JPS62145722A - 単結晶薄膜の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体装置を製造する分野で利用される単結晶
薄膜の製造方法に関し、さらに詳細には非晶質下地上に
形成した非晶質あるいは多結晶等の非単結晶薄膜に光ビ
ーム照射を行って、非単結晶薄膜を単結晶化する方法の
改良に関するものである。

〈従来の技術〉 従来より、単結晶シリコン基板上に形成した、一部間口
部を有する絶縁膜の上に非晶質あるいは多結晶等の非単
結晶シリコン薄膜を形成し、この非単結晶シリコン薄膜
にレーザ等の光ビーム照射を行って溶融再結晶化させる
ことにより、単結晶シリコン基板と結晶方位の一致した
単結晶シリコン薄膜を作製する方法が提案されている。

この従来より提案されている方法は、通常第２図（ａ）
及び（ｂ）に示すように単結晶シリコン基板１゜上に一
部開口部１０ａを有する絶縁膜■１を形成し７、さらに
その上に非晶質あるいは多結晶の非単結晶シリコン薄膜
１２を形成した後、レーザ等の光ビーム１３の照射を薄
膜１２が単結晶シリコン基板ＩＯの露出部分１０ａと直
接接した領域から行なうことにより単結晶シリコン基板
１０を結晶示した方法を複層溶融再結晶化法に適用した
第３図（ａ）及び（ｂ）に示す方法が考えられる。

即ち、第３図（ａ）及び（ｂ）において単結晶シリコン
基板１５上に単結晶シリコン基板露出部＋５ａを有する
絶縁膜１６を形成し、この単結晶シリコン基板露出部１
５ａをまず絶縁膜１６の厚さとほぼ同等膜厚の非単結晶
シリコン薄膜＋７で埋め込み、さらに全面に活性層とな
る非単結晶シリコン薄膜１８を形成する。次に反射防＋
ｈ膜１９を形成し、その」−に単結晶シリコン基板露出
部１５ａを覆うようにストライプ状の非単結晶シリコン
薄膜２゜を形成した後、レーザ光等の光ビーム２１の照
射を行って非単結晶シリコン薄膜１８を単結晶シリコン
基板１５と結晶方位の一致した単結晶シリコン薄膜２３
を得る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、」１記した第２図の方法では、単結晶シリコン
基板１０と単結晶化しようとする非単結晶シリコン膜■
２との間の絶縁膜１１の厚さが１．０μｍ以上に々ると
単結晶シリコン基板１ｏの露出部分１０ａ周辺に生じる
急峻かつ犬き々段差のため、単結晶シリコン基板１０と
接した領域の非単結晶シリコン薄膜１２から絶縁膜ＩＩ
上の非単結晶シリコン薄膜１２に結晶成長が連続して起
こら々くなる。そのため単結晶シリコン基板１０の結晶
方位と一致した単結晶シリコン薄膜Ｉ４を得ることがで
きない等の問題がある。

また第３図の方法では、絶縁膜１６が１．０μｍ以上に
なっても単結晶シリコン基板１５の結晶方位と一致した
単結晶シリコン薄膜２３を得ることは可能であるが、単
結晶シリコン基板露出部１５ａとストライプ状非単結晶
シリコン薄膜の長手方向の端からの距離ｔ２が近いと固
液界面が不安定表ため、単結晶シリコン基板１５の結晶
方位と一致した単結晶シリコン薄膜２３の得られる確率
が低くなることが見出された。

本発明はこのような点に鑑みて創案されたもので、レー
ザ等の光ビーム照射により、結晶方位の制御された良質
な単結晶薄膜を歩留りよく形成する単結晶薄膜の製造方
法を提供することを目的としている。

〈問題点を解決するだめの手段〉 上記の問題点を解決するため、本発明の単結晶シリコン
薄膜形成方法は、第３図において単結晶シリコン基板露
出部１５ａとストライプ状非単結晶シリコン薄膜２０の
長手方向の端からの距離ｔ２を１０μｍ以上にし、この
単結晶シリコン基板露出部にのみまず絶縁膜の厚さとほ
ぼ同等膜厚で非単結晶シリコン薄膜を埋め込み形成し、
さらに全面に活性層となる非単結晶シリコン薄膜を形成
する。次に反射防止膜を形成し、その上に単結晶シリコ
ン基板露出部を覆うように上記の条件、即ち距離ｔ２が
１０μｍ以上になるようにストライプ状の非単結晶シリ
コン薄膜を形成する。このストライプ状非単結晶シリコ
ン薄膜のストライプ幅より広い光ビームを照射すること
により絶縁膜上に単結晶シリコン基板と結晶方位の一致
した単結晶シリコン膜を得るように構成している。

