JPH01720A - 単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野゛〉 本発明は単結晶薄膜の製造方法に関し、さらに詳細には
非単結晶絶縁膜上に形成した非晶質ある、いは多結晶等
の非単結晶薄膜にレーザービームや電子ビーム等の照射
あるいはランプ、ヒータ等による加熱等の工、ネルギー
ビーム照射を行って、非単、結晶薄膜を単結晶化する方
法の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 従来より、単結晶基板上に形成１−た一部間口部を有す
る絶縁膜上に、非晶質あるいは多結晶等の非単結晶薄膜
を形成し、この非単結晶薄膜にレーザビームや電子ビー
ム等の照射あるいはランプ。

ヒータ等による加熱等のエネルギービーム照射を行って
溶融再結晶化させることにより、単結晶基板と結晶方位
の一致した単結晶薄膜を作製する方法が提案されている
。

この従来より提案されている方法は、通常第２図（ａ）
及び（ｂ）に示すように単結晶基板２１上に一部開口部
２１ａを有する絶縁膜２２を形成し、さらにその上に単
結晶化すべき非晶質あるいは多結晶の非単結晶薄膜２３
と表面保護膜２４を形成した後、レーザビームや電子ビ
ーム等の照射あるいはランプ、ヒータ等による加熱等の
エネルギービーム照射２５を非単結晶薄膜２３が単結晶
基板２１の露出部分２１ａと直接接した領域から行うこ
とにより、単結晶基板２１を結晶成長の種として非単結
晶薄膜２３を単結晶化して単結晶基板２１と結晶方位の
一致した単結晶薄膜２６にしている。

また、単結晶薄膜を２層以上形成しようとする場合は、
第３図（ａ）及び（ｂ）に示すように、単結晶基板２１
を直接様とする方法や、第４図（ａ）乃至（ｅ）に示す
ように単結晶基板２１と結晶方位が一致するように形成
された単結晶薄膜２６を種とする方法がある。単結晶薄
膜を３層以上形成する場合も同様である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、第３図に示した単結晶基板２１を種として２層
以上単結晶薄膜を形成する方法では、種部（単結晶基板
２１の露出部分２１ｂ）での段差が大きくなるため、良
好な結晶方位制御が困難である。種部をあらかじめ単結
晶化したい薄膜２３と同じ材料で埋め込んで段差をなく
す方法もあるが、単結晶化１−たい薄膜２３と層間の絶
縁膜２２゜２７との熱伝導率の差が大きいと種部とそれ
以外での温度差が大きくなり過ぎ、両部の単結晶化した
い薄膜２３を未溶融部や飛散なく良好に溶融させること
ができない。

この問題を避けるため、第４図に示した単結晶基板２１
と結晶方位が一致するように形成した下層の単結晶薄膜
２６を種とする方法があるが、本方法ではエネルギー　
ビーム照射により単結晶化したい薄膜２８を溶融再結晶
化させる時、単結晶薄膜２６の露出部分２６ａの周辺の
単結晶薄膜２６も溶融し、続いて固化するとき、ランダ
ムな核発生を起こし、せっかく結晶方位制御した単結晶
薄膜２６を種にしようとしているのに、ランダムな結晶
方位をもった薄膜しか得られないという問題点があった
。

なお、第４図（ａ）乃至（ｅ）において、第２図（ａ）
、　（ｂ）及び第３図（ａ）、　（ｂ）と同一部分は同
一符号で示しておシ、２１は単結晶基板、２１ａ及び２
１ｂは単結晶基板の露出部、２２及び２７は非単結晶絶
縁膜、２３及び２８は単結晶化すべき非単結晶薄膜、２
４及び２９は表面保護膜、２５及び３０はレーザビーム
や電子ビーム等の照射あるいはランプ。

