1B and FIG.
The shape of the constricted portion 4 shown in (a) and (b) is a shape that gradually becomes narrower from the nucleation region 6 to the constricted portion 4, but as shown in FIG. However, the shape may be substantially a right angle. Alternatively, if the constricted portion 4, that is, the exposed portion of the semiconductor film has a portion 4 having a shape in which the width in the direction perpendicular to the crystal growth direction is smaller than the width of the portion adjacent to the crystal growth direction, It may be shaped.

【0051】結晶成長工程において、エネルギー印加手
段としてヒータ5a及び5bの代わりに、ランプ光やレ
ーザー光などによる照射を利用しても良い。その場合に
は、出射光の中で、結晶化させる半導体膜(例えばSi
膜)に吸収されやすい波長の光の出力の大きいものを使
用した方が、結晶化効率が良い。
In the crystal growth step, irradiation with lamp light or laser light may be used instead of the heaters 5a and 5b as energy applying means. In that case, the semiconductor film to be crystallized (for example, Si
The higher the output of light having a wavelength easily absorbed by the film, the better the crystallization efficiency.

【0052】また、以上における具体的な実施形態の説
明では、ライン状ヒータ(エネルギー印加手段)5aの
移動方向(1回目の移動方向)7或いは11に対して、
ライン状ヒータ(エネルギー印加手段)5bの移動方向
(2回目の移動方向)9或いは12を、時計回りに約7
1度或いは約109度だけ回転した方向としているが、
反時計回りに上記の角度だけ回転した方向としても良
い。
In the above description of the specific embodiment, the moving direction (first moving direction) 7 or 11 of the linear heater (energy applying means) 5a is
The moving direction (second moving direction) 9 or 12 of the linear heater (energy applying means) 5b is changed clockwise by about 7
The direction is rotated by 1 degree or about 109 degrees,
The direction rotated counterclockwise by the above angle may be used.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、単結晶
基板上に設けられた非単結晶絶縁膜、或いは非単結晶絶
縁基板の上に形成した非晶質或いは多結晶等の非単結晶
薄膜を結晶化させる工程において、不規則な方位の結晶
核の成長を抑制し、結晶成長が主として進む方位の結晶
核を種とするように結晶成長を制御することができるた
め、単一の結晶方位を持った大面積の単結晶薄膜を容易
に且つ安価に得ることができる。
As described above, according to the present invention, a non-single-crystal insulating film formed on a single-crystal substrate, or a non-crystalline or polycrystalline non-crystalline film formed on a non-single-crystal insulating substrate. In the step of crystallizing a single-crystal thin film, the growth of crystal nuclei having an irregular orientation can be suppressed, and the crystal growth can be controlled so that the crystal nuclei having the orientation in which crystal growth mainly proceeds are used as seeds. A large-area single-crystal thin film having the above crystal orientation can be easily and inexpensively obtained.

【0054】このような薄膜形成方法は、様々なICや
液晶装置等に適用可能である。例えば、TFT(薄膜ト
ランジスタ)を用いた液晶表示装置の製造において有用
であり、高性能で信頼性の高い大面積液晶パネルを安価
に提供することができる。
Such a thin film forming method is applicable to various ICs, liquid crystal devices and the like. For example, it is useful in manufacturing a liquid crystal display device using a TFT (thin film transistor), and can provide a large-area liquid crystal panel with high performance and high reliability at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)及び(b)は、本発明の一実施形態を説
明するためのデバイス構成を示す斜視図である。
FIGS. 1A and 1B are perspective views showing a device configuration for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】(a)及び(b)は、本発明の他の実施形態を
説明するためのデバイス構成を示す斜視図である。
FIGS. 2A and 2B are perspective views showing a device configuration for explaining another embodiment of the present invention.

