JPH05347262A - 多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上への液相成長法による多結晶シリコン
の製造において、その多結晶シリコンを構成する結晶粒
のサイズを大きく且つ所望の大きさとなるような製造方
法を提供することにある。 【構成】 非晶質基板(1)又は金属基板上に設けた開口
部内にシリコンの結晶塊(2)を嵌入し、このシリコンの
結晶塊が核となるようにシリコンの液相成長を施すこと
にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコンの製造
方法に関し、特に液相成長により製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、結晶粒の大きな多結晶シリコンを
形成する方法として、再結晶化法、エピタキシャル法等
が用いられている。

【０００３】とりわけ、今日の再結晶化法にあってはレ
ーザアニール法や固相成長法、液相成長法といった種々
の方法による多結晶シリコンの研究開発が行われてい
る。その具体的な先行技術としては、特開平２−１６５
６２０号などがある。

【０００４】この再結晶化法での形成にあっては大きな
シリコン結晶粒で構成されたものほど多結晶シリコンの
膜質として良質なものであるとされているため、結晶粒
が大きく成長するように予め結晶化のための核となる結
晶核を基板上に設けたり、あるいはその基板表面に微少
欠陥を作りその上に多結晶シリコンを成長させる方法な
どが採られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この結晶核として、従
来の単結晶シリコンを基板とした場合にあっては、その
単結晶シリコンがもつ結晶方位自体を結晶核として利用
できたが、単結晶でない非晶質材料や金属材料を基板と
する場合にあっては、その結晶核の形成自体が非常に困
難である。

【０００６】また、たとえ非晶質材料等の基板上に多結
晶シリコンの形成にとって結晶核の如く働く何らかの微
小欠陥があっても、それはほとんど偶発的なものに過ぎ
ず、斯る偶発的なものに基づいて多結晶シリコンを形成
している限り結晶粒の大きさを揃える等の制御を行うこ
とは、事実上不可能であった。

【０００７】斯る事情はとりわけ液相成長法においては
深刻な問題となる。ここで液相成長法とは、溶媒である
錫（Ｓｎ）中にシリコンを溶かし込んだ状態から徐々に
温度を下げることによって、溶解度を越えたことによる
シリコンの析出現象を利用する形成方法をいうが、この
液相成長法では、たとえシリコンの結晶塊を結晶核とす
るために基板の表面に配置しても、その結晶塊自体が液
相状態の溶融シリコンと接している間に消失してしま
い、本来の結晶成長のための核とすることができなくな
るからである。

【０００８】又、その様な消失が生じない場合であって
もその溶融シリコンによりシリコンの結晶塊が当初配置
した箇所から簡単に移動してしまうことが起こる。この
ような結晶塊の移動は、各結晶塊から成長する多結晶シ
リコンの結晶粒の大きさを不揃いなものとし、均質な多
結晶シリコンの形成を不可能にしてしまう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明多結晶シリコンの
製造方法の特徴とするところは、非晶質基板又は金属基
板の一主面に設けられた海溝状又は溝状の開口部にシリ
コン結晶塊を嵌入する工程と、シリコンを主材料とする
溶融シリコン液を前記主面側から前記開口部内の前記シ
リコン結晶塊と接触しつつ液相成長せしめる工程と、か
ら成ることにある。

【００１０】

【作用】本発明では結晶核となるシリコン結晶塊を、非
晶質基板又は金属基板の表面に設けられた開口部に嵌入
させることから、結晶塊は溶融シリコンと接触しても容
易には移動せず、また開口部の内壁によって囲まれた状
態にあることから容易には消失しない。

【００１１】更にまた、この開口部の間隔を制御するこ
とで所望のサイズの結晶粒で構成された多結晶シリコン
を製造することができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明製造方法を説明するための工
程別素子構造図である。同図（ａ）はアルミナからなる
非晶質基板(1)で、その一主面(1a)には幅が数１０〜数
１００μｍで、深さ数１０〜数１００μｍの開口部(1b)
が紙面に向かって垂直となる方向に海溝状に設けられて
いる。この開口部相互の間隔は、数１００μｍとした。

【００１３】次に同図（ｂ）の工程では、その開口部(1
b)にシリコンの結晶塊(2)を嵌入する。このシリコンの
結晶塊(2)のサイズは、開口部(1b)の内部の幅の程度に
よって調整する。この結晶塊(2)としては、例えば単結
晶シリコンを粉砕することによって得られるシリコン片
などでよく、またその開口部(1b)にこの結晶塊(2)を嵌
入する方法としては、プレス機等で基板(1)表面にこれ
ら結晶塊(2)を押しつけることによって行える。

【００１４】そして、同図（ｃ）の工程では、その主面
(1a)が溶融シリコン(3)の液面(3a)と接する状態で開口
部(1b)内のシリコンの結晶塊をその溶融シリコンと接触
させ、徐々に温度を下げることによりその結晶塊(2)を
核として非晶質基板(1)の主面(1a)上にシリコンを析出
させる。この降温のための代表的な速度は、約０．５℃
／minである。実施例で使用した溶融シリコンはシリコ
ンを約１０００℃でスズ（Sn)溶媒中で溶融したもので
ある。

