JPS58190899A - 単結晶シリコン膜形成法 - Google Patents

単結晶シリコン膜形成法

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JPS58190899A
JPS58190899A JP7310182A JP7310182A JPS58190899A JP S58190899 A JPS58190899 A JP S58190899A JP 7310182 A JP7310182 A JP 7310182A JP 7310182 A JP7310182 A JP 7310182A JP S58190899 A JPS58190899 A JP S58190899A
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JP
Japan
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silicon film
substrate
single crystal
crystal silicon
groove
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Pending
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JP7310182A
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English (en)
Inventor
Masakazu Kimura
正和 木村
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B1/00Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

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】 非品質絶縁体上に単結晶シリコン膜を形成下る方法に、
デバイスの高速化や三次元化などから注目さnている−
このような形成法としてグラフナエビタキシー業利用し
た成長法(第1図)や基板の一部を種子結晶として利用
し.非品質絶縁体上に横方向成長させる方法(第2図)
が著名である一グラフォエピタキシーを利用した方法で
は、第1〔2〕 図に示すごとく1石英ガラス基板2表面に幅2μm。
深さ0.1μ閘 程度の周期的な溝3ヶ形成しておき。
この上に1例えば、多結晶シリコン膜lγ堆積し、レー
ザビーム照射により、このシリコン膜lt単結晶化する
。グラフオエピタキシーを用いた方法に、種子結晶を用
いずとも単結晶化できるという利点がおる反面、シリコ
ン膜厚が薄くなるにつれて絶縁体基板表面に形成式n、
た溝の凹凸の為・デバイス特性例えばモビリティ−の劣
化等が無視できなくなる。又、広い面積の単結晶w4す
るのも容易でない、種子結晶デ利用した方法で汀、第2
図に示すどとく、例えれr県結晶シIIコン5上Vcに
酸化ンリコン(S、02)膜4會形成し、その一部を帯
状に除去して学績晶シリコン面r露出し、さらに、その
上に多結晶シリコン1漠1r堆積させる。
そして例えばアルゴンレーザビームの照射にエリ、単&
L1%シ11コン上のシリコン膜りエビタキン丁ル成長
ケ利用して、二酸化シリコン膜4上に単結晶シリコン5
と同じ結晶方位の単結晶シリコン膜を成長させるもので
ある。この方法では種子r用い(3) ているため、単結晶化さ扛たシリコン膜の結晶方位は非
常に良くそろっているという利点7有する反面、三次元
LSI等への応用を目的とした単結晶シリコン膜の多層
化に対しては、常に単結晶シリコン面全露出しておかね
ばならないというわずられしさが存在する。このように
、従来の方法は、そ几ぞn−長一短を有し、いずnも十
分とにいえない一 本発明は、このような従来の方法1c見らlrLる長所
tと9入ルて、従来とは異なる新しい単結晶シリコン膜
形成法を提供するもので、基板としてはガラス又はガラ
ス上に非晶質絶縁体膜全被覆したような非晶質絶縁体基
板音用い、基板表面の一部に溝加工金施しておき、グラ
フオエピタキシーを利用して、この溝加工を施した領域
上に、1ずレーザビームにより導結晶シリコン膜を形成
しておき、つぎVClこの単結晶シリコン膜を種子結晶
にしてフリット状のビームを用いたアニールにより、平
