JPS5860697A - シリコン単結晶膜形成法 - Google Patents
シリコン単結晶膜形成法Info
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- JPS5860697A JPS5860697A JP15571081A JP15571081A JPS5860697A JP S5860697 A JPS5860697 A JP S5860697A JP 15571081 A JP15571081 A JP 15571081A JP 15571081 A JP15571081 A JP 15571081A JP S5860697 A JPS5860697 A JP S5860697A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
不発明は絶縁体基板上にシリコン単結晶膜を形成する方
法に関するものである。
法に関するものである。
絶縁体基板上にシリコン単結晶Ｍｅ形成させたＳｏｌ
（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ 、
以下８０１と略して用いる。）は不純物制御によってデ
バイス素子間を分離しながら超ＬＳＩ等の半導体装置を
構成しているバルクシリコンに比べて、容易に素子間の
相互作用を避けたり、分離したりするこきができる利点
を有する。ｓｏｉ １用いた理想的なデバイスは消費電
力の小さい、集積庫の密な高速デバイス用として最適で
あることは良く知られている。
（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ 、
以下８０１と略して用いる。）は不純物制御によってデ
バイス素子間を分離しながら超ＬＳＩ等の半導体装置を
構成しているバルクシリコンに比べて、容易に素子間の
相互作用を避けたり、分離したりするこきができる利点
を有する。ｓｏｉ １用いた理想的なデバイスは消費電
力の小さい、集積庫の密な高速デバイス用として最適で
あることは良く知られている。
いわり）るＳＯｌの一例さして、基板が単結晶サフィア
であるＳＯ８（Ｓｉ Ｉ １ｃｏｎ ｏｎ ８ａｐｐｈ
ｉ ｒｅ 、以下ＳＯ８と略して用いる。）が知られて
いる。ＳＯ８はへ子ロエビタキシャル成長により、基板
の結晶学的方位に従い、シリコン単結晶膜を形成させた
ものである。
であるＳＯ８（Ｓｉ Ｉ １ｃｏｎ ｏｎ ８ａｐｐｈ
ｉ ｒｅ 、以下ＳＯ８と略して用いる。）が知られて
いる。ＳＯ８はへ子ロエビタキシャル成長により、基板
の結晶学的方位に従い、シリコン単結晶膜を形成させた
ものである。
また、非晶質絶縁体基板上に配向性を有するシリコン膜
を形成させようとする試み（Ｍ 、 Ｗ 、（ｊｅｉｓ
。
を形成させようとする試み（Ｍ 、 Ｗ 、（ｊｅｉｓ
。
ｅｔ ａｌ、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、
３５ｆｌ１７１ （１９７９）） がなされている
が、未だ、５（ＪＳと同様に結晶註が小満足なシリコン
膜しか得られていないのが現状である。
３５ｆｌ１７１ （１９７９）） がなされている
が、未だ、５（ＪＳと同様に結晶註が小満足なシリコン
膜しか得られていないのが現状である。
通常のＳＯＳはＣＶＩ） （（］＋ｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒ法と呼ばれでいる方
法により成長させる。ｅＶＩ） 法は９５０〜１００
０℃の温度に加熱されたザファイア基板を含む成長炉に
シラン（ＳｉｔＩ４）等の原料ガス全店り込み、その熱
分解によりサラ１イア基板とにシリコン単結晶膜を形成
するものである。しかし、このような成長法においては
、成長温度が９５０〜１（Ｘ）０℃と高く、サファイア
基板とシリコン単結晶の格子定数、及び熱膨張係数の違
いにより、得られるシリコン膜には多数の転位２面欠陥
、圧縮歪等が導入されてしまうことは公知である。これ
らの結晶性を低下させている欠陥はＭＯＳデバイス製作
Ｆ１問題点の１つに数えられている１、そこで、上記欠
点を改善する目的で、サファイア基板上にあらかじめ成
長させておいたシリコン膜にレーザアニール等の手段に
より加熱処理を加え、良好な結晶性を有するシリコン膜
を形成しようとする試み（１，Ｇｏｌｅｃｋｉ ｅｔ
ａｌ、、 Ａｐｐｊ Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ。
ｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒ法と呼ばれでいる方
