JPH059089A - Method for growing crystal - Google Patents

Method for growing crystal

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JPH059089A
JPH059089A JP18416291A JP18416291A JPH059089A JP H059089 A JPH059089 A JP H059089A JP 18416291 A JP18416291 A JP 18416291A JP 18416291 A JP18416291 A JP 18416291A JP H059089 A JPH059089 A JP H059089A
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crystal
island
substrate
thin film
film
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Kenji Yamagata
憲二 山方
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To stably obtain the crystal with high productivity by providing an island-shaped nonsingle crystal semiconductor thin film on an insulator base body and once melting the thin film, then recrystallizing the melt and growing the crystal by the single crystal thereof. CONSTITUTION:The island-shaped semiconductor thin film is provided on the amorphous insulator base body or the base body deposited with the amorphous insulator layer on the surface. This semiconductor thin film is then once melted by the heat treatment using lamp heating and is then recrystallized, by which the film is changed to the single crystal of the single body. The semiconductor single crystal is grown with the formed single crystal as a seed crystal. The high productivity is attained since beam annealing by a laser, etc., is not used according to the above-mentioned method. Since the operation is in the simple system of the two, i.e., melting and solidifying, the dependency on the fluctuation in the area of the island-shaped semiconductor film to be patterned first is extremely little and the crystal is stably obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶薄膜の形
成方法に係り、特にSOI構造の高性能電子素子を形成
するためのシリコン薄膜の成長に適した結晶の成長方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semiconductor single crystal thin film, and more particularly to a method for growing a crystal suitable for growing a silicon thin film for forming a high performance electronic device having an SOI structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁基体上の半導体薄膜に電子素子を形
成する所謂SOI構造は、素子間や素子と基体と間の寄
生容量の低下等のメリットから、高性能素子への応用が
有望視されている。しかし絶縁物基体が非晶質である場
合には、通常、に堆積する膜は非晶質か、よくても多結
晶膜になってしまい、これが素子の高性能化にとって大
きな障害となる。そこで絶縁物基体上に堆積した非単結
晶の膜を、レーザービームや電子ビームによって全面ア
ニールして単結晶化し、この膜に素子を形成する試みが
なされている(Electronics,Nov.22.pp039-40,1979)。
またレーザービームや電子ビームによってアニールする
部分を、全面でなく、予めパターニングした島状領域内
とし、これによって単結晶化された特定の領域内に1つ
の素子を形成する方法(特開昭59−210638号公
報)や、同様に島状領域をレーザーまたは電子ビームア
ニールにより単結晶化し、これを種結晶として結晶成長
させる方法(特公昭60−46074号公報)等が知ら
れている。島状領域を1つの素子領域として単結晶化し
たり、これを種結晶としてエピタキシャル成長するの
は、ビームの掃引方向に沿ってできる粒界を避け、また
単結晶領域を拡大することを目的としている。
2. Description of the Related Art A so-called SOI structure in which an electronic element is formed on a semiconductor thin film on an insulating substrate is expected to be applied to a high-performance element because of advantages such as reduction in parasitic capacitance between elements and between the element and the substrate. ing. However, when the insulating substrate is amorphous, the film deposited on it is usually amorphous or at best a polycrystalline film, which is a major obstacle to improving the performance of the device. Therefore, an attempt has been made to form a device on the non-single crystal film deposited on the insulator substrate by annealing the entire surface with a laser beam or an electron beam to form a single crystal (Electronics, Nov.22.pp039- 40,1979).
In addition, the portion to be annealed by a laser beam or an electron beam is not in the entire surface but in a pre-patterned island-shaped region, and thereby one element is formed in a specific single-crystallized region (JP-A-59-59). No. 210638), and similarly, a method of making an island region into a single crystal by laser or electron beam annealing and growing the crystal as a seed crystal (Japanese Patent Publication No. 60-46074). The purpose of single-crystallizing the island region as one element region or epitaxially growing it as a seed crystal is to avoid grain boundaries formed along the beam sweep direction and to enlarge the single crystal region.

