JPH0453123A - 半導体膜の製造方法 - 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） 本発明は電子回路を形成するために、絶縁下地上に形成
された単結晶半導体膜、いわゆる５ＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏ
ｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造と称される単結晶
シリコン膜の製造方法に関し、一般には再結晶化法と称
される方法に属する方法に関するものである。

本発明方法により製造される単結晶シリコン膜はアクテ
ィブマトリックス型液晶デイスプレー装置、高集積ＬＳ
Ｉ、高耐圧デバイス、耐放射線デバイス、三次元集積回
路など多くの分野に利用することができる。

（従来の技術） ＳＯＩ構造形成技術には、再結晶化法、エピタキシャル
成長法、絶縁層埋込み法、張り合せ法などがある。ＳＯ
Ｉ構造形成技術の全般的な説明はｒｓＯＩ構造形成技術
」　（産業図書株式会社発行、昭和６２年）に詳しく述
べられている。

再結晶化法のうち、レーザビーム再結晶化法では、絶縁
下地上に形成した非晶質又は多結晶のシリコン膜をレー
ザビームのエネルギーで溶融し。

その溶融部分を移動させながら結晶成長を行なわせる。

レーザビーム照射による非晶質又は多結晶の膜内の温度
分布を改善して単結晶膜を得るために次のような試みが
なされている。

（ａ）光学系又は複数のレーザ光源を用いることによっ
てレーザパワーのスポット内の温度分布を改善する。

（ｂ）試料膜表面に反射防止膜や光吸収膜を設け、入射
するレーザビームの吸収を変化させて温度分布を改善す
る。

（ｃ）試料の構造を変化させることにより場所的な熱放
散を変化させて温度分布を改善する。

（発明が解決しようとする課題） ガラス基板や絶縁膜上にシリコン膜を形成し、溶融させ
単結晶化させる場合、単結晶のシードになる部分がない
ため、単結晶膜の結晶軸が回転するなど、結晶軸制御が
困難である。

本発明は外部からシードを与えることにより単結晶膜の
結晶軸制御を行なって結晶性を向上させることのできる
単結晶シリコン膜の製造方法を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では、絶縁膜を有する第１の基板と、格子定数が
シリコンの格子定数に近い化合物上に非晶質又は多結晶
のシリコン膜を形成した第２の基板とを、前記絶縁膜と
シリコン膜が互いに接触するように密着させた状態で前
記シリコン膜を溶融させ単結晶化させた後、両基板を引
き離す。

第１の基板の絶縁膜上にも非晶質又は多結晶のシリコン
膜を形成しておいてもよい。

第１の基板は例えばガラス基板上にシリコン窒化膜やシ
リコン酸化膜を形成したものである。

第２の基板に用いられる格子定数がシリコンの格子定数
に近い化合物としては、サファイアの他に、ＣａＦ２な
どのアルカリ土類金属フッ化物や、シリコン基板上にヘ
テロエピタキシャル成長させたＭｇ０−ＡＱ２０．（マ
グネシア・スピネル）などが挙げられる。

（作用） 絶縁膜と非晶質又は多結晶のシリコン膜が互いに接触す
るように密着させた状態でシリコン膜を溶融させ単結晶
化させると、溶融したシリコン膜が冷却して単結晶化す
るときシリコン膜の下地になっているシリコンの格子定
数に近い格子定数をもつ化合物がシードとなってその化
合物の結晶方向を引き継ぎ、結晶軸方向の制御された単
結晶シリコン膜が形成される。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす。

（Ａ）ガラス基板１上にＣＶＤ法により約１００〜２０
０人の厚さのシリコン窒化膜２を堆積させ。

これとは別に、サファイア基板４上に非晶質シリコン膜
５を約３０００人の厚さにＣＶＤ法により形成する。

（Ｂ）シリコン窒化膜２の表面及び非晶質シリコン膜５
の表面を清浄にするために適当な前処理を施す。前処理
として、例えばバッファド・フッ酸等で洗浄する。これ
によりシリコン窒化膜２上や非晶質シリコン膜５上に形
成された自然酸化膜が除去される。

前処理後、シリコン窒化膜２と非晶質シリコン膜５が密
着するように直ちに両基板を重ね合わせる。

ガラス基板１の裏面側から出力４Ｗ程度のアルゴンイオ
ン・レーザビーム７を照射し、走査して被照射部６のシ
リコン膜を溶融させ単結晶化させる。

（Ｃ）ガラス基板１とサファイヤ基板４を引き離す。

ガラス基板１上のシリコン窒化膜２上には単結晶シリコ
ン膜６ａが形成される。

レーザービーム７の照射はガラス基板１側からに限らず
、サファイヤ基板４側から行なうようにしてもよい。レ
ーザビーム７をサファイア基板側から照射するときは、
レーザパワーなとはサファイアの吸収係数や厚さなどを
考慮して決定すればよい。

ガラス基板にシリコン膜を溶融単結晶化させる場合はレ
ーザービーム照射により行なうのが好都合である。これ
は、ガラスの融点は材料によって異なるが、石英ガラス
で約１６００℃であり、シリコンの融点１４１０℃に近
く、低温プロセスが望まれるためである。レーザービー
ムを照射する方法であれば１局所的に加熱され、ガラス
基板までは高温に加熱されない。

第２図は第２の実施例を表わす。

第１図と同様に試料を用意する。レーザービーム７を照
射する際、サファイア基板４の裏面に接して液状冷却媒
体８を設ける。冷却媒体８としては比較的高温まで蒸発
しない液状有機化合物、例えばポリエチレングリコール
、ポリエチレンエーテル、ポリエチレンエステル、ポリ
プロピレンオキシドなど、一般に表面活性剤として知ら
れるものを用いる。

