JPH0580438B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用価値） 本発明は、電子デバイス工業に用いられる半導
体デバイス製造に必要な半導体装置用板の製造方
法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来、例えばアブライド・フイジクス・レター
（Appl.Phys.Lett.）41巻1982年、379−381ページ
に記載されているように、絶縁体膜上に形成した
多結晶半導体膜に、チヤネリングイオン注入を行
ない、ある特定の結晶学的方位をもつた結晶粒を
残して他の部分を非晶質化し、熱処理を行ない固
相エビタキシヤル成長法で結晶粒を成長させ、所
望の結晶学的方位を有する結晶粒からなる多結晶
半導体膜を得る方法が報告されているが、この方
法では、チヤネリングインオン注入を行なう前の
多結晶半導体膜の形成の際、チヤネリングイオン
注入によつて非晶質化されない結晶粒が存在する
位置を制御できないため、後の熱処理による固相
エピタキシヤル成長の種結晶となる結晶粒の位置
を制御する事ができず、熱処理後に得られる多結
晶半導体膜の、個々の結晶粒の位置、大きさ、お
よび形状の制御が不可能であり、該半導体膜にデ
バイスを作製しても、再現性、均一性の優れた特
性を備えたデバイスが得られない等の問題点があ
る。

（発明の目的） 本発明は、このような従来例と欠点を改善する
目的で、非晶質半導体膜の一部を多結晶化した後
に、チヤネリングイオン注入を行なう事によつて
後の熱処理による固相エピタキシヤル成長の種結
晶となる結晶粒の位置を制御する事を可能とし、
個々の結晶粒の結晶学的方位の他、位置、大きさ
および形状の制御が可能な半導体装置用基板の製
造方法を提供する事にある。

（発明の構成） 本発明によれば、少なくとも表面に絶縁体層を
備えた基板上に非晶質半導体膜を形成し、さらに
該非晶質半導体膜にの一部にのみ多結晶半導体膜
を形成し、さらに、チヤネリングイオン注入を行
なう事によつて、該多結晶半導体膜の一部にのみ
特定の方位をもつ結晶粒をのこして他の部分を非
晶質化し、さらに、熱処理を施し単結晶半導体膜
を得る事を特徴とする半導体装置用基板の製造方
法が得られる。

（構成の詳細な説明） 本発明では、少なくとも表面に絶縁体層を備え
た基板上に形成した非晶質半導体膜中に、後の熱
処理による固相エピタキシヤル成長の種結晶とな
るべき部分のみを多結晶化し、他の部分は非晶質
状態のままにておき、該多結晶部分にチヤネリン
グイオン注入を行なう事によつて、特定の結晶学
的方位を持つた結晶粒が、非晶質半導体膜中の所
望の位置に存在している状況を得る事ができる。
しかる後、熱処理を行なうことの特定の結晶学的
方位を持つた結晶粒が種結晶となつて、そこを起
点として固相エピタキシヤル成長による結晶粒の
成長が始まり、所望の結晶学的方位を持つた単結
晶粒を得る事ができる。

一方、よく知られているように熱処理を行なう
と非晶半導体膜の多結晶化が起こり、一度多結晶
化した部分では容易には固相でエピタキシヤル成
長が起こらないため、一般に固相エピタキシヤル
成長による結晶粒の成長は制限される。また、異
なる二箇所から同時にはじまつた固相エピタキシ
ヤル成長の成長面が衝突すると、その衝突面に結
晶粒界を形成して互いにその成長を止める。

そこで本発明では、非晶質半導体膜の多結晶化
によつて制限される固相エピタキシヤル成長によ
る成長距離以下の間隔に、幾何学的に並んだ多結
晶領域を形成し、該多結晶領域にチヤネリングイ
オン注入を行ない。後の熱処理による固相エピタ
キシヤル成長のための種結晶を形成し、熱処理を
行うことにより単結晶化し、各種結晶からの固相
エピタキシヤル成長の衝突面で囲まれた単結晶粒
の集合からなる半導体膜を得る。この際非晶質半
導体膜を多結晶化する領域、およびチヤネリング
イオン注入のチヤネリング方向を制御する事によ
つて、個々の結晶粒の結晶学的方位の他、位置、
大きさ、および形状の制御が可能である。

（実施例） 以下本発明の実施例について第１図を参照して
詳細に説明する。

Ａはシリコン基板１の上に熱酸化によりシリコ
ン酸化膜を厚さ1μｍ形成し、分子線蒸着法
（MBD法）で、膜厚2000Åの非晶質シリコン３
を堆積した状態を示している。

その上に直径1μｍのArレーザーのレーザービ
ームを、10〜20μｍ間隔（図中のＷおよびＤ）で
照射して、多結晶シリコンを形成し、Ｂに示すよ
うに、レーザービームを照射した部分にのみいろ
いろな面方位をもつ多結晶シリコン７が形成され
て、他の部分が非晶質シリコンである状態が得ら
れる。

さらに、７の多結晶シリコンのうち基板垂直方
向が＜100＞の方位を持つ結晶粒を残して、他を
非晶質化するために、シリコンイオン（Si⁺）を
200KeVで１×10¹⁵cm²の注入量で条件で基板に垂
直にチヤネリングイオン注入を、基板を液体窒素
温度に冷却して行なつた。こうして、Ｃに示す様
に、非晶質Si膜中に（100）結晶粒１１が規則的
に並んだ構造が得られる。

この試料を、500℃〜900℃で１〜100時間の熱
処理を窒素雰囲気中で行ない、異方性エツチング
法、電子回折、電子チヤネリング法で評価したと
ころ、Ｄに示すような（100）面方位を持つ結晶
粒１４が規則正しく並んだシリコン膜が得られ
た。

本実施例では、基板１としてシリコン基板の表
面を熱酸化したものを用いて説明したが、他の基
板である、セラミツク基板や、ガラス基板を用い
ても同様な結果が得られた。また、チヤネリング
イオン注入の注入条件（注入イオン、注入量、加
速電圧等）や、多結晶半導体膜の堆積条件、非晶
質半導体膜の多結晶化の方法等も本実施例の条件
に限定されるものではない。

（発明の効果） 本発明の方法を用いる事によつて、従来技術に
くらべ結晶粒の結晶学的方位の他、位置、大きさ
および形状の制御が可能な半導体装置用基板を得
られる事の他に、従来例では、多結晶半導体膜中
にある結晶粒のうち、チヤネリングイオン注入に
よつて残された結晶粒が、ランダムに存在し固相
エピタキシヤル成長の核になるため、一般に結晶
粒の大きさが1μｍ程度の小さかつたのが、本発
明の方法では非晶半導体膜の一部にのみ多結晶領
域を形成し、核発生位置が制御されているため従
来例より大きな単結晶粒からなる半導体膜を得る
事が可能であると言う利点が得られた。

この事によつて、半導体素子を作製しうるのに
十分なサイズを有し、面方位の制御された単結晶
粒を絶縁基板上の、任意の位置に任意の大きさ、
形状に形成する事が可能となり、多層集積回路等
への応用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明するための斜視
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも表面に絶縁体層を備えた基板上に
   非晶質半導体膜を形成し、さらに、該非晶質半導
   体膜の一部にのみ多結晶半導体膜を形成し、さら
   にチヤネリングイオン注入を行なう事によつて、
   該多結晶半導体膜のうち特定の方位をもつ結晶粒
   をのこして他の部分を非晶質化し、さらに、熱処
   理を施し、単結晶半導体膜を得る事を特徴とする
   半導体装置用基板の製造方法。