JPH05136049A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
- Publication number
- JPH05136049A JPH05136049A JP31969391A JP31969391A JPH05136049A JP H05136049 A JPH05136049 A JP H05136049A JP 31969391 A JP31969391 A JP 31969391A JP 31969391 A JP31969391 A JP 31969391A JP H05136049 A JPH05136049 A JP H05136049A
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- Japan
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- amorphous
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- film
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 非晶質薄膜を固相成長によって結晶化させる
結晶成長方法において、非晶質薄膜の表面の所望の核形
成領域にのみ局所的に非晶質薄膜の表面から圧力を加え
ながら熱処理を施すことによって単一の結晶核を発生さ
せ、生成した結晶核を種結晶としてこれをさらに非晶質
薄膜の表面に平行な方向に成長させる。 【効果】 隣接する結晶粒との間の粒界位置および粒径
の制御された大粒径の結晶群からなる薄膜結晶を得るこ
とができ、バラツキの少ない高性能な素子を大面積にわ
たって形成できる。
結晶成長方法において、非晶質薄膜の表面の所望の核形
成領域にのみ局所的に非晶質薄膜の表面から圧力を加え
ながら熱処理を施すことによって単一の結晶核を発生さ
せ、生成した結晶核を種結晶としてこれをさらに非晶質
薄膜の表面に平行な方向に成長させる。 【効果】 隣接する結晶粒との間の粒界位置および粒径
の制御された大粒径の結晶群からなる薄膜結晶を得るこ
とができ、バラツキの少ない高性能な素子を大面積にわ
たって形成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜状に結晶を成長さ
せる方法に関し、とくに複数の薄膜結晶粒の核形成位置
を制御して比較的低温で結晶粒を形成し、隣接する結晶
粒同士が接した部分に形成される粒界の位置、ならびに
結晶粒の大きさを制御することが可能な結晶成長方法に
関する。
せる方法に関し、とくに複数の薄膜結晶粒の核形成位置
を制御して比較的低温で結晶粒を形成し、隣接する結晶
粒同士が接した部分に形成される粒界の位置、ならびに
結晶粒の大きさを制御することが可能な結晶成長方法に
関する。
【０００２】本発明の方法は、たと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の製造に
適用される。
等の電子素子、光素子等に利用される薄膜結晶の製造に
適用される。
【０００３】
【従来の技術】非晶質基板等の結晶性を有さない融点以
下の温度における熱処理により多結晶薄膜に固相成長さ
せる結晶形成技術の分野において、多結晶薄膜を構成す
る結晶粒の位置と粒径を制御する方法はすでに提案され
ている。
下の温度における熱処理により多結晶薄膜に固相成長さ
せる結晶形成技術の分野において、多結晶薄膜を構成す
る結晶粒の位置と粒径を制御する方法はすでに提案され
ている。
【０００４】たとえば非晶質のＳｉＯ2表面上に低圧Ｃ
ＶＤ法によって堆積された、膜厚１０００Å程度の非晶
質Ｓｉ薄膜の全面に、Ｓｉ+イオンの注入を施し、つぎ
に規則的に配置された微小領域を除いて、第２回目の局
所的なイオン注入を行なった後に、Ｎ2雰囲気中で約６
００℃で熱処理することにより、微小領域に優先的に発
生した結晶核が横方向、すなわち非晶質のＳｉＯ2表面
に平行な方向に成長して、粒径分布が狭く、かつ結晶粒
の位置が制御された多結晶薄膜が得られるという結果が
報告されてる（H. Kumomi and T. Yonehara, Extended
Abstract of the 22nd Conference on Solid State Dev
ices and Materials, 1159(1990)）。
ＶＤ法によって堆積された、膜厚１０００Å程度の非晶
質Ｓｉ薄膜の全面に、Ｓｉ+イオンの注入を施し、つぎ
に規則的に配置された微小領域を除いて、第２回目の局
所的なイオン注入を行なった後に、Ｎ2雰囲気中で約６
００℃で熱処理することにより、微小領域に優先的に発
生した結晶核が横方向、すなわち非晶質のＳｉＯ2表面
