JPS6046539B2 - シリコン結晶膜の製造方法 - Google Patents
シリコン結晶膜の製造方法Info
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- JPS6046539B2 JPS6046539B2 JP12331375A JP12331375A JPS6046539B2 JP S6046539 B2 JPS6046539 B2 JP S6046539B2 JP 12331375 A JP12331375 A JP 12331375A JP 12331375 A JP12331375 A JP 12331375A JP S6046539 B2 JPS6046539 B2 JP S6046539B2
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- silicon
- silicon film
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は結晶性の優れたシリコン結晶膜の製造方法に
関する。
関する。
現在、シリコンを用いる半導体装置ではチヨコラルス
キー法で作成した単結晶インゴットをスライスし、研摩
した厚さ約２００μｍのウェハーが用いられている。
キー法で作成した単結晶インゴットをスライスし、研摩
した厚さ約２００μｍのウェハーが用いられている。
しかし、半導体装置ではウェハーの表面近傍しか利用さ
れす大部分無駄となつており、素子の低コスト化への１
つの障害となつている。また、シリコン層が厚いことが
素子分離を困難として高速ＬＳＩの開発を難しくしてい
る。１つの解決法としてサファイア結晶上にシリコン薄
膜をエピタキシャル成長させるＳＯＳ技術があるが、サ
ファイア結晶が高く素子の低コスト化には問題がある。
れす大部分無駄となつており、素子の低コスト化への１
つの障害となつている。また、シリコン層が厚いことが
素子分離を困難として高速ＬＳＩの開発を難しくしてい
る。１つの解決法としてサファイア結晶上にシリコン薄
膜をエピタキシャル成長させるＳＯＳ技術があるが、サ
ファイア結晶が高く素子の低コスト化には問題がある。
以上の問題点を解決するため安価な基板上に多結晶シリ
コン膜を形成して半導体素子を作成する試みが行われて
いる。
コン膜を形成して半導体素子を作成する試みが行われて
いる。
しかし、従来の方法では結晶粒径が０．１〜１０μｍと
小さく性能の充分な素子は得られていない。性能を改善
するには粒径を大きく粒界での少数キャリアの再結合を
減少させる必要があり、そのためシリコンの融点近傍で
多結晶膜を加熱し結晶粒を成長させ最終的には単結晶膜
を得ようとする試みがなされている。しかるに、融点以
下の加熱では粒成長は速やかに進行せず（Ｃ．Ｄ．Ｏｕ
ｗｅｎｓａｎｄＨ．ＨｅｊＩｉ？Ｒｓ９Ａｐｐ．Ｐｈｙ
ｓ．レＴｔｅｒｓ，ＶＯｌ．２６，ＮＯ．ｌＯ，５６９
（１９７５）参照）、また融点以上ではシリコン融液が
表面張力のため球状になり厚さの均一な膜は得られない
。本発明は多結晶シリコン膜の溶融時表面張力による膜
の凝集を防止するためシリコン膜上に保護膜を設けるこ
とを特徴とするものである。
小さく性能の充分な素子は得られていない。性能を改善
するには粒径を大きく粒界での少数キャリアの再結合を
減少させる必要があり、そのためシリコンの融点近傍で
多結晶膜を加熱し結晶粒を成長させ最終的には単結晶膜
を得ようとする試みがなされている。しかるに、融点以
下の加熱では粒成長は速やかに進行せず（Ｃ．Ｄ．Ｏｕ
ｗｅｎｓａｎｄＨ．ＨｅｊＩｉ？Ｒｓ９Ａｐｐ．Ｐｈｙ
ｓ．レＴｔｅｒｓ，ＶＯｌ．２６，ＮＯ．ｌＯ，５６９
（１９７５）参照）、また融点以上ではシリコン融液が
表面張力のため球状になり厚さの均一な膜は得られない
。本発明は多結晶シリコン膜の溶融時表面張力による膜
の凝集を防止するためシリコン膜上に保護膜を設けるこ
とを特徴とするものである。
従来、表面張力を低下させる保護膜を設け結晶性を向上
一させる方法はＩｎＳｂにおいて知られているが（Ｈ．
Ｈ．Ｗｊｅｄｅｒ，ＳＯｌｌｄＳｔａｔｅＣＯｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉＯｎ，ＶＯｌ．３，ｌ５９（１９６５））Ｓ
ｉに関しては全く知られていない。本発明者は多結晶シ
リコンの再結晶化用の保護．膜としては単結晶シリコン
デバイスのパッシベーション用の各種の酸化物膜が適し
ていることを見出した。
一させる方法はＩｎＳｂにおいて知られているが（Ｈ．