ヒータ等による加熱等のエネルギービーム照射、２６及
び３１は単結晶化薄膜、２６ａは単結晶化薄膜の露出部
分である。

本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであり、単
結晶基板を被覆する非単結晶絶縁膜上に、基板の結晶方
位と一致した単結晶薄膜を２層以上安定して得ることが
可能な単結晶薄膜の製造方法を提供することを目的とし
ている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は、非単結晶絶縁膜
で被覆された単結晶基板上に形成された非単結晶薄膜を
、エネルギービーム照射で溶融再結晶化させることによ
り、単結晶基板と結晶方位の一致した単結晶薄膜を２層
以上形成する単結晶薄膜の製造方法において、単結晶化
したい非単結晶薄膜より下層にある、既に単結晶基板と
結晶方位が一致するよって形成された単結晶薄膜を種と
して単結晶化したい非単結晶薄膜の結晶方位を制御する
方法であって、種とする単結晶薄膜をパターニングする
際に、この単結晶薄膜がさらに下層の単結晶薄膜乃至単
結晶基板と直接接する領域を残すように構成しており、
さらに好ましくは、単結晶化したい薄膜が下層の単結晶
基板と結晶方位が一致するように形成された単結晶薄膜
と直接接する領域がエネルギービーム照射により溶融す
る時、該単結晶薄膜がさらに下層の単結晶基板乃至単結
晶薄膜と直接接する領域も同時に溶けるようにすること
により、単結晶基板と結晶方位の一致した単結晶薄膜を
得るように構成している。

く作用〉 単結晶基板と結晶方位が一致するように形成された単結
晶薄膜を種とする方法において、この単結晶薄膜をパタ
ーニングする際に、この単結晶薄膜がさらに下層の単結
晶薄膜乃至単結晶基板と直接接する領域を残すようにす
ることにより、単結晶化したい薄膜にエネルギービーム
照射して溶かした時、単結晶化したい薄膜が種とする下
層単結晶薄膜と直接接する領域の周辺までこの単結晶薄
膜が溶けても、単結晶薄膜の熱伝導率の方が層間の絶縁
膜の熱伝導率よりも大きいと、この単結晶薄膜がさらに
下層の単結晶薄膜乃至単結晶基板と直接接する領域から
下層へ熱が逃げやすいため、その部分から固化が始まり
、ランダムな核発生、が起こらずに単結晶基板と結晶方
位の一致した単結晶薄膜が２層以上でも形成できるよう
になる。

さらに単結晶化したい薄膜が単結晶基板と結晶方位が一
致するように形成された下層の種とする単結晶薄膜と直
接接する領域がエネルギービーム照射により溶融する時
、この単結晶薄膜がさらに下層の単結晶基板乃至単結晶
薄膜と直接接する領域も同時に溶けるよう々位置配置だ
しておくと、単結晶薄膜と眉間の絶縁膜の熱伝導率の差
のため、種とする単結晶薄膜がさらに下層の単結晶基板
乃至単結晶薄膜と直接接する領域から必ず固化が始まる
ため、より一層ランダムな核発生が防止でき、単結晶基
板と結晶方位の一致した単結晶薄膜が２層以上でも安定
して形成できるようになる。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細成し、単
結晶シリコン基板ｌを露出すべき部分のみを通常のホト
リソグラフィ法によりパターニングし、２μｍ角の開口
部１ａを形成する。次に減圧ＣＶＤ法により多結晶シリ
コン膜３を０．５μｍ形成し、さらに常圧ＣＶＤ法によ
りＳ　ｉ　０２膜４を０．２６メｍ形成した後、第１図
（ｂ）に示すように溶ＷｌｊＩ幅６０μｍ、レーサハヮ
−１０Ｗのアルゴンレーザビーム５を走査速度１００ｍ
ｍ／ｓｅｃ　で、多結晶シリコン膜３が単結晶シリコン
基板ｌのＸ出部分１ａに直接接した領域から走査し、基
板１の露出部分１ａを種として多結晶シリコン膜３を単
結晶化して、単結晶シリコン基板１と結晶方位の一致し
た単結晶シリコン膜６を得る。

次に、Ｓ　ｉ　０２　　膜４を全面エツチングした後、
第１図（ｃ）に示すように単結晶シリコン膜６が基板１
の露出部分１ａと直接接している領域を含むように、通
常のホトリングラフィ法によってパターニングし、種と
する単結晶シリコン膜６１を形成する。なお、この種と
する単結晶シリコン膜６１の大きさは２０μｍ角にして
いる。

次にこの単結晶シリコン膜６１の上に常圧ＣＶＤ法によ
ってＳｉＯ２膜７を２メｍ形成し、単結晶シリコン膜６
１．を露出すべき部分のみを通常ホトリソグラフィ法に
よってパターニングして、２、ａｍ角の開口部６ａを形
成する。このとき、単結晶シリコン基板１の露出部分１
ａと単結晶シリコン膜６１の露出部分６ａの距離は５μ
ｍとしである。

