JPH0210120B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非晶質基板上にシリコン単結晶膜を
形成する方法に関するものである。

従来、非晶質基板上にシリコン単結晶膜を形成
する方法としては、種結晶法とグラフオエピタキ
シ法がある。前者はシリコンの種結晶として下地
のシリコンウエハを用いるもので、このため、下
地のシリコンウエハの面積を越える大面積の結晶
が製造できない欠点がある。また、アモルフアス
シリコンを単結晶化させるためには連続発振レー
ザー、Ｑスイツチパルスレーザーやストリツプオ
ーブンヒータでアニールを行うが、種結晶法では
走査速度が遅いので、大量に、または大面積には
シリコン単結晶膜を製造することができない。ま
た、種結晶法では、熱による溶融を繰り返すの
で、結晶欠陥ができ、しかも操作上において、照
射時間、照射強度の微妙な制御が必要となり、実
用的でなく、かつ均一な結晶が成長できないなど
の欠点があ。

グラフオエピタキシ法は基板上に堆積したシリ
コンを結晶化する際、その結晶方位を基板上に作
つた周期構造で決定して単結晶を形成するもので
あるから、その結晶性は周期構造のコーナーの角
度や直線性に依存する。このため、エツチングに
よる周期構造の形成には精密な制御が必要となる
欠点がある。加えて、周期構造のピツチが細か
く、一度に大面積の単結晶を作れない欠点があ
る。

さらに、特開昭57−10224号には、Auなどシリ
コンと低温で共晶反応を起す金属を溝を刻んだ石
英基板の全面上に堆積して金属膜を形成した後、
この金属膜上に低温でシリコン単結晶を成長させ
る方法が開示されている。また、特願昭56−
166950号、（特開昭58−68923号）および特願昭57
−137392号、（特開昭59−28327号）には、本発明
者らにより、石英基板上に特定の形にパターン化
された金薄膜を配置し、その基板を400℃程度に
加熱した状態でシリコンを蒸着してシリコン結晶
を成長させる方法が開示されている。しかし、こ
れらいずれの方法でも、幅が数μｍ以下の微細加
工を必要とし、成長する結晶の結晶性が溝の形や
パターン形に影響されるので、高精度の加工を必
要とする欠点があつた。

さらに、上述したいずれの方法にあつても、従
来のシリコンウエハ上にCVD法等でエピタキシ
ヤル成長させた結晶膜と比較すると結晶性の点で
劣ると言う欠点があつた。

そこで、本発明の目的は、上述した欠点を解決
して、非晶質基板上にシリコンの単結晶膜を短時
間で、短い工程で、大量に作ることのできるシリ
コン単結晶膜の形成方法を提案することにある。

かかる目的を達成するために、本発明では、ま
ず、非晶質基板上にシリコン―金共晶合金からシ
リコンの微結晶を方位を揃えて不連続に析出さ
せ、次にその微結晶を不連続に配置された種結晶
としてCVD法により基板表面に沿つて、結晶成
長させて非晶質基板上にシリコン単結晶膜を形成
する。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図Ａ〜Ｅは本発明による単結晶膜の形成方
法の各工程を説明するための断面図である。第１
図Ａにおいては、非晶質基板としての石英ガラス
１をトリクロルエチレン、アセトン、エチルアル
コールを用いて有機洗浄し、次いでイソプロピル
アルコールで蒸気洗浄を施して石英ガラス１から
不純物を除去する。次に、従来のマスク技術によ
つて、１周期5μｍでライン幅4μｍ、スペース1μ
ｍ、厚さ0.7μｍ程度の直線状グレーテイングの形
態の周期構造を、ホトレジスト２、例えばシツプ
レー社のポジ形レジストAZ―1350Jを用いて形成
する。ホトレジスト２の露光後、クロロベンゼン
に約７分間浸して現像すれば、レジスト２の上部
にオーバハング、すなわち突起３ができる。
（IBM.J.RES.DEVELOP.VOL.24，No.４，JULY
1980参照）。この突起３によれば、以後のリフト
オフ工程をを容易にすることができる。

第１図Ａの工程によりホトレジスト２のマスク
作業を施した基板１に対して、市販の真空蒸着装
置を用いて、常温で圧力10^-5〜10^-6Torrで、シ
リコンと共晶となる金属の一例としての金を1000
Å蒸着した後、得られた基板をアセトンで超音波
洗浄してレジスト２の部分をリフトオフ法により
除去し、以て第１図Ｂに示すような金の周期構造
４を形成する。

しかる後、金の周期構造４を有する基板１をシ
リコンと金との共晶点温度よりも高い温度、例え
ば温度380℃、圧力10^-5〜10^-6Torrでシリコンを
速度３Å／secで約1000Åの厚さと蒸着する。蒸
着されたシリコンは順次に金と反応し、ある濃度
で金中に溶融してSi―Au共晶合金を形成する。
蒸着が進行すると、過剰のシリコンは基板１上に
析出し始め、単結晶シリコンが基板１上に形成さ
れる。金はこの単結晶シリコン上に移送されてSi
―Au合金の薄膜となる。次いで、基板１を蒸着
装置より取り出し、ヨウ素を用いて金を除去し、
次に周期構造４間のアモルフアスシリコンをフレ
オンを流量25ml／min、圧力10^-2〜10^-3Torr、高
周波電力200Wで20分間スパツタエツチングして
除去する。それにより、第１図Ｃに示すように、
幅1μｍ、厚さ0.1μｍ程度の直線状グレーテイング
状の不連続な単結晶シリコン５が得られた。

