JPH07187891A - Crystal silicon thin film and its production - Google Patents

Crystal silicon thin film and its production

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JPH07187891A
JPH07187891A JP33484893A JP33484893A JPH07187891A JP H07187891 A JPH07187891 A JP H07187891A JP 33484893 A JP33484893 A JP 33484893A JP 33484893 A JP33484893 A JP 33484893A JP H07187891 A JPH07187891 A JP H07187891A
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JP
Japan
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silicon
fibers
thin film
fiber
substrate
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JP33484893A
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Japanese (ja)
Inventor
Arata Sakaguchi
新 阪口
Toru Yamada
透 山田
Shiyouichirou Aiga
頌一郎 相賀
Hide Arai
秀 荒井
Jun Ozaki
純 尾崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To grow crystal thin films having good quality to a large area on a foreign matter type substrate by arranging heat resistant fibers coated with silicon on the heat resistant substrate and recrystallizing the coating silicon while moving the fibers in a melting zone. CONSTITUTION:First, the heat resistant fibers 1 are passed in a reaction chamber 2 and the silicon layers 3 are formed by a CVD method, etc., thereon in order to form the silicon 3 around the heat resistant fiber 1. The fibers are taken up on a drum 4 where the fibers emerge from this reaction chamber 2. The fibers coated with the silicon are thus continuously produced. The fibers 6 coated with the silicon are arrayed on, for example, the insulating substrate 8 and a straight heater 7 is arranged perpendicularly in the axial direction of the fibers 7 in order to convert the silicon to the crystal thin films. The silicon is then melted and recrystallized gradually from one end of the fiber array. The ends where the melting and recrystallization begin are formed as fine crystals. The crystals having the same crystal direction (100) are selected and are made into single crystals owing to the restriction in the growth direction in the recrystallization by the small spaces made among the arranged fibers.

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、半導体シリコンの結晶
薄膜及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystalline thin film of semiconductor silicon and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に基板の上に結晶シリコン薄膜、特
に単結晶薄膜を成長させる方法としては、単結晶シリコ
ン基板上にその軸方位を同じくして成長させるエピタキ
シャル法が行われている。しかし、同法では基板を単結
晶シリコンとしなければならず高価であり、また単結晶
シリコン以外の基板上にシリコン単結晶薄膜を成長させ
ることは殆ど不可能であるため、半導体デバイス等の作
成上、種々の制約を受けてしまう。
2. Description of the Related Art Generally, as a method for growing a crystalline silicon thin film, particularly a single crystalline thin film on a substrate, an epitaxial method is used in which the same axial orientation is grown on the single crystalline silicon substrate. However, with this method, the substrate must be made of single-crystal silicon, which is expensive, and it is almost impossible to grow a silicon single-crystal thin film on a substrate other than single-crystal silicon. , Are subject to various restrictions.

【0003】そこで、異物質基板上にシリコン結晶薄
膜、特に単結晶薄膜を成長させる技術としてグラフォエ
ピタキシ(grapho-epitaxy)やZMR法(線状加熱形帯
域溶融再結晶化法)が研究されている。(産業図書
(株) SOI構造形成技術11頁〜34頁参照)しかし、
グラフォエピタキシでは基板上に人工的に規則正しい溝
(グレーティング)を形成しなければならず、レーザー
光により再結晶化させるため基板を損傷し易い上、成長
したシリコン薄膜はモザイク状の多結晶しか得られてい
ない。一方ZMR法においても、成長単結晶薄膜にマイ
クロクラックが発生したり、粒界や転位を有するため、
極く小面積(250 × 500μm2 以下)の膜を島状にしか
作成できないという欠点がある。
Therefore, as a technique for growing a silicon crystal thin film, particularly a single crystal thin film on a substrate of a different material, grapho-epitaxy and ZMR method (linear heating zone melting recrystallization method) have been studied. There is. (See Sangyo Tosho Co., Ltd., SOI structure formation technology, pages 11 to 34)
In graphoepitaxy, it is necessary to artificially form regular grooves (gratings) on the substrate, and the substrate is easily damaged because it is recrystallized by laser light, and the grown silicon thin film only obtains mosaic-like polycrystals. Has not been done. On the other hand, also in the ZMR method, since microcracks are generated in the grown single crystal thin film and grain boundaries and dislocations are present,
There is a drawback that a film having an extremely small area (250 × 500 µm 2 or less) can be formed only in an island shape.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、異物質基板
(基板がシリコンであっても、その表層がシリコン以外
の物質となっている場合を含む)上に、良質の結晶薄膜
を大面積に成長させることを目的とするものである。
The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by using a foreign substance substrate (even if the substrate is silicon, its surface layer is a substance other than silicon). In addition, the purpose is to grow a good quality thin crystal film over a large area.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱性ファイ
バーの周囲にシリコン膜を形成する工程と、これを耐熱
性基板上に配列して、被覆されたシリコンを溶融再結晶
化する工程よりなる。また、さらには必要に応じ成長薄
膜の表面をエッチングや研磨する工程を加える。
The present invention comprises a step of forming a silicon film around a heat resistant fiber and a step of arranging the silicon film on a heat resistant substrate and melting and recrystallizing the coated silicon. Become. Further, if necessary, a step of etching or polishing the surface of the grown thin film is added.