担な非晶質絶縁体基板表面上に単結晶シリコン膜全成長
させる事を特徴さする嘱のである−(4) 不発明で汀、単結晶シリコン會基板に用いておらず、基
板全面か非晶質絶縁体であって本巣結晶シ11=ffン
膜の形成が可能で、しかもグラフオエピタキシーにエリ
万位配列した単結晶シリコン會種子に用いることにエリ
、凹凸のない平担な非晶質絶縁体表面上に単結晶シリコ
ンを形成できるtいう利点7有する。名らに、種子上用
いた成長時でのアニール手段として、スリット状のビー
ムを用いることにより、短時間で広い面′N′?tアニ
ールすることができる。
以下、実施例を用いて不発明の詳細な説明する。
本発明で用いたアニール前の基板構造の一例ケ第3図に
示す一基板として石英ガラス2盆用い、基板表面に、1
μm間隔で5幅1μ渦、長さ4mm。
深さ0.1μmfJm3が複数個周期的に形成された溝
加工領域上IC)0μ崗お含に設けた一溝は、石英ガラ
ス表面に垂直で、かつ隣り合う面が互に直交する4′)
の平面と、基板表面に平行な1つの平面で囲まれている
、溝加工には通常のレジスト膜のパターニング及びドラ
イエツチング技術音用いた。
(5) このような基板の上に化学気相堆積(CVD)法により
多結晶シリコン膜I Q 0.6μm堆積した。
次に、直径50μm8度のスポット状の連続発振ネオジ
ムヤグ(Nd:YAG)レーザにより、溝加エフ施した
領域上のシリコン膜のみアニールして単結晶化した7こ
の様子會@4図、5図に示す。第4図、5図は、第3図
の構造を基板面に垂直方向からみた基板表面の一部で、
多結晶シリコン膜は省いである。第4図、5図で、破線
の円6はスポット状のレーザビーム上水す・矢印に基板
に対するレーザビームの走査方向葡示す。第4図は基板
左端部の溝加工領域上の多結晶シリコン膜のみアニール
する場合、第5図は、すべての溝加工領域上の多結晶シ
リコン膜tアニールする場合7示す・このようにして、
溝加工を施した領域上の多結晶シリコンMUグラフオエ
ピタキシーにエリ単結晶化され、基板面に垂直方向お工
び溝の長さ方向に(100>  配向した単結晶シリコ
ン膜が得ら扛た。
溝加工領域上のシリコン膜のアニールは、ネオジム、ヤ
グレーザ以外Vc1 アルゴン(Ar)レ−fk(6) 用いても良い。
次VC,スリット状のビームを用いて残りの多結晶’/
’IコアMtY了ニールする・この様子を第6図に示す
。ここでは高出力連続発振ネオジム、ヤグレーザを用い
た場合を例にとり説明する。レーザ出力として、マルチ
モードで10(’lW?用い、レンズ系に工0長さ19
mm%幅20μ帛柑歴のX lット状ビームに変換して
アニールに用い1ζ、この場合。
スリット状のレーザビーム7 QJ長さ方向を溝3の長
さ方向に一致させ、溝の長さ方向Vこ垂直に17−ザビ
ームが走食さn/)、アニール条件として例えば基板加
熱温度500°C1走査速度1 (l m+m/see
か用いられた。高出力レーザ食用いてビーム形状デスリ
ット状に丁ゐことによ0、従来のスポット状のレーザビ
ームを用いる場合に比べて短時間でウェーハを処理する
ことかでさる。例えば、第7図に示す、c9に、溝30
畏さ4 mm 程度の溝カロエ領域を石英ガラス基板上
に多数形成してお1!、#石英ガラス基板上に堆積する
多結晶シリコン膜lも、溝(の長さに合わせて分割して
おく、セして500W(7〕 程度の高出力ネオジム、ヤグレーザ食用い、N、tは長
さ5 Q mm、幅20μ噂程度のスリット状ビーム7
にエリ直径2インチ程度の犬きさの基板全数秒でアニー
ルすることができる、このようにしてアニールされ1ζ
ソリコン嘆け、X@クロッングカーブお工び化学液I7
−よる腐触像の頒微堵観察から、基板面に垂直方向が(
100>でかつ溝の長さ方向に平行方向が(100>の
単結晶であることが確認さt′した^ 以上の実施例でげ、基板として石英ガラス金量いたが、
高融点ガラス盆二酸化シリコン(Si02)膜や窒化シ
リコン(Si2H4) R等の非晶質絶縁体膜で被覆し
たものケ基板として用して4工い。
又、不実悔例では、非晶質絶縁体表面が平担な領域上の
シリコン膜tアニ〜ルするのにスリット状のレーザビー
ム盆用いたが、スリット状の電子ビームを用いても不発
明は有効である。
以上述べた工うに1本発明は、基板としてガラス又はガ
ラス上に非晶質絶縁体NkM覆したような非晶質絶縁体
基板を用い、基板表面の一部に溝(8) 加工を施してお′@、グラフオエピタキシー全利用して
