(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、当該基板の表面と平行をなす面が｛１１１｝面で構成された配向性膜を形成する方法であって、
前記基板上に、結晶粒の配向性が不揃いな多結晶性のアルミニウムからなる配向性膜形成層を形成する第1工程と、
前記配向性膜形成層の表面に対して入射角度θ＝３５．３度の一定方向から、配向性膜形成層の下層部分に達する第１の注入エネルギーでシリコンイオンで構成されるイオンビームを照射し、次いで配向性膜の上層部分に対する第１の注入エネルギーよりも低い第２の注入エネルギーでシリコンイオンで構成されるイオンビームを照射し、前記基板の表面と平行をなす面が｛１１１｝面で構成された配向性を有する前記結晶粒を選択的に残して前記配向性膜形成層を非晶質化する第２工程と、
前記配向性膜形成層の熱処理を行なうことによって前記結晶粒の配向性を引き継いで当該配向性膜形成層を再結晶させて前記基板の表面と平行をなす面が｛１１１｝面で構成された配向性膜を形成する第３工程とを行なう
ことを特徴とする配向性膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置の製造工程で、基板上に配向性膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
所定の結晶面を同一方向に配向させてなる配向性膜を基板上に形成するには、上記基板の配向性の影響下で膜形成材料を堆積させ、これによって当該基板の配向性を引き継いだ配向性膜を形成する方法がある。
また、特開平５−２５６１８に開示されるように、基板表面に対して特定の入射角度からイオンビームを照射しながら堆積膜を形成することによって、上記イオンビームの照射に対してチャネリングが生じる方向に配向した結晶粒で上記堆積膜を構成して配向性膜とする薄膜形成方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の配向性膜の形成方法には、以下のような課題があった。
すなわち、基板の結晶性を利用する方法は、配向性の制御が難しく、また配向していない多結晶や非晶質からなる基板上には上記配向性膜を形成できない。
さらに、イオンビームを照射しながら堆積膜を形成する方法では、堆積膜の形成とイオンビームの照射とを同時に行うことができる専用の成膜装置を利用しなければならない。
【０００４】
そこで本発明は、特別な装置を用いることなくかつあらゆる膜質の基板上に精度良く配向した配向性膜を形成できる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
目的を達成するための本発明の配向性膜の形成方法は、以下の手順で行う。先ず、第１工程で基板上に多結晶性の配向性膜形成層を形成する。次の第２工程では、この配向性膜形成層にイオンビームを照射し、当該配向性膜形成層のうちでイオンビームの照射によってチャネリングが生じる結晶粒を残してその外の部分を非晶質化する。この際、入射角度θ＝３５．３度の一定方向から、配向性膜形成層の下層部分に達する第１の注入エネルギーでイオンビームを照射し、次いで配向性膜の上層部分に対する第１の注入エネルギーよりも低い第２の注入エネルギーでイオンビームを照射し、前記基板の表面と平行をなす面が｛１１１｝面で構成された配向性を有する前記結晶粒を選択的に残して前記配向性膜形成層を非晶質化する。さらに、第３工程では、熱処理を行うことによって上記結晶粒の配向性を引き継いで上記配向性膜形成層を再結晶させる。
【０００６】
【作用】
上記配向性膜の形成方法では、配向性膜形成層中の所望の配向性を有するの結晶粒がチャネリングを発生する方向からイオンビームを照射することによって、上記結晶粒を残して上記配向性膜形成層を非晶質化し、その後熱処理によって上記結晶粒の配向性を引き継いで上記配向性膜形成層を再結晶させる。このことから、基板上には、所望の配向性を有する結晶粒の配向性を引き継いだ配向性膜が形成される。
したがって、基板上には、イオンビームの照射方向によって配向方向が制御された配向性膜が形成される。
また、上記配向性膜は、既存の成膜方法，イオン注入方法及び熱処理方法とを順次行うことで形成される。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例を図１に基づいて説明する。
第１実施例では、表面層が酸化シリコンからなる基板１０上に、シリコンからなる配向性膜を形成する場合を説明する。上記配向性膜は、基板１０の表面に対して平行にシリコン結晶の｛１１１｝面を配置してなる膜とする。
【０００８】
上記配向性膜の形成は、以下のように行う。