【0003】またエネルギービームを使用せずに、絶縁
基体上に複数の単結晶を成長させるSOI技術の分野に
おいては、例えば表面材料間の核形成密度の差による選
択核形成に基づいた方法が提案されている(T.Yonehara
et al.(1987)Extended Abstracts of the 19th SSDM p
191)。この結晶形成方法を図3を用いて説明する。まず
図3−Aに示すように核形成密度の小さい表面303を
もつ基体301上に、表面303よりも核形成密度の大
きい表面をもつ適宜な直径の領域302,302’を適
当な間隔で配設する。この基体301に所定の結晶形成
処理を施すと、領域302,302’の表面にのみ堆積
物の核304,304’が発生し、表面303の上には
核発生が起こらない(図3−B)。そこで領域302,
302’の表面を核形成面、表面303を非核形成面と
呼ぶ。核形成面302に発生した核304をさらに成長
させれば結晶粒305となり(図3−C)、核形成面3
02の領域を越えて非核形成面303の上にまで成長
し、やがて隣の核形成面302’から成長してきた結晶
粒305’と接して粒界307が形成される。従来、こ
の結晶形成方法においては、核形成面302,302’
に非晶質Si34、非核形成面303にSiO2を用
い、CVD法によってSi単結晶を複数個形成した例
(上記論文参照)、およびSiO2を非核形成面303
とし、収束イオンビームによりSiイオンを非核形成面
303に注入し、核形成面302,302’となる領域
を形成し、CVD法によりSi単結晶を複数個形成した
例(1988年第35回応用物理学関係連合講演会、2
8p−M−9)が報告されている。なお、この結晶成長
法を以後「選択核成長法」と呼ぶ。
In the field of SOI technology for growing a plurality of single crystals on an insulating substrate without using an energy beam, for example, a method based on selective nucleation based on a difference in nucleation density between surface materials is proposed. Has been (T. Yonehara
et al. (1987) Extended Abstracts of the 19th SSDM p
191). This crystal forming method will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3-A, regions 302 and 302 'of appropriate diameter having a surface having a higher nucleation density than the surface 303 are arranged on a substrate 301 having a surface 303 having a low nucleation density at appropriate intervals. Set up. When this substrate 301 is subjected to a predetermined crystal formation treatment, deposit nuclei 304, 304 'are generated only on the surfaces of the regions 302, 302', and no nucleation is generated on the surface 303 (Fig. 3-B). ). So area 302,
The surface of 302 'is called a nucleation surface and the surface 303 is called a non-nucleation surface. When the nuclei 304 generated on the nucleation surface 302 are further grown, they become crystal grains 305 (FIG. 3-C), and the nucleation surface 3
The grain boundary 307 is formed by growing beyond the region 02 to reach the non-nucleation surface 303 and eventually coming into contact with the crystal grain 305 'grown from the adjacent nucleation surface 302'. Conventionally, in this crystal forming method, the nucleation surfaces 302 and 302 ′ are
Amorphous Si 3 N 4 is used for the non-nucleation surface 303, SiO 2 is used for the non-nucleation surface 303, and a plurality of Si single crystals are formed by the CVD method (see the above article), and SiO 2 is used for the non-nucleation surface 303
An example in which Si ions are implanted into the non-nucleation surface 303 by a focused ion beam to form regions to become the nucleation surfaces 302 and 302 ', and a plurality of Si single crystals are formed by the CVD method (1988 th. 35th application Joint Lecture on Physics, 2
8p-M-9) has been reported. This crystal growth method is hereinafter referred to as "selective nucleus growth method".

【0004】また上記結晶成長方法と類似したもので、
選択核形成の代わりに凝集現象を利用して半導体結晶の
種結晶形成を行ない、これを選択的に成長させる技術が
報告されている(1989年第50回応用物理学会学術
講演会、27a−C−11)。この結晶形成方法は、非
単結晶性の半導体薄膜を適宜な直径、間隔で絶縁物基体
上に配設し、この基体を水素雰囲気中で熱処理を施すこ
とにより、非単結晶性半導体膜が凝集を起こし、半球状
に形状を変化させながらその結晶性も単結晶へと変化し
ていくという現象を利用している。そして得られた単結
晶を種結晶として結晶を選択的に成長させる。なお、こ
の結晶成長法を以後「凝集種結晶成長法」と呼ぶ。
Further, it is similar to the above crystal growth method,
A technique for forming a seed crystal of a semiconductor crystal by utilizing an aggregation phenomenon instead of selective nucleation and selectively growing the seed crystal has been reported (1989, 50th Academic Meeting of Applied Physics, 27a-C). -11). In this crystal formation method, a non-single-crystal semiconductor thin film is arranged on an insulator base at an appropriate diameter and at an interval, and this base is subjected to heat treatment in a hydrogen atmosphere, whereby the non-single-crystal semiconductor film is aggregated. And the crystallinity changes to a single crystal while changing the shape into a hemisphere. The obtained single crystal is used as a seed crystal to selectively grow the crystal. Note that this crystal growth method is hereinafter referred to as "aggregated seed crystal growth method".

【0005】[0005]

【発明が解決しようとしている課題】上記のようなSO
I構造の形成方法のうち、最初に挙げたレーザービーム
や電子ビームを用いるものにおいては、アニール領域が
全面であろうとなかろうと、CVDによる結晶成長方法
に比べて生産性の面で著しく劣る。これはCVDによる
結晶成長が通常多数枚の基体(ウェハー)を一括処理で
きるのに対し、エネルギービームを使用するものは基体
1枚ずつしか処理できず、しかも1枚の基体上で収束さ
れたビームをある決められた速度でスキャンしなければ
ならないからである。
[Problems to be Solved by the Invention]
Among the methods of forming the I structure, the first method using a laser beam or an electron beam is significantly inferior to the crystal growth method by CVD in terms of productivity regardless of whether the annealing region is the entire surface. This is because the crystal growth by CVD can usually process a large number of substrates (wafers) at one time, whereas the one using an energy beam can process only one substrate at a time, and a beam converged on one substrate Is required to be scanned at a fixed speed.