【００１５】本工程により、開口部(1b)内のシリコンの
結晶塊は結晶核として機能し、多結晶シリコン(4)が成
長することとなる。即ち、いわゆる液相成長が生じる。

【００１６】同図（ｄ）は、この液相成長によって成長
した多結晶シリコン(4)で、図中の(5)は製造された多結
晶シリコン(4)の粒界を示している。このように粒界
は、開口部を中心として放射状に在ることから、隣接す
る開口部から相互に成長した多結晶シリコンはその開口
部間のほぼ中央で多結晶シリコンの成長の先端が衝突
し、その後基板表面に対して垂直方向に成長する。

【００１７】本発明では、シリコンの結晶塊の大きさ
と、それを嵌入する開口部の間隔の程度が重要となる。
まず図２に、開口部の間隔を約４００μｍ一定とし、シ
リコンの結晶塊の大きさのみを変化させた場合の、製造
された多結晶シリコンの結晶粒径との関係を示す特性図
である。

【００１８】同図によれば、シリコンの結晶塊の大きさ
が大きくなるにつれて、多結晶シリコンの結晶粒径は単
調に大きくなっていくことが分かる。特に、シリコンの
結晶塊の大きさを約１０００μｍとしたならば、多結晶
シリコンの結晶粒のサイズは、約１０００μｍまで大型
化することが分かる。

【００１９】次に、図３では、開口部の間隔のみを変化
させ、その開口部に嵌入するシリコンの結晶塊のサイズ
を一定（約５００μｍ）とした場合の多結晶シリコンの
結晶粒の大きさの変化を示している。

【００２０】同図では開口部の間隔を約２０μｍから約
１０００μｍへと拡大するにつれて、多結晶シリコンの
結晶粒のサイズは、約２０μｍから約５０００μｍへと
拡大するものの、開口部の間隔が約１０００μｍ以上と
なると、その結晶粒は漸次小さくなってくる。

【００２１】これは、開口部の間隔が大きくなりすぎる
と、結晶の横方向への成長が止まり、結果として小さな
結晶粒の集まりになってしまうのである。

【００２２】この結果から、本発明で使用する開口部の
間隔は、約２００μｍ〜約１０００μｍまでが好まし
く、最適には約８００μｍ〜約１０００μｍの範囲であ
る。また、開口部の深さとしては、約２００μｍ〜約１
０００μｍが必要である。

【００２３】更に、本発明製造方法で形成された多結晶
シリコンの特性について説明する。図４は、多結晶シリ
コンのキャリア濃度と移動度の関係を示す特性図であ
る。同図には、本発明の多結晶シリコン(41)の他に比較
のため単結晶シリコン(42)の特性についても同時に示し
ている。斯る場合の結晶塊の大きさは、約１０００μｍ
とし、開口部の間隔は約１０００μｍとしている。

【００２４】同図によれば、本発明多結晶シリコンと単
結晶シリコンとの特性は、ほとんど同じであり良質な多
結晶シリコンであることが分かる。このことは、本発明
多結晶シリコンの結晶粒が大きなものであることから、
その結晶粒間に在る粒界が少なくなり、それに伴いキャ
リアに対する悪影響が減少したためである。

【００２５】尚、本発明では、多結晶シリコンを形成す
るための基板としてはアルミナ基板を使用したが本発明
はこれに限られず石英ガラスや、チタン、モリブデン又
はタングステンの高融点金属等の基板であってもよい。

【００２６】更に、シリコンの結晶塊を嵌入する開口部
としては、実施例で示したような多数の開口部を海溝状
に設けた場合の他に、例えば基板の表面に碁盤の目のよ
うに開口部や、溝状の開口部を設けてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明多結晶シリコンの製造方法では、
結晶核となるシリコンの結晶塊を多結晶シリコンの支持
基板の表面に設けられた開口部の内部に嵌入することか
ら、液相成長の際に生じた、溶融シリコンによるシリコ
ン結晶塊の消失やその位置ずれといった問題が防止し得
る。

【００２８】又、結晶塊を嵌入する開口部の間隔を制御
することによって、所望の結晶粒の大きさを有する多結
晶シリコンを形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明製造方法を説明するための工程別素子構
造断面図である。

【図２】本発明製造方法で利用するシリコンの結晶塊の
大きさと、製造された多結晶シリコンの結晶粒の大きさ
との関係を示す特性図である。

【図３】本発明製造方法で利用する基板表面に設けられ
た開口部の間隔と、製造された多結晶シリコンの結晶粒
の大きさとの関係を示す特性図である。

【図４】本発明製造方法で形成した多結晶シリコンの特
性図である。

【符号の説明】

(1)…非晶質基板 (2)…結晶塊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非晶質基板又は金属基板の一主面に設け
   られた海溝状又は溝状の開口部にシリコン結晶塊を嵌入
   する工程と、 シリコンを主材料とする溶融シリコン液を前記主面側か
   ら前記開口部内の前記シリコン結晶塊と接触させつつ多
   結晶シリコンを液相成長せしめる工程と、 から成ることを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。