先ず、図１（１）に示す第１工程では、例えば成膜温度を６１０℃に保ったＬＰ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）  −ＣＶＤ法によって、基板１０上に１００ｎｍの膜厚でシリコンを堆積させる。これによって、基板１０上に多結晶性シリコンからなる配向性膜形成層１１を形成する。この配向性膜形成層１１は、シリコン結晶の配向性が不ぞろいなっている。
尚、配向性膜形成層１１は、その膜厚が面内で均一に成膜され、その表面は基板１０の表面に対して平行に形成されていることとする。
【０００９】
次に、図１（２）に示す第２工程では、配向性膜形成層１１表面に対して一定の照射方向から所定の入射角度θを保ってイオンビーム１２を照射する。
この際、入射角度θは、配向性膜形成層１１を構成するシリコン結晶のうちで所望の配向性を有する結晶粒でチャネリングが生じる角度に設定する。ここで、上記結晶粒は、この実施例で形成したい配向性膜と同じ方向に配向するものとする。
【００１０】
上記配向性膜は、図中Ａ部の拡大図に示すように面心立方晶からなるシリコン結晶の｛１１１｝面ａを基板１０の表面と平行に配置してなる膜である。上記面心立方晶では、上記｛１１１｝面ａと３５．３度の角度を成して配置される｛１１０｝面ｂに垂直な入射方向からイオンビームが入射した際に最もチャネリングが生じ易い。したがって、イオンビーム１２を、配向性膜形成層１１の表面に対して入射角度θ＝３５．３度に設定して照射する。
【００１１】
また、イオンビーム１２の注入エネルギーは、イオン注入で非晶質化される層の深さｔが１００ｎｍになるように、例えばＬＳＳ理論から導かれた式ｔ＝Ｒｐ＋κ×ΔＲｐ，２≦κ≦５から算出する。ここで、Ｒｐは投影飛程でありΔＲｐは投影飛程偏差である。そして、例えば、κ＝２．５とした場合、上記注入エネルギーは４１ｋｅＶに設定される。
また、イオンビーム１２の照射量は、上記チャネリングが発生した結晶を残して配向性膜形成層１１中のその外の結晶が全て非晶質化されるように、例えば１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２のシリコンイオンが注入されるように設定する。
【００１２】
上記のようにして配向性膜形成層１１に対してイオンビーム１２を照射し、配向性膜形成層１１を構成するシリコン結晶を非晶質化する。これと共に、上記配向性膜形成層１１を構成するシリコン結晶のうちで、基板１０表面と平行をなす面が｛１１１｝面である結晶粒１４でチャネリングを発生させる。そして、上記配向性膜形成層１１中に、チャネリング現象によって結晶構造の崩壊を免れたシリコン結晶を結晶粒１４として残す。
【００１３】
次に、図１（３）に示す第３工程では、配向性膜形成層１１を熱処理する。この際、例えば基板１０を窒素ガスの雰囲気中に保ち６００℃で１０時間の熱処理を行う。
これによって、結晶粒１４の配向性を引き継いで配向性膜形成層１１を再結晶させ、配向性膜１５を形成する。
【００１４】
上記第１実施例の配向性膜の形成方法では、イオンビーム１２の照射によって所定の配向方向に配向した結晶粒１４を残してその外の部分の配向性膜形成層１１を非晶質化し、熱処理によって上記結晶粒１４の配向性を引き継いで上記非晶質化した配向性膜形成層１１を再結晶させて配向性膜１５を形成する。
このことから、基板１０上には、イオンビーム１２の照射方向によって配向方向が制御された配向性膜１５が形成される。
また、上記配向性膜１５は、既存のＣＶＤ，スパッタ及び蒸着法等の成膜方法とイオン注入方法と熱処理方法とを順次行うことで形成される。
【００１５】
次に、第２実施例を図２に基づいて説明する。
第２実施例では、表面層が酸化シリコンからなる基板１０上に、膜厚が４００ｎｍのアルミニウム−シリコンからなる配向性膜を形成する場合を説明する。上記配向性膜は、基板１０の表面に対して平行にアルミニウムの｛１１１｝面を配置してなる膜とする。
【００１６】
上記配向性膜の形成は、以下のように行う。
先ず、図２（１）に示す第１工程では、例えば基板温度を１５０℃に保ったスパッタ法によって、基板２０上に４００ｎｍの膜厚でアルミニウムを堆積させる。これによって、基板２０上に多結晶性の配向性膜形成層２１を形成する。
尚、配向性膜形成層２１は、その膜厚が面内で均一に成膜され、その表面は基板２０の表面に対して平行であることとする。
【００１７】
次に、第２工程では、先ず図２（２）−ａに示すように、配向性膜形成層２１表面に対して第１の注入ネルギーＥ１  で、かつ一定の照射方向から所定の入射角度θを保ってシリコンイオンで構成されるイオンビーム２２を照射する。
この際、上記入射角度θは、配向性膜形成層２１を構成するアルミニウムの結晶構造が上記第１実施例のシリコンの結晶構造と同じ面心立方晶であることから、上記第１実施例と同様に設定する。
