JPH04188612A - Crystal growth method and crystallized substance obtained by said method - Google Patents

Crystal growth method and crystallized substance obtained by said method

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JPH04188612A
JPH04188612A JP31159190A JP31159190A JPH04188612A JP H04188612 A JPH04188612 A JP H04188612A JP 31159190 A JP31159190 A JP 31159190A JP 31159190 A JP31159190 A JP 31159190A JP H04188612 A JPH04188612 A JP H04188612A
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JP
Japan
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thin film
film
amorphous thin
crystal substrate
single crystal
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JP31159190A
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Japanese (ja)
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Hideya Kumomi
日出也 雲見
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To contrive improvement of growth distance in transverse direction by a method wherein, after accelerated ions have been implanted into an amorphous thin film using the energy with which the projection range almost equal to the film thickness of the amorphous thin film can be obtained. CONSTITUTION:When ions 5 are implanted on the whole surface of an amorphous thin film 4, the accelerating energy of the implanted ions is set in such a manner that their projection range becomes equal to the film thickness of the amorphous thin film. Then, when a heat treatment is conducted thereon at the temperature lower than the melting point of the amorphous thin film 4, a single crystal region 7 is grown by solid phase epitaxial growth on the interface between the single crystal substrate surface 6, which is exposed to an aperture part 3, and the amorphous thin film 4. Moreover, when the heat treatment is conducted continuously, the single crystal region 7 is grown in lateral direction as far as to the point above an insulating film 2. As a result, a wide single crystal region 7 can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、結晶成長方法及び該方法によって得られた結
晶物品に係り、特に、横方向エピタキシャル成長によっ
て薄膜結晶を形成して得られる薄膜結晶S OI (S
ilicon On In5urator)構造及びそ
の形成方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a crystal growth method and a crystalline article obtained by the method, and particularly relates to a thin-film crystal S obtained by forming a thin-film crystal by lateral epitaxial growth. OI (S
The present invention relates to an ilicon (on indulator) structure and a method for forming the same.

本発明は1例えば、半導体集積回路等の電子素子、光素
子等に利用される薄膜結晶に適用される。
The present invention is applied, for example, to thin film crystals used in electronic devices such as semiconductor integrated circuits, optical devices, and the like.

[従来の技術及び発明が解決しようとする課題]非晶質
絶縁膜上に単結晶薄膜を成長させる結晶形成技術の分野
におけるひとつの方法として、横方向固相エピタキシャ
ル成長が提案されている。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Lateral solid phase epitaxial growth has been proposed as one method in the field of crystal formation technology for growing a single crystal thin film on an amorphous insulating film.

これは、第3図に示すように、単結晶基板1上に設けた
一部開口部3を有する絶縁膜2の上に非晶質薄膜4を形
成し、これを熱処理することによって、開口部3に露出
した単結晶基板表面を種として非晶質薄膜4を同相エピ
タキシャル成長させ、更に単結晶領域7を開口部から絶
縁膜上まで横方向成長させる方法である。
As shown in FIG. 3, an amorphous thin film 4 is formed on an insulating film 2 having a partial opening 3 provided on a single crystal substrate 1, and this is heat-treated to form an opening. In this method, an amorphous thin film 4 is epitaxially grown in the same phase using the single crystal substrate surface exposed at 3 as a seed, and then a single crystal region 7 is laterally grown from the opening onto the insulating film.