【0006】一方、前述のCVDによる結晶成長方法に
おいては、「選択核成長法」では核形成領域の大きさ
が、また「凝集種結晶成長法」では凝集前の非単結晶半
導体薄膜の大きさがそれぞれ均一でない場合、ある点で
結晶が成長しなかったり、またある点では「核」や「種
結晶」が複数個できてしまい、その結果多結晶が成長し
てしまったりする可能性が少なからず存在するという問
題がある。特に基体の面積が大きくなればなる程、島状
にパターニングする際に、形成される島状領域の面積は
露光装置の照度の均一性に依存するために、上記の問題
が大きくなってくる。
On the other hand, in the above-described CVD crystal growth method, the size of the nucleation region is "selected nucleus growth method", and the size of the non-single crystal semiconductor thin film before aggregation is "aggregation seed crystal growth method". If each is not uniform, there is less possibility that the crystal will not grow at a certain point, or that multiple “nuclei” or “seed crystals” will be formed at a certain point, resulting in the growth of a polycrystal. There is a problem that it does not exist. In particular, the larger the area of the substrate, the greater the problem described above, because the area of the island-shaped region formed during island-shaped patterning depends on the uniformity of the illuminance of the exposure apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の結晶の成長方法
は、非晶質絶縁物基体もしくは表面に非晶質絶縁物層を
堆積した基体上に島状の半導体薄膜を設ける工程と、こ
の半導体薄膜をランプ加熱による熱処理によって一旦溶
融し、ついで再結晶化させることにより単一体の単結晶
へ変化させる工程と、生成した単結晶を種結晶として半
導体単結晶を成長させる工程とを具備することを特徴と
する。
The crystal growth method of the present invention comprises a step of forming an island-shaped semiconductor thin film on an amorphous insulator substrate or a substrate having an amorphous insulator layer deposited on the surface thereof, and The method further comprises the steps of once melting the semiconductor thin film by heat treatment by lamp heating and then recrystallizing the semiconductor thin film into a single crystal, and growing the semiconductor single crystal using the generated single crystal as a seed crystal. Is characterized by.

【0008】すなわち本発明は、絶縁物基体上に決めら
れた範囲内の大きさを有する島状の非単結晶半導体薄膜
をパターニングし、この半導体薄膜をランプ加熱による
一括処理によって一旦溶融し、再結晶させたときに得ら
れる単結晶を種結晶として結晶を成長させることを特徴
とする。この方法によれば、レーザー等のビームアニー
ルを使用しないので、高い生産性が達成できる。また溶
融と固化という2つの単純な系での操作なので、最初に
パターニングする島状半導体膜の面積の「バラツキ」に
対する依存性も極めて少なく、安定して結晶が得られ
る。
That is, according to the present invention, an island-shaped non-single-crystal semiconductor thin film having a size within a predetermined range is patterned on an insulating substrate, the semiconductor thin film is once melted by a batch treatment by lamp heating, and then re-formed. It is characterized in that a single crystal obtained when crystallized is used as a seed crystal to grow the crystal. According to this method, since beam annealing such as laser is not used, high productivity can be achieved. Further, since the operation is performed by two simple systems of melting and solidifying, the dependence on the "variation" of the area of the island-shaped semiconductor film to be patterned first is extremely small, and a crystal can be stably obtained.