【００１８】
また、上記第１の注入エネルギーＥ１  は、上記第１実施例と同様にして、イオンビーム２２の注入によって非晶質化される深さｔが上記配向性膜形成層２１の下層部分２１ａである２００〜４００ｎｍに達するように、例えば２４０ｋｅＶに設定する。
また、イオンビーム２２の照射量は、上記チャネリングが発生した結晶を残して配向性膜形成層２１の下層部分２１ａ中のその外の結晶が全て非晶質化するように、例えば１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２のシリコンイオンが注入されるように設定する。
【００１９】
上記のようにして配向性膜形成層２１の表面に対してイオンビーム２２を照射し、配向性膜形成層２１の下層部分２１ａを構成するアルミニウム結晶を非晶質化する。これと共に、配向性膜形成層２１の下層部分２１ａを構成する結晶のうちで基板２０の表面と平行をなす面が｛１１１｝面である結晶でチャネリングを発生させる。そして、下層部分２１ａ中に、チャネリング現象によって結晶構造の崩壊を免れたアルミニウム結晶を結晶粒２３として残す。
【００２０】
次に、図２（２）−ｂに示すように、第２の注入エネルギーでかつ上記と同様の方向から上記配向性膜形成層２１に対してイオンビーム２２を照射する。
上記第２の注入エネルギーＥ２  は、  イオンビーム２２の注入によって非晶質化される深さｔが上記配向性膜形成層２１の上層部分２１ｂである表面から２００ｎｍに達するように、例えば４０ｋｅＶに設定する。
また、イオンビーム２２の照射量は、例えば上記図２（２）−ａで示した工程と同じ値に設定する。
【００２１】
上記のようにして配向性膜形成層２１の表面に対してイオンビーム２２を照射し、配向性膜形成層２１の上層部分２１ｂを構成するアルミニウム結晶を非晶質化する。これと共に、上記アルミニウム結晶のうちで基板２０の表面と平行をなす面が｛１１１｝面である結晶でチャネリングを発生させる。そして、上層部分２１ｂ中に、上記と同様の結晶粒２３を残す。
【００２２】
次に、図２（３）に示す第３工程では、配向性膜形成層２１を熱処理する。この際、例えば基板２０をアルゴンガスの雰囲気中に保ち４００℃で１０時間の熱処理を行う。
これによって、基板２０上に上記結晶粒２３の配向性を引き継いで配向性膜形成層２１を再結晶させた配向性膜２５を形成する。
【００２３】
上記第２実施例の配向性膜の形成方法では、上記第１実施例と同様の手順で配向性膜２５を形成するため、イオンビーム２２の照射方向によって配向方向が制御された配向性膜２５が形成され、この配向性膜２５は、既存の成膜方法，イオン注入方法及び熱処理方法とを順次行うことで形成される。
さらに、配向性膜形成層２１には、シリコンイオンからなるイオンビーム２２を照射したので、イオンビーム２２の照射によってアルミニウム−シリコンからなる配向性膜２５を形成することができる。上記配向性膜２５は、アルミニウムに１％のシリコンを添加した構成になっている。
また、投影飛程と投影飛程偏差とから、イオンビーム２２の注入によって非晶質化される深さを制御しているため、イオンビームの注入が可能な膜厚であれば、膜厚を制限することなく配向性膜の形成が可能である。
【００２４】
尚、上記各実施例では、表面層が酸化シリコンからなる基板表面に対して面心立方晶の｛１１１｝面を平行に配置してなる配向性膜を形成する場合を説明した。
しかし、基板表面の材質は、上記酸化シリコンに限るものではなく、耐熱性材料であれば無配向な多結晶及び非晶質材料等のいづれの材料でも良い。
また、配向性膜を構成する結晶性材料は、面心立方晶に限るものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の配向性膜の形成方法によれば、イオンビームの照射でチャネリングを起こす結晶粒を残して多結晶性の配向性膜形成層を非晶質化し、熱処理によって上記結晶粒の配向性を引き継いで再結晶させることで、イオンビームの入射角度で配向方向を制御できる配向性膜の形成が可能になる。また、上記配向性膜は、既存の成膜方法とイオン注入方法と熱処理方法とを順次行うことによって形成できる。
したがって、特別な装置を用いることなくかつあらゆる膜質の基板上に精度良く配向した配向性膜を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例を示す工程図である。
【図２】第２実施例を示す工程図である。
【符号の説明】
１０，２０  基板
１１，２１  配向性膜形成層
１２，２２  イオンビーム
１４，２３  結晶粒
１５，２５  配向性膜
【図１】
0003545061.tif 000002
【図２】
0003545061.tif 000003