JPS6336514A - 半導体単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

半導体単結晶薄膜の製造方法

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JPS6336514A
JPS6336514A JP17937886A JP17937886A JPS6336514A JP S6336514 A JPS6336514 A JP S6336514A JP 17937886 A JP17937886 A JP 17937886A JP 17937886 A JP17937886 A JP 17937886A JP S6336514 A JPS6336514 A JP S6336514A
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Akashi Sawada
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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、溶融再結晶化法(laterally 5e
ed1!depitaxlal growth) 、特
に再結晶化にエネルギービームを使用した半導体単結晶
薄膜の製造方法に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、再結晶化にエネルギービームを使用した半導
体単結晶薄膜の製造方法であり、種部近傍に半導体非単
結晶薄膜の主成分原子と同族で、この主成分原子とは異
る原子を含有させることにより、種部と絶縁層上の非単
結晶薄膜との溶融を同程度に生じさせて良好に再結晶化
を行うことができるようにしたものである。
〔従来の技術〕
従来、絶縁層上の半導体非単結晶薄膜にエネルギービー
ム、例えば電子線を照射して溶融再結晶化させ、半導体
単結晶薄膜を作製する技術(所謂。
S■0単結晶作製技術)が提案されている。この再結晶
化のために、例えば第3図に示すLOCO8型構造の試
料(1へ第4図に示すメサ型構造の試料(1)が用いら
れている。(2)は単結晶sl基板、(3)は5lo2
(又は5IN)j脅、(4)は多結晶81薄膜である。
この試料(υに対して上から線状電子線を照射して多結
晶Siと種部を溶融し、橿(シード)部(5)から順洸
単結晶Stに再結晶化させる。従ってこの再結晶化を順
調に行って良質の単結晶Sl薄膜を得る九めには、電子
線による加熱時、種部(5)とその近傍の多結晶si及
びStO□層(3)上の多結晶Stが同程度に溶融して
いることが必要である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
エネルギービーム、特に電子線を照射した場合、種部を
構成する単結晶siの熱伝導率が絶縁層を構成する51
02又はSiNより大きいため、種部の温度(到達温度
)は、絶縁層上の多結晶81の温度(到達温度)よシ低
くなる。これにより、5102層上の多結晶Stが溶融
する温度に加熱条件を設定した場合には、種部への到達
温度が不足して充分溶融しないため、種部からの単結晶
Stの再結晶化が起きない。また、種部が充分解融する
温度に加熱条件を設定した場合には、種部近傍の多結晶
81には再結晶化が起きているが、8102層上の多結
晶S1の加熱温度が高くなりすぎて多結晶Stが蒸発し
て消失するか、剥離するという問題が生じていた。
このような問題点を解決するために、従来例えばマスク
を用いたり電子線の走査速度を調整したpして、照射さ
れる領域の放熱特性に対応して電子線の照射強度を変化
させて種部では強く、絶縁層上の多結晶S1では弱くす
る方法が提案されている(特開昭57−45920参照
)。しかし、この方法によnば電子線を幅1005m以
下の細い線状に絞り、且つ多結晶81を溶融させるのに
必要なエネルギー密度を持たせることは困難である。ま
た、第5図に示すように、マスク(6)を使用して種部
(5)上の多結晶Sl薄膜(4)のみに81+イオン注
入し、その領域の81を非晶質(アモルファス)化する