、この溝加工を施した領域上IC′fずレーザビームに
エリ曝結晶シリコン膜會形成してお′@1次にこの単結
晶7リコン膜?種子結晶にしてスリット状のビーム音用
いてアニールすることにエリ、平担な非晶質絶縁体基板
上に単結晶シリコン膜盆成長させることt特徴とするも
ので1平担な基板表面上ニ(、広い面積の単結晶シリコ
ン膜を形成することが可能で、しかもアニール手段とし
てスリット状のビーム【用いることにLす、短時間で広
い面ffff1アニールできるという利点を有丁ゐ−こ
のため1例えばLSIデバイスの三次元化を考えた場合
、基板として単結晶シリコンウェーハを用いて、その表
面q)一部を種子にして成長させる方法に比べて、種子
となる単結晶シリコン面會常に露出しておく必要がなく
、デバイス作成上のわずられしてから解放式fL、本発
明にTj 8 I qノ三次元化に多大な効果奮発押下
るものである・(9)
【図面の簡単な説明】
第1図は、グラフオエピタキシー〒利用して石英ガラス
上に単結晶シリコン膜を形成する従来の方法の一例を示
す基板断面図である。 第2図μ、基板に用いた単結晶/リコンウエーハの単結
晶面位種子にして、非晶質絶縁膜上に学績晶り+) コ
ンMに形成する方法の一例を示すビームアニール前の基
板断面図であめ。 第3図は、不発明の一例を示す基板断面1図である畠 第4図は、不発明の−fl示す基板平面図で、矩形状の
溝が形成さルた領域上の一部のシリコン膜tレーザビー
ムで単結晶化丁ゐ様子を示したものである。破線の円は
、レーザビームの形状ケ表わし、溝の長さ方向(矢印の
方向)にレーデビームが走査さn−るー i%5図は、不発明の一例τ示す基板平面向で、矩形状
の溝が形成さ7’Lに領域上の下べての711コン膜t
レーザビームで単結晶化する様子を示す7矢印にレーザ
ビームの走食方向r示す・〔lO〕 第6図は、不発明の一例を示す基板平面図で。 レーザビームで形成てれたは結晶シリコンllkm子に
して、ス11ット状のレーザビームにエリ表面が平担な
基板上のシリコン膜に単結晶化する様子全示す一破線の
 形はスリット状のビーム7表わし、矢印はビームの走
査方向r示す一 第7図に、第6図と同じく、スリット状ビームに工0表
面が平担な基板上のシリコン膜を単結晶化する方法を示
す基板平面図で、ビーム了ニールが施さnるシリコン膜
が溝の長さに応じてあらかじめ帯状rC分割てれている
。破線に、ス11ット状のビーム【示す− 1゛°゛・・・多結晶シリコン膜 2・・・・・・石莢ガラス 3・・・・・・溝 4・・・・・・二酸化シリコン膜 5・・・・・・単結晶シリコンウェーハ6・・・・・・
スポット状レーザビーム7・・・・・・スリット状ビー
ム 代理人弁理士内原  晋 (11) 第 5 図 第 6 記

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 ガラス又はガラス上に非晶質絶縁体膜を被覆した
    ものからなる非晶質絶縁体基板上にシリコン膜w堆積し
    、ビームアニールによって該非晶質−絶縁体基板上に単
    結晶シリコン膜全形成下る方法において、基板表面に複
    数個の互に平行な矩形状の溝が形成さnた領域が、平担
    な表面を肩する領域a交互に存在する工うな非晶質絶縁
    体基板食用い、まずレーザビームによって該矩形状の溝
    領域上の一部又は丁べてのシリコン膜を単結晶化し、つ
    づいて該単結晶化したシリコン膜會種子にしてビームア
    ニールにより前記非晶質絶縁体基板の平担な表面領域上
    のシリコン[k単結晶に変換することll?徴とする単
    結晶シリコン膜形成性。 2、 前記矩形状の溝は、非晶質絶縁体基板表面に垂直
    で、かつ隣り合う面が互に直交する4つの(1) 平面と、基板表面に平行な1つの平面で囲まれている事
    を特徴とする特許 載の単結晶シリコン膜形成法。 3 前記ビームアニールでは,レーザビーム又は電子ビ
    ーム音用い、少くとも矩形状の溝の長さ工り本大きな長
    さt有するスリット状のビームκ用い、矩形状の溝の長
    さ方向tビーム形状の長さ方向に一致ざせ、溝の長さ方
    向に対して垂[i方向にビーム又は基板全走査子る事を
    特徴と丁る前記特許請求の範囲第1項記載の単結晶シリ
    コン膜形成法。
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