冷却媒体８を設けるとサファイア基板４側の冷却速度が
速くなり、溶融部分６が冷却する際にサファイア基板４
と溶融部分６との界面の方が溶融部分６とシリコン窒化
膜２との界面よりも早く温度が下がる。そのため、サフ
ァイア基板４と溶融部分６との界面からエピタキシャル
に決勝成長することとなる。

上記の実施例においてガラス基板１上に絶縁膜としてシ
リコン窒化膜２を設けている。シリコン窒化膜２はシリ
コン膜に対して濡れ性がよいので、シリコン膜が溶融単
結晶化した後、ガラス基板１とサファイア基板４とを引
き離す際に、単結晶シリコン膜がサファイア基板側に移
るのを防ぐことができる。ここで、「濡れ性がよい」と
いう用語は、シリコン膜との親和性が大きく、シリコン
窒化膜との密着力が強いことを意味している。濡れ性の
よい絶縁膜の他の例としては、シリコン酸化膜上にシリ
コン窒化膜を形成したものでもよい。

その場合、例えばシリコン酸化膜の厚さを約１００ｏ人
、シリコン窒化膜の厚さを約１０ＯＡとすればよい。シ
リコン窒化膜よりは濡れ性は劣るが。

シリコン酸化膜のみでもよく、その場合のシリコン酸化
膜の厚さは例えば約１０００人とする。

レーザビーム７は走査することにより線状に単結晶膜を
形成することができる。レーザビームの走査を広い面積
に渡って行なえば広い面積の単結晶膜を得ることができ
る。

サファイア基板４はガラス基板に比へて高価である。サ
ファイア基板４上に非晶質シリコン膜５を形成したもの
をガラス基板１上のシリコン窒化膜２に密着させて溶融
単結晶化を行なうと、サファイア基板４上の非晶質シリ
コン膜５はなくなるので、サファイア基板４上の残りの
非晶質シリコン膜５を全て除去した後、再び非晶質シリ
コン膜５をＣＶＤ法で成膜することにより、非晶質シリ
コン膜５を再生して使用することができる。

第１の基板（例えばガラス基板）上に絶縁膜を介して非
晶質又は多結晶のシリコン膜を形成し、第２の基板（例
えばサファイア基板）上には非晶質又は多結晶のシリコ
ン膜を形成し、第２の基板のシリコン膜を第１の基板の
シリコン膜上に密着させ、両シリコン膜を溶融単結晶化
させてもよい。

溶融させ単結晶化させようとするシリコン膜は非晶質又
は多結晶のいずれであってもよい。

サファイア基板上に単結晶シリコン膜をエピタキシャル
成長させる技術＜ＳＯＳ技術）は一般に知られているが
、このときサファイア（ＡＱ２ｏ、）中のＡΩが単結晶
シリコン膜中に導入される弊害がある。シリコン膜をエ
ピタキシャル成長させるには少なくとも９５０℃以上の
温度が必要だからである。ところが２本発明では、サフ
ァイア基板上にＣＶＤ法で低温（例えば６５０℃）で非
晶質又は多結晶のシリコン膜を堆積すればよいので、サ
ファイア中のＡＱが単結晶シリコン膜中に導入される問
題は少なくなる。非晶質又は多結晶のシリコン膜をプラ
ズマＣＶＤ法で堆積すれば、温度をさらに下げて、例え
ば２００〜４００℃とすることができ、サファイア中の
ＡＱが単結晶シリコン膜中に導入される問題はさらに少
なくなる。

非晶質又は多結晶のシリコン膜を形成する第２の基板の
化合物としてＣａＦ２を用いることができる。その場合
には例えば、ＣａＦ、結晶上に非晶質シリコン膜を堆積
させ、その非晶質シリコン膜にガラス基板上の絶縁膜を
密着させて、ガラス基板側のみからレーザビームを照射
して非晶質シリコン膜を溶融させ単結晶化させる。

（発明の効果） 本発明では絶縁膜を有し、又はさらにその上に非晶質も
しくは多結晶のシリコン膜を有する第１の基板と、非晶
質又は多結晶のシリコン膜を形成したサファイア基板な
どの第２の基板とを、絶縁膜とシリコン膜が接触するよ
うに密着させた状態でシリコン膜を溶融させ単結晶化さ
せるので、シリコン膜が単結晶化する部分にサファイア
基板などの第２の基板の結晶性が伝達されて結晶軸方向
の制御された単結晶シリコン膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す工程断面図、第２図は他の実施
例における途中工程を示す断面図である。 １・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・シリコン窒
化膜、４・・・・・サファイア基板、５・・・・・・非
晶質シリコン膜、６・・・・・・溶融部分、６ａ・・・
・・・単結晶化されたシリコン膜、７・・・・・・レー
ザビーム。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜を有する第１の基板と、格子定数がシリコ
   ンの格子定数に近い化合物上に非晶質又は多結晶のシリ
   コン膜を形成した第２の基板とを、前記絶縁膜とシリコ
   ン膜が互いに接触するように密着させた状態で前記シリ
   コン膜を溶融させ単結晶化させた後、両基板を引き離す
   半導体膜の製造方法。
2. （２）第１の基板の絶縁膜上にも非晶質又は多結晶のシ
   リコン膜を形成しておく請求項１に記載の半導体膜の製
   造方法。