【0009】つぎに本発明の好ましい実施態様を図1に
もとづいて説明する。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0010】A.表面に核形成密度の小さい非核形成面
103を有する基体101上にシリコン膜102を堆積
する。この際、まず非核形成面を有する基体101とし
ては、石英基体、その他のセラミックス等の任意基体、
もしくはこれらの基体表面に常圧CVD、減圧CVD、
プラズマCVD、スパッタ等の方法でSiOx、または
SiNyを主成分とする膜を堆積したものなどが使用で
きる。基体101は、シリコンの融点よりも高い融点を
有する材料であることが好ましいが、基体101が透明
基体である場合、基体自体は可視または赤外光を吸収し
ないで、シリコン膜のみが光を吸収して加熱されるの
で、シリコンより融点が低い材料を用いてもよい場合
(シリコンの溶融を数秒〜数十秒で行なう場合)があ
る。基体101上に堆積するシリコン膜102は、減圧
CVD、プラズマCVD、スパッタ等で堆積すればよ
い。膜質は多結晶であっても非晶質であっても構わな
い。膜厚は0.05μm以上、2μm以下が好ましく、
より好ましくは0.1μm以上、1μm以下である。そ
の理由としては、シリコン膜102が0.05μmより
薄いと、溶融したシリコンの表面張力によりシリコンが
分断してしまい、また2μmよりも厚いと、溶融状態か
ら固化する際に複数箇所から結晶化が始まり、得られる
種結晶の内部に粒界が生じてしまう、即ち多結晶になっ
てしまう可能性が大きくなる、ということが挙げられ
る。最適な膜厚は0.5μm前後である。
A. A silicon film 102 is deposited on a substrate 101 having a non-nucleated surface 103 having a low nucleation density on its surface. At this time, first, as the substrate 101 having a non-nucleation surface, a quartz substrate, any other substrate such as ceramics,
Alternatively, atmospheric pressure CVD, low pressure CVD,
It is possible to use a film in which a film containing SiO x or SiN y as a main component is deposited by a method such as plasma CVD or sputtering. The base 101 is preferably a material having a melting point higher than that of silicon. However, when the base 101 is a transparent base, the base itself does not absorb visible or infrared light, and only the silicon film absorbs light. In some cases, a material having a melting point lower than that of silicon may be used because it is heated (the melting of silicon is performed in several seconds to several tens of seconds). The silicon film 102 deposited on the substrate 101 may be deposited by low pressure CVD, plasma CVD, sputtering or the like. The film quality may be polycrystalline or amorphous. The film thickness is preferably 0.05 μm or more and 2 μm or less,
More preferably, it is 0.1 μm or more and 1 μm or less. The reason for this is that if the silicon film 102 is thinner than 0.05 μm, the silicon is divided by the surface tension of the molten silicon, and if it is thicker than 2 μm, crystallization occurs from a plurality of points when solidifying from the molten state. First, there is a possibility that a grain boundary will be generated inside the obtained seed crystal, that is, the possibility of becoming a polycrystal becomes large. The optimum film thickness is around 0.5 μm.

【0011】B.通常のフォトリソグラフィーおよびエ
ッチング技術を用いて、堆積したシリコン膜102を、
適宜な間隔をもって島状にパターニングして島状領域1
02a,102bを形成する。この島状領域は、一辺が
5μm以下の矩形、もしくはこれに相当する面積の多角
形または円形のものである。これは、面積がこれより大
きいと、膜厚が厚い場合と同様に複数箇所から結晶化が
始まり、種結晶が多結晶化してしまうからである。島状
領域の面積の下限は特に決められるものではないが、通
常の露光装置で安定的に得られる島状パターンの大きさ
として、一辺が0.5μm程度以上が好ましい。露光装
置の「照度ムラ」やその他の不確定要因を考慮に入れる
ならば、より好ましくは一辺が2μm以上4μm以下の
大きさとなる。
B. Using the usual photolithography and etching techniques, the deposited silicon film 102 is
Island-shaped region 1 by patterning into islands at appropriate intervals
02a and 102b are formed. The island region is a rectangle with one side of 5 μm or less, or a polygon or a circle having an area corresponding to the rectangle. This is because if the area is larger than this, crystallization will start at a plurality of locations as in the case where the film thickness is thick, and the seed crystal will become polycrystal. The lower limit of the area of the island-shaped region is not particularly limited, but the size of the island-shaped pattern that can be stably obtained by a normal exposure apparatus is preferably about 0.5 μm or more per side. Considering "illuminance unevenness" of the exposure apparatus and other uncertain factors, the size of one side is more preferably 2 μm or more and 4 μm or less.

【0012】因みにレーザービームや電子ビームにより
アニールする場合は、ビームをスキャンしながらアニー
ルするので、島状領域の大きさは5μm以上でもよいこ
とになる。またランプ加熱による一括処理の場合は、島
状領域の大きさが重要なパラメータになる。
Incidentally, when annealing with a laser beam or an electron beam, since the annealing is performed while scanning the beam, the size of the island region may be 5 μm or more. Also, in the case of batch processing by lamp heating, the size of the island region is an important parameter.

【0013】C.島状にパターニングされたシリコン膜
をランプ加熱でアニールする前に、通常の場合シリコン
膜上に保護層106を堆積する。保護層106がない
と、融解したシリコンが一部蒸発してしまったり、流動
したりまたは飛び散ったりすることがある。保護層10
6の材質はSiO2が最も好ましく、他にはSiO2層の
上にSi34層がある2層構造のものなども良好に使用
できる。保護層106の厚さは0.2〜1μm程度でよ
い。また予め保護層を施さなくても、加熱処理を酸素雰
囲気中で行なうと、半導体膜102の表面にSiO2
が形成されながらアニールされるので、これが保護層の
役割を十分に果たす。
C. Before annealing the island-shaped patterned silicon film by lamp heating, a protective layer 106 is usually deposited on the silicon film. Without the protective layer 106, the melted silicon may partially evaporate, flow, or scatter. Protective layer 10
The material of No. 6 is most preferably SiO 2 , and other materials such as a two-layer structure having a Si 3 N 4 layer on the SiO 2 layer can also be used favorably. The protective layer 106 may have a thickness of about 0.2 to 1 μm. Further, even if the protective layer is not applied in advance, if the heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, the SiO 2 layer is annealed while being formed on the surface of the semiconductor film 102, so that this fully fulfills the role of the protective layer.