しかし、この方法に関して数多の研究がなされては来た
が、絶縁膜2上に単結晶領域7を横方向成長させ得る距
離には限りがあり、最長でも3〜5μ田程度に過ぎない
。なぜなら、絶縁膜2上の非晶質薄膜4中においてラン
ダムに発生する結晶核10が横方向成長して来た単結晶
領域7の伸長を阻むからである。非晶質薄膜4の膜厚が
比較的薄ければ、単結晶領域が開口部3における単結晶
基板表面と非晶質薄膜4の界面8から、非晶質薄膜4の
表面まで達するのにさしたる時間は要さないが、これに
対し絶縁膜2上に長く横方向成長していくには時間が掛
かることになる。一方で、非晶質薄膜を熱処理すると、
一定時間の後には確率的に自発的な結晶核の核形成が生
じるので、その間に横方向成長を続けてきた単結晶領域
7の成長端面9とその結晶核10が接した段階で、単結
晶領域の横方向成長は停止を余儀なくされる。
However, although many studies have been conducted regarding this method, there is a limit to the distance over which the single crystal region 7 can be grown laterally on the insulating film 2, and the maximum distance is only about 3 to 5 μm. This is because crystal nuclei 10 randomly generated in the amorphous thin film 4 on the insulating film 2 prevent the elongation of the single crystal region 7 that has grown laterally. If the film thickness of the amorphous thin film 4 is relatively thin, it takes a long time for the single crystal region to reach from the interface 8 between the single crystal substrate surface and the amorphous thin film 4 in the opening 3 to the surface of the amorphous thin film 4. Although this does not require much time, it takes time to grow horizontally for a long time on the insulating film 2. On the other hand, when an amorphous thin film is heat-treated,
Spontaneous nucleation of crystal nuclei occurs stochastically after a certain period of time, so when the growth end face 9 of the single crystal region 7 that has continued to grow laterally during that time comes into contact with the crystal nucleus 10, the single crystal Lateral growth of the area is forced to stop.

横方向固相エピタキシャル成長におけるかような問題点
を解決し、横方向成長距離を十分なものとするには、横
方向の固相成長レートに対して、熱処理を開始してから
最初のランダムな核形成が生じるまでの潜伏時間を延長
するか、或いは、ランダムな核形成が生じても再びこれ
を非晶質化してしまえばよい。前者の思想に沿った発明
としては特開昭62−101017号に、また後者は特
開昭63−166212号に提案されているので、それ
らを例に引いて説明する。
In order to solve these problems in lateral solid-phase epitaxial growth and to ensure a sufficient lateral growth distance, it is necessary to Either the incubation time until formation occurs can be extended, or even if random nucleation occurs, it can be made amorphous again. An invention based on the former idea was proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 101017/1982, and the latter was proposed in Japanese Patent Application Laid-open No. 166212/1983, so these will be explained as examples.

特開昭62−101017号では、非晶質薄膜へ中性イ
オンを注入した後に、熱処理を行なうアイデアが提案さ
れている。これは、主に非晶質薄膜の膜厚方向全域にわ
たってほぼ一様にイオンを注入した結果、非晶質薄膜の
結晶化に先立って必要な構造緩和に要する時間を延長す
ることによって、ランダムな核形成の潜伏時間を稼ごう
とするものである。従って、非晶質薄膜の膜厚が薄けれ
ば、膜厚のほぼ中段に投影飛程が位置するようにイオン
注入することになり、また厚ければエネルギーを高低に
違えた多段階注入が必要となる。しかしながら、多段階
注入の煩雑さはもとより、膜厚の中段より浅い領域にイ
オン注入することが、ランダム核形成の抑制にとって必
ずしも最善の方法ではないことは、後に詳述するとおり
である。
JP-A-62-101017 proposes the idea of performing heat treatment after implanting neutral ions into an amorphous thin film. This is mainly due to the fact that ions are implanted almost uniformly throughout the thickness of the amorphous thin film, which prolongs the time required for structural relaxation prior to crystallization of the amorphous thin film. This is an attempt to increase the latency time for nucleation. Therefore, if the amorphous thin film is thin, ions will be implanted so that the projected range is located approximately in the middle of the film thickness, and if the film is thick, multi-step implantation with different energy levels will be required. becomes. However, as will be explained in detail later, in addition to the complexity of multi-stage implantation, implanting ions into a region shallower than the middle layer of the film thickness is not necessarily the best method for suppressing random nucleation.