Ｈ．Ｗｊｅｄｅｒ，ＳＯｌｌｄＳｔａｔｅＣＯｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉＯｎ，ＶＯｌ．３，ｌ５９（１９６５））Ｓ
ｉに関しては全く知られていない。本発明者は多結晶シ
リコンの再結晶化用の保護．膜としては単結晶シリコン
デバイスのパッシベーション用の各種の酸化物膜が適し
ていることを見出した。
たとえば、ＳｌＯ２，，Ａｌ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ｓｎ
Ｏ２，Ａｌ２Ｏ３−ＳｌＯ２，Ｂ２Ｏ３−ＳｌＯ２，ｐ
２Ｏ，，，ｐ２Ｏ５−ＳｊＯ２，ＰｂＯを含む低融点ガ
ラス、さらには上記ｊ各種の組合せを含む多成分系ガラ
ス（例えば７０５９ガラス）などが適している。上記各
種ガラス膜の中で、Ｂ．Ｏ，−ＳｌＯ２系および，Ｐ２
Ｏ５−ＳｉＯ２系ガラスは組成を適当に選ぶことにより
Ｓｉと熱膨張係数を一致させることができ加熱時および
冷却時のク・ラックの生じない保護膜として適当である
。このようなガラスとしては他に■Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ
２Ｏ３一ＳｌＯ２系、ＰｂＯ−Ａｌ２Ｏ３ＳｌＯ２系、
ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ一ＳｌＯ２系およびＰｂＯ−
Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス等が
ある。シリコン膜が溶融する時シリコンは収縮し、冷却
して凝固する時約９％膨張するので保護膜に大きな応力
がかかる。保護膜はかかる応力により亀裂もしくは剥離
を生ずることは好ましくなく、またこれを防止するには
シリコン膜の溶融時もしくは再結晶化時に保護膜が軟化
していることが応力緩和上必要である。上記各種硅酸塩
ガラスは一般にＳｉの融点近傍では軟化し保護膜として
適当なものである。
Ｏ２，Ａｌ２Ｏ３−ＳｌＯ２，Ｂ２Ｏ３−ＳｌＯ２，ｐ
２Ｏ，，，ｐ２Ｏ５−ＳｊＯ２，ＰｂＯを含む低融点ガ
ラス、さらには上記ｊ各種の組合せを含む多成分系ガラ
ス（例えば７０５９ガラス）などが適している。上記各
種ガラス膜の中で、Ｂ．Ｏ，−ＳｌＯ２系および，Ｐ２
Ｏ５−ＳｉＯ２系ガラスは組成を適当に選ぶことにより
Ｓｉと熱膨張係数を一致させることができ加熱時および
冷却時のク・ラックの生じない保護膜として適当である
。このようなガラスとしては他に■Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ
２Ｏ３一ＳｌＯ２系、ＰｂＯ−Ａｌ２Ｏ３ＳｌＯ２系、
ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ一ＳｌＯ２系およびＰｂＯ−
Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス等が
ある。シリコン膜が溶融する時シリコンは収縮し、冷却
して凝固する時約９％膨張するので保護膜に大きな応力
がかかる。保護膜はかかる応力により亀裂もしくは剥離
を生ずることは好ましくなく、またこれを防止するには
シリコン膜の溶融時もしくは再結晶化時に保護膜が軟化
していることが応力緩和上必要である。上記各種硅酸塩
ガラスは一般にＳｉの融点近傍では軟化し保護膜として
適当なものである。
この種ノの酸化物膜は軟化点が著しく低い場合一般に流
動しやすくなりシリコン表面が凹凸を呈しやすくなる。
この場合、軟化しない硬い膜を軟化する酸化物膜上に被
着して２層膜を形成するとかかる問題点を克服できる。
また、上記ガラス膜の中でＢ２Ｏ３−ＳｌＯ２系もしく
はＰ２Ｏ．−ＳｉＯ２系などの硅酸塩ガラス膜は再結晶
化時の保護膜として有効であるのみならずＢもしくは旦
の不純物を基板結晶中にドーピングすることも有効であ
ることは言う迄もない。以上の保護膜形成法として、化
学蒸着法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法およびガラス
溶着法など通常の膜形成法が使用され得る。
動しやすくなりシリコン表面が凹凸を呈しやすくなる。
この場合、軟化しない硬い膜を軟化する酸化物膜上に被
着して２層膜を形成するとかかる問題点を克服できる。
また、上記ガラス膜の中でＢ２Ｏ３−ＳｌＯ２系もしく
はＰ２Ｏ．−ＳｉＯ２系などの硅酸塩ガラス膜は再結晶
化時の保護膜として有効であるのみならずＢもしくは旦
の不純物を基板結晶中にドーピングすることも有効であ
