JPS59226174A - 局所的に結晶化したアモルフアスの成長法 - 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】 〔技術分野〕 本発明はコヒーレント電磁波の照射下で局所的に結晶化
した部分を有するアモルファスの成長法に関するもので
ある。この成長法により、半導体の結晶化した薄い層を
うろことが可能になる。

〔背景技術〕

結晶化する方法は従来よりいくつかが知られている。最
も簡単な方法は熱的に焼鈍する方法である。この方法は
、基板上にアモルファス成長によってつくられた膜を加
熱する方法である。シリコンの場合には、この加熱温度
は約８ｏｏ℃である。

この方法は簡単であるという利点を有するが、層内に双
晶ができるという欠点を有する。さらに、この方法は本
来全体的な方法であり、局所的に結晶化する方法または
局所的に再結晶化する方法に比べて適用範囲が限られる
。

光学的再結晶化を利用した方法もある。この方法はレー
ザビームで走査することによりまたはレープビームでパ
ルス的に照射することにより再結晶化する方法であって
、層を局所的に加熱することによって再結晶化するもの
である。この方法の欠点は、レーザビームのの成長膜上
の照射点がこの膜の素材または材料の融点以上の温度に
達することである。このために、加熱された領域とその
まわりの領域との間に膨張の違いによる応力が生ずる。

このために、クラックやミクロな欠陥のような多くの欠
陥が膜の中にでき、これらは漏洩電流の原因となる。１
プれども、これらの方法は既に沈着している材料層に対
して焼鈍を行なう、いまの場合には局所的焼鈍を行なう
、という方法である。

蒸発を利用した方法、１なゎち、分子ジェット法もまた
既に知られている。この方法は高真空下で材料を蒸発さ
せるという原理に基づいている。

ずなわち、１０Ｐａがら１’０−９Ｐａの圧力下で７ クヌーセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ　）の吹出しセルの原理に
基づく方法である。このセルを用いることにより、比較
的方向性−９をもった分子ジェン１へまたは原子ジェッ
トをうろことが可能であり、それにＪこり、比較的小さ
な表面領域がエビタクシＡフル状に被覆される。

この方法により非常に薄い（数オンゲス１−ローム）エ
ビタクシャル層がえられ、そしてその厚さを十分に制御
することができる。この方法により、化合物の多層膜を
つくることができる。けれども、その主要な欠点は超高
真空が必要であることである。したがって、この方法は
複雑であり、そしてコストも高い。したがって、この方
法で層をつくるさいのコストを考えれば、この方法は全
体的には大量生産には適した方法であるとはいえない。

〔発明の要約〕

本発明の目的は先行技術に伴う種々の欠点のない方法を
うることである。本発明は基盤上に素子または素材を成
長させる方法に関するものであって、アモルファス成長
と結晶化成長を同時に行なうことができる。

もつと詳細にいえば、本発明は素子をアモルファス成長
させる方法であって、コヒーシン１〜電磁波を照射した
部分が局所的に結晶化することに関する方法である。前
記素子の成長は真空中にある容器の中に配置された保持
体の上で行なわれる。

この容器はその内部に前記素子の素材源を有している。

この成長法の特徴は保持体上にアモルファス状の素子の
沈着を持続的に行ない、それと同時にこの保持体上に沈
着された層の１個所または複数個所の予め定められた領
域をコヒーシン１〜電磁波ビームで一時的に照射するこ
とである。この照射に用いられるコヒーレント電磁波ビ
ームの電力Ｗは前記領域でσ月１ｔ２着を起こさせるの
に適した大きさに選定される。

本発明の第１実加例では、照射用コヒーレント電磁波ビ
ームは低周波のパルスの形で放射される。

本発明の第２実施例では、照射用電磁波ビームは空間的
に走査される持続した光源である。

照射された領域の光学的脱着により、その領域が「清浄
」になり、その領域でエピタクシＡフル成長が可能にな
る。したがって、本発明は全体的な焼鈍または局所的な
焼鈍に関するものではなく、材料が沈着している最中に
照射を行なうことに関する方法であり、このことにより
９結晶化かえられる。