〈作　用〉 単結晶シリコン基板露出部をストライプ状非単結晶シリ
コン薄膜の長手方向の端から１０ａ゛ｍ以上内側に入れ
ることにより、固液界面が安定化した領域で単結晶基板
からの種付けができるので、安定して単結晶シリコン基
板と結晶方位の一致した良質な単結晶シリコン薄膜が得
られる。

即ち、ストライプ状シリコン薄膜の長手方向にレーザ光
を走査する場合、レーザ光がストライプ状シリコン薄膜
の一端に入射した時点てはレーザ照射部の構造が時間的
に変化するため、試料内の温度分布形状がまだ安定して
いない。丑たレーザ光の入射端では周囲の反射防止膜の
効果（ストライプ状非単結晶シリコン薄膜の端でＦｉ、
８方向が反射防止膜が露出した面で囲まれている）でス
トライプ状非単結晶シリコン薄膜の温度が上がりやすく
、ストライプ状非単結晶シリコン薄膜の飛散が生じる。

この飛散が生じ々いレーザパワーにするとストライプ状
非単結晶シリコン薄膜の長手方向の中央部では溶融しな
くなる。この未溶融をなくすには上記の飛散が生じる。

飛散が生じると試料内の温度分布形状も乱れ、基板開口
部からの単結晶引」二げが困難になる。

この点、試料内の温度分布形状はレーザ照射位置がスト
ライプ状シリコン薄膜の一端から１０μｍ以上内側に入
れば安定し、また上記の飛散もストライプ状シリコン薄
膜の端から１０μｍ以内でしか生じないことが、本発明
者等の種々の検討結果より明らかになった。したがって
本発明のように、基板露出部分をストライプ状シリコン
薄膜の一端からＩＯμｍ以上離しておけば、安定して基
板開口部からの単結晶引上げができるようになり、その
結果、単結晶シリコン基板と結晶方位の一致した良質々
単結晶化シリコン薄膜を得ることが出来るように々る。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図（ａ）乃至（ｈ）はそれぞれ本発明の一実施例を
説明するための工程図である○ まず第１図（ａ）に示す単結晶シリコン基板ｌ上に第１
図（ｂ）に示すように単結晶シリコン基板■を一部露出
させて（露出部分１ａ）絶縁膜２を形成する。具体的に
は、岸結晶シリコン基板ｌ上に、まず厚さ２０μｍの５
ｉ０２膜を例えば熱酸化法により形成し、単結晶シリコ
ン基板１を露出すべき部分のみをホトエツチング法によ
り選択エツチングして開口部１ａを形成する。

次に、この単結晶シリコン基板１が露出した領域１ａに
のみ、第１図（ｃ）に示すように絶縁膜２の厚さとほぼ
等しい厚さの非単結晶シリコン薄膜３を埋め込み形成す
る。具体的には、開口部１ａを有する絶縁膜２上に減圧
ＣＶＤ法により非単結晶シリコン薄膜を形成し、次に開
口部１ａ部分とその他の部分に対応して表面に凸凹の出
現して形成されたこの非単結晶シリコン薄膜上に有機塗
布材料を表面が平坦になるように塗布して有機塗布膜を
形成した後、有機塗布膜表面から下地である非単結晶シ
リコン薄膜との等速エツチングを行なって、当初の有機
塗布膜の平坦な表面を転写すると共に、このエツチング
を上記絶縁膜２が露出した時点で停止させて、絶縁膜２
の開口部１ａに非単結晶シリコン薄膜３を埋め込み形成
する。

なお、このとき埋め込んだ非単結晶シリコン薄膜３の表
面と絶縁膜２の表面の段差が１．０μｍ以下であるよう
にする。

次に第１図（ｄ）に示すように薄膜３の上部および絶縁
膜２の上部の両域に活性層と々る厚さ０．６μｍの非単
結晶シリコン薄膜４を減圧ＣＶＤ法によって形成し、さ
らに第１図（ｅ）に示すように、反射防止膜５として作
用する５ｉ０２膜を厚さ８５０λに常圧ＣＶＤ法によっ
て形成する。