特開昭63−166212号では、横方向成長している
単結晶領域の成長端面近傍の未単結晶化領域を、熱処理
を続行すると同時に、局所的なイオン注入によって、逐
次非晶質化してい(方法が提案されている。この方法が
実現できれば、たとえランダムに発生した結晶核が存在
しても、単結晶化領域がこれと接触する直前に、イオン
注入によって非晶質化されるので、原理的には横方向成
長距離を無βHに稈長できることになる。しカルながら
、横方向固相成長レートは一般に数千人/hourと遅
いので、十分な距離まで横方向成長させる必要な時間安
定にイオン注入を続けることは無論の事、イオン注入装
置の内部で熱処理を長時間続けることが一般的ではない
点や、単結晶領域の横方向成長に局所的なイオン注入を
同期させる困難である点などから、この方法が必ずしも
最善の方法的であるとは言えない。
In JP-A No. 63-166212, a non-single-crystallized region near the growth end face of a single-crystal region growing laterally is sequentially made amorphous by local ion implantation while continuing heat treatment. A method has been proposed.If this method can be realized, even if there are randomly generated crystal nuclei, they will be amorphized by ion implantation immediately before the single crystalline region comes into contact with them, so the principle is In terms of the lateral growth distance, the culm can be lengthened without βH.However, since the lateral solid phase growth rate is generally slow at several thousand people/hour, it is possible to stabilize the lateral growth distance over the necessary time to achieve a sufficient lateral growth distance. It goes without saying that ion implantation cannot be continued, but it is not common to continue heat treatment inside an ion implantation device for a long time, and it is difficult to synchronize local ion implantation with the lateral growth of a single crystal region. For these reasons, this method cannot necessarily be said to be the best method.

従って、本発明の目的は、横方向固相エピタキシャル成
長において横方向成長距離が著しく改善された結晶成長
方法、および該方法によって得られた結晶物品を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a crystal growth method in which the lateral growth distance is significantly improved in lateral solid-phase epitaxial growth, and a crystalline article obtained by the method.

[課題を解決するための手段及び作用]すなわち、本発
明は、単結晶基板と、該単結晶基板上に被覆されかつ該
単結晶基板の表面の一部が露出するような開口部が設け
られた絶縁膜とからなる基体上に、非晶質薄膜を形成し
、次いで該開口部を種として該非晶質薄膜を絶縁膜上に
まで横方向固相エピタキシャル成長させる結晶成長方法
において、前記非晶質薄膜の膜厚とほぼ等しい投影飛程
が得られるようなエネルギーに加速されたイオンを前記
非晶質薄膜に注入した後に、熱処理によって結晶化させ
ることを特徴とする結晶成長方法、及び該方法によって
得られた結晶物品である。
[Means and effects for solving the problem] That is, the present invention includes a single-crystal substrate and an opening provided on the single-crystal substrate and exposing a part of the surface of the single-crystal substrate. In the crystal growth method, an amorphous thin film is formed on a substrate consisting of an insulating film, and then the amorphous thin film is grown by lateral solid phase epitaxial growth onto the insulating film using the opening as a seed. A crystal growth method, characterized in that ions accelerated to an energy that provides a projected range approximately equal to the film thickness of the thin film are implanted into the amorphous thin film, and then crystallized by heat treatment, and by the method. This is the obtained crystal article.

更に、該単結晶基板上に被覆されかつ該単結晶基板の表
面の一部が露出するような開口部が設けられた絶縁膜と
からなる基体上に、多結晶薄膜を形成し、次いで該開口
部を種として該多結晶薄膜を絶縁膜上にまで横方向固相
エピタキシャル成長させる結晶成長方法において、前記
多結晶薄膜の膜厚とほぼ等しい投影飛程が得られるよう
なエネルギーに加速されたイオンを前記多結晶薄膜に注
入した後に、熱処理によって結晶化させることを特徴と
する結晶成長方法、及び該方法によって得られた結晶物
品である。
Furthermore, a polycrystalline thin film is formed on a base consisting of an insulating film coated on the single crystal substrate and provided with an opening such that a part of the surface of the single crystal substrate is exposed; In a crystal growth method in which the polycrystalline thin film is laterally grown solid-phase epitaxially on the insulating film using a polycrystalline thin film as a seed, ions are A crystal growth method characterized in that the polycrystal thin film is injected and then crystallized by heat treatment, and a crystal article obtained by the method.

本発明においては、熱処理に先立って、イオン注入の投
影飛程が、特に、絶縁膜上の非晶質薄膜の膜厚と飛程が
ほぼ一致するような、即ち絶縁膜と非晶算薄膜の界面近
傍に位置するようなエネルギーに加速されたイオンを注
入することにょって、絶縁膜上の非晶質薄膜中における
ランダムな結晶核の核形成を最も効果的に抑制し、結果
として単結晶領域の横方向成長距離をより伸長すること
を可能とするものである。
In the present invention, prior to the heat treatment, the projected range of ion implantation is made such that the thickness of the amorphous thin film on the insulating film and the range are almost the same, that is, By implanting ions accelerated to energies near the interface, the formation of random crystal nuclei in the amorphous thin film on the insulating film is most effectively suppressed, resulting in the formation of single crystals. This makes it possible to further extend the lateral growth distance of the region.