【0014】D.上記基体をランプ加熱装置によって熱
処理を行ない、基体上のシリコン膜102からなる島状
領域102a,102bを溶融し、再び結晶化して単一
の単結晶シリコン104a,104bを得る。通常、薄
膜を熱処理する場合には、基体からの熱伝導によってな
されることが多いが、基体が透明基体の場合には、基体
が光を吸収しないために温度が上がらず、従って薄膜の
アニール効果が得られないこともある。そのような場合
には、シリコン膜の膜厚を大きくすることにより膜自体
の光吸収量を大きく取り、アニール効果を上げることも
できる。また基体をSiC等の光吸収量の大きいサセプ
ターの上に接触させて置き、サセプターからの熱伝導に
よってシリコン膜をアニールすることもできる。
D. The substrate is heat-treated by a lamp heating device to melt the island-shaped regions 102a and 102b made of the silicon film 102 on the substrate and crystallize again to obtain single single crystal silicon 104a and 104b. Usually, when heat-treating a thin film, it is often done by heat conduction from the substrate, but when the substrate is a transparent substrate, the temperature does not rise because the substrate does not absorb light, so the annealing effect of the thin film May not be obtained. In such a case, by increasing the film thickness of the silicon film, the amount of light absorption of the film itself can be increased to improve the annealing effect. Alternatively, the substrate may be placed in contact with a susceptor having a large light absorption amount such as SiC, and the silicon film may be annealed by heat conduction from the susceptor.

【0015】単結晶化したシリコン104a,104b
は、溶融していたときに、その表面張力により外形を多
少変化させる場合があるが、結晶成長の種結晶として用
いるのに何ら支障は無い。
Single crystallized silicon 104a, 104b
When melted, its outer shape may be slightly changed by its surface tension, but there is no problem in using it as a seed crystal for crystal growth.

【0016】E.保護層106がある場合には、これを
エッチングして、種結晶としてのシリコン104a,1
04bを露出させた後に、通常のエピタキシャル装置等
によりシリコン単結晶105a,105bの選択成長を
行なう。保護層106がSiO2であれば、フッ酸系の
エッチング液でエッチングできる。シリコンの単結晶成
長はCVD法で行なうが、ソースガスとしてSiC
4,SiHCl3,SiH2,Cl2等のクロロシラン
系、SiF4,SiH22等のフロロシラン系、Si
4,Si26等のシラン系が使用できる。選択成長を
行なうのでHCl等のエッチングガスを添加し、H2
スをキャリアとして成長させる。成長温度は900〜1
200℃、成長圧力は数Torr〜250Torr程度
の範囲内で行なうのが好ましい。
E. If there is a protective layer 106, it is etched to form silicon 104a, 1 as a seed crystal.
After exposing 04b, selective growth of the silicon single crystals 105a and 105b is performed by a normal epitaxial device or the like. If the protective layer 106 is SiO 2, it can be etched with a hydrofluoric acid-based etching solution. Single crystal growth of silicon is performed by the CVD method, but SiC is used as a source gas.
chlorosilanes such as l 4 , SiHCl 3 , SiH 2 and Cl 2 , fluorosilanes such as SiF 4 and SiH 2 F 2 , Si
Silane-based materials such as H 4 and Si 2 H 6 can be used. Since selective growth is performed, an etching gas such as HCl is added, and growth is performed using H 2 gas as a carrier. Growth temperature is 900-1
It is preferable to carry out the growth at 200 ° C. and the growth pressure within the range of several Torr to 250 Torr.

【0017】なお、結晶は単結晶特有のファセットをも
って3次元的に成長するので、素子を形成するためには
結晶を平坦化する必要がある。
Since crystals grow three-dimensionally with facets peculiar to single crystals, it is necessary to flatten the crystals in order to form an element.

【0018】[第1実施例]図1を用いて第1実施例に
ついて説明する。
[First Embodiment] The first embodiment will be described with reference to FIG.

【0019】1.図1−Aに示す基体101として、4
インチ径の溶融石英基体を用いた。この基体(非核形成
面)101上に、減圧CVD法により多結晶Si膜10
2を0.5μm堆積した。堆積条件はSiH4ガスを用
い、温度620℃、流量50[sccm]、圧力0.3
Torrで、50分間の堆積を行なった。
1. As the base body 101 shown in FIG.
An inch diameter fused silica substrate was used. A polycrystalline Si film 10 is formed on this substrate (non-nucleation surface) 101 by a low pressure CVD method.
2 was deposited to 0.5 μm. The deposition conditions are SiH 4 gas, temperature 620 ° C., flow rate 50 [sccm], pressure 0.3.
Deposition was performed for 50 minutes at Torr.