法により成長させる。ｅＶＩ） 法は９５０〜１００
０℃の温度に加熱されたザファイア基板を含む成長炉に
シラン（ＳｉｔＩ４）等の原料ガス全店り込み、その熱
分解によりサラ１イア基板とにシリコン単結晶膜を形成
するものである。しかし、このような成長法においては
、成長温度が９５０〜１（Ｘ）０℃と高く、サファイア
基板とシリコン単結晶の格子定数、及び熱膨張係数の違
いにより、得られるシリコン膜には多数の転位２面欠陥
、圧縮歪等が導入されてしまうことは公知である。これ
らの結晶性を低下させている欠陥はＭＯＳデバイス製作
Ｆ１問題点の１つに数えられている１、そこで、上記欠
点を改善する目的で、サファイア基板上にあらかじめ成
長させておいたシリコン膜にレーザアニール等の手段に
より加熱処理を加え、良好な結晶性を有するシリコン膜
を形成しようとする試み（１，Ｇｏｌｅｃｋｉ ｅｔ
ａｌ、、 Ａｐｐｊ Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ。
３７ｕｎ ９１９ （１９８０））がなされている。レ
ーザアニールｒ用いる方法においては、結晶欠陥の少い
大きなグレインサイズを有するシリコン膜が得られるが
、この場合、加熱温度の低い固相成長では膜質か不十分
で、加熱温度の高い液相成長の方が効果的であると言わ
れている。
ーザアニールｒ用いる方法においては、結晶欠陥の少い
大きなグレインサイズを有するシリコン膜が得られるが
、この場合、加熱温度の低い固相成長では膜質か不十分
で、加熱温度の高い液相成長の方が効果的であると言わ
れている。
しかしながら、ＭＯ８デバイス等のような能動デバイス
を製作する場合、単に結晶学的欠陥が少いとを方位が整
っていることに加え、液相成長における、電気的な性能
を低下させている他の問題点も解決層−る必要がある。
を製作する場合、単に結晶学的欠陥が少いとを方位が整
っていることに加え、液相成長における、電気的な性能
を低下させている他の問題点も解決層−る必要がある。
液相成長において、その′−電気的性能を低下させてい
る原因はサファイア基板からシリコン膜に取り適才れた
アルミニウム（ＡＩ）である。
る原因はサファイア基板からシリコン膜に取り適才れた
アルミニウム（ＡＩ）である。
本発明は上記欠点を改善し、絶縁体基板上に結晶欠陥が
少く、かつ、電気的性能の高いシリコン単結靜膜を提供
することを目的としたものであるＯ以下、実施例を示し
、本発明の詳細を図面を用１イア基板ｌ上に非結質シリ
コンナイトライド（８ｉ、Ｎ、）膜２を部分的に堆積さ
せた時の基板の断面図の模式図である。サファイア基板
１の表面は鐘面状に加工されていて、有機洗浄、酸−ア
ルカリ洗浄により清浄化した後、市販のＣＶＩ） 装
置を用い、非晶質シリコンナイトライド＠２の膜厚（ｄ
）カ月（３）、２００，５００Ｘ の３穫類のものを
堆積させた・従来のマスク技術を用い、シリコンナイト
ライド膜２の一部を選択エッチして取りのぞき、幅りの
ライン状にサファイア基板表面を露出させた１、ＬのＩ
ｔ！ｔは５．１０．１５μｍの３種類とした。また、シ
リコンナイトライド膜２の幅冑は５０．１００．２００
μｍの３種類とした。シリコンナイトライド膜２の役割
はレーザアニール時におけるサファイア基板からのアル
ミニウム（ＡＩ）の取り込みを極力低下させるもので、
かつシリコンナイトライド膜２上にもシリコン単結Ｊ＆
膜が形成されるものである。
少く、かつ、電気的性能の高いシリコン単結靜膜を提供
することを目的としたものであるＯ以下、実施例を示し
、本発明の詳細を図面を用１イア基板ｌ上に非結質シリ
コンナイトライド（８ｉ、Ｎ、）膜２を部分的に堆積さ
せた時の基板の断面図の模式図である。サファイア基板
１の表面は鐘面状に加工されていて、有機洗浄、酸−ア
ルカリ洗浄により清浄化した後、市販のＣＶＩ） 装
置を用い、非晶質シリコンナイトライド＠２の膜厚（ｄ
）カ月（３）、２００，５００Ｘ の３穫類のものを
堆積させた・従来のマスク技術を用い、シリコンナイト
ライド膜２の一部を選択エッチして取りのぞき、幅りの
ライン状にサファイア基板表面を露出させた１、ＬのＩ
ｔ！ｔは５．１０．１５μｍの３種類とした。また、シ
リコンナイトライド膜２の幅冑は５０．１００．２００
μｍの３種類とした。シリコンナイトライド膜２の役割
はレーザアニール時におけるサファイア基板からのアル
ミニウム（ＡＩ）の取り込みを極力低下させるもので、
かつシリコンナイトライド膜２上にもシリコン単結Ｊ＆
膜が形成されるものである。
第２図は埋め込み技術を用い、表面が平担になるように
、サファイア基板３上に非ＪｉＩＩ實シリコンナイトラ
イドｗ４を部分的に堆積させた時の断面図の模式図であ