【図3】(a)及び(b)は、本発明の実施形態との比
較のために行った、非晶質Si膜にくびれ部を形成しな
い比較例を説明するためのデバイス構成を示す斜視図で
ある。
FIGS. 3A and 3B are perspective views showing a device configuration for explaining a comparative example in which a constricted portion is not formed in an amorphous Si film, which was performed for comparison with the embodiment of the present invention. FIG.

【図4】くびれ形状の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a constricted shape.

【図5】非晶質Si膜内における〈111〉面で囲まれ
た結晶核の結晶方位を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a crystal orientation of a crystal nucleus surrounded by a <111> plane in an amorphous Si film.

【図6】(a)及び(b)は、従来技術の方法を説明す
るためのデバイス構成を示す斜視図である。
FIGS. 6A and 6B are perspective views showing a device configuration for explaining a conventional method.

【図7】他の従来技術の方法を説明するためのデバイス
構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a device configuration for explaining another conventional technique.

【図8】更に他の従来技術の方法を説明するためのデバ
イス構成を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a device configuration for explaining still another conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 非晶質Si膜 3 SiO2膜 4 くびれ部 5a、5b ライン状ヒータ 6 核発生領域 7、11 ライン状ヒータの移動方向 8 種結晶形成領域 9、12 ライン状ヒータの移動方向 10 第1の成長方向と第2の成長方向とのなす角度
(約71°) 13 第1の成長方向と第2の成長方向とのなす角度
(約109°) 14 非晶質Si膜 15a、15b、15c 結晶粒 16 基板 17 SiO2膜 18 非晶質Si膜 19 触媒材料の膜 20 小領域 21 領域 22 絶縁基板 23 基板 24 下地膜 25 Si膜 26 マスク用SiO2膜 27 開口部 28 Niを含有した酢酸溶液膜 29 結晶化の方向
1 substrate 2 amorphous Si film 3 SiO 2 film 4 neck portion 5a, the direction of movement of 5b linear heater 6 nucleus generation region 7,11 linear heater moving direction 8 or crystal formation region 9,12 linear heater 10 first The angle between the first growth direction and the second growth direction (about 71 °) 13 the angle between the first growth direction and the second growth direction (about 109 °) 14 the amorphous Si films 15a, 15b, 15c Crystal grain 16 Substrate 17 SiO 2 film 18 Amorphous Si film 19 Film of catalyst material 20 Small region 21 Region 22 Insulating substrate 23 Substrate 24 Base film 25 Si film 26 SiO 2 film for mask 27 Opening 28 Ni was contained. Acetic acid solution film 29 Direction of crystallization

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水木 敏雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA11 AA14 AA24 BA01 BA07 CA04 CA10 DA02 DA05 DA06 DA10 DB02 EA02 FA03 FA06 FA19 FA24 GA02 GB03 GB11 JA01 5F110 AA28 BB01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 GG02 GG12 GG33 GG47 PP02 PP03 PP05 PP06 PP10 PP23 PP34 PP36 QQ04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toshio Mizuki 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 5F052 AA02 AA11 AA14 AA24 BA01 BA07 CA04 CA10 DA02 DA05 DA06 DA10 DB02 EA02 FA03 FA06 FA19 FA24 GA02 GB03 GB11 JA01 5F110 AA28 BB01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 GG02 GG12 GG33 GG47 PP02 PP03 PP05 PP06 PP10 PP23 PP34 PP36 QQ04

