JPS5969495A - シリコン単結晶膜の形成方法 - 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、非晶質基板上にシリコン結晶結晶膜を形成す
る方法に関するものである。

従来、非晶留部・板上にシリコン単結晶膜を形成する方
法としては、種結晶法とグラフオエピタキシ法がある。

前者はシリコンの種結晶として下地のシリコンウェハを
用いるもので、このため、下地のシリコンウェハの面積
を越える大面積の結晶は製造できない欠点がある。また
、アモルファスシリコンをりｉ結晶化させるだめには、
連続発振レーザー、Ｑスイッチパルスレーザ−やストリ
ップオーブンヒータでアニールを行うが、種結晶法では
走査速度がぶいので、火星に、まだは大面積にはシリコ
ン単結晶膜を製造することができない。

また、種結晶法では、熱による溶融を綾″・り返すので
、結晶欠陥ができ、しかも操作上において、１！６射時
間、照射強度の微妙な制御が必要となり、実用的でなく
、かつ均一な結晶が成長できないなどの欠点がある。

グラフオエピタキシ法はｈ（板上に堆積したシリコンを
結晶化する際、その結晶方位を裁板上に作った周期構造
で決定して単結晶を形成するものであるから、その結晶
性は周期構造のコーナーの角度や直線性に依存する。こ
のため、エツチングによるｌｉ”ｄ期ｔｊｌｉ背のハづ
成には精密な制御が必要となる欠点がある。加えて、周
期構造のピッチが細かく、一度に大面１ｉ’、ｌの単結
晶を作れない欠点がある。

さらに、’ｌ”ｒ　１ｊｉ１昭ｊ７−１０．２．２１１
号には、Ａｕなどシリコンと低１品で共晶反応を起す金
属を溝を刻んだ石英基板の全面上に堆ＲＩ　して金属膜
を形成した後、この金属膜上に低温でシリコン単結晶を
成長させる方法が開示されている。また、４’！ｒ願昭
詞−７３６９５０号、およびｉｔ？ｆ願昭、ｔ７−７３
７３９２号には、本発明者らにより、石英基板上に偶定
の形にバクーン化された金７！’膜を配置クシ、その基
板を弘００℃稈度に加熱した状Ｊ、小でシリコンを蒸着
してシリコン結晶を成長させる方法が開示されている。

しかし、これらいずれの方法でも、幅が数μｍ以下の微
細加工を必要とし、１ｊ（抄する結晶の結晶性が尚の形
やパターン形に影響されるので、高精度の加工を必要と
する欠点があった。

さらに、上述したいずれの方法にあっても、従来のシリ
コンウェハ上にＣＶＤ法等でエピタキシャル成長させた
結晶膜と比較すると結晶性の点で劣ると言う欠点があっ
た。

そこで、本発明の目的は、上述した欠点を解決して、非
晶質基板上にシリコンの単結晶膜を短時間で、短い工程
で、大量に作ることのできるシリコン単結晶膜の形成方
法を提案することにある。

かかる目的を達成するだめに、本発明では、まず、非晶
質基板上にシリコン−金共晶合金からシリコンの微結晶
を方位を揃えて不連続に析出させ、次にその微結晶を不
連続に配置された種結晶としてＣＶＤ法により塞板表面
′に沿って、結晶成長させて非晶質２．（・板上にシリ
コン単結晶膜を形成する。

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（Ｎ−［有］）は本発明による単結晶膜の形成方
法の各工程を説明するだめの断面図である。第１図（４
）においては、非晶質基板として（７）石英ガラス／ヲ
）ＩＪジクロルチレン、アセトン、エヂルアルコールを
用いて有機洗浄し、次いでイソプロピルアルコールで蒸
気洗浄を施して石英ガラス／から不純物を除去する。次
に、従来のマスク技術によって、／　周期！ｒμｍでラ
イン幅ｖμｍ、スペース／μｍ、厚さＯ１７μｍ程度の
直線状グレーティングの形ＦＡＩの周期構ｒ１ｆを、ホ
トレジストコ、例えばシラプレーｒ１・のポジ形レジス
トＡＺ　−／３３０　Ｊを用いて形成する。ホトレジス
トλの露光後、クロロＤＥＶＥＬＯＰ、　ＶＯＬ、　）
’！　、　／／ｂ　’ｌ　、　ＪＵＬＹ　／９１０参照
）０この突起３によれば、以後のリフトオ７工程を容易
にすることができる。

第１図（４）の工程によりホトレジストλのマスク作刻
を施した基板／に対して、市販の真空蒸着装置を用いて
、常温で圧力／θ−５〜／θ−’　Ｔｏｒｒで、シリコ
ンと共晶となる金属の一例としての金を１０００人蒸着
１〜だ後、得られた基板をアセトンで超音波洗浄してレ
ンスト２の部分をリフトオフ法により除去し、以て第１
図（Ｂ）に示すような金の周期（′νＲ１グを形成する
。

しかる後、金の周期構造ψを有する基板ｌをシリコンと
金との共晶点温度よりも高い温度、例えば温度３１０℃
、圧力ｌθ−５〜／θ−’　Ｔｏｒｒでシリコンを速度
３人／ｓｅｃで約１０００人の厚さに蒸着する。

蒸着されたシリコンは順次に金と反応し、ある濃度で金
中に溶融してＳｉ　−Ａｕ共晶合金を形成する。

蒸着が進行すると、過剰のシリコンは基板／上に析出し
始め、単結晶シリコンが基板／上に形成される。金はこ
の単結晶シリコン上に移送されてＳｉ−Ａｕ合金の簿膜
となる。次吟で、基板／を蒸着装置より取り出し、ヨウ
素を用いて金を除去し、次Ｋ　ＩＭ　期構造ｖ間のアモ
ルファスシリコンをフレオンを流晴ΔｍＡ／ｍｉｎ＋圧
力ｌθ−２〜／θ−’　Ｔｏｒｒ　＋高周波電力、２０
０　Ｗで〃分間スパックエツチングして除去する。それ
により、第１図（Ｃ）に示すように、幅／μｍ、厚さ０
．／μｍ程度の直線状グレーティング状の不連続な単結
晶シリコンｊが得られた。