に平行な方向に成長して、粒径分布が狭く、かつ結晶粒
の位置が制御された多結晶薄膜が得られるという結果が
報告されてる（H. Kumomi and T. Yonehara, Extended
Abstract of the 22nd Conference on Solid State Dev
ices and Materials, 1159(1990)）。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】この公知の方法で
は、有限の大きさの微小領域中に単一の結晶粒を形成す
るために、第１回目の全面イオン注入によって核形成頻
度が調整されており、また微小領域における核形成を抑
制して選択性を与えているために、第２回目の局所的イ
オン注入が必要である。したがって２回にわたるイオン
注入工程は避け難く、工程の複雑化を招いていた。
は、有限の大きさの微小領域中に単一の結晶粒を形成す
るために、第１回目の全面イオン注入によって核形成頻
度が調整されており、また微小領域における核形成を抑
制して選択性を与えているために、第２回目の局所的イ
オン注入が必要である。したがって２回にわたるイオン
注入工程は避け難く、工程の複雑化を招いていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶成長方法
は、非晶質薄膜を固相成長によって結晶化させる結晶成
長方法において、前記非晶質薄膜の表面の所望の核形成
領域にのみ局所的に前記非晶質薄膜の表面から圧力を加
えながら熱処理を施すことによって単一の結晶核を発生
させる工程と、生成した結晶核を種結晶としてこれをさ
らに前記非晶質薄膜の表面に平行な方向に成長させる工
程と、を具備することを特徴とする。
は、非晶質薄膜を固相成長によって結晶化させる結晶成
長方法において、前記非晶質薄膜の表面の所望の核形成
領域にのみ局所的に前記非晶質薄膜の表面から圧力を加
えながら熱処理を施すことによって単一の結晶核を発生
させる工程と、生成した結晶核を種結晶としてこれをさ
らに前記非晶質薄膜の表面に平行な方向に成長させる工
程と、を具備することを特徴とする。
【０００７】すなわち本発明は、非晶質薄膜中における
結晶核形成および成長過程が、非晶質薄膜に対する靜的
圧力に依存することを利用し、薄膜の面内に局所的圧力
を加えながら、これを融点以下の温度でアニールするこ
とによって、面内の特定の位置に単一の結晶核を優先形
成し、さらにこれらの結晶核を横方向に成長させること
により、複数回のイオン注入工程を経ることなく、結晶
粒の粒径と結晶粒相互間の粒界位置とが制御された、大
粒径の多結晶薄膜を得ることが可能である。
結晶核形成および成長過程が、非晶質薄膜に対する靜的
圧力に依存することを利用し、薄膜の面内に局所的圧力
を加えながら、これを融点以下の温度でアニールするこ
とによって、面内の特定の位置に単一の結晶核を優先形
成し、さらにこれらの結晶核を横方向に成長させること
により、複数回のイオン注入工程を経ることなく、結晶
粒の粒径と結晶粒相互間の粒界位置とが制御された、大
粒径の多結晶薄膜を得ることが可能である。
【０００８】以下に、本発明による結晶成長方法の原理
を詳しく説明する。
を詳しく説明する。
【０００９】一般に、結晶性表面を有さない下地基板上
に形成された非晶質薄膜を、その融点以下の温度におけ
るアニールによって固相のまま再結晶させると、結晶化
は、非晶質薄膜中における自発的な結晶核の核形成を初
端として始まる。そして、核形成後の結晶粒の成長速度
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
十分に薄い場合には、膜中に核形成した結晶粒は自らの
成長によって直ちに薄膜の膜厚方向を占めてしまい、そ
の後は薄膜の面内で横方向に成長するばかりとなる。
に形成された非晶質薄膜を、その融点以下の温度におけ
るアニールによって固相のまま再結晶させると、結晶化
は、非晶質薄膜中における自発的な結晶核の核形成を初
端として始まる。そして、核形成後の結晶粒の成長速度
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
十分に薄い場合には、膜中に核形成した結晶粒は自らの
成長によって直ちに薄膜の膜厚方向を占めてしまい、そ
の後は薄膜の面内で横方向に成長するばかりとなる。
【００１０】したがって、このような結晶成長過程にお
いて、均一な粒径の偏平な結晶粒を規則正しく配置する
ためには、非晶質薄膜面内の二次元的な任意位置に単一
の結晶核を優先形成し、これを種結晶として横方向に成
長させればよいことになる。すなわち図１に示す例のよ
うに、非晶質薄膜面内の正方格子の各交点の位置に結晶