ことによシ融点を下げた後、再結晶化させる方法も提案
されている(%開昭58−212123参照)。しかし
、この方法によれば、非晶質化するために多量のイオン
を注入しなければならず(例えばSlを10 ” ab
n/cm”注入する必要がある、その融点降下温度ΔT
は100〜200℃以下でおυ、また時間と経費の点で
実用化に問題がある。
なお、非晶質又は多結晶の81薄膜に添加する不純物の
濃度を変化させることによって、Sl薄膜の融解温度又
は結晶化温度を制御する方法(特開昭56−93312
及び特開昭58−37917参照)も提案されているが
、これらはいずれも種無しの再結晶化法に関し、種を選
択的に発生させたシ、結晶化温度を場所毎に変えて、結
晶化の方向(結晶成長方向)を制御することを目的とし
ている。
本発明は、上記問題点を解決することができる半導体単
結晶薄膜の製造方法を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、絶縁層(6)上に形成された半導体非単結晶
薄膜(6)と、この半導体非単結晶薄膜α2に接して配
され穴椎部である半導体単結晶部仕りと金有し。
エネルギービームを照射して半導体単結晶部αりと半導
体単結晶薄膜圓を加熱浴融した後、再結晶化させる半導
体単結晶薄膜の製造方法において、種部となる上記半導
体単結晶部(至)近傍に半導体非単結晶薄膜μsの主成
分原子と同族で、この主成分原子とは異る原子を含有さ
せる。
上記条件に合う元素とは、半導体非単結晶を多結晶S1
又は非晶質Stとした場合、例えばGo。
Snである。またこれらは単結晶薄膜の電気的特性に悪
い影響を与えないことが必要である。
上記原子の含有のさせ方としては、種部(至)近傍に上
記原子を含む層αQを形成する方法、種部(15近傍に
上記原子を拡散する方法などがおる。
エネルギービームとしては、粒子#(電子線等)、熱線
(レーデ、赤外線など)等を使用することができる。
〔作用〕 本発明により、種部四近傍の融点が低下するため、種部
(9)と絶縁層■上の半導体非単結晶の融解が同程度に
生じる。このような融点降下現象は、稀薄溶液の凝固点
降下現象と同様であるため、次にこの稀薄溶液の凝固点
降下と併せて理論的に説明する。
先ず、稀薄溶液の凝固点降下の大きさΔT、 k計算す
る。
純粋な溶媒の凝固点をで、とすると稀薄溶液の凝固点は
、Tf−ΔTfとなり、ΔT、は一般には、次式%式% m:重量モル濃度 Δ“f=Kf”・  K2.凝固点の分子降下Kfにつ
いては、溶媒IIの融解潜熱t、と溶媒の凝固温度Tf
との間に次の関係がある。
mは、1000.9の溶媒に溶けている溶質のモル数で
あるから、溶媒(St)W、、9中に溶質(不純物)W
21が溶けている場合には次式で表わされる。
それゆえ、凝固点降下の大きさΔT、は、次式で表わさ
れる。
欠にStの凝固点の分子降下係数に、を計算する。
81については、T、 = 1685°に、 Lt= 
43o、6m/Fが得られており、また気体定数Rとし
てR=1・987m/ ti@g−moL を用いると
に、が計算でき、K、 =13.10d@g/mo17
’liを得る。この数字は、例えば溶質(不純物)とし
て、Ge(分子−1i72.59)およびSn (分子
−31118,69)を選ぶと、100OJ中の81中
にGeあるいはSnが72591/あるいは118.6
9,9浴けているときに13.100にの凝固点降下が
生じることを意味している。なお、このように■族の同
族元素を選ぶことにより、Slの結晶性が良好になる。
次に具体例で凝固点降下ΔTfヲ計算してみよう。
多結晶St薄膜の厚さを0.5μm、多結晶SI″4膜
に浴かすGo又はSn膜の厚さを0.1μmとする。8
1゜G・及び8nの1400℃近傍での密度をそれぞれ
2.531 Am” 、 5.2517cm”及び6.
64&/cm”とすると、Go及びSnの分子量及びア
メガドロ数Nはそn−’eれ、7259 、118.6
9及び6.023 X 1023moL−’であるから
、SlとG・またSlとSnが均一に混υ合ったとする
と、5i−a・系及び81− Sn系における重量モル
濃度ヲm0゜及びm、。として、 mco =5.72 moL/I * mB。= 4.