る。＠２図において、Ｗ、Ｌ、ｄの値は第１図で説明し
た場合と同様な値とした◎第３図は市販のＣＶＤ 装
置を用い、サファイア−シリコンナイトライド壷金基板
上に非耗質もしくは多結島シリコン膜５を堆積させた時
の基板の断面図の模式図である。第４図は同様に、埋め
込ろ型基板上にシリコン膜６を堆積させた時の基板の断
面図の模式図である。シリコン膜５．６の膜厚（ｔｌは
４０００ Ｘ とした。柚槓させたシリコン膜の膜質
はＸＩ！Ｊ回折、Ｔ＆Ｍ （Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）により評
価したところ、成−＊ｍ廐５９０ 以下では非茜實、
５９０℃以上では多結晶状態であることがわかった。
、サファイア基板３上に非ＪｉＩＩ實シリコンナイトラ
イドｗ４を部分的に堆積させた時の断面図の模式図であ
る。＠２図において、Ｗ、Ｌ、ｄの値は第１図で説明し
た場合と同様な値とした◎第３図は市販のＣＶＤ 装
置を用い、サファイア−シリコンナイトライド壷金基板
上に非耗質もしくは多結島シリコン膜５を堆積させた時
の基板の断面図の模式図である。第４図は同様に、埋め
込ろ型基板上にシリコン膜６を堆積させた時の基板の断
面図の模式図である。シリコン膜５．６の膜厚（ｔｌは
４０００ Ｘ とした。柚槓させたシリコン膜の膜質
はＸＩ！Ｊ回折、Ｔ＆Ｍ （Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）により評
価したところ、成−＊ｍ廐５９０ 以下では非茜實、
５９０℃以上では多結晶状態であることがわかった。
次に、上記基板にＣＶｖ−Ａｒ （アルゴン）レーザｒ
用い、力１１熱処理を施した。Ａｒ レーザのアニー
ル条件として、スキャン力向をシリコンナイトライド膜
２，４のライン状パターンと平行、及び垂直方向の２８
１類とした。居レーザは波長か０５１４μｍのものを用
い、この波長はシリコンの吸収端の約２分の１で、あら
かじめ堆積させたシリコン族５．６の勝負に依存した光
学定数の影曽を受け）（＜く、レーザアニールを均一に
行うことができる。
用い、力１１熱処理を施した。Ａｒ レーザのアニー
ル条件として、スキャン力向をシリコンナイトライド膜
２，４のライン状パターンと平行、及び垂直方向の２８
１類とした。居レーザは波長か０５１４μｍのものを用
い、この波長はシリコンの吸収端の約２分の１で、あら
かじめ堆積させたシリコン族５．６の勝負に依存した光
学定数の影曽を受け）（＜く、レーザアニールを均一に
行うことができる。
紀５図にレーザアニール後のサファイア−シリコンナイ
トライド複合基板上に成長したシリコン単結晶膜７の断
面図の模式図を示す。嬉６図に同様に、埋め込み型基板
上にシリコン単結話ＰＡａが成侵した時の基板の断Ｉ釦
図の模式図を示す。
トライド複合基板上に成長したシリコン単結晶膜７の断
面図の模式図を示す。嬉６図に同様に、埋め込み型基板
上にシリコン単結話ＰＡａが成侵した時の基板の断Ｉ釦
図の模式図を示す。
本実施例によると、シリコンナイトライドの膜厚（ｄ＋
がｘｏｏＸ、 ライン状シリコンナイトライド膜の幅
Ｗカ月００ ｐｍ、シリコンナイトライド膜の間隔りが
１０＃ｍの場合、レーザアニールして得られたシリコン
膜７，８はＸ＃１回折、１周、 ８ｇＭ（８ｃａｎｎｉ
ｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｒ＋ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）
’ｋ 用イテｆｆ （ｌ！ｔｉ したところ単結晶
であることがわかった。（１１０２）面サフフイアーシ
リコンナイトライド複合基板上に成長したシリコン単結
晶膜７，８はその結晶学的方位が従来の８０８と同様に
基板に垂直方向が＜ＩＱＱ＞であることがわかった。シ
リコン単結晶膜７，８は従来の８０８と同様に（１１０
２）面サファイア基板上で、その結晶学的方位が決定さ
れ、非晶寅シリコンナイトライド膜２，４上でも単結晶
かつ方位が＜１００）であることがわかった。
がｘｏｏＸ、 ライン状シリコンナイトライド膜の幅
Ｗカ月００ ｐｍ、シリコンナイトライド膜の間隔りが
１０＃ｍの場合、レーザアニールして得られたシリコン
膜７，８はＸ＃１回折、１周、 ８ｇＭ（８ｃａｎｎｉ
ｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｒ＋ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）
’ｋ 用イテｆｆ （ｌ！ｔｉ したところ単結晶