次に、この上に減圧ＣＶＤ法により多結晶シリコン膜８
を０，５メｍ形成し、さらに常圧ＣＶＤ法により５ｉ０
２膜９を０．２６ｆｉｍ形成した後、第１に直接接した
領域から走査し、溶融部分１１を矢印１３方向に固化を
行なう。即ち、まず基板１分種として単結晶シリコン膜
６１の溶融部分１１を単結晶シリコン基板１と結晶方位
の一致した単結晶シリコンにし、さらにこの部分を種と
して多：結晶シリコン膜８を単結晶化して単結晶シリコ
ン基板１と結晶方位の一致した単結晶シリコン膜１２を
得る。この時、単結晶シリコン膜６１の溶融幅は３０μ
ｍで、単結晶シリコン基板１ａの領域まで溶融している
ことは、単結晶シリコン膜６１の替わりに多結晶シリコ
ン膜を用いた試料で別途確認した。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、単結晶基板と結晶方位
の一致した単結晶薄膜を２層以上形成する際、２層目以
上の薄膜の種も単結晶基板からとる場合のような大きな
段差の影響もなく、また単に既に単結晶基板と結晶方位
の一致するように形成した単結晶薄膜を種とするような
ランダムな核発生もなく、安定して単結晶基板と結晶方
位の一致した単結晶薄膜を形成することができる。

晶方位を制御する方法を説明するための試料断面を示し
た工程図、第３図（ａ）及び（ｂ）と第４図（ａ）乃至
（ｅ）はそれぞれ２層以上の薄膜の結晶方位を制御する
ための従来法を説明する念めの試料断面を示した工程図
である。

１　・・・単結晶シリコン基板、 ｌａ・・・単結晶シリコン基板の露出部分、２．４，７
．９・・・５ｉｎｓ膜、 ３．８・・・多結晶シリコン膜、 ５．１０・・・アルゴンレーザビーム照射、６．１２・
・・単結晶シリコン膜、 ６１・・・バタ一ニングされた種とする単結晶シリコン
膜、　” ６ａ・・・種とする単結晶シリコン膜の露出部分、１１
・・・溶融領域、 １３・固化方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非単結晶絶縁膜で被覆された単結晶基板上に形成さ
   れた非単結晶薄膜を、エネルギービーム照射で溶融再結
   晶化させることにより、単結晶基板と結晶方位の一致し
   た単結晶薄膜を２層以上形成する単結晶薄膜の製造方法
   において、単結晶化したい非単結晶薄膜より下層にある
   、既に単結晶基板と結晶方位が一致するように形成され
   た単結晶薄膜を種として単結晶化したい非単結晶薄膜の
   結晶方位を制御する方法であって、 種とする単結晶薄膜をパターニングする際に、該単結晶
   薄膜がさらに下層の単結晶薄膜乃至単結晶基板と直接接
   する領域を残すようになしたことを特徴とする単結晶薄
   膜の製造方法。 ２、前記単結晶化したい非単結晶薄膜の単結晶基板と結
   晶方位が一致するように形成された下層の単結晶薄膜と
   直接接する領域がエネルギービーム照射により溶融する
   時、該単結晶薄膜がさらに下層の単結晶基板乃至単結晶
   薄膜と直接接する領域も同時に溶けるようになしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単結晶薄膜の
   製造方法。 ３、前記非単結晶絶縁膜の熱伝導率より単結晶化したい
   非単結晶薄膜の熱伝導率の方が大きいことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第２項記載の単結晶薄膜の製
   造方法。 ４、前記エネルギービーム照射は、単結晶化したい非単
   結晶薄膜上をエネルギービームを走査することにより行
   い、種とする単結晶薄膜がさらに下層の単結晶薄膜乃至
   単結晶基板と直接接する領域がエネルギービーム走査方
   向に対して、単結晶化したい非単結晶薄膜が種とする単
   結晶薄膜と直接接する領域より手前にあることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の単結晶薄膜
   の製造方法。 ５、前記単結晶基板がシリコンであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の単結晶薄膜の製
   造方法。 ６、前記単結晶化したい非単結晶薄膜がシリコンである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項記載
   の単結晶薄膜の製造方法。