JP3217419B2 - 結晶膜の形成方法 - Google Patents
結晶膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン膜を固
相で結晶化させる結晶膜の形成方法に関する。更に詳し
くは、非晶質シリコン膜中に核形成領域を所望の位置に
形成することにより、結晶膜の粒界の位置および結晶粒
の大きさを制御できる結晶膜の形成方法に関する。本発
明の方法により形成される結晶膜は、例えば、半導体集
積回路等の電子素子、光素子等の材料として幅広い分野
で利用可能である。
相で結晶化させる結晶膜の形成方法に関する。更に詳し
くは、非晶質シリコン膜中に核形成領域を所望の位置に
形成することにより、結晶膜の粒界の位置および結晶粒
の大きさを制御できる結晶膜の形成方法に関する。本発
明の方法により形成される結晶膜は、例えば、半導体集
積回路等の電子素子、光素子等の材料として幅広い分野
で利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、結晶性を有さない基体上に非
晶質薄膜を形成し、この薄膜を融点以下の温度で熱処理
することによって１μｍを越える大粒径の多結晶薄膜に
固相成長させる結晶形成技術が知られている。そして、
この様な結晶膜の形成に際し、結晶粒径の分布や結晶粒
界の位置を制御する目的で、非晶質薄膜の面内で人工的
に核形成位置を規定する方法が報告されている（H.Kumo
mi and T.Yonehara, Extended Abstract of the 8th In
ternational Conference on Solid State Devices and
Materials, 1159 (1990)）。
晶質薄膜を形成し、この薄膜を融点以下の温度で熱処理
することによって１μｍを越える大粒径の多結晶薄膜に
固相成長させる結晶形成技術が知られている。そして、
この様な結晶膜の形成に際し、結晶粒径の分布や結晶粒
界の位置を制御する目的で、非晶質薄膜の面内で人工的
に核形成位置を規定する方法が報告されている（H.Kumo
mi and T.Yonehara, Extended Abstract of the 8th In
ternational Conference on Solid State Devices and
Materials, 1159 (1990)）。
【０００３】図２を参照しつつ、この従来法の工程を概
説する。この従来法においては、まず、非晶質ＳｉＯ2
表面を有する基体１上に、ＳｉＨ4 ガスを用いたＬＰＣ
ＶＤ法によって膜厚１００ｎｍの非晶質シリコン薄膜２
を堆積する［図２（ａ）］。次いで、この非晶質シリコ
ン薄膜２の全面に７０ｋｅＶのエネルギーに加速された
Ｓｉ+ イオン（注入イオン４）を４×１０14ｃｍ-2の照
射量で注入する［図２（ｂ）］。次いで、フォトレジス
ト等のマスク材８で被覆された核形成領域３を除いて、
今度は２×１０15ｍ-2の照射量で同様のイオンを注入す
る［図２（ｃ）］。この様に二段階に亙ってイオン注入
を施した非晶質シリコン薄膜２を、Ｎ2雰囲気中におい
て６００℃で熱処理すると、核形成領域３に優先的に単
一の結晶核５が形成される［図２（ｄ）］。次いでこの
膜に所定の熱処理を施せば結晶核５が固相成長し結晶粒
となり、結晶粒６ａは隣接する結晶粒６ｂと接し、そこ
に結晶粒界７が形成される［図２（ｅ）］。
説する。この従来法においては、まず、非晶質ＳｉＯ2
表面を有する基体１上に、ＳｉＨ4 ガスを用いたＬＰＣ
ＶＤ法によって膜厚１００ｎｍの非晶質シリコン薄膜２
を堆積する［図２（ａ）］。次いで、この非晶質シリコ
ン薄膜２の全面に７０ｋｅＶのエネルギーに加速された
Ｓｉ+ イオン（注入イオン４）を４×１０14ｃｍ-2の照
射量で注入する［図２（ｂ）］。次いで、フォトレジス
ト等のマスク材８で被覆された核形成領域３を除いて、
今度は２×１０15ｍ-2の照射量で同様のイオンを注入す
る［図２（ｃ）］。この様に二段階に亙ってイオン注入
を施した非晶質シリコン薄膜２を、Ｎ2雰囲気中におい
て６００℃で熱処理すると、核形成領域３に優先的に単
一の結晶核５が形成される［図２（ｄ）］。次いでこの
膜に所定の熱処理を施せば結晶核５が固相成長し結晶粒
となり、結晶粒６ａは隣接する結晶粒６ｂと接し、そこ
に結晶粒界７が形成される［図２（ｅ）］。
【０００４】この様な方法によれば、図２（ｃ）に示し
た核形成領域３を複数所望の位置に配置、形成すること