この単結晶シリコン５をＸ線回折法で解析する
と、単結晶シリコン５は基板１に垂直な方向が＜
111＞となり、パターンエツヂに対して、垂直に
＜１１０＞が配向することがわかつた。

次にCVD装置を用いて、温度1000℃前後で、
圧力50Torr前後の低圧力下で成長ガスとしての
ジクロルシラン（流量300ml／min）および添加
剤としての塩化水素（流量500ml／min〜1000
ml／min）の混合ガスを用いて、シリコンを堆積
すると、堆積されたシリコンは選択的にシリコン
の種結晶５にだけ付着し、石英ガラス基板１上に
は付着しない。また、付着したシリコンの成長速
度は結晶方位に依存し、結晶面１１０は１１１に
対し1.3倍の速さで成長する。この時、１１０は
870Å／minの成長速度を持ち、このため上述し
た条件での実験ではCVD処理を約25分間行なう
ことで、第１図Ｄに示すように、種結晶としての
単結晶シリコン５のまわりにシリコン単結晶膜６
が成長した。

さらに、CVD処理を続けると、約20分後には、
第１図Ｅに示すように、膜厚1.4μｍの一様なシリ
コン単結晶膜７を形成できた。

以上のようにして成長した結晶の方位関係を第
２図に示す。

ここでは、金のパターンが直線状のグレーテイ
ングの場合を示した、パターンはこの例にのみ限
られるものではなく、正方形の島状あるいは平行
四辺形等の各種島状のものについても単結晶膜を
成長させることができることがわかつた。

また、上例では、金を用いたが、金の代わり
に、アルミニウム、銀、白金、ガリウム、パラジ
ウム等、シリコンと共晶する金属も同様に用いる
ことができる。

以上説明したように、本発明では、非晶質基板
上にシリコン―金属共晶合金からシリコンの微結
晶を方位を揃えて析出させ、その析出単結晶を種
結晶としてCVD法により基板表面に沿つて結晶
成長させて非晶質基板上にシリコン単結晶膜を得
る方法であるので、精密な微細加工を必要としな
い。また、本発明によれば、金属との共晶合金よ
りシリコンを成長させる範囲は種結晶だけでよ
く、残余の部分はCVD法で成長させて連続膜と
するので、結晶中への金属の残留を避けることが
でき、高純度な結晶薄膜が得られる。しかもま
た、本発明によれば、成長速度や膜厚を容易に制
御しやすいため、所望の寸法の結晶膜を製作でき
る。さらに加えて、本発明では、その工程のひと
つとしてCVD法を用いており、それにより単結
晶を一度に多量に成長させることができるのでシ
リコン単結晶膜の大量生産に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは非晶質基板の石英ガラス上に慣例の
マスク作業を用いてレジストの周期構造を形成し
た基板を示す断面図、第１図Ｂは第１図Ａに示し
た基板に金を着し、次いでリフトオフ処理した時
の基板を示す断面図、第１図Ｃは第１図Ｂに示し
た基板に種結晶として用いるシリコン単結晶を不
連続状態に形成した基板を示す断面図、第１図Ｄ
はCVD法を用いてシリコン種結晶を成長させて
得られたシリコン単結晶薄膜の基板を示す断面
図、第１図Ｅは第１図ＤにさらにCVD処理を続
行して得られた一様なシリコン単結晶薄膜の基板
を示す断面図、第２図は第１図Ｄに示した成長し
た結晶の方位を示す図である。 １…石英ガラス基板、２…シツプレー社のAZ
―1350Jポジ形レジスト、３…オーバハング（突
起）、４…金のグレーテイング、５…種結晶とし
てのシリコン単結晶、６…シリコン単結晶薄膜、
７…一様なシリコン単結晶薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非晶質基板上に、シリコンと共晶となる金属
   の不連続薄膜を、直線状のグレーテイングまたは
   島状の形態で堆積する工程と、次に前記非晶質基
   板をシリコンと前記金属との共晶温度より高い温
   度に加熱してシリコンを蒸着して、シリコンと前
   記金属との共晶合金からシリコンの微結晶を方位
   を揃えて析出させる工程と、前記非晶質基板上の
   前記金属および前記共晶合金と、前記不連続薄膜
   間に付着した非晶質シリコンとを除去し、前記微
   結晶を前記非晶質基板上に種結晶として不連続に
   配置させる工程と、次にジクロルシランと塩化水
   素を用いたCVD法により前記非晶質基板上にシ
   リコン結晶を成長させる工程とを具備したことを
   特徴とするシリコン単結晶膜の形成方法。