であることがわかった。（１１０２）面サフフイアーシ
リコンナイトライド複合基板上に成長したシリコン単結
晶膜７，８はその結晶学的方位が従来の８０８と同様に
基板に垂直方向が＜ＩＱＱ＞であることがわかった。シ
リコン単結晶膜７，８は従来の８０８と同様に（１１０
２）面サファイア基板上で、その結晶学的方位が決定さ
れ、非晶寅シリコンナイトライド膜２，４上でも単結晶
かつ方位が＜１００）であることがわかった。
次に、Ｉ ＭＡ （Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚ
ｅｒ ）を用いて、シリコン膜７，８中に取り込まれて
いるアルミニウム（ＡＩ）の＃度を測定したところ、サ
ファイア基板１．３上では従来のＳＯ８と同様なき廉価
で、シリコンナイトライド１ＩＩ２，４上では検出感度
以下であることがわかった。また、得られたシリコン膜
７．８はグレイン構造を有し、そのグレインサイズは１
００〜５００μｍの大きなものであることがわかった。
ｅｒ ）を用いて、シリコン膜７，８中に取り込まれて
いるアルミニウム（ＡＩ）の＃度を測定したところ、サ
ファイア基板１．３上では従来のＳＯ８と同様なき廉価
で、シリコンナイトライド１ＩＩ２，４上では検出感度
以下であることがわかった。また、得られたシリコン膜
７．８はグレイン構造を有し、そのグレインサイズは１
００〜５００μｍの大きなものであることがわかった。
本実施例によると、シリコンナイトライド膜の膜厚が２
００．５００ Ｘ 、 ライ状シリコンナイトライド
膜の幅Ｗが（資）、 ２００ ｔｔｍ、 シリコンナイ
トライド膜の間隔りが５，１５μｍ でも良好な結茜性
を有するシリコン単結晶膜か成長しているこ々がわかっ
た。
００．５００ Ｘ 、 ライ状シリコンナイトライド
膜の幅Ｗが（資）、 ２００ ｔｔｍ、 シリコンナイ
トライド膜の間隔りが５，１５μｍ でも良好な結茜性
を有するシリコン単結晶膜か成長しているこ々がわかっ
た。
また、得られたシリコン単結晶膜のｐ質はサファイア−
シリコンナイトライド複合基板表面の凹凸、及びレーザ
アニールのスキャン方向には依存していないこともわか
つた。
シリコンナイトライド複合基板表面の凹凸、及びレーザ
アニールのスキャン方向には依存していないこともわか
つた。
以上の説明では用いた非晶質絶縁体膜として、シリコン
ナイトライド（８１８Ｎ４）の例を示したが、二酸化シ
リコン（８ｉ０２）を用いても同様にシリコン単結晶膜
が得られた。また、サファイア基板として、（０００１
）面基板を用いた場合にはＣ１１１）面シリコン単結晶
膜が得られた。
ナイトライド（８１８Ｎ４）の例を示したが、二酸化シ
リコン（８ｉ０２）を用いても同様にシリコン単結晶膜
が得られた。また、サファイア基板として、（０００１
）面基板を用いた場合にはＣ１１１）面シリコン単結晶
膜が得られた。
上の実施例においてはサファイア基板表面を非晶質絶縁
体膜でライン状に被覆したが、ライン状に限らず、島状
に窓をあけ、サファイア基板表面を露出さ−ｆｆでも同
様な結果が得られた。才た、加熱処理法としてはレーザ
アニールに限らず、炉内加熱、赤外光加熱？Ｃ用いても
良く、本実施例と同様な結果が潜られた。
体膜でライン状に被覆したが、ライン状に限らず、島状
に窓をあけ、サファイア基板表面を露出さ−ｆｆでも同
様な結果が得られた。才た、加熱処理法としてはレーザ
アニールに限らず、炉内加熱、赤外光加熱？Ｃ用いても
良く、本実施例と同様な結果が潜られた。
以上、述べたように、サファイア基板表面の一部をシリ
コンナイトライド膜で被覆したサファイア−シリ」シナ
イトライド掬合基板表面上にシリコン単結晶膜＃僧る方
法を示した。
コンナイトライド膜で被覆したサファイア−シリ」シナ
イトライド掬合基板表面上にシリコン単結晶膜＃僧る方
法を示した。
本発明の高品質８０１基板は従来のＳＯ８基板よりも後
れたＭＵＳデバイス用基板基板て、さらに、当初の目標
を達すべく超＾集積回路デバイス用基板として提供でき
るもので、その経済的効果は多大な◆、のでめる。
れたＭＵＳデバイス用基板基板て、さらに、当初の目標
を達すべく超＾集積回路デバイス用基板として提供でき
るもので、その経済的効果は多大な◆、のでめる。
第１図、第２図は（１１０２） ［Ｍｉサフファイア基
基板面向上シリコンナイトライド膜を部分的に堆積させ
た様子を説明するＩ＃ｒＩｆ［ｉの模式図。第３．第４
図はサファイア−シリコンナイトライド複合基板表面上
にシリコン膜を堆積させた様子を説明する断面の模式図
。第５図、第６図はサファイア−シリコンナイトライド
複合基板表面上にシリコン単結晶が成長した様子を説明
する断面の模式図。 １．３・・・（１１０２）面サファイア基板、２，４・