により、結果的に図２（ｅ）に示した粒界７の位置や結
晶粒６ａ、６ｂの粒径の分布が制御できることとなる。
た核形成領域３を複数所望の位置に配置、形成すること
により、結果的に図２（ｅ）に示した粒界７の位置や結
晶粒６ａ、６ｂの粒径の分布が制御できることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来法において
は、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示した二度のイオン注入
工程が必要である。
は、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示した二度のイオン注入
工程が必要である。
【０００６】図２（ｃ）に示した第二回目のイオン注入
は、核形成領域３以外の部位の核形成潜伏時間を延長
し、核形成の選択性を付与し、その結果として所望の核
形成領域３の配置を決定する目的で行われる。
は、核形成領域３以外の部位の核形成潜伏時間を延長
し、核形成の選択性を付与し、その結果として所望の核
形成領域３の配置を決定する目的で行われる。
【０００７】図２（ｂ）に示した第一回目のイオン注入
は、非結晶シリコン薄膜２中の核形成頻度を、核形成領
域３の中で単一の結晶核が形成されるよう調整する目的
で行われる。この第一回目のイオン注入を行わないと、
たとえ現状の微細加工技術で可能な範囲で核形成領域３
を小さいサイズにしても、その核形成頻度が高過ぎるの
で単一の結晶核が形成され難い傾向にある。これを防止
すべく第一回目のイオン注入により、非結晶シリコン薄
膜２中の核形成頻度を低くするのである。
は、非結晶シリコン薄膜２中の核形成頻度を、核形成領
域３の中で単一の結晶核が形成されるよう調整する目的
で行われる。この第一回目のイオン注入を行わないと、
たとえ現状の微細加工技術で可能な範囲で核形成領域３
を小さいサイズにしても、その核形成頻度が高過ぎるの
で単一の結晶核が形成され難い傾向にある。これを防止
すべく第一回目のイオン注入により、非結晶シリコン薄
膜２中の核形成頻度を低くするのである。
【０００８】例えば、原料ガスとしてＳｉＨ4 ガスを用
い、ＬＰＣＶＤ法により基体１上に非晶質シリコン薄膜
２を堆積するには、その基体１の温度条件は５５０℃近
傍の狭い範囲に限られる。ところが５５０℃という高温
では、非晶質シリコンの構造緩和速度が比較的速くなっ
てしまい、かつ薄膜の堆積レートが遅いので、核形成頻
度の高い非晶質薄膜２（特に堆積下地界面付近で高い）
しか得られない。したがって、この第１回目のイオン注
入が必要となるのである。
い、ＬＰＣＶＤ法により基体１上に非晶質シリコン薄膜
２を堆積するには、その基体１の温度条件は５５０℃近
傍の狭い範囲に限られる。ところが５５０℃という高温
では、非晶質シリコンの構造緩和速度が比較的速くなっ
てしまい、かつ薄膜の堆積レートが遅いので、核形成頻
度の高い非晶質薄膜２（特に堆積下地界面付近で高い）
しか得られない。したがって、この第１回目のイオン注
入が必要となるのである。
【０００９】本発明の目的は、上述のような二段のイオ
ン注入の一方を省略して工程を簡略化しても、所望の粒
界位置や結晶粒径が得られ良好な結晶膜が形成できる簡
便な方法を提供することにある。
ン注入の一方を省略して工程を簡略化しても、所望の粒
界位置や結晶粒径が得られ良好な結晶膜が形成できる簡
便な方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、非
晶質シリコン膜を固相で結晶化させる結晶膜の形成方法
において、原料ガスとして２次以上の高次シランを用い
て非晶質シリコン膜を形成し、該非晶質シリコン膜の核
形成領域を除く部分に選択的にイオン注入を施し、該非
晶質シリコン膜を熱処理することにより該核形成領域に
おいて結晶核を生成し、該結晶核を成長させて該イオン
注入がなされた部分をも結晶化させる工程を有すること
を特徴とする結晶膜の形成方法により達成できる。
晶質シリコン膜を固相で結晶化させる結晶膜の形成方法
において、原料ガスとして２次以上の高次シランを用い
て非晶質シリコン膜を形成し、該非晶質シリコン膜の核
形成領域を除く部分に選択的にイオン注入を施し、該非
晶質シリコン膜を熱処理することにより該核形成領域に
おいて結晶核を生成し、該結晶核を成長させて該イオン
注入がなされた部分をも結晶化させる工程を有すること
を特徴とする結晶膜の形成方法により達成できる。