沈着されるべき素材にそれにドープされるべき材料をイ
］加することができるということが本発明の大いに着目
すべき第２の特徴である。これらのドープ用材料の付加
は逐次に行なうことができ、そして要求された半導体に
よって変えることができる。したがって、この特徴によ
り、真性層、またはＰ形にドープされた層、またはＮ形
にドープされた層を簡単にうることが可能になる。これ
らの異なった層は、単に容器内の雰囲気を変えることに
より、順次につくることができる。

第２の特徴により、照射用のパルスの放射の繰返し周波
数は５１１ｚ以下である。

本発明による方法の好ましい実施例では、素材はシリコ
ンであり、そして照射用電磁波の波長λは４００ｔ＋ｍ
以下である。

本発明による方法の好ましい実施例において前記素材が
シリコンである場合、基板の温度は３００℃から５００
℃までの間にある。

本発明の別の好ましい実施例では、素材はシリコンであ
り、そしてその素材源はホウ素またはリンを伴っている
。

この実施例により、シリコンを基本とし、それにドープ
用材料が存在するかまたはしないかによって、Ｐ形にド
ープされた層、Ｎ形にドープされた層、または真性層を
順次に右する半導体がえられる。

分子ジェット法ではＧａ　Ａｓ形のドーピングはできる
けれども、この方法はシリコンの場合に用いることがで
きない。したがって、このような層は現在のところシリ
コン分子ジエツ１−によってうろことはできない。それ
はホウ素とリンの結合係数が低温度（４００℃）では非
常に小さいためである。（（Ｌｔ温度でのみ安定な）こ
の構造体における組成のこの形の空間構造をうる唯一の
方法は、低エネルギイオン注入である。しかし、この方
法は工程を複雑なものにする。

本発明にＪ：す、この問題点を除去することができる。

それはＳｉＨ４の中に８２Ｈ６またはＰＨ３を導入する
ことにより、ＰおよびＢの組込みが光によって多分助長
されて、Ｎ形層やＰ形層を直接にうろことができるから
である。

〔発明の実施態様〕

本発明による方法は、例えば半導体のような素材または
材料を基板の上にアモルファス状に成長させることと、
この素材を照射用のコヒーレント電磁波ビームで照射す
ることにより局所的に結晶化させることとが同時に行な
われることで構成される。アモルファス状の半導体また
はその他の半導体を沈着するための方法は、いろいろと
知られている。例えば、陰極スパッタリング分子ジェッ
ト法、化学的液体沈着法、化学的蒸気沈着法等である。

この化学的蒸気沈着法では、プラズマで支援することも
または支援しないこともできる。例えば、第１図は化学
的蒸気沈着法を実行するための装置である。

この装置は真空中に配置された容器２を有する。

この容器の内部に保持体４が配置される。この保持体４
の上に素材が沈着されて成長し、そして層６がつくられ
る。装置８によってこの保持体を加熱することができる
。沈着されるべき素材がまず蒸発によって蒸気にされ、
そしてこの蒸気がオリフィス１０を通してこの容器内に
導入される。この装置は照射用コヒーレン１へ電磁波源
１２をまた有する。この電磁波源はビームを発生し、そ
してこのビームは、鏡１４および１６で反射された後、
層６に達する。鏡１４は保持体４の１つの辺に平行な方
向にレーザビームを偏向さゼることかでき、そして鏡１
６は鏡１４の方向とは直角の方向にこのビームを偏向さ
ゼることができる。したがって、２つの鏡１４および１
６の作用を組合わせることにより、層６の表面上の任意
の点にこの放射ビームを到達させることができる。前記
表面の一部分または全部を走査づることも可能である。