・・シリコンナイトライド膜、５．６・・・シリコン膜
、７．８・・・単結晶シリコン喚、 ｒｉ ２ 第３ＥＪ ＜１００＞ 第２図 Δ 才４記 す ６ 圓
基板面向上シリコンナイトライド膜を部分的に堆積させ
た様子を説明するＩ＃ｒＩｆ［ｉの模式図。第３．第４
図はサファイア−シリコンナイトライド複合基板表面上
にシリコン膜を堆積させた様子を説明する断面の模式図
。第５図、第６図はサファイア−シリコンナイトライド
複合基板表面上にシリコン単結晶が成長した様子を説明
する断面の模式図。 １．３・・・（１１０２）面サファイア基板、２，４・
・・シリコンナイトライド膜、５．６・・・シリコン膜
、７．８・・・単結晶シリコン喚、 ｒｉ ２ 第３ＥＪ ＜１００＞ 第２図 Δ 才４記 す ６ 圓
Claims (1)
- 絶縁体基板上にシリコン単結晶膜を形成する方法におい
て、非晶質絶縁体膜により、部分的に被覆されたサファ
イア単結晶基板表面上に非晶質もしくは多結晶シリコン
膜を堆積させ、しかる後、加熱処理を施し、シリコン単
結晶膜を成長させるこ♂を特徴とする絶縁体基板上のシ
リコン単結晶膜形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15571081A JPS5860697A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | シリコン単結晶膜形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15571081A JPS5860697A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | シリコン単結晶膜形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5860697A true JPS5860697A (ja) | 1983-04-11 |
Family
ID=15611807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15571081A Pending JPS5860697A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | シリコン単結晶膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5860697A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000010195A3 (en) * | 1998-08-10 | 2000-05-18 | Memc Electronic Materials | Preparation of metal-precipitates permeable insulator for soi substrate |
| US7511381B2 (en) | 2004-10-13 | 2009-03-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin film transistor and method of manufacturing the same |
-
1981
- 1981-09-30 JP JP15571081A patent/JPS5860697A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000010195A3 (en) * | 1998-08-10 | 2000-05-18 | Memc Electronic Materials | Preparation of metal-precipitates permeable insulator for soi substrate |
| US7511381B2 (en) | 2004-10-13 | 2009-03-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin film transistor and method of manufacturing the same |
| US8021936B2 (en) | 2004-10-13 | 2011-09-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing thin film transistor |
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