この単結晶シリコンｊをＸ線回折法で解析すると、単結
晶シリコンＳは基板ｌに垂直な方向が〈／／／〉となり
、パターンエッチに対して、垂直に＜Ｉｌｏ＞が配向す
ることがわかった。

次にＣＶＤ装置を用いて、温、度１０００℃前後で、圧
力５θＴｏｒｒ前後の低圧力下で、成長ガスとしてのジ
クロルシラン（流量３ｏｏ　ｒｎｔ／　ｍｉｎ　）およ
び添加剤としての塩化水素（流量３００　ｍ１７　ｍｉ
ｎ〜１０００ｍ、／１ｎｉｎ　）の混合ガスを用いて、
シリコンをｆｆ／ｉ積すると、堆積されたシリコンは選
択的にシリコンの種結晶Ｓにだけ付着し、石英ガラス基
板／上には付着しない。丑だ、付着したシリコンの成長
速度は結晶方位に依存し、結晶面（／１０）は（／／／
　）に対しへ３倍の速さで成長する。この時、（／１０
）第１ｒＡ（Ｄ）に示すように、種結晶としての単結晶
シリコンｊのまわり（ｆ（シリコン単結晶１１Ｊ　ｔが
成長した。

さらに、ＣＶＤ処理を続けると、約３分後には、第１図
色）に示すように、膜厚へ≠μｍの一様なシリコンｍ結
晶簿膜７を形成できた。

以上のようにして成長した結晶の方位関係を第２図に示
す。

ここでは、金のパターンが直線状のグレーディングの場
合を示したが、パターンはこの例にのみ限られるもので
はなく、東方形の島状あるいは平行四辺形等の各種島状
のものについてもｉｉｔ結晶膜を成長させることができ
ることがわかつプξ。

また、上側では、金を用いたが、金の代わりに、アルミ
ニウム、銀、白金、ガリウム、パラジウム等、シリコン
と共晶する金属も同様に用いることができる。

以上説明したように、本発明では、非晶’ＰｊＪ、％板
上にシリコン−金属共晶合金からシリコンの微結晶を方
位を揃えて析出させ、その析出１．Ｉｔ結晶を種結晶と
してＣＶＤ法によりシ（板表面に？、＞つで結晶成長さ
せて非晶＠基板上にシリコン単結晶膜を得る方法である
ので、精密な微４ｉ１１１加工を必要としない。

また、本発明によれば、金属との共晶合金よりシリコン
を成長させる１、ｉ″Ｉ囲は種結晶だけでよく、残余の
部分はＣＶＤ法で成長させて連続１１々七するので、結
晶中への金属の残留を避けることができ、高純度な結晶
薄膜が得られる。しかも捷だ、本発明によれば、成長速
度や膜厚を容易に制御しやすいだめ、所囁の寸法の結晶
膜を製作できる。さらに加えて、本発明では、その工程
のひとつとしてＣＶＤ法を用いており、それにより単結
晶を一度に多量に成長きせることかできるのでシリコン
単結晶膜の大１１に、生産に好適である。

ＩＡ図而面簡単なｒｔＩ６明 第１図（４）は非晶質基板の石英ガラス上に慣例のマス
ク作業を用いてレジストの周期構造を形成した基板を示
す断面（ズ、第１図（Ｂ）は第７１図（４）に示した基
板に金を蒸着１〜、次いでリフトオフ処理した時の基板
を示す断面図、第１図（０）は第１図（Ｂ）に示した基
板に種結晶として用いるシリコン単結晶を不連続状態に
形成した基板を示す断面図、第１図（Ｄ）はＣＶＤ法を
用いてシリコン種結晶を成長させて得られたシリコン単
結晶簿膜の基板を示す断面図、？ＩＳ１図伍）は第１　
Ｉ−６（ｒｌ）にをらにＣＶＤ処理を続行して得られた
一様なシリコンｍ結晶簿膜の基板を示す断面図、第２図
は第１図の）に示しだ成長した結晶の方位を示す図であ
る。

／・・・石英ガラス基板、 λ・・・シラプレー社のＡ　Ｚ−／３！；ＯＪポジ形レ
ジスト、３・・・オーバハング（突起）、 グ・・・金のグレーティング、 ｊ・・・種結晶としてのシリフン単結晶、乙・・・シリ
コン単結晶薄膜、 ７・・・一様なシリコン単結晶薄膜。

％作出願人　日本電信電話公社 第１図 第２図 （ｔｒｆ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質基板上に、シリコンと共晶となる金属の不連続薄
   膜を、直線状のグレーティングまたは島状の形態で堆積
   する工程と、次に前記非晶質基板をシリコンと前記金属
   との共晶温度より高い温度に加熱してシリコンを蒸着し
   て、シリコンと前記金属との共晶合金からシリコンの微
   結晶を方位を揃えて析出させる工程と、前記非晶質基板
   上の前記金属および前記共晶合金と、前記不連続薄膜間
   に付着した非晶質シリコンとを除去し、前記微結晶を前
   記非晶質基板上に種結晶として不連続に配置させる工程
   と、次にジクロルシランと塩化水素を用いたＯＶＤ法に
   より前記非晶質基板上にシリコン結晶を成長させる工程
   とを具備したことを１時機とするシリコン結晶結晶膜の
   形成方法。