JPS58197718A - 単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は非晶質体上に単結晶薄膜を成長させるグラフオ
エピタキシィ法に関する。

単結晶薄膜は一般に、高温度の単結晶基板上に気相化学
反応などによって所望物質を輸送し、数分から数時間の
間で、通常は数μｍ８１度の厚さに結晶成長を行なうこ
とによって形成される。また、１０　””〜１０−”　
　’ｆｏｒｒ根匿の高真空中で単結晶基板表面へ所望物
質を蒸着した後、基板を加熱して結晶成長を行ない、単
結晶薄膜を形成することも行なわれている。これらの方
法はいずれも単結晶基板上に単結晶薄膜を形成すべき物
質を輸送して、エピタキシャル成長を行なうものである
から結晶基板表面を用いることが不可欠であシ、非晶質
物質上に単結晶膜を形成することは不可能であった。

しかし、最近では各穐半導体装置の発達にともなって、
絶縁膜なと非晶質物質上に単結晶膜を形成することが強
く望まれるようになシ、そのための研究が行なわれるよ
うになってきた。例えば、コノヨうな技術のｉｌｌにグ
ラフオエピタキシィなる方法がある（例えば特開昭５６
−２６４２９）。

グラフオエピタキシィ法における原理は、固体基板の表
向の予め定めた地点に形成した多くの人工欠陥を利用し
、近くにみられる欠陥の幾何学的配置によって、前記表
面にデポジットした膜の結晶学的オリエンテーションを
決定し、制御しあるいは変更させることであった。上記
人工欠陥は（１）人工点欠陥、または（２）人工表面レ
リーフ（格子）のいずれかであった。

第１図にはグラフオエピタキシィ法による単結晶薄膜形
成の工程図を示す、この方法ではまず基板ｌ上の非晶質
絶縁層２の表面に格子状凹凸３を形成する。格子状凹凸
３の形成方法としては例えば、ホログラフによるリング
ラフィで形成したｓｉｏ、格子を転写したボリイ電ド膜
にＡｕを蒸着してマスクを作製し、非晶質絶縁層２上に
はＣｒおよびＰＭＭＡｔ−塗布し、マスクを介してＸ線
リングラフィを行ない現像およびエツチングを行なうこ
とによって非晶質絶縁／１表面には格子状凹凸を形成す
ることができる。このようにして形成した格子の同期は
一般に０，５〜５μｍである。ついで格子状凹凸３上に
は所望の物質を蒸着することによυ所望の物質の非晶質
あるいは多結晶ａ４を形成する。これに続いて、レーザ
ー（所望物質がＳｉの場合はＡｒレーザーが好ましい。

）ビームを非晶質あるいは多結晶膜４上に集光し、ビー
ムを非晶質あるいは多結晶膜４上を走査させることによ
シ加熱処理する。この結果、非晶質あるいは多結晶膜４
は格子状凹凸３の影響によって成長方位がそろい、単結
晶薄膜５となる。

以上が従来のグラフオエピタキシィ法による単結晶薄膜
の製造法でるる。しかし、このような単結晶薄膜の製造
法ではレーザービーム等を照射して単結晶化を図る際、
しばしば熱応力による細かいクランクが発生したり、転
移が多数人ることが知られてお９、半導体装置の製造に
適用することは不可能でめった。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
あ！！７、＃！１の目的は成長した単結晶薄膜中にクラ
ックが発生する仁とを防止する方法を提供すること、Ｉ
ｓ２の目的は成長した単結晶薄膜中に発生する転移を減
少させること、第３の目的は半導体ａｍ１ｋｓ造するプ
ロセス数を減少し、容易に単結晶薄膜からなる半導体装
置を装造する工程を提供することにめる。

本発明は上述の目的ｔ−達成するためになされ友もので
あり、非晶質体上に埜結晶薄膜を成長させるグラフオエ
ピタキシィ法において、イオン化した所望物質を照射す
ることにより結晶化を行なうことを％徴とする単結晶薄
膜の製造方法を提供するものでおる。

近年、イオンビームを利用した結晶性薄膜の作製に関す
る研究が盛んになシつつあり、スパッタリング法、イオ
ンブレーティング法、イオンビームデポジション法、モ
レキュラビームエピタキシイ法、クラスタイオンビーム
法等によって薄膜形成が検討されている。これらの方法
ては所望物質の全部あるいは一部をイオン化し、電界を
印加することによって加速したイオンを基板上に照射す
ることによって結晶性薄膜を作製することができる。イ
オンのもつ運動エネルギーは基板表面のスパッタリング
あるいはエツチング効果をもつため清浄な表面に結晶膜
を形成することができるだけでなく、基板表面では運動
エネルギーが加熱効果を示し、粒子が基板上を表面拡散
するマイグレーション効果を生じ、単結晶の形成が可能
になる。

したがって、従来、高温の熱平衡条件下でのみ成長が可
能であったものが、非平衡争件下すなわち基板の温度が
比較的低くても拡散エネルギーすなわち表面移動度が増
強されて結晶学的に良質の薄膜形成ができる。

末完明省はグラフオエピタキシィにおけるクラック発生
の問題を解決する方法として、レーザー照射の変わりに
、イオンビームを用いた薄膜形成法が適用できるのでは
ないかと考え、この方法を検討した。この結果、イオン
ビームを用いた薄膜形成法によって、クラックの発生が
なく、転移り少ない単結晶薄膜が得られることが明らか
になり九。またこの結果、従来非晶質あるいは多結晶薄
膜ｔ−蒸層した後、レーザーアニールを行なう二股工程
が、イオン化した所望物質を照射することによって、１
段の工程で単結晶薄膜が作製できることが明らかになっ
た。したがって、本発明はこの新しい発見に４とづいて
構成されるものである。