【００１１】更に、非晶質シリコン膜を形成した後であ
ってイオン注入の前に、結晶化臨界温度以下の温度で該
非晶質シリコン膜を熱処理する本発明の態様によれば、
より正確に所望の粒界位置や結晶粒径が得られることと
なる。
ってイオン注入の前に、結晶化臨界温度以下の温度で該
非晶質シリコン膜を熱処理する本発明の態様によれば、
より正確に所望の粒界位置や結晶粒径が得られることと
なる。
【００１２】
【作用】本発明の方法においては、非晶質シリコン膜の
形成のための原料ガスとして高次シランを用いる。この
高次シランは、先に述べた従来法で使用するＳｉＨ4 よ
りも分解温度が低い。したがって、各種ＣＶＤ法等によ
り非晶質シリコン薄膜形成する際、その温度を従来法よ
り低くすることができる。この低温下での膜形成により
核形成頻度が比較的低い非結晶シリコン膜を得ることが
でき、第一回目のイオン注入を省略しても、核形成領域
の中で良好に単一の結晶核が形成されることとなる。
形成のための原料ガスとして高次シランを用いる。この
高次シランは、先に述べた従来法で使用するＳｉＨ4 よ
りも分解温度が低い。したがって、各種ＣＶＤ法等によ
り非晶質シリコン薄膜形成する際、その温度を従来法よ
り低くすることができる。この低温下での膜形成により
核形成頻度が比較的低い非結晶シリコン膜を得ることが
でき、第一回目のイオン注入を省略しても、核形成領域
の中で良好に単一の結晶核が形成されることとなる。
【００１３】また、非晶質シリコン膜形成後イオン注入
前に適温で膜を熱処理する態様によれば、加熱による膜
の構造緩和に伴う核形成頻度の増加作用を利用して核形
成頻度が調整できるので、より正確に所望の粒界位置や
結晶粒径が得られることとなる。
前に適温で膜を熱処理する態様によれば、加熱による膜
の構造緩和に伴う核形成頻度の増加作用を利用して核形
成頻度が調整できるので、より正確に所望の粒界位置や
結晶粒径が得られることとなる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の方法の各工程の例を図１を参
照しつつ詳細に説明する。
照しつつ詳細に説明する。
【００１５】まず、原料ガスとして２次以上の高次シラ
ンを用い、適当な基体１上に非晶質シリコン膜２を形成
する［図１（ａ）］。
ンを用い、適当な基体１上に非晶質シリコン膜２を形成
する［図１（ａ）］。
【００１６】ここで採用する堆積膜形成法としては、例
えば高次シランを原料ガスに用いたＬＰＣＶＤ法、プラ
ズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法が挙げられる。
えば高次シランを原料ガスに用いたＬＰＣＶＤ法、プラ
ズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法が挙げられる。
【００１７】この非晶質シリコン膜２の形成工程におい
ては、原料ガスである高次シランの分解温度が低いの
で、先に述べた様に比較的低温での膜形成が可能であ
る。この基体１の温度は、後工程において核形成領域中
で所望の単一の結晶核が形成できる適度に低い核形成頻
度を有する非晶質シリコン膜２を形成できる様な温度で
あればよく、使用するガスの種類やその他各種条件に応
じて適切な温度を適宜選定すればよい。したがって、特
定の範囲に限定されるものではないが、例えばジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）の場合４００〜５５０℃程度が望まし
く、４５０〜５２０℃程度が好ましい。またこの工程に
おいては、従来法に比べ基体１の温度の設定範囲を広く
とることが可能という利点も有する。したがって、この
温度を調整することにより非結晶シリコン膜２の核形成
頻度を調整できることとなる。
ては、原料ガスである高次シランの分解温度が低いの
で、先に述べた様に比較的低温での膜形成が可能であ
る。この基体１の温度は、後工程において核形成領域中
で所望の単一の結晶核が形成できる適度に低い核形成頻
度を有する非晶質シリコン膜２を形成できる様な温度で
あればよく、使用するガスの種類やその他各種条件に応
じて適切な温度を適宜選定すればよい。したがって、特
定の範囲に限定されるものではないが、例えばジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）の場合４００〜５５０℃程度が望まし
く、４５０〜５２０℃程度が好ましい。またこの工程に