【0006】以下、図によって本発明の一実施態様を説
明する。まず、耐熱性ファイバー1の周囲にシリコン3
を形成するには、たとえば図1に示すように、耐熱性フ
ァイバー1を反応室2の中を通し、CVD法等の一般の
方法によりシリコン層3を形成する。反応室2を出たと
ころでドラム4に巻きとれば連続的に製造することがで
きる。また、耐熱性ファイバーをシリコン融液に浸して
引き出すことによってシリコン層を被覆してもよい。耐
熱性ファイバーの径は細すぎると生産性が低下し、太す
ぎると次の工程で利用する耐熱性ファイバー間の空間が
大きくなり良質の結晶、特に単結晶が得られなくなるの
で、30から300μmの範囲が好ましい。被覆するシリコ
ンの厚さと、耐熱性ファイバーの径を調整することによ
って生成シリコン結晶薄膜の厚さを調整することが出来
る。この場合、耐熱性ファイバ−としては種々のものを
用いることが出来るが、不純物汚染を防止する必要があ
るときはガラスファイバ−が良く、特に石英ガラスファ
イバ−が好ましい。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the silicon 3 around the heat resistant fiber 1
For example, as shown in FIG. 1, the heat resistant fiber 1 is passed through the reaction chamber 2 and the silicon layer 3 is formed by a general method such as a CVD method. If it is wound around the drum 4 when it leaves the reaction chamber 2, it can be continuously manufactured. Alternatively, the silicon layer may be coated by immersing the heat resistant fiber in a silicon melt and pulling it out. If the diameter of the heat-resistant fiber is too thin, the productivity will decrease, and if it is too thick, the space between the heat-resistant fibers used in the next step will become large and it will not be possible to obtain good quality crystals, especially single crystals. Ranges are preferred. The thickness of the produced silicon crystal thin film can be adjusted by adjusting the thickness of the silicon to be coated and the diameter of the heat resistant fiber. In this case, various types of heat resistant fibers can be used, but when it is necessary to prevent contamination of impurities, glass fibers are preferable, and silica glass fibers are particularly preferable.

【0007】これを結晶薄膜にするには、例えば図2に
示すように、絶縁性基板8の上にシリコンで被覆された
ファイバー6を並べ、ついで直線状のヒーター7をファ
イバーの軸方向に垂直に配置してファイバー列の一端か
ら徐々に溶融再結晶化させる。溶融再結晶を開始した端
部は微細な結晶となるが、配列したファイバー間にでき
る小さな空間のため、再結晶化における成長方向の制約
のために次第に同一の結晶方位(100) を持つものが選択
されて単結晶となる。
In order to make this into a crystal thin film, for example, as shown in FIG. 2, fibers 6 coated with silicon are arranged on an insulating substrate 8, and then a linear heater 7 is perpendicular to the axial direction of the fibers. And gradually melt and recrystallize from one end of the fiber array. The end where melt recrystallization starts is a fine crystal, but due to the small space created between the arranged fibers, those with the same crystal orientation (100) gradually become due to the restriction of the growth direction in recrystallization. A single crystal is selected.

【0008】この場合、ファイバー端を開放系とすれば
シリコンとファイバー材質の比重によって生成薄膜とフ
ァイバーの断面内での上下関係が決まる。即ち、単結晶
シリコン薄膜を成長させた後、ファイバーを除去する必
要がある場合は、シリコンより比重の小さいファイバー
を用いる。ガラスファイバーはシリコンより比重が小さ
いため、ファイバー端を開放系とし薄膜を成長させると
表面に浮いた形となる。膜成長後、ファイバーの除去に
は、ファイバーのみを溶かす酸でエッチングすればよ
い。ガラスファイバーであればフッ酸でエッチングする
ことが出来る。一方、ファイバーが薄膜中に埋め込まれ
たりして残存してもよい場合(たとえば、太陽電池用の
シリコン薄膜)は、ファイバー端を予め溶着等して固定
しておけば、膜厚を厚くしても緻密でマイクロクラック
等のない単結晶を大面積に得られ易い。
In this case, if the fiber end is an open system, the specific relationship between the silicon and the fiber material determines the vertical relationship in the cross section of the produced thin film and the fiber. That is, when it is necessary to remove the fiber after growing the single crystal silicon thin film, a fiber having a smaller specific gravity than silicon is used. Since the specific gravity of glass fiber is smaller than that of silicon, when the fiber end is made open and a thin film is grown, it will float on the surface. After the film growth, the fibers can be removed by etching with an acid that dissolves only the fibers. Glass fibers can be etched with hydrofluoric acid. On the other hand, if the fiber may be embedded in the thin film and remain (for example, a silicon thin film for solar cells), the fiber end may be thickened by fixing the fiber end in advance by welding or the like. It is easy to obtain a single crystal that is dense and has no microcracks in a large area.

