JP2592832B2 - 結晶の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は結晶の形成方法、特に堆積面材料の種類によ
る堆積材料の核形成密度の差を利用して作成した単結晶
ないし粒径が制御された多結晶の形成方法に関するもの
である。
る堆積材料の核形成密度の差を利用して作成した単結晶
ないし粒径が制御された多結晶の形成方法に関するもの
である。
本発明は、例えば半導体集積回路、光集積回路、磁気
回路等の電子素子、光素子、磁気素子、圧電素子あるい
は表面音響素子等に使用される単結晶や多結晶等の結晶
の形成に適用される。
回路等の電子素子、光素子、磁気素子、圧電素子あるい
は表面音響素子等に使用される単結晶や多結晶等の結晶
の形成に適用される。
［従来の技術］ 従来、半導体電子素子や光素子等に用いられる単結晶
薄膜は、単結晶基板上にエピタキシャル成長させること
で形成されていた。例えば、Si単結晶基板（シリコンウ
エハ）上には、Si,Ge,GaAs等を液相、気相または固相か
らエピタキシャル成長することが知られており、またGa
As単結晶基板上にはGaAs,GaAl等の単結晶がエピタキシ
ャル成長することが知られている。このようにして形成
された半導体薄膜を用いて、半導体素子よび集積回路、
半導体レーザやLED等の発光素子等が作製される。
薄膜は、単結晶基板上にエピタキシャル成長させること
で形成されていた。例えば、Si単結晶基板（シリコンウ
エハ）上には、Si,Ge,GaAs等を液相、気相または固相か
らエピタキシャル成長することが知られており、またGa
As単結晶基板上にはGaAs,GaAl等の単結晶がエピタキシ
ャル成長することが知られている。このようにして形成
された半導体薄膜を用いて、半導体素子よび集積回路、
半導体レーザやLED等の発光素子等が作製される。
また、最近、二次元電子ガスを用いた超高速トランジ
スタや、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が
盛んであるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真
空を用いたMBE（分子線エピタキシー）やMOCVD（有機金
属化学気相法）等の高精度エピタキシャル技術である。
スタや、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が
盛んであるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真
空を用いたMBE（分子線エピタキシー）やMOCVD（有機金
属化学気相法）等の高精度エピタキシャル技術である。
このような単結晶基板上のエピタキシャル成長では、
基板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格
子定数と熱膨張係数とを整合する必要がある。この整合
が不十分であると格子欠陥がエピタキシャル層に発達す
る。また基板を構成する元素がエピタキシャル層に拡散
することもある。
基板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格
子定数と熱膨張係数とを整合する必要がある。この整合
が不十分であると格子欠陥がエピタキシャル層に発達す
る。また基板を構成する元素がエピタキシャル層に拡散
することもある。
このように、エピタキシャル成長による従来の単結晶
薄膜の形成方法、その基板材料に大きく依存することが
分る。Mathews等は、基板材料とエピタキシャル成長層
との組合せを調べている（EPITAXIAL GROWTH.Academic
Press,New York,1975 ed.by J.W.Mathews）。
薄膜の形成方法、その基板材料に大きく依存することが
分る。Mathews等は、基板材料とエピタキシャル成長層
との組合せを調べている（EPITAXIAL GROWTH.Academic
Press,New York,1975 ed.by J.W.Mathews）。
また、基板の大きさは、現在Siウエハで６インチ程度
であり、GaAs,サファイア基板の大型化は更に遅れてい
る。加えて、単結晶基板は製造コストが高いため、チッ
プ当りのコストが高くなる。
であり、GaAs,サファイア基板の大型化は更に遅れてい
る。加えて、単結晶基板は製造コストが高いため、チッ
プ当りのコストが高くなる。
このように、従来の方法によって、良質な素子が作製
可能な単結晶層を形成するには、基板材料の種類が極め
て狭い範囲に限定されているという問題点を有してい
た。
可能な単結晶層を形成するには、基板材料の種類が極め
て狭い範囲に限定されているという問題点を有してい
た。
一方、半導体素子を基板の法線方向に積層形成し、高
集積化およい多機能化を達成する三次元集積回路の研究
開発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に
素子をアレー状に配列する太陽電池や液晶画素のスイッ
チングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も
年々盛んになりつつある。
集積化およい多機能化を達成する三次元集積回路の研究
開発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に
素子をアレー状に配列する太陽電池や液晶画素のスイッ
チングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も