シリコンを沈着する場合には、もし容器の温度が６００
℃以下ならば、アモルファス層６がえられる。シリコン
が層６の上に凝結する／ｊめには、この温度は十分に高
いものでな（プればならない。

例えば、約４００℃という温度が選定される。

装置１２は、例えば、レーザビーム装置であることがで
きる。このレーザビーム装置はコヒーレント電磁波を放
射し、そして層６上に沈着したシリコンを局所的に結晶
化させるという効果をもつ。

このビームは層６の表面上の一点に向って進むこともで
きるが、また、２つの鏡１４および１６によって、層６
の表面全体を走査することもできる。

このコヒーレント電磁波は非常に短いパルス、例えばそ
の持続時間が約１００８、の形で、そして数ヘルツの繰
返し周波数で放射される。このコヒーレント電磁波を非
常に短いパルスの形で放射する代りに、連続コヒーレン
ト電磁波を用いて空間的に走査することもできる。この
後者の場合には、強いビームによって、層６の励起領域
で脱着が可能となる。例えば、シリコン層６の場合には
、照射用放射光線が紫外光線であることができる。こ−
のパルス放射光線または連続放射光線は既に沈着せれて
いる層を焼鈍することはない。その代り、照射のさいに
、紫外光線の光子のエネルギおよびこのビームのエネル
ギが表面を脱着する。すなわち、吸着されたがしかし化
学的に結合されなかったシリコン原子にエネルギを与え
る。このために、これらのシリコン原子が除去され、し
たがって、結晶の成長が援助される。したがって、紫外
放射光線パルスは表面を清浄にし、そしてエピタキシに
とって好都合の条件にする。

このようにして、この方法により、低温度（４００℃）
でそして大きな表面積にわたって（紫外放射光線ビーム
で走査覆ることにより）シリコン層のエピタキシャル成
長を実行することができる。この方法は、溶融状態のＳ
ｉＯ２または他の絶縁体材料の上に多結晶をうるために
、および結晶性のシリコン、サファイア、ガーネット、
（ＣａＦ２のような）フッ化物、またはこれらと同等の
材料の上に単結晶またはエピタキシャル層をうるために
、特に利用することができる。これはまたグラホエピタ
キシに用いることもできる。

図面に示停れているように、容器２は内部に保持体４を
有している。この保持体４の上に層６が成長する。装置
９によって、この保持体４を加熱することができる。沈
着°リベき材料を含んだ組成物が管１０を通って容器２
の中に入ってくる。けれども、図面に示された装置では
、容器２の中へ管１３を通して入ってきたコヒーレント
電磁波１１が、作成中の層６を直接に照射する。図面に
は示されていない装置によって、コヒーレント電磁波ま
たは保持体４とｍ６のいずれかまたは両方を移動させる
ことができ、それにより走査を実行することができる。

第２図は紫外光放射ビームのエネルギを時間の関数とし
て示したものである。それぞれのパルスの幅τは約１５
ｎｓである。これらのパルスの繰返し周波数はぜいぜい
数ヘルツである。例えば、パルスの繰返し周波数は０．
５ｔｌｚであることができる、すなわち、１サイクルＴ
は２秒であることができる。レージ“ビームは強い紫外
光線であり、その波長λは例えば３５０　ｎｍであり、
そしてこのレーザの電力Ｗは３５Ｎ脣である。

本発明による方法により、アモルファス領域と結晶化し
た領域とが存在するシリコン層を結果どしてうろことが
できる。このような構造体は産業上多くの応用を有する
。これらの応用の例とじては、絶縁体基板の上に微小電
子回路をつくって３次元回路を製造することや、平らな
液晶スクリーンのためのシフト・レジスタの製造、アド
レス指定光検出ストリップまたはバブル記憶複合化電子
装置のための電子回路の製造がある。第２図に示された
条件下で実施された場合、逐次にＰ（１００人）、Ｉ　
（５００人）、Ｎ（１００人）を得ることができた。こ
のことを周期的に繰返すことにより、（光に対し非常に
敏感であり、吸収レベルαと発光スペクｌ−ルを変調す
る可能性をもった）ＷＪ造体ＮＩＰＩが得られる。第３
図は液晶スクリーンのためのアドレス指定回路である。