【0020】2.図1−Bに示すように、堆積した多結
晶シリコン膜102を島状にパターニングし、他をエッ
チングした。島状領域102a,102bの大きさは直
径3μmの円形とし、50μmの間隔をもって正方マト
リックス点上に配設した。
2. As shown in FIG. 1-B, the deposited polycrystalline silicon film 102 was patterned into an island shape, and the others were etched. The size of the island regions 102a and 102b was a circle having a diameter of 3 μm, and the island regions 102a and 102b were arranged on the square matrix points at intervals of 50 μm.

【0021】3.多結晶シリコン膜からなる島状領域1
02a,102bを含む基体101上に、常圧CVDを
用いてSiO2の保護層106を0.5μm堆積した
(図1−C)。
3. Island-shaped region 1 made of polycrystalline silicon film
A SiO 2 protective layer 106 of 0.5 μm was deposited on the substrate 101 including 02a and 102b by atmospheric pressure CVD (FIG. 1-C).

【0022】4.ついで基体をラピッド・サーマル・ア
ニーラー(急速熱処理装置)にセットして熱処理を行な
い、島状領域102a,102bを溶融した。このとき
SiCでできたサセプター上に基体を置き、サセプター
温度1480℃で3分間の処理を行なった。基体は熱処
理後約30秒程で室温まで冷却され、図1−Dに示すよ
うな単一の単結晶シリコン104a,104bが得られ
た。
4. Then, the substrate was set in a rapid thermal annealer (rapid heat treatment apparatus) and heat-treated to melt the island regions 102a and 102b. At this time, the substrate was placed on a susceptor made of SiC and treated at a susceptor temperature of 1480 ° C. for 3 minutes. The substrate was cooled to room temperature in about 30 seconds after the heat treatment, and single monocrystalline silicon 104a and 104b as shown in FIG. 1-D were obtained.

【0023】5.バッファードフッ酸を用いて保護層1
06を除去した後、エピタキシャル反応炉内に基体をセ
ットし、種結晶シリコン104a,104bを中心にシ
リコンの単結晶を成長させた。成長条件は次のとおりで
あった。
5. Protective layer 1 using buffered hydrofluoric acid
After removing 06, the substrate was set in the epitaxial reaction furnace, and a single crystal of silicon was grown centering on the seed crystal silicons 104a and 104b. The growth conditions were as follows.

【0024】ソースガス/エッチングガス/キャリアガ
ス :SiH2Cl2/HCl/H2 ガス流量:0.53/1.80/100(l/mi
n.) 堆積温度:1030℃ 堆積圧力:80Torr 堆積時間:45min この結果、図1−Eに示すように、シリコン単結晶10
5aが種結晶シリコン104aを中心に成長し、隣り合
う種結晶シリコン104bから成長してきたシリコン単
結晶105bと衝突して粒界107を生じた。そしてシ
リコン単結晶105a,105b上に素子を形成するた
めに、結晶上部を通常のシリコンウェハーの鏡面研磨技
術を応用して平坦化したところ、一辺が50μmの正方
形の単結晶領域がマトリックス状に得られた。
Source gas / etching gas / carrier gas: SiH 2 Cl 2 / HCl / H 2 gas flow rate: 0.53 / 1.80 / 100 (l / mi
n. ) Deposition temperature: 1030 ° C. Deposition pressure: 80 Torr Deposition time: 45 min As a result, as shown in FIG.
5a grew centering on the seed crystal silicon 104a and collided with the silicon single crystal 105b grown from the adjacent seed crystal silicon 104b to generate a grain boundary 107. Then, in order to form an element on the silicon single crystals 105a and 105b, the upper part of the crystal was flattened by applying a normal mirror polishing technique of a silicon wafer, and a square single crystal region with a side of 50 μm was obtained in a matrix. Was given.

【0025】[第2実施例]図1を用いて第2実施例に
ついて説明する。
[Second Embodiment] A second embodiment will be described with reference to FIG.

【0026】1.図1−Aに示す基体101として、4
インチ径の溶融石英基体を用いた。この基体101の非
核形成面上に減圧CVD法により多結晶シリコン膜10
2を1μm堆積した。堆積条件はSiH4ガスを用い、
温度620℃、流量50[sccm]、圧力0.3To
rrで、100分間堆積を行なった。
1. As the base body 101 shown in FIG.
An inch diameter fused silica substrate was used. The polycrystalline silicon film 10 is formed on the non-nucleation surface of the base 101 by the low pressure CVD method.
2 was deposited to 1 μm. SiH 4 gas was used as the deposition condition,
Temperature 620 ° C, flow rate 50 [sccm], pressure 0.3To
Deposition was carried out for 100 minutes at rr.

【0027】2.図1−Bに示すように、堆積した多結
晶シリコン膜102を島状にパターニングし、他をエッ
チングして島状領域102a,102bを形成した。島
状領域の大きさは一辺が4μmの正方形とし、50μm
の間隔をもって正方マトリックス点上に配設した。
2. As shown in FIG. 1B, the deposited polycrystalline silicon film 102 was patterned into an island shape, and the others were etched to form island areas 102a and 102b. The size of the island area is a square with 4 μm on each side and 50 μm
They were arranged on square matrix points at intervals of.