42 moL/1を得る。従ってこれらの系における凝
固点降下の大きさくΔTt)a* # (ΔTf)8m
は(ΔTf)。、=に、・”Ge = 74.93°K
(ΔTf)sIl= K4−mB、、= 57.90 
’にとなる。このように小さな凝固点降下(融点降下)
の現象を種部に用いることによって再結晶化を起きやす
くできる。
仄にその具体例について述べる。Slの分子降下係数に
、 = 13.10 deg/moA/Ji’について
、K、は物質の凝固点(融点)Tfとその物質の融解潜
熱tにのみ依存する物質固有の定数である。Stについ
て言うと、1000.9の81中に1motの不純物が
浴けているとき、不純物の種類に依らす、13.10℃
の凝固点の降下がるることを意味している。
〔実施例〕
41図を参照して本発明の1実施例を説明する。
本実施例においては、単結晶Sl、4板圓の一生面上に
各種部(至)となる領域を除いて810□層(至)が形
成され、5tO2層(至)及び種部に)上に多結晶St
薄膜(ロ)が形成され、この多結晶St薄膜(6)が5
102層(至)の側壁部(至)によって分離されて島領
域とされた構造のLOCO8型試料α4を使用し、種部
α9となる単結晶S1上にGcを堆積してGe層Hを形
成する。この06層α0の厚さは、所望の融点降下の値
に応じて決める。そして、この試料α4を使用してその
表面に加速電圧10kV、電子密度約50 A/ cm
” 、 a 10 pm以上(通常50〜2000μm
)の線状電子線を走査する。この照射によって、先ずS
tより融点の低いGo層αQが融解し、このGoの融液
に81が溶は込む。なお、G・の沸点は2827℃であ
るから、この溶融時にGeが沸騰することはない。そし
て、31の融解領域は種部(イ)上からSiO□層αJ
上の81へと順次波がり、最終的に多結晶Sl薄膜(6
)の全部が溶融する。熱の大部分は、種部(ハ)から基
板αυの方向に流れる。従って、融点降下の影響は多少
残っているが、再結晶化は基板圓から棟部(6)、種部
(15近傍の多結晶81 、810□層(至)上の多結
晶S1へと進行し、I@調に単結晶化が行なわれる。
また、他の実施例として、第2図に示すように、種部α
り上にGo層αQを形成した後、真空中又は不活性ガス
(Ar t N2等)雰囲気中で高温の熱処理を施して
Goを多結晶si薄膜(6)と基板(11)中に拡散さ
せることにより、試料α4を構成し、上記融点降下(凝
固点降下)を更に効果的に利用することができる。Go
が拡散した領域α力をX印で示す。G@の波数係数は、
多結晶Stの方が単結晶Stよシ大きいので、G@の大
部分は種部(至)上の多結晶Sl中に16〜17 拡散する。その濃度は例えば10   a 嘱6”であ
るが、所望の融点降下温度ΔTに応じて調整することが
できる。そして、この試料C14を使用してその表面に
上記と同様の条件で線状電子線を照射する。
多結晶S1薄膜(6)は、融点降下現象によってG・の
拡散領域CI?)の中、特に濃度の濃い部分から融解が
始まり、融解領域は、順次5IO2層(資)上の多結晶
Stに及ぶ。こ汎によυ、種部(9)から5tO2層(
6)上のsiへと再結晶化が順調に進行して良好な単結
晶薄膜が得られる。なお、Geの拡散領域αηの形成は
、G・を選択的にイオン注入することによっても可能で
ある。
上述したように、本発明において融点降下現象を利用す
るための物質は、多結晶S1薄MO2のStと同族であ
り、SRの融点より低い融点を持ち、且つ81より高い
沸点を持つ物質が望ましい。また、si結晶の電気的特
性に、特に悪い影7!1を与えないことも必要である。
このような物質として、上記G・の他K例えばSn (
沸点は2507℃)を使用することができる。なお、拡
散領域αで形成の場合には、拡散物質がStよシ低い融
点を持つ必要はない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、種部又はその近傍の半導体非単結晶も
含めて融点が下がるため、種部とその近傍の半導体非単
結晶及び絶lik層上の半導体非単結晶の融解を同程度
に生じさせることができる。これにより、種部としての
機能が有効に働いて、絶縁層上への単結晶化が順調に進
行する。従って、良質、且つ均質な半導体単結晶薄膜が
得られる。
マタ、エネルギービーム等についての作製条件の適切な
範囲が拡大するため、製造が容易になる。
これらの結果として歩留シが向上し、コストが低下する
という効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は実施例の断面図、第3図〜第5図は
従来例の断面図である。 ■は多結晶St薄膜、(6)は810□層、(ト)は種
部、aoはGeN、αηはGoの拡散領域である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 絶縁層上に形成された半導体非単結晶薄膜と、該半導体
    非単結晶薄膜に接して配された半導体単結晶部とを有し
    、エネルギービームを照射して該半導体単結晶部と上記
    半導体非単結晶薄膜を加熱溶融した後、再結晶化させる
    半導体単結晶薄膜の製造方法において、 種部となる上記半導体単結晶部近傍に上記半導体非単結
    晶薄膜の主成分原子と同族で、該主成分原子とは異る原
    子を含有させることを特徴とする半導体単結晶薄膜の製
    造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6163018A (ja) * 1984-09-04 1986-04-01 Agency Of Ind Science & Technol Si薄膜結晶層の製造方法
JPS61201414A (ja) * 1985-03-02 1986-09-06 Agency Of Ind Science & Technol シリコン単結晶層の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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