核６が形成され（図１（ａ））、ついでそれらが結晶粒
７として横方向に成長する（図１（ｂ））間に、他のラ
ンダムな核形成が生じなければ、やがて各結晶粒は隣接
する結晶粒との間に結晶粒界８を形成して接触するに到
る（図１（ｃ））であろう。このようにして、予定され
た位置に生じた結晶粒界６に成長を制限されることによ
り、粒径の揃った結晶粒群を規則正しく並べることがで
きるはずである。
いて、均一な粒径の偏平な結晶粒を規則正しく配置する
ためには、非晶質薄膜面内の二次元的な任意位置に単一
の結晶核を優先形成し、これを種結晶として横方向に成
長させればよいことになる。すなわち図１に示す例のよ
うに、非晶質薄膜面内の正方格子の各交点の位置に結晶
核６が形成され（図１（ａ））、ついでそれらが結晶粒
７として横方向に成長する（図１（ｂ））間に、他のラ
ンダムな核形成が生じなければ、やがて各結晶粒は隣接
する結晶粒との間に結晶粒界８を形成して接触するに到
る（図１（ｃ））であろう。このようにして、予定され
た位置に生じた結晶粒界６に成長を制限されることによ
り、粒径の揃った結晶粒群を規則正しく並べることがで
きるはずである。
【００１１】単結晶基板上における非晶質薄膜の固相成
長速度が、静水圧等の均一な圧力の印加により促進され
ることは従来から報告されている（たとえばG. Q. Lu,
E. Nygren, M. J. Aziz, D. Turnbull and C. W. Whit
e, Appl. Phys.Lett. 54, 2583(1989)）。本発明者は、
非結晶性表面上に形成された非晶質薄膜について詳細に
検討したところ、成長速度のみならず、核形成潜伏時間
や核形成頻度もまた、印加する圧力に依存して変化する
事実を見出した。すなわち薄膜の膜厚方向に圧力を加え
ていくにしたがって、核形成潜伏時間は短縮し、核形成
頻度は増大する。したがって薄膜の面内で膜厚方向に局
所的に圧力を加えた状態で熱処理を施せば、そこに優先
的な核形成を生じさせることができる。
長速度が、静水圧等の均一な圧力の印加により促進され
ることは従来から報告されている（たとえばG. Q. Lu,
E. Nygren, M. J. Aziz, D. Turnbull and C. W. Whit
e, Appl. Phys.Lett. 54, 2583(1989)）。本発明者は、
非結晶性表面上に形成された非晶質薄膜について詳細に
検討したところ、成長速度のみならず、核形成潜伏時間
や核形成頻度もまた、印加する圧力に依存して変化する
事実を見出した。すなわち薄膜の膜厚方向に圧力を加え
ていくにしたがって、核形成潜伏時間は短縮し、核形成
頻度は増大する。したがって薄膜の面内で膜厚方向に局
所的に圧力を加えた状態で熱処理を施せば、そこに優先
的な核形成を生じさせることができる。
【００１２】このような核形成位置の制御を行なうため
に本発明方法で採用された制御手段について図２を参照
して説明する。まず基体１上の非晶質薄膜２表面に、加
圧部材３に形成した凸部４を押し当て、基体１と加圧部
材３の両方から矢印５の方向に荷重を加える（図２
（ａ））。このとき、加圧部材３から非晶質薄膜２に与
えられる圧力は、凸部４との接触領域に集中するため
に、このままの状態で熱処理を施せば、この加圧領域に
優先的に結晶核６が発生する。そしてこのまま熱処理を
続けると、これらの結晶核６は横方向に成長して結晶粒
７となり（図２（ｂ））、やがては隣接する結晶粒７’
と成長端面を接して結晶粒界８を形成するに到る（図２
（ｃ））。
に本発明方法で採用された制御手段について図２を参照
して説明する。まず基体１上の非晶質薄膜２表面に、加
圧部材３に形成した凸部４を押し当て、基体１と加圧部
材３の両方から矢印５の方向に荷重を加える（図２
（ａ））。このとき、加圧部材３から非晶質薄膜２に与
えられる圧力は、凸部４との接触領域に集中するため
に、このままの状態で熱処理を施せば、この加圧領域に
優先的に結晶核６が発生する。そしてこのまま熱処理を
続けると、これらの結晶核６は横方向に成長して結晶粒
７となり（図２（ｂ））、やがては隣接する結晶粒７’
と成長端面を接して結晶粒界８を形成するに到る（図２
（ｃ））。
【００１３】非晶質薄膜２に厚さ方向に局所的な圧力を
加える方法として、図２を参照して上に説明したよう
に、凸部４を表面に有する加圧部材３を圧着させる方法
は、加圧部材３を予め用意しておけば工程が簡略である
ばかりか、多数回にわたる再利用が可能である点で有利
であるが、これに限られるものではない。
加える方法として、図２を参照して上に説明したよう
に、凸部４を表面に有する加圧部材３を圧着させる方法
は、加圧部材３を予め用意しておけば工程が簡略である
ばかりか、多数回にわたる再利用が可能である点で有利