【0028】3.上記基体をラピッド・サーマル・アニ
ーラー(急速熱処理装置)にセットして熱処理を行な
い、島状領域102a,102bを溶融した。このとき
熱処理は酸素雰囲気中で行なった。サセプタは特殊なも
のでなく、通常の石英冶具のものを用いた。熱処理の温
度はSiC基体を置いた場合に基体温度が1550℃に
なる時と同じパワーで5分間の処理を行なった。このと
き島状領域の表面にはSiO2膜が形成され、これが保
護層106の役割を果たした。基体は熱処理後、約30
秒で室温まで冷却され、図1−Dに示すような単一の単
結晶シリコン104a,104bが得られた。
3. The above substrate was set in a rapid thermal annealer (rapid heat treatment apparatus) and heat treatment was performed to melt the island regions 102a and 102b. At this time, the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere. The susceptor used was not a special one but a normal quartz jig. The heat treatment was carried out for 5 minutes with the same power as when the substrate temperature reached 1550 ° C. when the SiC substrate was placed. At this time, a SiO 2 film was formed on the surface of the island-shaped region, and this played the role of the protective layer 106. Substrate is about 30 after heat treatment
After cooling to room temperature in seconds, the single crystal silicons 104a and 104b as shown in FIG. 1-D were obtained.

【0029】4.その後、第1実施例と全く同様に結晶
成長を行ない、第1実施例と同じ結果を得た。
4. After that, crystal growth was performed in exactly the same manner as in the first embodiment, and the same result as in the first embodiment was obtained.

【0030】[第3実施例]図2を用いて第3実施例に
ついて説明する。
[Third Embodiment] The third embodiment will be described with reference to FIG.

【0031】1.図2−Aに示す基体201として、4
インチ径のシリコン基体を用い、表面の非核形成面とし
て基体203の表面を0.5μm酸化したものを用い
た。この基体203の非核形成面上に減圧CVD法によ
り多結晶シリコン膜202を0.2μm堆積した。堆積
条件はSiH4ガスを用い、温度620℃、流量50
[sccm]、圧力0.3Torrで、20分間の堆積
を行なった。
1. As the base body 201 shown in FIG.
An inch diameter silicon substrate was used, and the surface of the substrate 203 was oxidized by 0.5 μm as the non-nucleation surface. A polycrystalline silicon film 202 of 0.2 μm was deposited on the non-nucleation surface of this substrate 203 by a low pressure CVD method. The deposition conditions were SiH 4 gas, temperature 620 ° C., flow rate 50.
Deposition was performed at [sccm] and a pressure of 0.3 Torr for 20 minutes.

【0032】2.堆積した多結晶シリコン膜202に、
ゲルマニウムイオン208をイオン注入装置を用いてド
ーピングした(図2−B)。イオンのドーズ量は2×1
16cm-2とした。
2. On the deposited polycrystalline silicon film 202,
Germanium ions 208 were doped using an ion implanter (FIG. 2-B). Ion dose is 2 × 1
It was set to 0 16 cm -2 .

【0033】3.ゲルマニウムをドーピングしたシリコ
ン膜202を、図2−Cに示すような島状にパターニン
グして他をエッチングして島状領域202a,202b
を形成した。このとき島状領域の大きさは一辺が4μm
の正方形で、間隔を50μmのマトリックス状に配設し
た。
3. The germanium-doped silicon film 202 is patterned into an island shape as shown in FIG. 2C and the others are etched to form island areas 202a and 202b.
Was formed. At this time, the size of the island region is 4 μm on each side.
The squares were arranged in a matrix with a spacing of 50 μm.

【0034】4.図2−Dに示すように島状領域202
a,202bがパターニングされた基体上に、SiO2
膜からなる保護層206を常圧CVD装置を用いて0.
5μm堆積した。さらに同基体を第1実施例で用いた熱
処理装置にセットし、基体温度1350℃で7分間アニ
ールした。この結果、シリコン基体201は何の変化も
なく、ゲルマニウムをドーピングしたシリコン膜202
のみが溶融した。熱処理後基体は30秒で室温まで冷却
され、単結晶シリコン204a,204bを得た。
4. As shown in FIG. 2-D, the island-shaped region 202
a, 202b on the patterned substrate, SiO 2
The protective layer 206 made of a film was formed by using an atmospheric pressure CVD apparatus.
5 μm was deposited. Further, the same substrate was set in the heat treatment apparatus used in the first embodiment and annealed at a substrate temperature of 1350 ° C. for 7 minutes. As a result, the silicon substrate 201 does not change at all, and the germanium-doped silicon film 202 is formed.
Only melted. After the heat treatment, the substrate was cooled to room temperature in 30 seconds to obtain single crystal silicon 204a, 204b.