年々盛んになりつつある。
これら両者に共通することは、半導体薄膜を非晶質絶
縁物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形
成する技術を必要とすることである。その中でも特に、
非晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術
が望まれている。
縁物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形
成する技術を必要とすることである。その中でも特に、
非晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術
が望まれている。
一般的に、SiO2等の非晶質絶縁物基板上に薄膜を堆積
させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆積
膜の結晶構造は非晶質または多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態のものであり、
多結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒
界で隔離されて集合したものである。
させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆積
膜の結晶構造は非晶質または多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態のものであり、
多結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒
界で隔離されて集合したものである。
例えば、SiO2上にSiをCVD法によって形成する場合、
堆積温度が約600℃以下であれば非晶質シリコンとな
り、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千Åの間で
分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結晶シリコ
ンの粒径および分布は形成方法によって大きく変化す
る。
堆積温度が約600℃以下であれば非晶質シリコンとな
り、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千Åの間で
分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結晶シリコ
ンの粒径および分布は形成方法によって大きく変化す
る。
更に、非晶質または多結晶膜をレーザや棒状ヒータ等
のエネルギビームによって溶融固化させることによっ
て、ミクロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結
晶薄膜が得られている（Single-Crystal silibon on no
n-sigle-crystal insulators,Journal of crystal Grow
th vol.63,No.3,October,1983 edited by G.W.Culle
n）。
のエネルギビームによって溶融固化させることによっ
て、ミクロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結
晶薄膜が得られている（Single-Crystal silibon on no
n-sigle-crystal insulators,Journal of crystal Grow
th vol.63,No.3,October,1983 edited by G.W.Culle
n）。
このようにして形成され各結晶構造の薄膜にトランジ
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜0.1cm2/V・sec、数百Åの粒径を
有する多結晶シリコンでは１〜10cm2/V・sec、溶融固化
による大粒径の多結晶シリコンでは単結晶シリコンの場
合と同程度の易動度が得られている。
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜0.1cm2/V・sec、数百Åの粒径を
有する多結晶シリコンでは１〜10cm2/V・sec、溶融固化
による大粒径の多結晶シリコンでは単結晶シリコンの場
合と同程度の易動度が得られている。
この結果から、結晶粒内の単結晶領域に形成された素
子と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気
的特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来
法で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質または粒径
分布をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子
は、単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大
きく劣るものとなる。そのために、用途としては簡単な
スイッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られ
る。
子と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気
的特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来