[実施態様] 以下に、本発明による結晶成長方法をその原理から詳し
く説明する。
[Embodiments] Below, the crystal growth method according to the present invention will be explained in detail from its principle.

絶縁膜表面上に形成された非晶質薄膜中における結晶核
の核形成は1発生場所によって、(1)非晶質薄膜表面
、(2)膜中、(3)下地たる絶縁膜との界面の三種類
に分類し得るが、これらの内で、(3)が最も生じやす
いことが一般的に知られている。従って、核形成後の結
晶粒の成長レートと膜中における核形成頻度に対して非
晶質薄膜の膜厚が十分に薄い場合、界面に核形成した結
晶粒は自らの成長によって直ちに膜表面に達し、その後
は薄膜の面内に横方向成長するばかりとなるために、結
果として斯様な結晶化過程は界面における核形成に律速
されることになる。更に言うなら、非晶質薄膜中におけ
るランダムな核形成を抑制するには、何よりも先ず、下
地絶縁膜との界面に発生する結晶核の核形成を抑えなけ
ればならない。
Nucleation of crystal nuclei in an amorphous thin film formed on the surface of an insulating film occurs depending on the location: (1) on the surface of the amorphous thin film, (2) in the film, and (3) at the interface with the underlying insulating film. Among these, it is generally known that (3) is the most likely to occur. Therefore, if the thickness of the amorphous thin film is sufficiently thin relative to the growth rate of crystal grains after nucleation and the frequency of nucleation in the film, the crystal grains nucleated at the interface will immediately reach the film surface by their own growth. After that, the crystallization process is rate-determined by nucleation at the interface. Furthermore, in order to suppress random nucleation in the amorphous thin film, it is first of all necessary to suppress the nucleation of crystal nuclei generated at the interface with the underlying insulating film.

そこで幾つかの材料の非晶質薄膜について、熱処理工程
に先立ってイオンを注入してから、熱処理を施して結晶
核の形成過程を調べたところ、熱処理を開始してから最
初の核形成が生じるまでの潜伏時間(incubati
on time)が注入イオンノ投影飛程に依存するこ
とが分かった。第2図は、注入エネルギーによって変化
させた非晶質薄膜中のイオンの投影飛程に対する、潜伏
時間の依存性の傾向を示すひとつの例である。核形成の
潜伏時間は、注入イオンの投影飛程が膜厚と等しい、即
ち非晶質薄膜の下地絶縁膜の界面近傍で極大(Tmax
)を示した。この結果は、上述の界面近傍で初期に形成
される筈の結晶核の核形成が、界面近傍へのイオン注入
によって抑制されたことに起因している。
Therefore, we investigated the formation process of crystal nuclei in amorphous thin films of several materials by implanting ions prior to the heat treatment process and then performing the heat treatment, and found that the first nucleus formation occurred after the heat treatment started. incubation time
On time) was found to depend on the projected range of the implanted ions. FIG. 2 is an example showing the tendency of the latency time dependence on the projected range of ions in an amorphous thin film as varied by implantation energy. The incubation time for nucleation is maximum near the interface of the underlying insulating film of the amorphous thin film, where the projected range of the implanted ions is equal to the film thickness (T
)showed that. This result is attributable to the fact that the nucleation of the crystal nuclei that would initially be formed near the interface was suppressed by the ion implantation near the interface.

また、核形成の潜伏時間のイオン注入エネルギーに、対
する斯様な依存性は、初めから非晶質状態で堆積された
薄膜へのイオン注入のみならず、結晶性を有する薄膜へ
のイオン注入によってこれを非晶質化したものでも、同
様な傾向を示した。
Furthermore, such dependence of the nucleation latency time on the ion implantation energy is not only due to ion implantation into a thin film deposited in an amorphous state from the beginning, but also due to ion implantation into a crystalline thin film. A similar tendency was observed even when this was made amorphous.