このアドレス指定回路は、行アドレス指定レジスタ２０
と列アドレス指定レジスタ２２とを右する。

液晶スクリーンの各素子２４のアドレス指定は、］−ラ
ランジッタ２のようなスイッチをオフに切替えることに
よってえられる。このような１〜ランジスタ２６は、行
レジスタ２０と列レジスタ２２とによる制御信号によっ
て制御される。

アドレス指定は、従来の方式に従って、行毎に行なわれ
る。もし液晶スクリーンがＰ個の列を有するならば、レ
ジスタ２２はレジスタ２０よりもＰ倍だけ高い周波数で
動作する。したがって、レジスタ２２は高い周波数で動
作できるために結晶化したシリコンで製造されなくては
ならない。一方、レジスタ２０はアモルファス・シリコ
ンまたは結晶化したシリコンのいずれで製造してもよい
。

したがって、このアドレス指定回路は本発明による方法
によって製造すれば有利である。すなわち、レジスタ２
０はアモルファス・シリコンで製造され、そしてレジス
タ２２は放射線で照射されて結晶化したシリコンでつく
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工程を実施するための装置の概略
図であり、第１ａ図は本発明を実施するための別の装置
の概略図であり、 第２図は照射用コヒーシン１〜電磁波のエネルギを時間
の関数として示した図であり、 第３図は本発明による■稈ににつてえられる１つの応用
例の概略図である。 ４・・・保持体、 １０・・・容器、 １１・・・照射用コヒーレント電磁波ビーム。 代理人　浅　村　　　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　素材のアモルファス成長においてコヒーレン
   ト電磁波の照射により局所的に結晶化した部分ができる
   アモルファス成長の方法であって、前記素材の成長が真
   空中にある容器内に配置された保持体の上で実行され、
   前記容器が前記素材の源を有し、前記素材が前記保持体
   −トにアモルファス状に持続して沈着されそして同時に
   前記持続的沈着中に前記保持体上に沈着された層の１つ
   または複数個の予め定められた表面が一時的に照射され
   、前記照射が照射用コヒーシン１〜電磁波ビームによっ
   て実行され、前記ビームの電力Ｗおよび前記照射用コヒ
   ーレント電磁波の波長λが前記表面の脱着を起こさせる
   ことが可能である局所的に結晶化したアモルファスの成
   長法。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記照射用　３
   ０ヒーレント電磁波ビームが低い繰返し周波数を有づる
   パルスの形で放射される前記成長法。 （３）　　特許請求の範囲第１項において、前記照射用
   コヒーシン１〜電磁波ビームが空間的に走査する連続光
   源である前記成長法。 （４）　　特許請求の範囲第１項において、ドープ用材
   料が前記素４Ａの源に逐次に加えられる前記成長法。 （５）特許請求の範囲第２項において、前記照射パルス
   の放射周波数が５Ｈｚ以下である前記成長法。 （６）　　特許請求の範囲第１項において、前記素材が
   シリコンであり、前記照射用］ヒーレン１〜電磁波ビー
   ムの波長λが４００ｎｍ以下である前記成長法。 （７）　　特許請求の範囲ｉ４５項において、前記素材
   がシリコンであり、基板の′温度が３００　’Ｃと５０
   ０℃の間にある前記成長法。 （８）特許請求の範囲第１項において、前記素材がボウ
   索をドープしたシリコンである前記成長法。 （９）　　特許請求の範囲第１項において、前記素材が
   リンをドープしたシリコンである前記成長法。