おいては、従来法に比べ基体１の温度の設定範囲を広く
とることが可能という利点も有する。したがって、この
温度を調整することにより非結晶シリコン膜２の核形成
頻度を調整できることとなる。
【００１８】ここで用いる高次シランとは、分子中にケ
イ素原子を複数有するシランを意味し、例えばＳｉ2 Ｈ
6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等が挙げられる。
イ素原子を複数有するシランを意味し、例えばＳｉ2 Ｈ
6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等が挙げられる。
【００１９】具体的には、例えば原料ガスとしてＳｉ2
Ｈ6 ガスを用いると、基体１の温度を４５０℃付近に設
定することにより核形成頻度の著しく低い非結晶シリコ
ン膜２が形成でき、結晶粒径が最大で数μｍの結晶膜が
最終的に得られる。なお、形成する非結晶シリコン膜２
の膜厚は、この種の公知成膜法における一般的な厚さで
よく特に限定されるものではない。
Ｈ6 ガスを用いると、基体１の温度を４５０℃付近に設
定することにより核形成頻度の著しく低い非結晶シリコ
ン膜２が形成でき、結晶粒径が最大で数μｍの結晶膜が
最終的に得られる。なお、形成する非結晶シリコン膜２
の膜厚は、この種の公知成膜法における一般的な厚さで
よく特に限定されるものではない。
【００２０】なお、この図１（ａ）に示す非結晶シリコ
ン膜２形成工程の後、図１（ｂ）に示すイオン注入工程
の前に、結晶化臨界温度以下の温度で非晶質シリコン膜
２を熱処理することが望ましい。この熱処理の温度や時
間を調整することにより、後工程で形成する核形成領域
３の核形成頻度を低過ぎない値になるように非結晶シリ
コン膜２の核形成頻度を自在に調整できる。この際の加
熱温度は、５５０〜６５０℃程度が望ましい。
ン膜２形成工程の後、図１（ｂ）に示すイオン注入工程
の前に、結晶化臨界温度以下の温度で非晶質シリコン膜
２を熱処理することが望ましい。この熱処理の温度や時
間を調整することにより、後工程で形成する核形成領域
３の核形成頻度を低過ぎない値になるように非結晶シリ
コン膜２の核形成頻度を自在に調整できる。この際の加
熱温度は、５５０〜６５０℃程度が望ましい。
【００２１】次に、この非晶質シリコン膜２の核形成領
域３とすべき部分を除きそれ以外の部分にイオン注入を
施す。すなわち、膜面内で局所的に注入する。このイオ
ン注入は、適当に加速した注入イオン４を選択的に照射
等することにより行える。これによりイオン注入部分の
核形成潜伏時間は延長され、非注入部分が核形成領域３
となる［図１（ｂ）］。
域３とすべき部分を除きそれ以外の部分にイオン注入を
施す。すなわち、膜面内で局所的に注入する。このイオ
ン注入は、適当に加速した注入イオン４を選択的に照射
等することにより行える。これによりイオン注入部分の
核形成潜伏時間は延長され、非注入部分が核形成領域３
となる［図１（ｂ）］。
【００２２】注入イオン４としては、例えばＳｉ+ イオ
ンが用いられる。また、核形成領域３のサイズは任意で
ある。ただし、このサイズを十分小さくすることによ
り、次工程で形成する結晶核５の位置の制御を適切に行
うことが望ましい。具体的には核形成領域３の面積は４
μｍ2 以下が好ましい。
ンが用いられる。また、核形成領域３のサイズは任意で
ある。ただし、このサイズを十分小さくすることによ
り、次工程で形成する結晶核５の位置の制御を適切に行
うことが望ましい。具体的には核形成領域３の面積は４
μｍ2 以下が好ましい。
【００２３】次に、イオン注入により所望の核形成領域
３を形成した非晶質シリコン膜２を、結晶化臨界温度以
上の適度な温度で熱処理することによって、核形成領域
３に優先的に単一の結晶核５を生成させる［図１
（ｃ）］。
３を形成した非晶質シリコン膜２を、結晶化臨界温度以
上の適度な温度で熱処理することによって、核形成領域
３に優先的に単一の結晶核５を生成させる［図１
（ｃ）］。
【００２４】この結晶核５生成のための熱処理は、核形
成領域３にのみ選択的に結晶核５が発生する温度で行え
ばよく、特に限定されないが、５５０〜６５０℃程度が
望ましい。
成領域３にのみ選択的に結晶核５が発生する温度で行え
ばよく、特に限定されないが、５５０〜６５０℃程度が
望ましい。
【００２５】更に非結晶シリコン膜２の熱処理を続ける
ことによって、結晶核５を成長させ結晶粒を形成する。