法で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質または粒径
分布をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子
は、単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大
きく劣るものとなる。そのために、用途としては簡単な
スイッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られ
る。
また、溶融固化によって大粒径の多結晶薄膜を形成す
る方法は、ウエハごとに非晶質または単結晶薄膜をエネ
ルギビームで走査するために、大粒径化に多大な時間を
要し、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという
問題点を有していた。
る方法は、ウエハごとに非晶質または単結晶薄膜をエネ
ルギビームで走査するために、大粒径化に多大な時間を
要し、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという
問題点を有していた。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このようにして形成された多結晶膜内には多
くの粒界が存在し、それらは半導体デバイスを作成した
場合にその特性を悪化させる要因となる。従って、非晶
質上であっても単結晶が形成できる方法が強く望まれて
いる。
くの粒界が存在し、それらは半導体デバイスを作成した
場合にその特性を悪化させる要因となる。従って、非晶
質上であっても単結晶が形成できる方法が強く望まれて
いる。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決するととも
に、下地材料に制約されることなく、例えば基板の材
料、構成、大きさ等に制約されることなく、粒界を含ま
ない単結晶および粒界制御された多結晶等の良質の結晶
を提供することにあり、さらに特別な装置を用いず、簡
単な工程で効率良く上記結晶の形成方法を提供すること
にある。
に、下地材料に制約されることなく、例えば基板の材
料、構成、大きさ等に制約されることなく、粒界を含ま
ない単結晶および粒界制御された多結晶等の良質の結晶
を提供することにあり、さらに特別な装置を用いず、簡
単な工程で効率良く上記結晶の形成方法を提供すること
にある。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の結晶の形
成方法は、核形成密度の小さい非核形成面（ＳNDS）を
有する基体の非核形成面（ＳNDS）の所望位置に原料ガ
ス雰囲気中でスポット状に絞ったエネルギービームを照
射して、非核形成面（ＳNDS）を形成している材料
（ＭS）および成長させるべき結晶の材料（Ｍ）のいず
れとも異なり、かつ非核形成面（ＳNDS）の核形成密度
（NDS）より大きい核形成密度（NDL）を有する核形成面
（ＳNDL）を形成する材料（ＭL）を非核形成面
（ＳNDS）上に堆積して、成長させるべき結晶の単一核
が形成されるのに充分小さい面積の核形成面（ＳNDL）
を形成する工程、および基体上に結晶形成処理を施して
成長させるべき結晶の単一核を核形成面（ＳNDL）上に
形成し、引き続き該単一核より単結晶を成長させる工
程、を有することを特徴とする。
成方法は、核形成密度の小さい非核形成面（ＳNDS）を
有する基体の非核形成面（ＳNDS）の所望位置に原料ガ
ス雰囲気中でスポット状に絞ったエネルギービームを照
射して、非核形成面（ＳNDS）を形成している材料
（ＭS）および成長させるべき結晶の材料（Ｍ）のいず
れとも異なり、かつ非核形成面（ＳNDS）の核形成密度
（NDS）より大きい核形成密度（NDL）を有する核形成面
（ＳNDL）を形成する材料（ＭL）を非核形成面
（ＳNDS）上に堆積して、成長させるべき結晶の単一核
が形成されるのに充分小さい面積の核形成面（ＳNDL）
を形成する工程、および基体上に結晶形成処理を施して
成長させるべき結晶の単一核を核形成面（ＳNDL）上に
形成し、引き続き該単一核より単結晶を成長させる工
程、を有することを特徴とする。
［作用］ まず核形成密度について説明する。核形成密度とは、
堆積面の単位面積に形成される結晶核の密度である。
堆積面の単位面積に形成される結晶核の密度である。
第９図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度の経時変化を示すグラフである。
核形成密度の経時変化を示すグラフである。
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
それに対して窒化シリコン（Si3Ｎ4）上では、〜４×
105cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しない
が、それ以降は急激に増大する。なお、この測定例で
は、SiCl4ガスをＨ2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1
000℃の条件下でCVD法により堆積した場合を示してい
る。他にSiH4,SiH2Cl2,SiHCl3,SiF4等を反応ガスとして
用いて、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得
ることができる。また、真空蒸着でも可能である。
105cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しない
が、それ以降は急激に増大する。なお、この測定例で
は、SiCl4ガスをＨ2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1
000℃の条件下でCVD法により堆積した場合を示してい
る。他にSiH4,SiH2Cl2,SiHCl3,SiF4等を反応ガスとして
用いて、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得
ることができる。また、真空蒸着でも可能である。
この場合、SiO2上の核形成はほとんど問題とならない
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。
このような現象は、SiO2および窒化シリコンの材料表
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないとうことも核形成密度
の差を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yo
nehara,S.Yoshioka,S.Miyazawa.Journal of Applied Ph
ysics Vol.53,6829,1982）。
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないとうことも核形成密度
の差を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yo
nehara,S.Yoshioka,S.Miyazawa.Journal of Applied Ph
ysics Vol.53,6829,1982）。
このように堆積面の材料としてSiO2及び窒化シリコン
を選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、同グ
ラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得ること
ができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が望
ましいが、これに限らずSiOX（０＜ｘ＜２）であっても
核形成密度差を得ることができる。
を選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、同グ
ラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得ること
ができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が望
ましいが、これに限らずSiOX（０＜ｘ＜２）であっても
核形成密度差を得ることができる。
勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で103倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で103倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
このような核形成密度差を利用し、堆積面の材料より
核形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長
するように十分微細に形成することによって、その微細
な異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長
させることができる。
核形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長
するように十分微細に形成することによって、その微細
な異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長
させることができる。
［実施例］ 以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
第１図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明による結晶の形成方
法の第１実施態様例を示す形成工程図であり、第２図
（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第１図（Ａ）および
（Ｄ）における基板の斜視図である。
法の第１実施態様例を示す形成工程図であり、第２図
（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第１図（Ａ）および
（Ｄ）における基板の斜視図である。
まず、第１図（Ａ）および第２図（Ａ）に示すよう
に、基板４上に、選択核形成を可能にする核形成密度の
小さい薄膜（SiO2）５を形成し、核形成面である異種材
料（SiXＮ1-X）６を十分微細に形成する。核形成面であ
る異種材料は直径が１μｍ以下に絞ったArFレーザ（λ
＝192nm）のスポットを堆積面表面に照射し、その状態
でSi2Ｈ6ガスとNH3ガスを反応させることで堆積するこ
とによって形成される。この時の反応条件は、Si2Ｈ6:2
0SCCM,NH3:1000SCCM,N2:1000SCCMで圧力400paである。
この工程により、径が１μｍ以下で厚さ〜100ÅのSiXＮ
1-Xが形成される。
に、基板４上に、選択核形成を可能にする核形成密度の
小さい薄膜（SiO2）５を形成し、核形成面である異種材