であるが、これに限られるものではない。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明による結晶成長方法を、半導
体結晶薄膜の成長に適用した実施例を示す。
体結晶薄膜の成長に適用した実施例を示す。
【００１５】（実施例１）初めに、直径４インチの溶融
石英基板の表面に、通常の低圧ＣＶＤ方により、非晶質
Ｓｉ薄膜を１０００Åの膜厚で堆積した。つぎに、以後
の工程において圧力のかからない領域における核形成を
効果的に抑制するために、Ｓｉ薄膜全面に、７０ＫｅＶ
のエネルギーに加速されたＳｉ+イオンを１×１０15ｃ
ｍ-2のドーズで注入した。
石英基板の表面に、通常の低圧ＣＶＤ方により、非晶質
Ｓｉ薄膜を１０００Åの膜厚で堆積した。つぎに、以後
の工程において圧力のかからない領域における核形成を
効果的に抑制するために、Ｓｉ薄膜全面に、７０ＫｅＶ
のエネルギーに加速されたＳｉ+イオンを１×１０15ｃ
ｍ-2のドーズで注入した。
【００１６】一方、非晶質薄膜に圧着させる部材を次の
ようにして準備した。まず、直径４インチの単結晶Ｓｉ
基板の表面に、膜厚１０００ÅのＳｉ3Ｎ4を形成し、こ
れを通常のフォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法によるパ
ターニングで、１辺が１μｍの正方形の領域を５μｍ間
隔で配置した正方格子点位置に残し、それ以外の領域を
Ｓｉ基板に及ぶ５０００Åの深さまで掘り下げた。これ
によって、表面にＳｉ 3Ｎ4膜を持つ多数の凸部を規則的
に形成された。
ようにして準備した。まず、直径４インチの単結晶Ｓｉ
基板の表面に、膜厚１０００ÅのＳｉ3Ｎ4を形成し、こ
れを通常のフォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法によるパ
ターニングで、１辺が１μｍの正方形の領域を５μｍ間
隔で配置した正方格子点位置に残し、それ以外の領域を
Ｓｉ基板に及ぶ５０００Åの深さまで掘り下げた。これ
によって、表面にＳｉ 3Ｎ4膜を持つ多数の凸部を規則的
に形成された。
【００１７】つぎに、この凸部が形成された基板と、先
に用意した石英基板上の非晶質Ｓｉ薄膜表面とを互いに
密着させ、両者の背面から均一に３２０Kg重の荷重をか
けながら、Ｎ2雰囲気中で５８０℃に保ってアニールし
た。約１０時間アニールした非晶質Ｓｉ薄膜を、透過型
電子顕微鏡で観察したところ、Ｓｉ基板の凸部が圧着さ
れていた５μｍ間隔の各格子点位置に、粒径１μｍ前後
の樹枝状結晶粒が観察された。さらに１５０時間アニー
ルしたものは、非晶質薄膜はほぼ完全に結晶化してお
り、粒径５μｍ前後の結晶粒が規則正しく配列されてい
た。
に用意した石英基板上の非晶質Ｓｉ薄膜表面とを互いに
密着させ、両者の背面から均一に３２０Kg重の荷重をか
けながら、Ｎ2雰囲気中で５８０℃に保ってアニールし
た。約１０時間アニールした非晶質Ｓｉ薄膜を、透過型
電子顕微鏡で観察したところ、Ｓｉ基板の凸部が圧着さ
れていた５μｍ間隔の各格子点位置に、粒径１μｍ前後
の樹枝状結晶粒が観察された。さらに１５０時間アニー
ルしたものは、非晶質薄膜はほぼ完全に結晶化してお
り、粒径５μｍ前後の結晶粒が規則正しく配列されてい
た。
【００１８】（実施例２）初めに、直径４インチのアル
ミナ基板の表面に、蒸着法によって非晶質Ｇｅ薄膜を８
００Åの膜厚で堆積した。つぎに、この薄膜表面に、実
施例１で用いたのと同じ凸部が形成されたＳｉ基板とを
互いに密着させ、両者の背面から均一に２５０Kg重の荷
重をかけた。この状態を保ちながら、真空中で基板温度
を３５０℃に保ってアニールした。約５時間アニールし
た非晶質Ｇｅ薄膜を、透過型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、Ｓｉ基板の凸部が圧着されていた５μｍ間隔の各格
子点位置に、粒径１μｍ前後の樹枝状結晶粒が観察され
た。さらに５０時間アニールしたものは、非晶質薄膜は
ほぼ完全に結晶化しており、粒径５μｍ前後の結晶粒が
規則正しく配列されていた。
ミナ基板の表面に、蒸着法によって非晶質Ｇｅ薄膜を８
００Åの膜厚で堆積した。つぎに、この薄膜表面に、実
施例１で用いたのと同じ凸部が形成されたＳｉ基板とを
互いに密着させ、両者の背面から均一に２５０Kg重の荷
重をかけた。この状態を保ちながら、真空中で基板温度
を３５０℃に保ってアニールした。約５時間アニールし
た非晶質Ｇｅ薄膜を、透過型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、Ｓｉ基板の凸部が圧着されていた５μｍ間隔の各格
子点位置に、粒径１μｍ前後の樹枝状結晶粒が観察され
た。さらに５０時間アニールしたものは、非晶質薄膜は