但しこの場合、イオン注入は、下地絶縁膜との界面状態
の制御ばかりでな(、結晶を非晶質化する役割をも担う
ために、同程度の効果を得るには、非晶質薄膜にイオン
注入する場合に比べて総じて高いドーズが必要であった
However, in this case, ion implantation not only controls the interface state with the underlying insulating film (but also plays the role of making the crystal amorphous), so to obtain the same effect, it is necessary to implant an amorphous thin film. In general, a higher dose was required than in the case of ion implantation.

本発明による薄膜結晶の形成方法は、上記の知見を利用
するものである。その形成過程を第1図を用いて説明す
る。
The method for forming a thin film crystal according to the present invention utilizes the above findings. The formation process will be explained using FIG.

まず、単結晶基板1上に絶縁膜2を形成し、これに一部
単結晶基板1表面が露出するような開口部3を設け、更
にその上に固相成長させる非晶質薄膜4を形成し、結晶
形成用の基体を作成する[第1図(a)1゜ 次に、この非晶質薄膜4の全面にイオン5を注入する[
第1図(b)】。このとき、注入イオンの加速エネルギ
ーは、その投影飛程が非晶質薄膜4の膜厚とちょうど等
しくなるように設定されねばならない。
First, an insulating film 2 is formed on a single-crystal substrate 1, an opening 3 is provided in the insulating film 2 so that a portion of the surface of the single-crystal substrate 1 is exposed, and an amorphous thin film 4 is formed on top of the insulating film 2 to be grown in a solid phase. Then, a substrate for crystal formation is created [FIG. 1(a) 1°] Next, ions 5 are implanted into the entire surface of this amorphous thin film 4 [
Figure 1(b)]. At this time, the acceleration energy of the implanted ions must be set so that its projected range is exactly equal to the thickness of the amorphous thin film 4.

そこでこれを、非晶質薄膜4の融点より低温で熱処理す
ると、開口部3に露出した単結晶基板表面6と非晶質薄
膜4との界面から、固相エピタキシャル成長によって単
結晶領域7が成長する[第1図(c)1゜ 更に熱処理を続けると、単結晶領域7は絶縁膜2上まで
も横方向成長し、広い単結晶領域が得られる。[第1図
(d)1゜ ここで、[第1図(a)]に示した工程において、非晶
質薄膜4の代わりに多結晶薄膜を形成しておいてもよい
。なぜなら、十分なドーズを与えておけば、次なるイオ
ン注入工程において、多結晶薄膜は非晶質化されるから
である。但し、前述のごと(、多結晶薄膜を非晶質化し
、更に下地絶縁膜との間の界面における核形成を抑制す
るには、初めから非晶質膜を形成しておいた場合よりも
高いドーズが必要である。
Therefore, when this is heat-treated at a temperature lower than the melting point of the amorphous thin film 4, a single crystal region 7 grows by solid phase epitaxial growth from the interface between the single crystal substrate surface 6 exposed in the opening 3 and the amorphous thin film 4. [FIG. 1(c) 1°] When the heat treatment is further continued, the single crystal region 7 grows laterally even on the insulating film 2, and a wide single crystal region is obtained. [FIG. 1(d) 1°] Here, in the step shown in FIG. 1(a), a polycrystalline thin film may be formed instead of the amorphous thin film 4. This is because, if a sufficient dose is given, the polycrystalline thin film will be made amorphous in the next ion implantation process. However, as mentioned above (to make a polycrystalline thin film amorphous and further suppress nucleation at the interface between it and the underlying insulating film, the cost is higher than when an amorphous film is formed from the beginning). A dose is required.

[実施例] 以下に、本発明による薄膜結晶の形成方法を、実施態様
に示した工程によってSiの薄膜結晶の形成に適用した
実施例を説明する。
[Example] Below, an example will be described in which the method for forming a thin film crystal according to the present invention is applied to the formation of a thin film crystal of Si by the steps shown in the embodiment.

〈実施例1〉 単結晶基板として(100) Siウェハーを用い、ま
ずはこれを熱酸化法によって500人程酸化し、5iO
z絶縁膜を形成した。
<Example 1> Using a (100) Si wafer as a single-crystal substrate, it was first oxidized by a thermal oxidation method to form 5iO
A z insulating film was formed.