【0009】得られた結晶シリコン薄膜は、目的に応じ
そのまま使用してもよいし、表面をエッチング処理して
もよい。更に、半導体デバイスに用い得るように表面を
基板とともに一般の方法に従って鏡面研磨して用いても
よい。この場合は、用いる基板も平担度の高いものを使
用しなければならない。
The obtained crystalline silicon thin film may be used as it is or may be surface-etched depending on the purpose. Furthermore, the surface may be mirror-polished and used according to a general method together with the substrate so that it can be used for a semiconductor device. In this case, the substrate used must have a high flatness.

【0010】[0010]

【実施例】直径 125μm、長さ10mのガラスファイバー
を石英棒を四角く組んだフレームに互いに重なったり交
差しないよう巻き付け、減圧反応炉内に設置し、シラン
ガス雰囲気 100Pa、 650℃で12時間処理してガラスファ
イバーの表面にシリコンを析出させた。析出したシリコ
ンは厚さが14μm、粒径が10μm程度のポリシリコンで
あった。これを5cmごとに切断して 120本用意し、石英
ガラス基板(鏡面研磨に用いられる平担度の高いもの)
上に2cm×5cmの領域に平行に配列した。これを真空炉
内に入れ、棒状のヒーターでファイバーの端部が成す辺
のシリコンを溶融し、毎分 0.2cmの速さでヒーターをフ
ァイバーの軸方向に移動させながら順に溶融再結晶化を
行なったところ、溶融再結晶化を開始した辺から約17mm
の所から以降は単結晶となった。即ち、石英板の上に約
3cm×2cmという大面積のシリコン単結晶薄膜を得る事
が出来た。
[Examples] Glass fibers having a diameter of 125 μm and a length of 10 m were wrapped around a frame made of square quartz rods so as not to overlap or intersect each other, placed in a vacuum reactor, and treated for 12 hours at 650 ° C. in a silane gas atmosphere of 100 Pa. Silicon was deposited on the surface of the glass fiber. The deposited silicon was polysilicon having a thickness of 14 μm and a grain size of about 10 μm. This is cut into 5 cm pieces and 120 pieces are prepared, and a quartz glass substrate (high flatness used for mirror polishing)
Arrayed parallel to the 2 cm x 5 cm area above. Put this in a vacuum furnace, melt the silicon on the side formed by the end of the fiber with a rod-shaped heater, and perform melting and recrystallization in order while moving the heater in the axial direction of the fiber at a speed of 0.2 cm per minute. Around 17mm from the side where melting and recrystallization started
After that, it became a single crystal. That is, a silicon single crystal thin film having a large area of about 3 cm × 2 cm could be obtained on the quartz plate.

【0011】得られた薄膜の表面をフッ酸処理してファ
イバーを除去した後、X線回析で方位を調べた所、 (10
0)面であった。また、膜表面を選択エッチング(HF:HN
O3:CH3COOH =1:50:50)して観察しても、マイクロ
クラックや粒界は認められなかった。
The surface of the obtained thin film was treated with hydrofluoric acid to remove the fibers, and then the orientation was examined by X-ray diffraction.
0) surface. In addition, the film surface is selectively etched (HF: HN
O 3 : CH 3 COOH = 1: 50: 50), no microcracks or grain boundaries were observed.

【0012】更に、石英基板上の単結晶薄膜を、通常の
シリコン単結晶鏡面ウェーハ製造時と全く同じ条件で研
磨した所、表面が鏡面のシリコン単結晶薄膜を得ること
が出来た。
Further, when the single crystal thin film on the quartz substrate was polished under exactly the same conditions as when manufacturing a normal silicon single crystal mirror surface wafer, a silicon single crystal thin film having a mirror surface was obtained.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上、述べて来たように、本発明の方法
によって異物質基板(基板がシリコンであっても、その
表層がシリコン以外の物質となっている場合を含む)上
に、良質の結晶シリコン薄膜を大面積に作製することが
できる。よって、種々の半導体デバイスに応用すること
が可能であるとともに低コスト化にも寄与できる。
As described above, according to the method of the present invention, it is possible to obtain a high quality on a foreign substance substrate (including a case where the substrate is silicon, the surface layer of which is a substance other than silicon). The crystalline silicon thin film can be produced in a large area. Therefore, it can be applied to various semiconductor devices and can contribute to cost reduction.