この熱処理により、一つの結晶粒６ａは横方向成長して
隣接する核形成領域から成長してきた結晶粒６ｂと成長
端面を接し、ここに粒界７を成すに至る［図１
（ｄ）］。
ことによって、結晶核５を成長させ結晶粒を形成する。
この熱処理により、一つの結晶粒６ａは横方向成長して
隣接する核形成領域から成長してきた結晶粒６ｂと成長
端面を接し、ここに粒界７を成すに至る［図１
（ｄ）］。
【００２６】この様に図１（ａ）〜（ｄ）の工程を経る
ことによって、結晶粒の位置および粒界位置が制御され
た結晶粒群から成る結晶薄膜が、一回だけのイオン注入
工程で形成できることとなる。
ことによって、結晶粒の位置および粒界位置が制御され
た結晶粒群から成る結晶薄膜が、一回だけのイオン注入
工程で形成できることとなる。
【００２７】以下、本発明を具体的なデータによる実施
例１〜４により、更に詳細に説明する。
例１〜４により、更に詳細に説明する。
【００２８】［実施例１］まず、４インチ径の溶融石英
基体（基体１）を５１０℃に保ち、Ｓｉ2 Ｈ6 を原料ガ
スとして用いたＬＰＣＶＤ法によって、非晶質シリコン
膜２を１００ｎｍの膜厚で堆積した。この非晶質シリコ
ン膜２の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラ
フィー工程によって、１μｍ角の領域が５μｍ間隔の正
方格子点状に残るようパターニングした。この１μｍ角
パターンのレジストをマスクとし、７０ｋｅＶのエネル
ギーに加速されたＳｉ+ イオンを１×１０15ｃｍ-2の照
射量で注入した。イオン注入後、レジストを剥離した。
これをＮ2 雰囲気中６００℃で５時間ほど熱処理したと
ころ、レジストにより被覆されていた領域（核形成領域
３）に単一の結晶核５が形成されていた。
基体（基体１）を５１０℃に保ち、Ｓｉ2 Ｈ6 を原料ガ
スとして用いたＬＰＣＶＤ法によって、非晶質シリコン
膜２を１００ｎｍの膜厚で堆積した。この非晶質シリコ
ン膜２の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラ
フィー工程によって、１μｍ角の領域が５μｍ間隔の正
方格子点状に残るようパターニングした。この１μｍ角
パターンのレジストをマスクとし、７０ｋｅＶのエネル
ギーに加速されたＳｉ+ イオンを１×１０15ｃｍ-2の照
射量で注入した。イオン注入後、レジストを剥離した。
これをＮ2 雰囲気中６００℃で５時間ほど熱処理したと
ころ、レジストにより被覆されていた領域（核形成領域
３）に単一の結晶核５が形成されていた。
【００２９】この熱処理時間を５０時間まで延長したと
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
【００３０】［実施例２］まず、表面を熱酸化処理した
４インチ径のシリコン基体（基体１）を３００℃に保
ち、Ｓｉ3 Ｈ8 を原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ
法によって、非晶質シリコン膜２を１５０ｎｍの膜厚で
堆積した。この非晶質シリコン膜２の上にフォトレジス
トを塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、１μ
ｍ角の領域が５μｍ間隔の正方格子点状に残るようパタ
ーニングした。この１μｍ角パターンのレジストをマス
クとし、１００ｋｅＶのエネルギーに加速されたＳｉ+
イオンを２×１０15ｃｍ-2の照射量で注入した。イオン
注入後、レジストを剥離した。これをＮ2 雰囲気中６０
０℃で５時間ほど熱処理したところ、レジストにより被
覆されていた領域（核形成領域３）に単一の結晶核５が
形成されていた。
４インチ径のシリコン基体（基体１）を３００℃に保
ち、Ｓｉ3 Ｈ8 を原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ
法によって、非晶質シリコン膜２を１５０ｎｍの膜厚で
堆積した。この非晶質シリコン膜２の上にフォトレジス
トを塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、１μ
ｍ角の領域が５μｍ間隔の正方格子点状に残るようパタ
ーニングした。この１μｍ角パターンのレジストをマス
クとし、１００ｋｅＶのエネルギーに加速されたＳｉ+
イオンを２×１０15ｃｍ-2の照射量で注入した。イオン
注入後、レジストを剥離した。これをＮ2 雰囲気中６０
０℃で５時間ほど熱処理したところ、レジストにより被