そして、この酸化膜を通常のフォトリソグラフィー工程
によってバターニングし、幅2μmの開口溝な下地の単
結晶基板表面が露出するように、ウェハー面内の(11
0)方位に沿って設けた。
Then, this oxide film is patterned using a normal photolithography process, and the surface of the single crystal substrate (11
0) Installed along the direction.

次にこの基板上に、低圧CVD法によって、非晶質Si
薄膜を1000人の膜厚で堆積した。
Next, amorphous Si was deposited on this substrate by low-pressure CVD.
Thin films were deposited to a thickness of 1000.

そして、この表面から70keVのエネルギーに加速さ
れたSi″″イオンをI X 101101s”のドー
ズで注入した。この場合、注入されたSiイオンのSi
膜中における投影飛程は997人となり、はぼ下地たる
5in2絶縁膜との界面に位置することになる。
Then, Si"" ions accelerated to an energy of 70 keV were implanted from this surface at a dose of I x 101101s. In this case, the implanted Si ions
The projected range in the film is 997 people, and it is located at the interface with the underlying 5in2 insulating film.

斯様にして用意された基板を、N2雰囲気中で550℃
の温度に保って50時間はど熱処理したところ、開口溝
から横方向成長してきた単結晶領域は差し渡し20μm
の幅まで拡がっていた。その−方で、単結晶領域の及ん
でいない5i02上の領域には、未だランダムな核形成
が僅かしか認められなかった。これは即ち、本発明によ
る方法によって、横方向固相エピタキシャル成長距離が
10μm以上に達することが可能となったことを意味し
ている。
The substrate prepared in this way was heated to 550°C in a N2 atmosphere.
When heat treated for 50 hours at a temperature of
It had expanded to the width of On the other hand, only a small amount of random nucleation was still observed in the region on 5i02 that was not covered by the single crystal region. This means that the method according to the present invention allows the lateral solid phase epitaxial growth distance to reach 10 μm or more.

〈実施例2〉 単結晶基板として(100) Siウェハーを用い、今
度はこの表面に低圧CVD法によって5isN<膜を5
00人程堆積し、これを絶縁膜とした。
<Example 2> A (100) Si wafer was used as a single crystal substrate, and a 5isN<5 film was formed on this surface by low pressure CVD.
Approximately 10,000 people were deposited and this was used as an insulating film.

そして、この窒化膜を通常のフォトリソグラフィー工程
によってバターニングし、幅2μmの開口溝を下地の単
結晶基板表面が露出するように、ウェハー面内の+11
’0)方位に沿って設けた。
Then, this nitride film is buttered by a normal photolithography process, and an opening groove with a width of 2 μm is formed at +11 in the wafer plane so that the surface of the underlying single crystal substrate is exposed.
'0) Installed along the direction.

次にこの基板上に、低圧CVD法によって、今度は多結
晶Si薄膜を1000人の膜厚で堆積した。
Next, a polycrystalline Si thin film was deposited on this substrate to a thickness of 1000 nm by low pressure CVD.

そして、この表面から70keVのエネルギーに加速さ
れたSi”イオンを5 X 10”c+n−”のドーズ
で注入した。この場合、注入されたSiイオンのSi膜
中における投影飛程は997人となり、はぼ下地たる5
i−N4絶縁膜との界面に位置することになる。また、
このイオン注入によって、多結晶Si薄膜は完全に非晶
質化されていた。
Then, Si" ions accelerated to an energy of 70 keV were implanted from this surface at a dose of 5 x 10"c+n-". In this case, the projected range of the implanted Si ions in the Si film was 997 people. Habojitaru 5
It is located at the interface with the i-N4 insulating film. Also,
The polycrystalline Si thin film was completely amorphized by this ion implantation.

斯様にして用意された基板を、N2雰囲気中で550℃
の温度に保って50時間はど熱処理したところ、実施例
1に示した例と全く同様な結果が得られた。
The substrate prepared in this way was heated to 550°C in a N2 atmosphere.
When the sample was heat-treated for 50 hours at a temperature of 1, the same results as in Example 1 were obtained.