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

【図1】ファイバーにシリコンをCVD法により析出さ
せる工程の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a step of depositing silicon on a fiber by a CVD method.

【図2】ファイバー上のシリコンを溶融再結晶化させ、
結晶シリコン薄膜を得る工程の概念図である。(a)は
平面図、(b)は側面図である。
FIG. 2: Melt recrystallization of silicon on fiber,
It is a conceptual diagram of the process of obtaining a crystalline silicon thin film. (A) is a plan view and (b) is a side view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 耐熱性ファイバー 2 CVD反応室 3 析出シリコン 4 ファイバー巻き取りドラム 6 シリコン被覆ファイバー 7 直線上ヒーター 8 耐熱性基板 1 Heat Resistant Fiber 2 CVD Reaction Chamber 3 Precipitated Silicon 4 Fiber Winding Drum 6 Silicon Coated Fiber 7 Linear Heater 8 Heat Resistant Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相賀 頌一郎 東京都千代田区大手町2丁目6番1号 信 越化学工業株式会社本社内 (72)発明者 荒井 秀 東京都千代田区大手町2丁目6番1号 信 越化学工業株式会社本社内 (72)発明者 尾崎 純 東京都千代田区大手町2丁目6番1号 信 越化学工業株式会社本社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Suichiro Aiga 2-6-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Hide Arai 2-chome, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 6-1 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Head Office (72) Inventor Jun Ozaki 2-6-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Head Office

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 耐熱性ファイバーの周囲をシリコンで被
覆し、これを耐熱性の基板上に配列したのち、その一部
の被覆シリコンを加熱溶融し、徐々にその溶融域を移動
させながら再結晶化させることにより、基板上に形成さ
れてなることを特徴とするシリコン結晶薄膜。
1. A heat-resistant fiber is coated with silicon around the heat-resistant fiber, and the heat-resistant fiber is arranged on a heat-resistant substrate. Then, a part of the coated silicon is heated and melted, and recrystallization is performed while gradually moving the melted region. A silicon crystal thin film, which is formed on a substrate by oxidization.
【請求項2】 請求項1に記載の結晶シリコン薄膜の表
面がエッチングおよび/または研磨されていることを特
徴とする結晶シリコン薄膜。
2. A crystalline silicon thin film, wherein the surface of the crystalline silicon thin film according to claim 1 is etched and / or polished.
【請求項3】 請求項1に記載の耐熱性ファイバーがガ
ラスファイバーであることを特徴とする結晶シリコン薄
膜。
3. A crystalline silicon thin film, wherein the heat resistant fiber according to claim 1 is a glass fiber.
【請求項4】 請求項3に記載のガラスファイバーが石
英ガラスファイバーであることを特徴とする結晶シリコ
ン薄膜。
4. A crystalline silicon thin film, wherein the glass fiber according to claim 3 is a quartz glass fiber.
【請求項5】 耐熱性ファイバーの周囲をシリコンで被
覆し、これを耐熱性の基板上に配列したのち、その一部
の被覆シリコンを加熱溶融し、徐々にその溶融域を移動
させながら再結晶化させることにより、基板上にシリコ
ン結晶薄膜を製造する方法。
5. A heat-resistant fiber is coated with silicon around it, and the heat-resistant fiber is arranged on a heat-resistant substrate. Then, a part of the coated silicon is melted by heating and recrystallized while gradually moving the melting region. A method for producing a silicon crystal thin film on a substrate by oxidization.
【請求項6】 請求項5に記載の方法で得られる結晶シ
リコン薄膜の表面をエッチングおよび/または研磨する
ことを特徴とする結晶シリコン薄膜の製造方法。
6. A method for producing a crystalline silicon thin film, which comprises etching and / or polishing the surface of the crystalline silicon thin film obtained by the method according to claim 5.
【請求項7】 請求項5に記載の耐熱性ファイバーがガ
ラスファイバーであることを特徴とする結晶シリコン薄
膜の製造方法。
7. A method for producing a crystalline silicon thin film, wherein the heat resistant fiber according to claim 5 is a glass fiber.
【請求項8】 請求項7に記載のガラスファイバーが石
英ガラスファイバーであることを特徴とする結晶シリコ
ン薄膜の製造方法。
8. A method for producing a crystalline silicon thin film, wherein the glass fiber according to claim 7 is a quartz glass fiber.
JP33484893A 1993-12-28 1993-12-28 Crystal silicon thin film and its production Pending JPH07187891A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003876A (en) * 1998-06-15 2000-01-07 Asahi Optical Co Ltd Semiconductor material manufacturing apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003876A (en) * 1998-06-15 2000-01-07 Asahi Optical Co Ltd Semiconductor material manufacturing apparatus

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