料（SiXＮ1-X）６を十分微細に形成する。核形成面であ
る異種材料は直径が１μｍ以下に絞ったArFレーザ（λ
＝192nm）のスポットを堆積面表面に照射し、その状態
でSi2Ｈ6ガスとNH3ガスを反応させることで堆積するこ
とによって形成される。この時の反応条件は、Si2Ｈ6:2
0SCCM,NH3:1000SCCM,N2:1000SCCMで圧力400paである。
この工程により、径が１μｍ以下で厚さ〜100ÅのSiXＮ
1-Xが形成される。
続いて、ソースガスとしてSiCl4,SiH2Cl2,SiHCl2,SiH
4,SiF4等、キャリヤガスとしてＨ2、添加ガスとしてHCl
等の混合ガスを用いて上記基板上にSiを選択的に成長さ
せる。その際の基板温度は700〜1100℃、圧力は約100To
rrである。
4,SiF4等、キャリヤガスとしてＨ2、添加ガスとしてHCl
等の混合ガスを用いて上記基板上にSiを選択的に成長さ
せる。その際の基板温度は700〜1100℃、圧力は約100To
rrである。
次に、上記の堆積条件によって核形成面SiXＮ1-X６だ
けにSiの単一核が形成される。すなわち、SiXＮ1-X６は
前述の如く単一の核のみが形成される程度に十分微細に
形成されている。一般にSiXＮ1-X等の核形成面である異
種材料の大きさは材料の種類によって異なり、数ミクロ
ン以下であればよいが、なるべく小さい方が好ましい。
それは大きいとその組織に複数の核が同時に形成される
確率が生じてくる。ただし、基板４の大きさ、結晶構造
および組成は任意のものでよく、通常の半導体技術で作
成した機能素子が形成された基板であってもよい。
けにSiの単一核が形成される。すなわち、SiXＮ1-X６は
前述の如く単一の核のみが形成される程度に十分微細に
形成されている。一般にSiXＮ1-X等の核形成面である異
種材料の大きさは材料の種類によって異なり、数ミクロ
ン以下であればよいが、なるべく小さい方が好ましい。
それは大きいとその組織に複数の核が同時に形成される
確率が生じてくる。ただし、基板４の大きさ、結晶構造
および組成は任意のものでよく、通常の半導体技術で作
成した機能素子が形成された基板であってもよい。
次に、適当な堆積条件を選択することによって核形成
面（ＳNDL）６だけに薄膜材料の単一の核が形成され
る。すなわち、核形成面（ＳNDL６は、単一の核のみが
形成される程度に十分微細に形成する必要がある。核形
成面（ＳNDL６の大きさは、材料の種類によって異なる
が、数ミクロン以下であればよい。さらに核は単結晶構
造を保ちながら成長し、第１図（Ｂ）に示すように島状
の単結晶粒７となる。島状の単結晶粒７が形成されるた
めには、すでに述べたように、薄膜５上で全く核形成が
起こらないように条件を決めることが望ましいものであ
る。
面（ＳNDL）６だけに薄膜材料の単一の核が形成され
る。すなわち、核形成面（ＳNDL６は、単一の核のみが
形成される程度に十分微細に形成する必要がある。核形
成面（ＳNDL６の大きさは、材料の種類によって異なる
が、数ミクロン以下であればよい。さらに核は単結晶構
造を保ちながら成長し、第１図（Ｂ）に示すように島状
の単結晶粒７となる。島状の単結晶粒７が形成されるた
めには、すでに述べたように、薄膜５上で全く核形成が
起こらないように条件を決めることが望ましいものであ
る。
島状の単結晶粒７は単結晶構造を保ちながら核形成面
（ＳNDL）６を中心にして更に成長し（lateralovergrow
th）、同図（Ｃ）に示すようにSiO2薄膜５全体を覆うこ
とが出来る。
（ＳNDL）６を中心にして更に成長し（lateralovergrow
th）、同図（Ｃ）に示すようにSiO2薄膜５全体を覆うこ
とが出来る。
続いて、必要に応じてエッチングまたは研磨によって
単結晶を平坦化し、第１図（Ｄ）および第２図（Ｂ）に
示すように、所望の素子を形成することができる単結晶
層８がSiO2薄膜５上に形成される。
単結晶を平坦化し、第１図（Ｄ）および第２図（Ｂ）に
示すように、所望の素子を形成することができる単結晶
層８がSiO2薄膜５上に形成される。
このように非核形成面（ＳNDS）を形成する薄膜５が
基板４上に形成されているため、支持体となる基板４は
任意の材料を使用することができる。さらにこのような
場合には基板４に通常の半導体技術によって機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶層
８を形成することができる。
基板４上に形成されているため、支持体となる基板４は
任意の材料を使用することができる。さらにこのような
場合には基板４に通常の半導体技術によって機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶層
８を形成することができる。
なお、上記実施態様例では、非核形成面を薄膜５で形
成したが、勿論第３図に示すように、選択核形成を可能
にする核形成密度（ND）の小さい材料から成る基板をそ
のまま用いて、核形成面（ＳNDL）を所望に応じた任意
位置に設けて、単結晶層を同様に形成してもよい。
成したが、勿論第３図に示すように、選択核形成を可能
にする核形成密度（ND）の小さい材料から成る基板をそ
のまま用いて、核形成面（ＳNDL）を所望に応じた任意
位置に設けて、単結晶層を同様に形成してもよい。
第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施態様例を
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、選択
核形成を可能にする核形成密度（ND）の小さい材料から
成る基板９上に、核形成密度（ND）の大きい材料から成
る核形成面（ＳNDL）６を十分微小に形成することで、
第１実施態様例と同様にして単結晶層８を形成すること
ができる。
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、選択
核形成を可能にする核形成密度（ND）の小さい材料から
成る基板９上に、核形成密度（ND）の大きい材料から成
る核形成面（ＳNDL）６を十分微小に形成することで、
第１実施態様例と同様にして単結晶層８を形成すること
ができる。
第４図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明による結晶の形成方
法の第３実施態様例を示す形成工程図であり、第５図
（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第４図（Ａ）および
（Ｄ）における基板の斜視図である。
法の第３実施態様例を示す形成工程図であり、第５図
（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第４図（Ａ）および
（Ｄ）における基板の斜視図である。
第４図（Ａ）および第５図（Ａ）に示すように、非晶
質絶縁物基板11上に、距離ｌを隔てて上記選択核形成を
可能とする基板11とは異種材料で核形成面（ＳNDL）12
を十分に小さく配置する。この距離ｌは、例えば半導体
素子または素子群を形成するために必要とされる単結晶
領域の大きさと同じかまたはそれ以上に設定される。
質絶縁物基板11上に、距離ｌを隔てて上記選択核形成を
可能とする基板11とは異種材料で核形成面（ＳNDL）12
を十分に小さく配置する。この距離ｌは、例えば半導体
素子または素子群を形成するために必要とされる単結晶
領域の大きさと同じかまたはそれ以上に設定される。
次に、適当な結晶形成条件を選択することによって、
核形成面（ＳNDL）だけに結晶形成材料の唯一核が形成
される。すなわち、核形成面は単一の核のみが形成され
る程度に十分微細な大きさ（面積）に形成する必要があ
る。核形成面（ＳDNL）の大きさは、材料の種類によっ
て異なるが、数ミクロン以下であればよい。さらに、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第４図（Ｂ）に示す
ように島状の単結晶粒13となる。島状の単結晶粒13が形
成されるためには、すでに述べたように、基板11上の核
形成面（ＳNDL）以外の表面で全く核の形成が起こらな
いように条件を決めることが望ましいものである。
核形成面（ＳNDL）だけに結晶形成材料の唯一核が形成
される。すなわち、核形成面は単一の核のみが形成され
る程度に十分微細な大きさ（面積）に形成する必要があ
る。核形成面（ＳDNL）の大きさは、材料の種類によっ
て異なるが、数ミクロン以下であればよい。さらに、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第４図（Ｂ）に示す
ように島状の単結晶粒13となる。島状の単結晶粒13が形
成されるためには、すでに述べたように、基板11上の核
形成面（ＳNDL）以外の表面で全く核の形成が起こらな
いように条件を決めることが望ましいものである。
島状の単結晶粒の基板11の法線方向の結晶方位は、基
板11の材料および核を形成する材料の界面エネルギを最
小にするように一定に決まる。なぜならば、表面あるい
は海面エネルギは結晶面によって異方性を有するからで
ある。しかしながら、すでに述べたように、非晶質基板
における基板面内の結晶方位は決定されない。
板11の材料および核を形成する材料の界面エネルギを最
小にするように一定に決まる。なぜならば、表面あるい
は海面エネルギは結晶面によって異方性を有するからで
ある。しかしながら、すでに述べたように、非晶質基板
における基板面内の結晶方位は決定されない。
島状の単結晶粒はさらに成長して、単結晶となり、第
４図（Ｃ）に示すように隣りの単結晶粒が互いに接触す
るが、基板面内の結晶方位は一定ではないために、核形
成面（ＳNDL）の中間位置に結晶粒界14が形成される。
４図（Ｃ）に示すように隣りの単結晶粒が互いに接触す
るが、基板面内の結晶方位は一定ではないために、核形
成面（ＳNDL）の中間位置に結晶粒界14が形成される。
続いて、単結晶は三次元的に成長するが、成長速度の
遅い結晶面がファセットとして現われる。その為に、エ
ッチングまたは研磨によって単結晶の表面の平坦化を行
い、更に粒界14の部分を除去して、第４図（Ｄ）および
第５図（Ｂ）に示すように粒界を含まない単結晶の薄膜
を格子状に形成する。この単結晶薄膜の大きさは、上述
したように核形成面（ＳNDL）12の間隔ｌによって決定
される。すなわち、核形成面（ＳNDL）12の形成パター
ンを適当に定めることによって、粒界の位置を制御する
ことができ、所望の大きさの単結晶を所望の配列で形成
することができる。
遅い結晶面がファセットとして現われる。その為に、エ
ッチングまたは研磨によって単結晶の表面の平坦化を行
い、更に粒界14の部分を除去して、第４図（Ｄ）および
第５図（Ｂ）に示すように粒界を含まない単結晶の薄膜
を格子状に形成する。この単結晶薄膜の大きさは、上述
したように核形成面（ＳNDL）12の間隔ｌによって決定
される。すなわち、核形成面（ＳNDL）12の形成パター
ンを適当に定めることによって、粒界の位置を制御する
ことができ、所望の大きさの単結晶を所望の配列で形成
することができる。