ほぼ完全に結晶化しており、粒径５μｍ前後の結晶粒が
規則正しく配列されていた。
【００１９】
【発明の効果】以上に説明したように本発明は、非晶質
薄膜中における結晶核形成過程が、薄膜に加えられる靜
的圧力に依存することを利用し、この薄膜の厚さ方向に
局所的に圧力をかけながら、薄膜を融点以下の温度でア
ニールすることにより、特定の位置においてのみ人為的
に単一の結晶核を優先形成する。これにより、従来から
提案されている方法では、非晶質薄膜中の固相成長にお
ける単一の結晶核の選択形成、および規則的に配列さ
れ、粒径の揃った結晶粒群の成長に不可欠であった複数
回のイオン注入工程が不要となる。この結果、本発明に
よる結晶成長方法によれば、隣接する結晶粒との間の粒
界位置および粒径の制御された大粒径の結晶群からなる
薄膜結晶を得ることができ、バラツキの少ない高性能な
素子を大面積にわたって形成することが可能となる。
薄膜中における結晶核形成過程が、薄膜に加えられる靜
的圧力に依存することを利用し、この薄膜の厚さ方向に
局所的に圧力をかけながら、薄膜を融点以下の温度でア
ニールすることにより、特定の位置においてのみ人為的
に単一の結晶核を優先形成する。これにより、従来から
提案されている方法では、非晶質薄膜中の固相成長にお
ける単一の結晶核の選択形成、および規則的に配列さ
れ、粒径の揃った結晶粒群の成長に不可欠であった複数
回のイオン注入工程が不要となる。この結果、本発明に
よる結晶成長方法によれば、隣接する結晶粒との間の粒
界位置および粒径の制御された大粒径の結晶群からなる
薄膜結晶を得ることができ、バラツキの少ない高性能な
素子を大面積にわたって形成することが可能となる。
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例において結晶
の成長を行なう工程を示す平面図。
の成長を行なう工程を示す平面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１（ａ）〜（ｃ）の工程に
対応する断面図。
対応する断面図。
１ 基体 ２ 非晶質薄膜 ３ 加圧部材 ４ 凸部 ６ 結晶核 ７ 結晶粒 ８ 結晶粒界
Claims (1)
- 【請求項１】 非晶質薄膜を固相成長によって結晶化さ
せる結晶成長方法において、前記非晶質薄膜の表面の所
望の核形成領域にのみ局所的に前記非晶質薄膜の表面か
ら圧力を加えながら熱処理を施すことによって単一の結
晶核を発生させる工程と、生成した結晶核を種結晶とし
てこれをさらに前記非晶質薄膜の表面に平行な方向に成
長させる工程と、を具備することを特徴とする結晶成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31969391A JPH05136049A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31969391A JPH05136049A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136049A true JPH05136049A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=18113133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31969391A Pending JPH05136049A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136049A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100803867B1 (ko) * | 2006-09-14 | 2008-02-14 | 연세대학교 산학협력단 | 비정질 실리콘층의 결정화 방법 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법 |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP31969391A patent/JPH05136049A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100803867B1 (ko) * | 2006-09-14 | 2008-02-14 | 연세대학교 산학협력단 | 비정질 실리콘층의 결정화 방법 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법 |
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