に 以下ぬ実施例により本発明ｔ−＊ａに説明する。

実施例１ 第２図に本発明による単結晶薄膜成長法の工程図を示す
。所望する単結晶４ＩＩがＳｔである場合を例にあげて
工４ｔ−説明する。まず、Ｓ五基板６０表面にＳ　Ｌ　
０１　＊　ＡｔｔＯｓ　＊　Ｓ　１１Ｎ４等の少なくと
もｌ１００Ｃの高温に耐える非晶質１ｍ　７を形成する
・この非晶質層の膜厚の−はない。ついで、非晶質層７
の表面に格子状凹凸８ｔ−形成する。格子状凹凸の形成
法は前述のリングラフィおよびエツチング法によって行
なうことができる。このようにして形成し九格子状凹凸
は周期がα５〜５μｍ１深さが０．０５〜α５μｍであ
る。さらに、イオン化した所望物質のＳｔをスパッタリ
ング法、イオンブレーティング法、イオンビームデボジ
ショ／法、モレキュランームエピタキシイ法、クラスタ
イオンビーム法等の技術によって、非晶質層表面の格子
状凹凸部８上に照射する。このとき、基板６の温度は６
００〜１１０’ＯＣに保持し、この温度で十分な表面拡
散が行なわれて単結晶が成長するために、数十ｅＶから
数百ｅｖのエネルギーをもつＳｔ粒子を照射することが
必要である。例えば、スパッタリング法では数ｋＶの電
界を印加してＡｒイオンをターゲットに当て、たたき出
された８１ｉｄ平均１０　ｅ　Ｖのエネルギーをもって
いるが、さらに基板との間に電界を印加して（ノクイア
ス・スパッタリング）加速し、高いエネルギーを与える
ことが好ましい。一方イオンブレーティング法では８１
粒子を直接イオン化して電界による加速を行なうことが
できるため、平均１００ｅＶ程度のエネルギーをもつＳ
ｉ粒子を照射することができる。このようにして、格子
状凹凸部８上にはＳｔ粒子が付着すると同時に運動エネ
ルギーによってマイグレーションを生じ、格子状凹凸の
効果によって単結晶化し、所望の単結晶薄膜９が形成さ
れる。この結果得られた単結晶薄膜中にはレーザーアニ
ールのような激しい加熱工程を官まないため、クシツク
の発生はなく、転移も極めて少なかった。

また、本発明ではレーザーアニールの工程が省略される
ため、単結晶薄膜形成プロセス′ｔ−簡琳化することが
できた。

実施例２ ｍ３図には本発明の他の実施例を示す。図中、１０は非
晶質基板、例えば溶融石英ウェハー、１１は格子状凹凸
部、１２は成長した単結晶薄膜を示す。本実施例では実
施例１における基板および非晶質層のかわシに非晶質基
板１０を用い次もので委シ、他の工程は実施例１と同様
である。本発明の方法によると、従来高価な単結晶基板
が必要であったものをガラス基板によって代行させるこ
とができ、コスト低減が可能である。

実施例３ １４図は半導体装置を形成することを考えて行なった単
結晶薄膜形成のモデル実験例を示す。すなわち、Ｓｉ単
結晶基板１３上にはホモエピタキシャル界面１４を介し
てｓｉ＊ｍ晶薄膜１５を形成し、さらに、Ｓｉ単結晶基
板１３上の他の場所にはｓ　ｉｏ、非晶質膜１６′１に
形成し、ｓ　ｔｏｗ非晶非晶１６上には格子状凹凸＠１
７’を形成する。最後に格子状凹凸部１７上には基板と
興なる物質であるＱ１Ａｉ単結晶薄膜１８をイオンブレ
ーティング、モレキュラビームエビタキシイ法によって
形成させることができる。この結果、単一基板上に２棟
の異なる単結晶薄膜を形成することが可能になり、今後
、複雑な半導体装置を形成する際有効な技術になるもの
と考えられる。

以上の実施例で示し次ように、本発明の単結晶４繞製造
法によるとクラックの発生のない単結晶薄膜を得ること
ができ、また、転移を減少させることができる。さらに
、従来法よシ率結晶薄膜を形成する工程を簡単化するこ
とも可能であった。

さらに、本発明によると、異なる基板上に非晶質層を介
して異なる単結晶薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆｉ、ｂ、Ｃ，ｄは従来法による単結晶薄膜の形
成工程を示す図、ｗ４２図Ｂ、ｂ、ｃは本発明による単
結晶薄膜形成工程を示す図、第３図は本発明による他の
単結晶薄膜形成を示す図、第４図は半導体装置を作製す
るためのモデル実験例を示す図である。 第１図において、１・・・基板、２・・・非晶質絶縁層
、３・・・格子状凹凸部、４・・・非晶質めるいは多結
晶薄膜、５・・・成長した単結晶薄膜を示す。第２図に
おいて、６・・・基板、７・・・非晶質層、８・・・格
子状凹凸部、９・・・成長した単結晶薄膜を示す。第３
図において、１０・・・非晶質基板、１１・・・格子状
凹凸部、１２・・・成長した単結品薄Ｉｉ！［ｔ−示す
。第４図において、１３・・・Ｓｉ単結晶基板、１４・
・４ホモ工ピタキシヤル界面、１５…８ｉホモエピタキ
シヤル単結晶薄膜、１６・・・非晶質ｓｉｏ、基板、１
７・・・格子状（α） 第　　２ｔ２１ （α） １Ａ３　　図 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質体上に非晶質体表面の格子構造を介して単結晶薄
   膜を成長させるグラフオエピタキシー法において、イオ
   ン化した所望物質を照射することによシ結晶化を行なう
   ことを％徴とする単結晶薄膜の製造方法。