第６図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第４実施態様例を
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、第１
実施例と同様に所望の基板４上に、選択核形成を可能に
する核形成密度（ND）の小さい材料から成る薄膜状の非
核形成面（ＳNDS５を形成し、その上に問題ｌで核形成
密度（ND）の大きい異種材料から成る核形成面
（ＳNDS）12を形成し、上記第３実施態様例と同様にし
て単結晶層15を形成することできる。
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、第１
実施例と同様に所望の基板４上に、選択核形成を可能に
する核形成密度（ND）の小さい材料から成る薄膜状の非
核形成面（ＳNDS５を形成し、その上に問題ｌで核形成
密度（ND）の大きい異種材料から成る核形成面
（ＳNDS）12を形成し、上記第３実施態様例と同様にし
て単結晶層15を形成することできる。
第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による結晶の形成方
法の第５実施態様例を示す形成工程図であり、第８図
（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第７図（Ａ）および
（Ｃ）における基板の斜視図である。
法の第５実施態様例を示す形成工程図であり、第８図
（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第７図（Ａ）および
（Ｃ）における基板の斜視図である。
まず、第７図（Ａ）および第８図（Ａ）に示すよう
に、非晶質絶縁物基板11に所望の大きさおよび形状の凹
部16を形成し、その中に単一核のみが形成され得るに充
分微小サイズの核形成面（ＳNDL）12を形成する。続い
て、第７図（Ｂ）に示すように、第１実施態様例と同様
にして島状の単結晶粒13を成長させる。そして、第７図
（Ｃ）および第８図（Ｂ）に示すように、単結晶粒13が
凹部16を埋めるまで成長させ、単結晶層17を形成する。
に、非晶質絶縁物基板11に所望の大きさおよび形状の凹
部16を形成し、その中に単一核のみが形成され得るに充
分微小サイズの核形成面（ＳNDL）12を形成する。続い
て、第７図（Ｂ）に示すように、第１実施態様例と同様
にして島状の単結晶粒13を成長させる。そして、第７図
（Ｃ）および第８図（Ｂ）に示すように、単結晶粒13が
凹部16を埋めるまで成長させ、単結晶層17を形成する。
本実施例では、凹部16内に単結晶粒13が成長するため
に、平坦化および粒界部分の除去工程が不要となる。
に、平坦化および粒界部分の除去工程が不要となる。
本実施例において、通常の方法にて核形成面12を形成
する為には全面に異種材質の薄膜を堆積した後、フォト
リソグラフィで微小な部分を残してエッチングする必要
がある。その場合、堆積面が凹部である為、微小なパタ
ーニングが難しいとか、側壁の部分のエッチング残りと
かいった不都合がある。しかし、最初に述べたようなレ
ーザースポットを用いて選択的に堆積する方法を用いれ
ば、そういった不都合なく微小な異種材料を再現性良く
作成可能である。
する為には全面に異種材質の薄膜を堆積した後、フォト
リソグラフィで微小な部分を残してエッチングする必要
がある。その場合、堆積面が凹部である為、微小なパタ
ーニングが難しいとか、側壁の部分のエッチング残りと
かいった不都合がある。しかし、最初に述べたようなレ
ーザースポットを用いて選択的に堆積する方法を用いれ
ば、そういった不都合なく微小な異種材料を再現性良く
作成可能である。
本発明において、結晶核を形成する核形成面を形成す
る方法として、前述のレーザといった光の他に、マイク
ロ波等の電磁波、または電子線等のエネルギビームを局
所的にスポット照射する方法でも実施できる。
る方法として、前述のレーザといった光の他に、マイク
ロ波等の電磁波、または電子線等のエネルギビームを局
所的にスポット照射する方法でも実施できる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、非核形成面の
状態によらず、核形成密度のより大きな核形成面を容易
に形成でき、両者の核形成密度差より単結晶核を得るこ
とにより、非晶質上であっても単結晶を得ることができ
る。このようにして得られる半導体の結晶は、粒径位置
制御性があり、３次元ICといった分野にも応用可能なも
のである。
状態によらず、核形成密度のより大きな核形成面を容易
に形成でき、両者の核形成密度差より単結晶核を得るこ
とにより、非晶質上であっても単結晶を得ることができ
る。このようにして得られる半導体の結晶は、粒径位置
制御性があり、３次元ICといった分野にも応用可能なも
のである。
第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による結晶の形成方法の
第１実施態様例を示す形成工程図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第１図（Ａ）お
よび（Ｄ）における基板の斜視図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２実施態様例を示す
結晶の形成工程図、 第４図は（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による単結晶の形成方
法の第３実施態様例を示す形成工程図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第４図（Ａ）お