【0035】5.その後、第1実施例と全く同様に結晶
成長を行ない、シリコン単結晶205aが種結晶である
島状領域204aを中心に成長し、隣り合う種結晶20
4bから成長してきたシリコン単結晶205bと衝突し
て粒界207を生じた(図2−E)。この結晶は第1実
施例と同じ結果を示した。
5. After that, crystal growth is performed in exactly the same manner as in the first embodiment, the silicon single crystal 205a grows around the island-shaped region 204a which is a seed crystal, and the adjacent seed crystal 20 is grown.
Collisions with the silicon single crystal 205b grown from 4b produced grain boundaries 207 (FIG. 2-E). This crystal showed the same result as the first embodiment.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、絶縁物基体上にパ
ターニングされた島状の非単結晶シリコン薄膜をランプ
加熱により短時間に一括で熱処理して一旦溶融し、この
島状シリコンを再結晶させるときに単結晶化し、これを
種結晶として単結晶シリコンを成長させることによっ
て、従来レーザーや電子ビームを用いて種結晶を形成し
たり、またアニールした領域に直接素子を作成するよう
な方法に比べて、素子性能を低下させることなしに格段
に生産性を向上することができる。また非晶質絶縁基体
上の任意の位置から結晶核を発生させる「選択核成長
法」や、非晶質絶縁基体上の微細な島状非単結晶シリコ
ンを凝集現象を利用して単結晶化してこれを種結晶とす
る「凝集種結晶成長法」に比べて、本発明方法によれ
ば、は堆積の大きな種結晶を形成できるので、より安定
的な結晶成長ができる。
As described above, the island-shaped non-single-crystal silicon thin film patterned on the insulating substrate is heat-treated in a batch for a short time by lamp heating to once melt, and the island-shaped silicon is recrystallized. It is possible to form a seed crystal by using a conventional laser or electron beam, or to directly create an element in the annealed region by growing the single crystal silicon using this as a seed crystal. In comparison, the productivity can be significantly improved without lowering the device performance. In addition, the "selective nucleus growth method" is used to generate crystal nuclei from an arbitrary position on the amorphous insulating substrate, or the fine island-shaped non-single-crystal silicon on the amorphous insulating substrate is made into single crystals by utilizing the agglomeration phenomenon. According to the method of the present invention, a seed crystal having a large deposition can be formed, so that more stable crystal growth can be performed, as compared with the "aggregated seed crystal growth method" in which this is used as a seed crystal.

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

【図1】本発明の第1、第2実施例における結晶成長の
工程図。
FIG. 1 is a process drawing of crystal growth in the first and second embodiments of the present invention.

【図2】本発明の第3実施例における結晶成長の工程
図。
FIG. 2 is a process drawing of crystal growth in a third embodiment of the present invention.

【図3】従来の選択核成長法による結晶成長法の説明
図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a crystal growth method by a conventional selective nucleus growth method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201 基体 102,202 多結晶シリコン膜 102a,202a 島状領域 102b,202b 島状領域 103,203 非核形成面 104a,204a 単結晶シリコン 104b,204b 単結晶シリコン 105,205 シリコン単結晶 106,206 保護層 107,207 結晶粒界 101, 201 base 102,202 Polycrystalline silicon film 102a, 202a island region 102b, 202b island region 103,203 Non-nucleation surface 104a, 204a Single crystal silicon 104b, 204b Single crystal silicon 105,205 Silicon single crystal 106,206 protective layer 107,207 grain boundaries

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非晶質絶縁物基体もしくは表面に非晶質
絶縁物層を堆積した基体上に島状の半導体薄膜を設ける
工程と、この半導体薄膜をランプ加熱による熱処理によ
って一旦溶融し、ついで再結晶化させることにより単一
体の単結晶へ変化させる工程と、生成した単結晶を種結
晶として半導体単結晶を成長させる工程とを具備するこ
とを特徴とする結晶の成長方法。
1. A step of providing an island-shaped semiconductor thin film on an amorphous insulating substrate or a substrate having an amorphous insulating layer deposited on the surface, and the semiconductor thin film is once melted by heat treatment by lamp heating, and then, A method of growing a crystal, comprising: a step of converting the single crystal into a single crystal by recrystallization; and a step of growing a semiconductor single crystal using the generated single crystal as a seed crystal.
【請求項2】 前記島状半導体薄膜が、シリコンを主成
分とする非単結晶膜である請求項1記載の結晶の成長方
法。
2. The method for growing a crystal according to claim 1, wherein the island-shaped semiconductor thin film is a non-single-crystal film containing silicon as a main component.
【請求項3】 前記島状半導体薄膜が、一辺5μm以下
の矩形、もしくはこれに相当する面積の多角形または円
形をなしている請求項1記載の結晶の成長方法。
3. The method for growing a crystal according to claim 1, wherein the island-shaped semiconductor thin film has a rectangular shape with a side of 5 μm or less, or a polygonal shape or a circular shape having an area corresponding thereto.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5893948A (en) * 1996-04-05 1999-04-13 Xerox Corporation Method for forming single silicon crystals using nucleation sites
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