覆されていた領域（核形成領域３）に単一の結晶核５が
形成されていた。
【００３１】この熱処理時間を５０時間まで延長したと
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
【００３２】［実施例３］まず、４インチ径の溶融石英
基体（基体１）を４５０℃に保ち、Ｓｉ2 Ｈ6 を原料ガ
スとして用いたＬＰＣＶＤ法によって、非晶質シリコン
膜２を１００ｎｍの膜厚で堆積した。そして、これをＮ
2 雰囲気中５００℃に保ち、２時間ほど熱処理した。こ
の熱処理後の非晶質シリコン膜２の上にフォトレジスト
を塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、１μｍ
角の領域が５μｍ間隔の正方格子点状に残るようパター
ニングした。この１μｍ角パターンのレジストをマスク
とし、７０ｋｅＶのエネルギーに加速されたＳｉ+ イオ
ンを１×１０15ｃｍ-2の照射量で注入した。イオン注入
後、レジストを剥離した。これをＮ2 雰囲気中６００℃
で５時間ほど熱処理したところ、レジストにより被覆さ
れていた領域（核形成領域３）に単一の結晶核５が形成
されていた。
基体（基体１）を４５０℃に保ち、Ｓｉ2 Ｈ6 を原料ガ
スとして用いたＬＰＣＶＤ法によって、非晶質シリコン
膜２を１００ｎｍの膜厚で堆積した。そして、これをＮ
2 雰囲気中５００℃に保ち、２時間ほど熱処理した。こ
の熱処理後の非晶質シリコン膜２の上にフォトレジスト
を塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、１μｍ
角の領域が５μｍ間隔の正方格子点状に残るようパター
ニングした。この１μｍ角パターンのレジストをマスク
とし、７０ｋｅＶのエネルギーに加速されたＳｉ+ イオ
ンを１×１０15ｃｍ-2の照射量で注入した。イオン注入
後、レジストを剥離した。これをＮ2 雰囲気中６００℃
で５時間ほど熱処理したところ、レジストにより被覆さ
れていた領域（核形成領域３）に単一の結晶核５が形成
されていた。
【００３３】この熱処理時間を５０時間まで延長したと
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
【００３４】［実施例４］まず、表面を熱酸化処理した
４インチ径のシリコン基体（基体１）を２５０℃に保
ち、Ｓｉ3 Ｈ8 を原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ
法によって、非晶質シリコン膜２を１５０ｎｍの膜厚で
堆積した。次に、これをＮ2 雰囲気中４００℃に保ち、
５時間ほど熱処理した。なお、この熱処理によっては膜
の結晶化は起こらず、非晶質シリコン膜の構造緩和が進
んだのみであった。この非晶質シリコン膜２の上にフォ
トレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程によっ
て、１μｍ角の領域が５μｍ間隔の正方格子点状に残る
ようパターニングした。この１μｍ角パターンのレジス
トをマスクとし、１００ｋｅＶのエネルギーに加速され
たＳｉ+ イオンを２×１０15ｃｍ-2の照射量で注入し
た。イオン注入後、レジストを剥離した。これをＮ2 雰
囲気中６００℃で５時間ほど熱処理したところ、レジス
トにより被覆されていた領域（核形成領域３）に単一の
結晶核５が形成されていた。
４インチ径のシリコン基体（基体１）を２５０℃に保
ち、Ｓｉ3 Ｈ8 を原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ
法によって、非晶質シリコン膜２を１５０ｎｍの膜厚で
堆積した。次に、これをＮ2 雰囲気中４００℃に保ち、
５時間ほど熱処理した。なお、この熱処理によっては膜
の結晶化は起こらず、非晶質シリコン膜の構造緩和が進
んだのみであった。この非晶質シリコン膜２の上にフォ
トレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程によっ
て、１μｍ角の領域が５μｍ間隔の正方格子点状に残る
ようパターニングした。この１μｍ角パターンのレジス
トをマスクとし、１００ｋｅＶのエネルギーに加速され
たＳｉ+ イオンを２×１０15ｃｍ-2の照射量で注入し
た。イオン注入後、レジストを剥離した。これをＮ2 雰
囲気中６００℃で５時間ほど熱処理したところ、レジス
トにより被覆されていた領域（核形成領域３）に単一の