[発明の効果] 本発明は、絶縁膜上の非晶質薄膜中のにおけるランダム
な結晶核形成過程が、薄膜へのイオン注入の投影飛程に
依存することを利用し、単結晶基板表面を種として、非
晶質薄膜を絶縁膜上に横方向固相エピタキシャル成長さ
せるに際して、横方向成長可能な距離を伸長することを
可能とするものである。
[Effects of the Invention] The present invention utilizes the fact that the random crystal nucleation process in an amorphous thin film on an insulating film depends on the projected range of ion implantation into the thin film. As a seed, when an amorphous thin film is laterally grown solid-phase epitaxially on an insulating film, it is possible to extend the distance over which the amorphous thin film can be laterally grown.

本発明は、絶縁膜上の非晶質薄膜中におけるランダムな
核形成の主たる原因である、それらの界面における核形
成を抑制するために、特に、その投影飛程が非晶質薄膜
の膜厚とほぼ等しく、即ち、下地絶縁膜との界面近傍に
位置するようなエネルギーに加速されたイオンを表面か
ら注入しておくことによって、横方向成長する単結晶領
域の成長を阻むランダム核形成の障害を最小限にするも
のである。また、イオン注入によるランダム核形成の抑
制を最も効果的に行なえることから、イオン注入におけ
るドーズな必要最小限に留めることを可能とするもので
もある。
In order to suppress nucleation at the interface between the amorphous thin films on the insulating film, which is the main cause of random nucleation in the amorphous thin film on the insulating film, the present invention aims to By injecting ions from the surface that are accelerated to an energy that is approximately equal to, that is, located near the interface with the underlying insulating film, random nucleation that prevents the growth of a single crystal region that grows laterally can be prevented. This is to minimize the Furthermore, since random nucleation by ion implantation can be suppressed most effectively, it is also possible to keep the dose of ion implantation to the necessary minimum.

その結果、本発明による結晶成長方法は、各種素子を形
成するに十分広大な単結晶領域を有する、SOI構造の
結晶薄膜を安価に提供するものである。
As a result, the crystal growth method according to the present invention provides an SOI-structured crystal thin film having a sufficiently large single crystal region to form various devices at low cost.

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

第1図は、本発明による結晶成長方法の工程を示す断面
図である。 第2図は、本発明による薄膜結晶の形成方法の根拠であ
る、非晶質薄膜の固相再結晶過程における、非晶質薄膜
の膜厚と注入イオンの投影飛程に対する、核形成の潜伏
時間の依存性の傾向を示すひとつの例である。 第3図は、結晶成長方法における、ひとつの従来技術の
工程を示す断面図である。 1・・・単結晶基板、    2・・・絶縁膜、3・・
・開口部、      4・・・非結晶薄膜、5・・・
イオン、      6・・・基板表面、7・・・単結
晶領域、   8・・・界面、9・・・成長端面、  
  lO・・・結晶核。 代理人 弁理士  山 下 穣 平
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the steps of the crystal growth method according to the present invention. Figure 2 shows the nucleation latency as a function of the film thickness of the amorphous thin film and the projected range of the implanted ions in the solid phase recrystallization process of the amorphous thin film, which is the basis of the thin film crystal forming method according to the present invention. This is an example showing the tendency of time dependence. FIG. 3 is a cross-sectional view showing one prior art process in a crystal growth method. 1... Single crystal substrate, 2... Insulating film, 3...
・Opening portion, 4...Amorphous thin film, 5...
ions, 6...Substrate surface, 7...Single crystal region, 8...Interface, 9...Growth end surface,
lO...Crystal nucleus. Agent Patent Attorney Johei Yamashita