よび（Ｄ）における基板の斜視図、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第４実施態様例を示す
結晶の形成工程図、 第７図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による結晶の形成方法の
第５実施態様例を示す形成工程図、 第８図（Ａ）および（Ｂ）は第７図（Ａ）および（Ｃ）
における基板の斜視図、 第９図はSiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との核形
成密度の経時変化を示す図である。 ４……基板、５……薄膜、６……核形成面、７……単結
晶粒、８……単結晶層、９……基板、12……核形成面、
13……単結晶粒、14……粒界、16……凹部、17……単結
晶層。
第１実施態様例を示す形成工程図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第１図（Ａ）お
よび（Ｄ）における基板の斜視図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２実施態様例を示す
結晶の形成工程図、 第４図は（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による単結晶の形成方
法の第３実施態様例を示す形成工程図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第４図（Ａ）お
よび（Ｄ）における基板の斜視図、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第４実施態様例を示す
結晶の形成工程図、 第７図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による結晶の形成方法の
第５実施態様例を示す形成工程図、 第８図（Ａ）および（Ｂ）は第７図（Ａ）および（Ｃ）
における基板の斜視図、 第９図はSiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との核形
成密度の経時変化を示す図である。 ４……基板、５……薄膜、６……核形成面、７……単結
晶粒、８……単結晶層、９……基板、12……核形成面、
13……単結晶粒、14……粒界、16……凹部、17……単結
晶層。
Claims (1)
- 【請求項１】核形成密度の小さい非核形成面（ＳNDS）
を有する基体の前記非核形成面（ＳNDS）の所望位置に
原料ガス雰囲気中でスポット状に絞ったエネルギービー
ムを照射して、前記非核形成面（ＳNDS）を形成してい
る材料（ＭS）および成長させるべき結晶の材料（Ｍ）
のいずれとも異なり、かつ前記非核形成面（ＳNDS）の
核形成密度（NDS）より大きい核形成密度（NDL）を有す
る核形成面（ＳNDL）を形成する材料（ＭL）を前記非核
形成面（ＳNDS）上に堆積して、成長させるべき結晶の
単一核が形成されるのに充分小さい面積の核形成面（Ｓ
NDL）を形成する工程、および前記基体上に結晶形成処
理を施して成長させるべき結晶の単一核を前記核形成面
（ＳNDL）上に形成し、引き続き該単一核より単結晶を
成長させる工程、を有することを特徴とする結晶の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073511A JP2592832B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 結晶の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073511A JP2592832B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 結晶の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63239183A JPS63239183A (ja) | 1988-10-05 |
| JP2592832B2 true JP2592832B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=13520347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62073511A Expired - Fee Related JP2592832B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 結晶の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2592832B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6046074B2 (ja) * | 1981-06-30 | 1985-10-14 | 日本電信電話株式会社 | 半導体結晶成長方法 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62073511A patent/JP2592832B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63239183A (ja) | 1988-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |