JPS6041032B2 - 非晶質膜上の単結晶形成法 - Google Patents

非晶質膜上の単結晶形成法

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JPS6041032B2
JPS6041032B2 JP57046059A JP4605982A JPS6041032B2 JP S6041032 B2 JPS6041032 B2 JP S6041032B2 JP 57046059 A JP57046059 A JP 57046059A JP 4605982 A JP4605982 A JP 4605982A JP S6041032 B2 JPS6041032 B2 JP S6041032B2
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amorphous film
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single crystal
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homogeneous
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JP57046059A
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JPS58167490A (ja
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穣治 中田
健二 梶山
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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
    • C30B1/023Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing from solids with amorphous structure
    • 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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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    • C30B29/06Silicon

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非晶質膜上の単結晶形成法に関する。
従来、非晶質膜上の単結晶形成法として、例えばSOS
(SilicononSaphire)のようなサファ
イア基板上に単結晶シリコンを形成するものがある。
しかし、この方法はサファイア基板とシリコンとの格子
定数が完全に一致しないために歪が発生する問題、及び
シリコン中でアルミニウム汚染が発生する問題があった
。また、SINOX(SeparationbyImp
lantedOxygen)と称せられるようなシリコ
ンに高濃度に酸素を注入し、樫込み酸化絶縁膜を形成し
た後、更にェピタキシャル層を堆積させる形成法も採用
されている。しかし、この方法は、極めて高濃度に酸素
をイオン注入するために、単結晶形成に長時間を要する
欠点がある。また、表面シリコン酸化膜上にCVD(C
hemicalVaperDeposition)法な
どで非晶質シリコンを堆積し、その後レーザーや電子ビ
ームを照射して結晶化させる形成法も採用されている。
しかし、この方法は、ビームスポット直下の温度を固相
ェピタキシャル成長温度(シリコンでは〜600こ0)
、あるいは液相ェピタキシャル成長温度(シリコンでは
、〜1400o○)以上にして結晶回復を施すものであ
り、熱歪が発生する等の問題があった。本発明は、かか
る点に鑑みてなされたもので、200〜300oCの低
温で非晶質膜を再結晶化させることができ、非晶質膜上
の単結晶層の形成を簡略化された工程で行うことができ
る非晶質膜上の単結晶形成法を提供するものである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図に示す如く、例えばシリコン単結晶基板1上に、
この基板1と構成原子(或は分子)の異なる原子(或は
分子)からなる異質非晶質膜2を形成する。
異質非晶質膜2としては、例えば酸化膜、窒化膜がある
。次いで、基板1上及び異質非晶質膜2上に、異質非晶
質膜2の窓2aを介して基板1に接合する同質非晶質膿
3を形成する。同質非晶質膜3は、基板1の原子(或は
分子)と同じ原子(或は分子)からなるものであり、例
えば非晶質シリコン膜がある。この同質非晶質腹3の形
成方法としては、常圧CVD法、低圧CVD法、プラズ
マCVD法、MBE法(Molec山ar 技amEp
ita刈法)などがある。ここで、異質非晶質膜2及び
同質非晶質膜3は、これらを構成する原子或は分子から
なる多結晶膜を含むものとする。次に、固相ェピタキシ
ヤル温度以下の温度で重イオンビーム4を、少なくとも
同質非晶質膜3と基板1との接合面に十分に照射される
ように、同質非晶質腰3に照射する。ここで、同質非晶
質膜3の加熱温度は、その構成原子或は分子の固相ェピ
タキシヤル温度以下で100q○以上の温度に設定する
のが望ましい。固相ェピタキシャル温度を越えると、同
質非晶質膜3中の不純物が再分布したり、或は熱歪が残
留する。100oCに達しない温度にすると、同質非晶
質膜3に後述の如く十分に単結晶化を施すことができな
い。
また、重イオンビームの照射エネルギーは、0.3Me
V〜lmMeVの範囲で適宜設定するのが望ましい。0
.3YeVに達しない場合は、同質非晶質膜3に後述の
如く十分に単結晶化を施すことができない。
1瓜MeVを越えると同質非晶質膜3の格子間を重イオ
ンビームが貫通して同様に単結晶成長を施すことが困難
になる。
而して、このように重イオンビーム4を同質非晶質腰3
に照射すると、同質非晶質膜3と接つしている単結晶の
基板1中に、多数の空格子点と格子間位置原子が生成さ
れる。
それらの大部分は、再結合して、単繕晶の基板1中には
、ほとんど欠陥が形成されない。しかし、同質非晶質膜
3との界面付近に形成された空格子点、格子間位置原子
は、再結合する前に、基板1の界面において、同質非晶
質膜3と相互作用を行い、その働きにより同質非晶質膿
3がェピタキシャルに結晶化する。そして、異質非晶質
膜2上の同質非晶質膜3にも再結晶化が及ぶ。このよう
にして、異質非晶質膜2上の単結晶膜製造が形成される
。このように高エネルギー重イオンビーム4の照射量を
増すと、同質非晶質膜3が単結晶の基板1との接合界面
から順次結晶化する。
第2図は、同質非晶質膜3を結晶化した実施例の後方散
乱法によるチヤネリングスベクトルを示すものである。
同図中、1チャンネル=4keV、入射ヘリウムィオン
のエネルギーは、1.54MeVである。また、同図中
、曲線Aは、同質非晶質膜3の形成直後く100>整藤
スペクトルであり、単結晶の基板1上に〜1500Aの
厚さの同質非晶質腰3が形成されている。曲線Bは2.
58MeVのAsを3.0山A/4地のドースレートで
5×1び5/仇照射した試料の<100>整軸スペクト
ルであり、基板1の界面から〜330△厚さの単結晶膜
が形成されている。曲線Cは2.58MeVのAsを3
.5rA/4地のドースレートで1×1び6/塊照射し
た試料の<100>整軸スペクトルであり、基板1の界
面から〜730A厚さの単結晶膜が形成されている。曲
線Dは2.58MeVのAsを3.5〆A/4仇のドー
スレートで2×1び6/係照射した試料のく100>整
軸スペクトルで単結晶スペクトルと一致し、同質非晶質
膜3が完全に結晶化している。この場合結晶化は同質非
晶質膜3の垂直方向にも、水平方向にも同様に行なわれ
るため、異質非晶質膜2上の同質非晶質膜3が結晶化す
るのである。また第3図A及び8は、第1図に示す実施
例で異質非晶質膜2が膜厚〜1000Aの酸化膜であり
、その上に、堆積したシリコンからなる同質非晶質膜3
の膜厚が〜4000Aで酸化膜パターンの横方向の長さ
が10〃mの時に、高エネルギー重イオンビームアニー
ルした前(同図A)と後(同図B)の反射電子線回折像
である。
ここで、同図Aはあらかじめ600o048時間の電気
炉による熱処理を行い、穴開けしてある、下地が単結晶
シリコン基板1の同質非晶質膜3の部分を結晶化した試
料の回折像である。同図Bは、その試料に更に、2.5
8MeVの松を3.5〃A/4仇のドースレートで、1
×1び6/仇照射し、高エネルギー重イオンビームアニ
ールした試料の回折像を示すものである。
同図Bから、非晶質特有のハローパターンが消えて、酸
化膜上にも、結晶化が及んでいることが分かる。第3図
A及び同図Bに示す実施例は、照射イオン種が母、照射
エネルギーが2.58MeVの場合について示している
が、照射イオン種の原子番号が14を越える重い元素の
イオンであるSI,Q,Sbなど、いずれを用いても結
晶化は可能であった。
なお原子番号が大きい程、結晶化速度が早いことが確認
された。第4図は、イオン注入で形成した同質非晶質膜
3にHe4,BI1,瓜75,Kぷ4を2.58MeV
で、3.0山A/4地のドースレート(基板温度〜29
000)で5×1び5/仇照射した時の再結晶化厚さを
示したものである。軽いHe4イオンは殆んど、再結晶
化せず、重いイオン程再結晶化厚さは大きいことが判る
。また、高エネルギー重イオンビームスポット直下の温
度は、走査速度を速く(一1び伽/sec)、ビーム径
を大きく(〜10収め)することにより、30000以
下にすることができた。
このように結晶化温度が低いため同質非晶質膜3中の不
純物分布は、結晶化により殆んど影響を受けない。その
実施例を第5図に示す。このことは第5図に示す実験結
果から明らかである。同図中の10は、同質非晶質膜3
中に5皿eVの低エネルギーで5×lび5/均注入した
Asの分布点である。これは、硯射角(glaMing
angle)後方散乱法により、分解能を約35Aと向
上させて測定したものである。図中11は、高エネルギ
ー重イオンビームアニール後の船の濃度分布点で、界面
から、ェピタキシャルに結晶化するにつれ、若干表面側
へ移動するが、殆んど変化はないことが判る。以上説明
した如く、本発明に係る非晶質膜上の単結晶形成法によ
れば、200qo〜3000○の低温で非晶質膜を再結
晶化させることができるので、熱歪の発生を防止し、か
つ、不純物の再分布も阻止して非晶質膜上の単結晶層の
形成を簡略化された工程で行うことができる等顕著な効
果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法にて異質非晶質腰上の同質非晶質
膜を単結晶化している状態を示す説明図、第2図は、カ
ウント数とチャネル番号の関係を示す特性図、第3図A
は、重イオンビーム照射前の同質非晶質膜の反射電子線
回折像を示す回折写真図、同図Bは、同質非晶質膜の重
イオンビーム照射後の反射電子線回折像を示す回折写真
図、第4図は、再結晶化厚さと質量数の関係を示す説明
図、第5図は、基板の深さ当りのAs濃度分布を示す特
性図である。 1…・・・基板、2…・・・異質非晶質膜、2d・・・
・・・窓、3…・・・同質非晶質腰、4…・・・重イオ
ンビーム、10・・・・・・金の濃度分布点、11…・
・・重イオンビーム照射後の船の濃度分布点。 第1図 図 N 船 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 単結晶基板上に該基板の所定領域が露出するように
    該基板の構成分子或は原子と異なる分子或は原子からな
    る異質非晶質膜を形成し、次いで、前記基板の構成分子
    或は原子と同じ分子或は原子からなり、かつ前記基板の
    露出領域と接合した同質非晶質膜を前記異質非晶質膜上
    に形成し、次に、前記基板の分子或は原子の固相エピタ
    キシヤル温度以下の温度で少なくとも前記基板と前記同
    質非晶質膜との接合面に重イオンビームを照射すること
    を特徴とする非晶質膜上の単結晶形成法。
JP57046059A 1982-03-23 1982-03-23 非晶質膜上の単結晶形成法 Expired JPS6041032B2 (ja)

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JPS60153114A (ja) * 1984-01-20 1985-08-12 Nec Corp 単結晶半導体層の形成方法
JPH0732121B2 (ja) * 1984-05-22 1995-04-10 株式会社日立製作所 半導体装置の製造方法
JPS62230017A (ja) * 1986-03-31 1987-10-08 Agency Of Ind Science & Technol 単結晶膜作成方法
JPH0787178B2 (ja) * 1987-06-12 1995-09-20 工業技術院長 単結晶半導体薄膜の形成方法

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