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)単結晶基板と、該単結晶基板上に被覆されかつ該
単結晶基板の表面の一部が露出するような開口部が設け
られた絶縁膜とからなる基体上に、非晶質薄膜を形成し
、次いで該開口部を種として該非晶質薄膜を絶縁膜上に
まで横方向固相エピタキシャル成長させる結晶成長方法
において、前記非晶質薄膜の膜厚とほぼ等しい投影飛程
が得られるようなエネルギーに加速されたイオンを前記
非晶質薄膜に注入した後に、熱処理によって結晶化させ
ることを特徴とする結晶成長方法。
(1) An amorphous thin film is formed on a substrate consisting of a single crystal substrate and an insulating film coated on the single crystal substrate and provided with an opening that exposes a part of the surface of the single crystal substrate. In a crystal growth method in which the amorphous thin film is laterally grown on the insulating film by lateral solid-phase epitaxial growth using the opening as a seed, a projected range approximately equal to the film thickness of the amorphous thin film can be obtained. 1. A crystal growth method, which comprises implanting ions accelerated to a specific energy into the amorphous thin film, and then crystallizing the film by heat treatment.
(2)単結晶基板と、該単結晶基板上に被覆されかつ該
単結晶基板の表面の一部が露出するような開口部が設け
られた絶縁膜とからなる基体上に、非晶質薄膜を形成し
、次いで該開口部を種として該非晶質薄膜を絶縁膜上に
まで横方向固相エピタキシャル成長させることにより得
られる結晶物品において、前記非晶質薄膜の膜厚とほぼ
等しい投影飛程が得られるようなエネルギーに加速され
たイオンを前記非晶質薄膜に注入した後に、熱処理によ
って結晶化させることにより得られることを特徴とする
結晶物品。
(2) An amorphous thin film is formed on a substrate consisting of a single crystal substrate and an insulating film coated on the single crystal substrate and provided with an opening that exposes a part of the surface of the single crystal substrate. and then laterally growing the amorphous thin film onto the insulating film using the opening as a seed, the crystalline article has a projected range approximately equal to the thickness of the amorphous thin film. A crystalline article characterized in that it is obtained by implanting ions accelerated to such energy into the amorphous thin film and then crystallizing it by heat treatment.
(3)単結晶基板と、該単結晶基板上に被覆されかつ該
単結晶基板の表面の一部が露出するような開口部が設け
られた絶縁膜とからなる基体上に、多結晶薄膜を形成し
、次いで該開口部を種として該多結晶薄膜を絶縁膜上に
まで横方向固相エピタキシャル成長させる結晶成長方法
において、前記多結晶薄膜の膜厚とほぼ等しい投影飛程
が得られるようなエネルギーに加速されたイオンを前記
多結晶薄膜に注入した後に、熱処理によって結晶化させ
ることを特徴とする結晶成長方法。
(3) A polycrystalline thin film is formed on a base consisting of a single-crystal substrate and an insulating film coated on the single-crystal substrate and provided with an opening that exposes a part of the surface of the single-crystal substrate. In a crystal growth method in which the polycrystalline thin film is laterally grown on the insulating film by lateral solid-phase epitaxial growth using the opening as a seed, an energy such that a projected range approximately equal to the film thickness of the polycrystalline thin film is obtained. 1. A method for growing a crystal, comprising implanting ions accelerated into the polycrystalline thin film into the polycrystalline thin film, and then crystallizing the film by heat treatment.
(4)単結晶基板と、該単結晶基板上に被覆されかつ該
単結晶基板の表面の一部が露出するような開口部が設け
られた絶縁膜とからなる基体上に、多結晶薄膜を形成し
、次いで該開口部を種として該多結晶薄膜を絶縁膜上に
まで横方向固相エピタキシャル成長させることにより得
られる結晶物品において、前記多結晶薄膜の膜厚とほぼ
等しい投影飛程が得られるようなエネルギーに加速され
たイオンを前記多結晶薄膜に注入した後に、熱処理によ
って結晶化させることにより得られることを特徴とする
結晶物品。
(4) A polycrystalline thin film is formed on a base consisting of a single-crystal substrate and an insulating film coated on the single-crystal substrate and provided with an opening that exposes a part of the surface of the single-crystal substrate. In a crystalline article obtained by forming a polycrystalline thin film and then laterally growing the polycrystalline thin film onto an insulating film using the opening as a seed, a projected range approximately equal to the film thickness of the polycrystalline thin film can be obtained. 1. A crystalline article, characterized in that it is obtained by implanting ions accelerated to such energy into the polycrystalline thin film and then crystallizing it by heat treatment.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006191028A (en) * 2005-01-07 2006-07-20 Internatl Business Mach Corp <Ibm> METHOD OF MANUFACTURING REORIENTED Si OF LOW DEFECT DENSITY
JP2008543081A (en) * 2005-06-01 2008-11-27 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Improved amorphization / template recrystallization method for hybrid alignment substrates

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