ることは言う迄もない。以上の保護膜形成法として、化
学蒸着法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法およびガラス
溶着法など通常の膜形成法が使用され得る。
また、シリコン膜表面の直接酸化、窒化および炭化も同
様に有効である。再結晶化前のシリコン膜は通常多結晶
膜であるが非晶質膜についても有効である。
様に有効である。再結晶化前のシリコン膜は通常多結晶
膜であるが非晶質膜についても有効である。
かかる非晶質膜はシランガスを用いる化学蒸着法もしく
は電子ビーム蒸着法などにより低温で作成される。また
、シリコン膜としてシリコン膜と他の物質からなる多層
膜もしくは他の物質を含むシリコン膜も有効である。他
の物質として、アルミニウム、すず、チタン、ジルコニ
ウム、ニオブおよび白金などの各種金属および化合物が
あり、これらの物質とシリコンとの合金の融点はシリコ
ンより低くくなり低温再結晶化法として有利である。以
下、本発明を実施例にて詳細に説明する。
は電子ビーム蒸着法などにより低温で作成される。また
、シリコン膜としてシリコン膜と他の物質からなる多層
膜もしくは他の物質を含むシリコン膜も有効である。他
の物質として、アルミニウム、すず、チタン、ジルコニ
ウム、ニオブおよび白金などの各種金属および化合物が
あり、これらの物質とシリコンとの合金の融点はシリコ
ンより低くくなり低温再結晶化法として有利である。以
下、本発明を実施例にて詳細に説明する。
実施例１アルミナ基板上に化学蒸着法により多結晶シリ
コン膜を堆積後、該シリコン膜上にアルミナ膜を被着し
シリコンの融点以上に加熱し冷却後再結晶化を行なつた
。
コン膜を堆積後、該シリコン膜上にアルミナ膜を被着し
シリコンの融点以上に加熱し冷却後再結晶化を行なつた
。
以下、第１図にて本発明を説明する。まず、アルミナ板
１を有機溶媒中で超音波洗浄後、高周波加熱炉へ挿入し
１１００℃に加熱し、卜リ・クロル・シアンガスを流し
５μｍ厚の多結晶シリコン層２を形成した、多結晶層の
粒径を透過電子顕微鏡を用いて調べた所、平均粒径は約
１μｍであつた。
１を有機溶媒中で超音波洗浄後、高周波加熱炉へ挿入し
１１００℃に加熱し、卜リ・クロル・シアンガスを流し
５μｍ厚の多結晶シリコン層２を形成した、多結晶層の
粒径を透過電子顕微鏡を用いて調べた所、平均粒径は約
１μｍであつた。
つぎに、上記試料を４００′Ｃに加熱しトリイソブチア
ルミニウムガスの酸化により厚さ０．７μｍのアルミナ
膜３を多結晶シリコン層２の上に被着した。
ルミニウムガスの酸化により厚さ０．７μｍのアルミナ
膜３を多結晶シリコン層２の上に被着した。
この試料を酸素ガス雰囲気中１４２０′Ｃで１扮間加熱
した。
した。
その結果、シリコン膜は溶融し冷却中再結晶化した。再
結晶化シリコン膜の粒径は約２７Ｔ０！Ｌと再結晶化前
の値に比べ桁違いに大きくなつた。実施例２アルミナ基
板上に化学蒸着法により多結晶シリコン膜を堆積後、該
シリコン膜上にリン硅酸塩ガラス膜を被着しシリコンの
融点以上に加熱することにより、再結晶化を行なつた。
結晶化シリコン膜の粒径は約２７Ｔ０！Ｌと再結晶化前
の値に比べ桁違いに大きくなつた。実施例２アルミナ基
板上に化学蒸着法により多結晶シリコン膜を堆積後、該
シリコン膜上にリン硅酸塩ガラス膜を被着しシリコンの
融点以上に加熱することにより、再結晶化を行なつた。
以下、第１図にて本発明を説明する。まず、アルミナ板
１を有機溶媒中で超音波洗浄後、高周波加熱炉へ挿入し
１１００′Ｃに加熱し、トリクロルシアンガスを流し２
０μｍ厚の多結晶シリコン層２を形成した、多結晶層の
粒径を透過電子顕微鏡を用いて調べた所、平均粒径は約
１μｍであつた。
１を有機溶媒中で超音波洗浄後、高周波加熱炉へ挿入し
１１００′Ｃに加熱し、トリクロルシアンガスを流し２
０μｍ厚の多結晶シリコン層２を形成した、多結晶層の
粒径を透過電子顕微鏡を用いて調べた所、平均粒径は約
１μｍであつた。
つぎに、上記試料を４００℃に加熱しＰＨ３−ＳｉＨ４
系ガスを用いる化学蒸着法により５モル％のＰ２Ｏ．を
含む硅酸塩ガラス膜３を１μｍ多結晶２の上に被着した
。
系ガスを用いる化学蒸着法により５モル％のＰ２Ｏ．を
含む硅酸塩ガラス膜３を１μｍ多結晶２の上に被着した
。
この試料を空気雰囲気中１４２０゜Ｃで１紛間加熱した
。
。
その結果、シリコン膜が溶融し急冷中にデンドライト状
に再結晶化した。デンドライト結晶の長さは約１α、幅
約１７ｍと再結晶化前の値約１μｍｌこ比べ桁違いに大
きな粒径となつた。リン硅酸塩ガラス膜を被覆しないと
、シリコン膜は溶融時に凝集して球状になりアルミナ基
板面が露出してしまう。実施例３ アルミナ基板上に金属チタンを蒸着後、多結晶シリコン
膜を堆積し硼硅酸塩ガラス膜と酸化硅素膜の２重膜を被
着し再結晶化を行なつた。
に再結晶化した。デンドライト結晶の長さは約１α、幅
約１７ｍと再結晶化前の値約１μｍｌこ比べ桁違いに大
きな粒径となつた。リン硅酸塩ガラス膜を被覆しないと
、シリコン膜は溶融時に凝集して球状になりアルミナ基
板面が露出してしまう。実施例３ アルミナ基板上に金属チタンを蒸着後、多結晶シリコン
膜を堆積し硼硅酸塩ガラス膜と酸化硅素膜の２重膜を被
着し再結晶化を行なつた。
以下、第２図にて本発明を説明する。まず、アルミナ基
板１１を洗浄し真空蒸着装置に挿入した。
板１１を洗浄し真空蒸着装置に挿入した。
電子ビーム蒸着法により、アルミナ基板１１上に約０．
１μｍ厚のチタン膜１２を形成し、さらに実施例１と同
様な方法で２０μｍ厚の多結晶層１３を堆積した。つぎ
に、上記試料を４０００Ｃに加熱しＢ２Ｈ６ＳｉＨ４系
ガスを用いる化学蒸着法により該多結晶膜１３上に１７
モル％のＢ２Ｏ３を含む硼硅酸塩ガラス膜１４を０．８
μｍ１さらにその上に酸化硅素膜１５を０．２μｍ被着
した、ＳｊＯ２膜１５は、硼硅酸塩ガラス膜１４が湿気
を吸収し劣化することを防ぐためとガラス膜１４が軟化
して流動することを防ぐため設けている。この試料を酸
素中１３８０゜Ｃて１紛間加熱してシリコン膜を溶融し
約１゜Ｃ／分の速度で冷却し、試料を再結晶化した、再
結晶化した結晶の粒径は約０．５ｃｍであり再結晶化前
に比べ粒径ぎ著しく大きくなつた。
１μｍ厚のチタン膜１２を形成し、さらに実施例１と同
様な方法で２０μｍ厚の多結晶層１３を堆積した。つぎ
に、上記試料を４０００Ｃに加熱しＢ２Ｈ６ＳｉＨ４系
ガスを用いる化学蒸着法により該多結晶膜１３上に１７
モル％のＢ２Ｏ３を含む硼硅酸塩ガラス膜１４を０．８
μｍ１さらにその上に酸化硅素膜１５を０．２μｍ被着
した、ＳｊＯ２膜１５は、硼硅酸塩ガラス膜１４が湿気
を吸収し劣化することを防ぐためとガラス膜１４が軟化
して流動することを防ぐため設けている。この試料を酸
素中１３８０゜Ｃて１紛間加熱してシリコン膜を溶融し
約１゜Ｃ／分の速度で冷却し、試料を再結晶化した、再
結晶化した結晶の粒径は約０．５ｃｍであり再結晶化前
に比べ粒径ぎ著しく大きくなつた。
実施例４
アルミナ基板上に実施例１と同様な方法で多結晶シリコ
ンを堆積後、水蒸気中１０００′Ｃて１時間加熱し表面
を酸化した。
ンを堆積後、水蒸気中１０００′Ｃて１時間加熱し表面
を酸化した。
酸化膜の厚さは約０．５μｍであつた。この試料を実施
例１と同様の方法て熱処理を行ない、同程度の再結晶化
シリコン膜を得た。
例１と同様の方法て熱処理を行ない、同程度の再結晶化
シリコン膜を得た。
実施例５アルミナ基板上に電子ビーム蒸着法により非晶
質シリコン膜約１μｍを被着し実施例３と同様な２層膜
を該シリコン膜表面に形成した。
質シリコン膜約１μｍを被着し実施例３と同様な２層膜
を該シリコン膜表面に形成した。
ノ この試料を実施例３と同様な方法て熱処理し、同程
度の結晶性を有する再結晶化膜を得た。
度の結晶性を有する再結晶化膜を得た。
以上、実施例を試料を均一に加熱して冷却した場合すな
わち均一再結晶化について述べたが、さらに電子ビーム
やレーザービームを用いる微小帯）域再結晶化法（Ｍｊ
ｃｒＯｚＯｎｅＲｅｃｒｙｓｔａＩＩｉｚａｔｉＯｎ）
、または温度勾配中の再結晶化法と本発明を組合わせて
もシリコン膜の結晶性を向上させうることは明らかであ
る。
わち均一再結晶化について述べたが、さらに電子ビーム
やレーザービームを用いる微小帯）域再結晶化法（Ｍｊ
ｃｒＯｚＯｎｅＲｅｃｒｙｓｔａＩＩｉｚａｔｉＯｎ）
、または温度勾配中の再結晶化法と本発明を組合わせて
もシリコン膜の結晶性を向上させうることは明らかであ
る。
ノ 第１図は本発明に記載した多層膜の構造図、第２図
は本発明に記載した他の実施例である。
は本発明に記載した他の実施例である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 多結晶シリコン膜もしくは非晶質シリコン膜上に保
護膜を形成する工程と、該シリコン膜が溶融し且つ該保
護膜が軟化する温度に加熱し、該シリコン膜が液相成長
によつて再結晶化し且つ該保護膜が軟化している温度に
移行する工程を含むシリコン結晶膜の製造方法。 ２ 多結晶シリコン膜もしくは非晶質シリコン膜上に保
護膜を形成する工程と、該シリコン膜が溶融し且つ該保
護膜が軟化する温度に実質的に均一に加熱し、該シリコ
ン膜が液相成長によつて再結晶化し且つ該保護膜が軟化
している温度に移行する工程を含むシリコン結晶膜の製
造方法。 ３ 多結晶シリコン膜もしくは非晶質シリコン膜上に保
護膜を形成する工程と、該シリコン膜が溶融し且つ該保
護膜が軟化する温度に加熱し、該シリコン膜が液相成長
によつて再結晶化し且つ該保護膜が軟化する温度に移行
する工程を含むシリコン結晶膜の製造方法であつて、上
記加熱と上記の所望部分について行ない、他の所望部分
に遂次移動することを特徴とするシリコン結晶膜の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12331375A JPS6046539B2 (ja) | 1975-10-15 | 1975-10-15 | シリコン結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12331375A JPS6046539B2 (ja) | 1975-10-15 | 1975-10-15 | シリコン結晶膜の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14245885A Division JPS6175513A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | シリコン結晶膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5247673A JPS5247673A (en) | 1977-04-15 |
| JPS6046539B2 true JPS6046539B2 (ja) | 1985-10-16 |
Family
ID=14857448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12331375A Expired JPS6046539B2 (ja) | 1975-10-15 | 1975-10-15 | シリコン結晶膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046539B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56111270A (en) * | 1980-02-06 | 1981-09-02 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of semiconductor device |
| JPS57113217A (en) * | 1980-12-29 | 1982-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS5812320A (ja) * | 1981-07-15 | 1983-01-24 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS58112333A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-04 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS60102728A (ja) * | 1983-11-09 | 1985-06-06 | Hitachi Ltd | 半導体基板の製造方法 |
| JPS6126211A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体結晶成長方法 |
| WO1986002881A1 (en) * | 1984-11-09 | 1986-05-22 | Konishiroku Photo Industry Co., Ltd. | Conductive laminate |
| JPS62199012A (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜の再結晶化方法 |
-
1975
- 1975-10-15 JP JP12331375A patent/JPS6046539B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5247673A (en) | 1977-04-15 |
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