次に、この反射防止膜５の」二に厚さ０６μｍの非単結
晶シリコン薄膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、ホトエツ
チング法により選択エツチングして第１図（ｆ）及び（
ｇ）に示すように幅２０μｍのストライプ状非単結晶シ
リコン薄膜６を、単結晶シリコン基板露出部１ａを覆う
ように形成する。このとき単結晶シリコン基板１の露出
部１ａとストライプ状非単結晶シリコン薄膜６の長手方
向の端との距離ｔ１を１５μｍとなるように形成する。

次に第１図（ｈ）に示すように、溶融幅６０μｍ、レー
ザパワー１２Ｗのレーザビーム７の走査をストライプ状
非単結晶シリコン薄膜６の長手方向に走査速度１００　
ｍｍ／ｓｅｃで、非単結晶シリコン薄膜３が単結晶シリ
コン基板１の露出部分１ａに直接接した領域から行い、
基板ｌの露出部分１ａを種として非単結晶シリコン薄膜
３を単結晶化して単結晶シリコン薄膜８を得るとともに
、この単結晶シリコン薄膜８を種として活性層となる非
単結晶シリコン薄膜４を単結晶化して単結晶シリコン薄
膜９を得る。このようにして単結晶シリコン基板１と結
晶方位の一致した単結晶シリコン薄膜９を得た。

また、比較のため、単結晶シリコン基板１の露出部分１
ａとストライプ状非単結晶シリコン薄膜６の長手方向の
端との距離ｔ１を８μｍ及び１０μｍに設定し、その他
については上記第１図（ａ）〜（ｈ）に示した工程と同
じ工程によって非単結晶シリコン薄膜４の単結晶化を行
なったところ、距離ｔ１を１０μｍに設定したものにつ
いては単結晶シリコン基板曹と結晶方位の一致した良質
な単結晶薄膜を得ることが出来たが、距離ｔ１を８μｍ
に設定したものについては基板開口部１ａからの単結晶
の引き上げがうまく行なわれず、その結果、単結晶シリ
コン基板１と結晶方位の一致した単結晶化シリコン薄膜
を得ることが出来なかった。

〈発明の効果〉 以」二のように、本発明によれば、単結晶シリコン基板
上に例えば１．０μｍ以上の厚い絶縁膜が被覆されてい
ても、その絶縁膜」二に単結晶シリコン基板と結晶方位
の一致した良質な単結晶シリコン薄膜を安定して形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｈ）はそれぞれ本発明の一実施例を
説明するだめの試料断面等を示した工程図、第２図（ａ
）　、　（ｂ）および第３図（ａ）　、　（ｂ）はそれ
ぞれ従来の単結晶薄膜形成法を説明するための試料断面
を示す模式図である。 １・・・単結晶シリコン基板、 １ａ・・露出部分、 ２・・・絶縁膜、 ３・・非単結晶シリコン薄膜、 ４・・・活性層となる非単結晶シリコン薄膜、５・・・
反射防止膜、 ６・・・ストライプ状非単結晶シリコン薄膜、７・・・
レーザ等の光ビーム照射、 ８・・・単結晶化シリコン薄膜、 ９・・・活性層となる単結晶化シリコン薄膜。 特許出願人　工業技術院長　　等々力　　達第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単結晶シリコン基板の一部が露出するように該単結
   晶シリコン基板上に開口部を有する絶縁膜を被覆する工
   程と、 上記単結晶シリコンの一部露出した上記絶縁膜の開口部
   に非単結晶シリコンを埋め込む工程と、 開口部に非単結晶シリコンの埋め込まれた上記絶縁膜上
   に単結晶化すべき非単結晶シリコン薄膜を形成する工程
   と、 上記非単結晶シリコン薄膜上に反射防止膜を形成する工
   程と、 上記反射防止膜上にストライプ状のシリコン被膜を上記
   開口部位置を含み、かつ該開口部位置がストライプ状の
   シリコン被膜の長手方向の先端より１０μｍ以上内側に
   位置するように形成する工程と、 上記ストライプ状のシリコン被膜部分を覆って光ビーム
   を照射することにより上記単結晶シリコン基板の露出部
   を種として、上記非単結晶シリコン薄膜を単結晶化する
   工程と、 を含んでなることを特徴とする単結晶薄膜の製造方法。