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板の該絶縁表面の上
に、非晶質或いは多結晶の半導体膜を形成する工程と、 該半導体膜の上に絶縁膜を形成する工程と、 該絶縁膜の一部を除去して該半導体膜の一部を露出させ
る工程と、 該半導体膜の露出部分の一部を除去して、該露出部分に
くびれ部を形成し、該露出部分を、該くびれ部によって
核発生領域と種結晶形成領域とに分離する工程と、 該露出部分への第1の局所的エネルギーの印加によっ
て、該種結晶形成領域に単結晶を結晶成長させる工程で
あって、該第1の局所的エネルギー印加によって形成さ
れる第1の加熱領域を、第1の方向に沿って、該核発生
領域から該くびれ部を通過して該種結晶形成領域に至る
まで該露出部分の中を移動させて、該核発生領域で発生
した結晶核のうちで該くびれ部を通過して成長した結晶
粒を種結晶として該種結晶形成領域に該単結晶を結晶成
長させる工程と、 該半導体膜への第2の局所的エネルギーの印加によっ
て、該半導体膜の非露出部分に単結晶を結晶成長させる
工程であって、該第2の局所的エネルギーの印加によっ
て形成される第2の加熱領域を、該第1の方向とは異な
る第2の方向に沿って、該種結晶形成領域から該非露出
部分に至るまで該半導体膜の中を移動させて、該種結晶
形成領域に形成された該単結晶を種結晶として該非露出
部分に該単結晶を結晶成長させる工程と、を包含し、そ
れによって単結晶半導体膜を得る、半導体装置の製造方
法。
A step of forming an amorphous or polycrystalline semiconductor film on the insulating surface of a substrate having an insulating surface; a step of forming an insulating film on the semiconductor film; Removing a part of the semiconductor film to expose a part of the semiconductor film; and removing a part of the exposed part of the semiconductor film to form a constricted part on the exposed part. Separating a nucleation region and a seed crystal forming region by a portion; and applying a first local energy to the exposed portion to grow a single crystal in the seed crystal forming region. A first heating region formed by the first local energy application is formed along the first direction from the nucleation region through the constriction to the seed crystal formation region. In the nucleation region, and A step of crystal-growing the single crystal in the seed crystal forming region using the crystal grains grown through the constriction as a seed crystal, and applying a second local energy to the semiconductor film, A step of growing a single crystal on the exposed portion, wherein a second heating region formed by application of the second local energy is formed along a second direction different from the first direction, Moving the inside of the semiconductor film from the seed crystal forming region to the non-exposed portion to grow the single crystal in the non-exposed portion using the single crystal formed in the seed crystal forming region as a seed crystal And a method for manufacturing a semiconductor device, thereby obtaining a single crystal semiconductor film.
【請求項2】 前記種結晶形成領域に単結晶を結晶成長
させる工程の前に、前記半導体膜の該種結晶形成領域に
Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auのうちの少
なくとも一種の元素を添加する工程を更に含む、請求項
1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein at least one of Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, and Au is formed in the seed crystal forming region of the semiconductor film before the step of growing a single crystal in the seed crystal forming region. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of adding an element.
【請求項3】 前記半導体膜がSi膜である、請求項1
或いは2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor film is a Si film.
Alternatively, the method for manufacturing a semiconductor device according to 2.
【請求項4】 前記第2の方向が、前記第1の方向に対
して約71度或いは109度の角度をなす、請求項1か
ら3の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the second direction forms an angle of about 71 degrees or 109 degrees with the first direction.
【請求項5】 前記くびれ部の結晶成長方向に対して垂
直な方向の幅が、0.1μmから10μmの範囲内であ
る、請求項1から4の何れかに記載の半導体装置の製造
方法。
5. The method according to claim 1, wherein a width of the constricted portion in a direction perpendicular to a crystal growth direction is in a range of 0.1 μm to 10 μm.
【請求項6】 前記非露出部分に単結晶を結晶成長させ
る工程が、前記基板の全体を前記第2の加熱領域の温度
よりも低い温度に加熱する工程を含む、請求項1から5
の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the step of growing a single crystal on the unexposed portion includes a step of heating the entire substrate to a temperature lower than a temperature of the second heating region.
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124230A (en) * 2001-10-12 2003-04-25 Hitachi Ltd Thin film transistor device, method for manufacturing the device, and image display apparatus using the device
JP2005056896A (en) * 2003-08-04 2005-03-03 Seiko Epson Corp Method of manufacturing thin film semiconductor device

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JP4539041B2 (en) * 2003-08-04 2010-09-08 セイコーエプソン株式会社 Method for manufacturing thin film semiconductor device

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