結晶核５が形成されていた。
【００３５】この熱処理時間を５０時間まで延長したと
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
ころ、非晶質シリコン膜２は全域にわたって結晶化し、
粒径５μｍの結晶粒６が規則正しく配列した結晶薄膜が
得られた。
【００３６】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の結晶膜の形
成方法は、二度のイオン注入の一方を省略して工程を簡
略化でき、膜の製造コスト低減を図れる方法であり、且
つこれを省略しても所望の粒界位置や結晶粒径（比較的
大粒径）の結晶膜を大面積に渡って良好に得られる簡便
な方法である。
成方法は、二度のイオン注入の一方を省略して工程を簡
略化でき、膜の製造コスト低減を図れる方法であり、且
つこれを省略しても所望の粒界位置や結晶粒径（比較的
大粒径）の結晶膜を大面積に渡って良好に得られる簡便
な方法である。
【図１】本発明による結晶膜の形成方法の工程を示す模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図２】従来技術による結晶膜の形成方法の工程を示す
模式的部分断面図である。
模式的部分断面図である。
１ 基体 ２ 非晶質シリコン膜 ３ 核形成領域 ４ 注入イオン ５ 結晶核 ６ 結晶粒 ７ 粒界 ８ マスク材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/20 Ｈ０１Ｌ 21/20
Claims (2)
- 【請求項１】 非晶質シリコン膜を固相で結晶化させる
結晶膜の形成方法において、原料ガスとして２次以上の
高次シランを用いて非晶質シリコン膜を形成し、該非晶
質シリコン膜の核形成領域を除く部分に選択的にイオン
注入を施し、該非晶質シリコン膜を熱処理することによ
り該核形成領域において結晶核を生成し、該結晶核を成
長させて該イオン注入がなされた部分をも結晶化させる
工程を有することを特徴とする結晶膜の形成方法。 - 【請求項２】 非晶質シリコン膜を形成した後であって
イオン注入の前に、結晶化臨界温度以下の温度で該非晶
質シリコン膜を熱処理する請求項１記載の結晶膜の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01027592A JP3217419B2 (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 結晶膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01027592A JP3217419B2 (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 結晶膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195231A JPH05195231A (ja) | 1993-08-03 |
| JP3217419B2 true JP3217419B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=11745766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01027592A Expired - Fee Related JP3217419B2 (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 結晶膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3217419B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4481562B2 (ja) * | 2002-11-29 | 2010-06-16 | キヤノン株式会社 | 結晶性薄膜の製造方法 |
-
1992
- 1992-01-23 JP JP01027592A patent/JP3217419B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05195231A (ja) | 1993-08-03 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |