JPS63107016A - 結晶の形成方法 - Google Patents
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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。
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〕
本発明は結晶の形成方法及び該方法により得られる結晶
物品に係り、特に堆積面材料の種類による堆積材料の核
形成密度の差を利用して作成した単結晶乃至粒径が制御
された多結晶の形成方法及びそれより得られる結晶物品
に関する。
物品に係り、特に堆積面材料の種類による堆積材料の核
形成密度の差を利用して作成した単結晶乃至粒径が制御
された多結晶の形成方法及びそれより得られる結晶物品
に関する。
本発明は、たとえば半導体集積回路、光集積回路、磁気
回路等の電子素子、光素子、磁気素子、圧電素子あるい
は表面音響素子等に使用される単結晶や多結晶等の結晶
の形成に適用される。
回路等の電子素子、光素子、磁気素子、圧電素子あるい
は表面音響素子等に使用される単結晶や多結晶等の結晶
の形成に適用される。
従来、半導体電子素子や光素子等に用いられる単結晶薄
膜は、単結晶基板上にエピタキシャル成長させる事で形
成されていた。例えば、Si単結晶基板(シリコンウェ
ハ)上には、Si、Ge。
膜は、単結晶基板上にエピタキシャル成長させる事で形
成されていた。例えば、Si単結晶基板(シリコンウェ
ハ)上には、Si、Ge。
GaAs等を液相、気相又は固相からエピタキシャル成
長することが知られており、またGaAs単結晶基板上
にはGaAs、GaAlAs等の単結晶がエピタキシャ
ル成長することが知られている。このようにして形成さ
れた半導体薄膜を用いて、半導体素子および集積回路、
半導体レーザやLED等の発光素子等が作製される。
長することが知られており、またGaAs単結晶基板上
にはGaAs、GaAlAs等の単結晶がエピタキシャ
ル成長することが知られている。このようにして形成さ
れた半導体薄膜を用いて、半導体素子および集積回路、
半導体レーザやLED等の発光素子等が作製される。
又、最近、二次元電子ガスを用いた超高速トランジスタ
や、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が盛ん
であるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真空を
用いたMBE(分子線エピタキシー)やMOCV D
(有機金属化学気相法)等の高精度エピタキシャル技術
である。
や、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が盛ん
であるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真空を
用いたMBE(分子線エピタキシー)やMOCV D
(有機金属化学気相法)等の高精度エピタキシャル技術
である。
このような単結晶基板上のエピタキシャル成長では、基
板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格子
定数と熱膨張係数とを整合をとる必要がある。たとえば
、絶縁物単結晶基板であるサファイア上にSi単結晶薄
膜をエピタキシャル成長させることは可能であるが、格
子定数のずれによる界面での結晶格子欠陥およびサファ
イアの成分であるアルミニウムのエピタキシャル層への
拡散等が電子素子や回路への応用上の問題となっている
。
板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格子
定数と熱膨張係数とを整合をとる必要がある。たとえば
、絶縁物単結晶基板であるサファイア上にSi単結晶薄
膜をエピタキシャル成長させることは可能であるが、格
子定数のずれによる界面での結晶格子欠陥およびサファ
イアの成分であるアルミニウムのエピタキシャル層への
拡散等が電子素子や回路への応用上の問題となっている
。
この様に、エピタキシャル成長による従来の単結晶薄膜
の形成方法は、その基板材料に太き(依存する事が分る
。M a t h e w s等は、基板材料とエピタ
キシャル成長層との組合せを調べている( EPITA
XIAL GROWTH,Academic Pres
s、 NewYork、 1975 ed、 by
J、 W、 Mathews )。
の形成方法は、その基板材料に太き(依存する事が分る
。M a t h e w s等は、基板材料とエピタ
キシャル成長層との組合せを調べている( EPITA
XIAL GROWTH,Academic Pres
s、 NewYork、 1975 ed、 by
J、 W、 Mathews )。
また、基板の大きさは、現在Siウェハで6インチ程度
であり、GaAs、サファイア基板の大型化は更に遅れ
ている。加えて、単結晶基板は製造コストが高いために
、チップ当りのコストが高くなる。
であり、GaAs、サファイア基板の大型化は更に遅れ
ている。加えて、単結晶基板は製造コストが高いために
、チップ当りのコストが高くなる。
このように、従来の方法によって、良質な素子が作製可
能な単結晶層を形成するには、基板材料の種類が極めて
狭い範囲に限定されるという問題点を有していた。
能な単結晶層を形成するには、基板材料の種類が極めて
狭い範囲に限定されるという問題点を有していた。
一方、半導体素子を基板の法線方向に積層形成し、高集
積化および多機能化を達成する三次元集積回路の研究開
発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に素
子をアレー状に配列する太陽電池や液晶画素のスイッチ
ングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も年
々盛んになりつつある。
積化および多機能化を達成する三次元集積回路の研究開
発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に素
子をアレー状に配列する太陽電池や液晶画素のスイッチ
ングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も年
々盛んになりつつある。
これら両者に共通することは、半導体薄膜を非晶質絶縁
物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形成
する技術を必要とすることである。その中でも特に、非
晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術が
望まれている。
物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形成
する技術を必要とすることである。その中でも特に、非
晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術が
望まれている。
一般的に、3102等の非晶質絶縁物基板上に薄膜を堆
積させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆
積膜の結晶構造は非晶質又は多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態のものであり、
多結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒
界で隔離されて集合したものである。
積させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆
積膜の結晶構造は非晶質又は多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態のものであり、
多結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒
界で隔離されて集合したものである。
たとえば、5i02上にSiをCVD法によって形成す
る場合、堆積温度が約600℃以下であれば非晶質シリ
コンとなり、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千
人の間で分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結
晶シリコンの粒径及びその分布は形成方法によって太き
(変化する。
る場合、堆積温度が約600℃以下であれば非晶質シリ
コンとなり、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千
人の間で分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結
晶シリコンの粒径及びその分布は形成方法によって太き
(変化する。
更に、非晶質または多結晶膜をレーザや棒状ヒータ等の
エネルギビームによって溶融固化させる事によって、ミ
クロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結晶薄膜
が得られている(Single−Crystal 5
ilicon on non−single−cr
ystalinsulators、 Journal
of crystal Growth vol。
エネルギビームによって溶融固化させる事によって、ミ
クロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結晶薄膜
が得られている(Single−Crystal 5
ilicon on non−single−cr
ystalinsulators、 Journal
of crystal Growth vol。
63、 No、 3.0ctober、 1983
edited by G、 W。
edited by G、 W。
Cu1len)。
このようにして形成された各結晶構造の薄膜にトランジ
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜0.1crrr/V−sec、数
百人の粒径を有する多結晶シリコンでは1〜10cIT
Il/V−8ec1溶融固化による大粒;径の多結晶シ
リコンでは単結晶シリコンの場合と同程度の易動度が得
られている。
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜0.1crrr/V−sec、数
百人の粒径を有する多結晶シリコンでは1〜10cIT
Il/V−8ec1溶融固化による大粒;径の多結晶シ
リコンでは単結晶シリコンの場合と同程度の易動度が得
られている。
この結果から、結晶粒内の単結晶領域に形成された素子
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来法
で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質又は粒径分布
をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子は、
単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大きく
劣るものとなる。そのために、用途としては簡単なスイ
ッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られる。
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来法
で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質又は粒径分布
をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子は、
単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大きく
劣るものとなる。そのために、用途としては簡単なスイ
ッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られる。
また、溶融固化によって大粒径の多結晶薄膜を形成する
方法は、ウェハごとに非晶質又は単結晶薄膜をエネルギ
ビームで走査するために、大粒径化に多大な時間を要し
、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという問題
点を有していた。
方法は、ウェハごとに非晶質又は単結晶薄膜をエネルギ
ビームで走査するために、大粒径化に多大な時間を要し
、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという問題
点を有していた。
更に、近年、ダイヤモンド薄膜成長の研究が盛んになり
つつある。ダイヤモンド薄膜は、特に半導体としてバン
ドギャップが5.5eVと広ぐ、従来の半導体材料であ
るS i、Ge、GaAs等に比べて高温(〜500°
C)で動作させる事ができる。又、キャリア易動度は電
子、正孔共にSiのそれを上回っており(電子は180
0crrf/V’sec、正孔は1600ctrf/V
−5ec)、熱伝導度も非常に高い。このために、発熱
量の大きい大消費電力型の半導体素子への応用が有望視
されている。
つつある。ダイヤモンド薄膜は、特に半導体としてバン
ドギャップが5.5eVと広ぐ、従来の半導体材料であ
るS i、Ge、GaAs等に比べて高温(〜500°
C)で動作させる事ができる。又、キャリア易動度は電
子、正孔共にSiのそれを上回っており(電子は180
0crrf/V’sec、正孔は1600ctrf/V
−5ec)、熱伝導度も非常に高い。このために、発熱
量の大きい大消費電力型の半導体素子への応用が有望視
されている。
しかしながら、従来では、気相成長によって、ダイヤモ
ンド基板上にダイヤモンド薄膜をエピタキシャル成長さ
せた報告はあるが(N、 Fujimoto。
ンド基板上にダイヤモンド薄膜をエピタキシャル成長さ
せた報告はあるが(N、 Fujimoto。
T、 IIIIai and A、Doi Pro、
of Int、 Couf、 IPAT)、ダイヤモン
ド基板以外の基板上にヘテロエピタキシャル成長させた
成功例の報告はない。
of Int、 Couf、 IPAT)、ダイヤモン
ド基板以外の基板上にヘテロエピタキシャル成長させた
成功例の報告はない。
一般的には、マイクロ波による励起を利用し、CH4の
炭化水素系のガスを用い、熱フィラメントや電子線照射
によりダイヤモンド核を生成するのであるが、一般に核
形成密度が低く、連続な薄膜にはなりにくい。たとえ連
続薄膜となったとしても粒径分布が大きい多結晶構造で
あり、半導体素子への応用には困難がある。
炭化水素系のガスを用い、熱フィラメントや電子線照射
によりダイヤモンド核を生成するのであるが、一般に核
形成密度が低く、連続な薄膜にはなりにくい。たとえ連
続薄膜となったとしても粒径分布が大きい多結晶構造で
あり、半導体素子への応用には困難がある。
また、ダイヤモンド基板を用いる限り、当然高価格とな
り、大面積化にも問題があり、実用化には適さない。
り、大面積化にも問題があり、実用化には適さない。
以上述べたように、従来の結晶成長方法およびそれによ
って形成される結晶では、三次元集積化や大面積化が容
易ではなく、デバイスへの実用的な応用が困難であり、
優れた特性を有するデバイスを作製するために必要とさ
れる単結晶および多結晶等の結晶を容易に、かつ低コス
トで形成することができなかった。
って形成される結晶では、三次元集積化や大面積化が容
易ではなく、デバイスへの実用的な応用が困難であり、
優れた特性を有するデバイスを作製するために必要とさ
れる単結晶および多結晶等の結晶を容易に、かつ低コス
トで形成することができなかった。
[目 的]
本発明の主たる目的は、上記従来の問題点を解決した結
晶の形成方法及びその方法で得られる結晶部品(art
il+)を提供することである。
晶の形成方法及びその方法で得られる結晶部品(art
il+)を提供することである。
本発明の別の目的は下地材料に制約されることなく、た
とえば基板の材料、構成、大きさ等に制約されることな
く、粒界を含まない単結晶および粒界制御された多結晶
等の良質の結晶の形成方法及びそれより得られる結晶を
有する結晶物品を提供することにある。本発明の更に別
の目的は特別な装置を用いず、簡単な工程で効率良く上
記結晶を形成する方法を提供することにある。
とえば基板の材料、構成、大きさ等に制約されることな
く、粒界を含まない単結晶および粒界制御された多結晶
等の良質の結晶の形成方法及びそれより得られる結晶を
有する結晶物品を提供することにある。本発明の更に別
の目的は特別な装置を用いず、簡単な工程で効率良く上
記結晶を形成する方法を提供することにある。
本発明の更にもう1つの目的は結晶形成面に、該結晶形
成面を形成する材料より核形成密度(ND)が十分大き
い材料で形成され、単一の核だけが成長する程度に十分
微細な面積を有する核形成面(S N、L)が設けられ
、該核形成面(SNDL)に単一的に成長した単結晶を
有する結晶物品を提供することでもある。
成面を形成する材料より核形成密度(ND)が十分大き
い材料で形成され、単一の核だけが成長する程度に十分
微細な面積を有する核形成面(S N、L)が設けられ
、該核形成面(SNDL)に単一的に成長した単結晶を
有する結晶物品を提供することでもある。
本発明の更にもう1つ別の目的は、結晶形成面を形成す
る材料の種類による結晶形成材料の核形成密度の差を利
用して、結晶を形成する方法において、前記結晶形成面
に、該結晶形成面を形成する材料より核形成密度の十分
大きい材料で、単一の核だけが成長するように十分微細
な面積を有する核形成面(SNDL)を形成し、 該核形成面(SNDL)単一の核のみを形成し、該単一
の核より単結晶を成長させて結晶を形成することを結晶
の形成方法を提供することでもある。
る材料の種類による結晶形成材料の核形成密度の差を利
用して、結晶を形成する方法において、前記結晶形成面
に、該結晶形成面を形成する材料より核形成密度の十分
大きい材料で、単一の核だけが成長するように十分微細
な面積を有する核形成面(SNDL)を形成し、 該核形成面(SNDL)単一の核のみを形成し、該単一
の核より単結晶を成長させて結晶を形成することを結晶
の形成方法を提供することでもある。
本発明のもう1つ別の目的は、核形成密度の小さい非核
形成面(S N、、)と、単一核のみより結晶成長する
に充分小さい面積を有し、前記非核形成面(S N、、
)の核形成密度(N D s)より大きい核形成密度(
N D L)を有する核形成面(SNDL)とを隣接し
て配された自由表面を有する基体に、結晶成長処理を施
して、前記単一核より単結晶を成長させるごとを特徴と
する結晶の形成方法を提供することである。
形成面(S N、、)と、単一核のみより結晶成長する
に充分小さい面積を有し、前記非核形成面(S N、、
)の核形成密度(N D s)より大きい核形成密度(
N D L)を有する核形成面(SNDL)とを隣接し
て配された自由表面を有する基体に、結晶成長処理を施
して、前記単一核より単結晶を成長させるごとを特徴と
する結晶の形成方法を提供することである。
本発明の更にもう1つ別の目的は核形成密度の小さい非
核形成面(S N、、)を有する基体の前記非核形成面
(S No5)の所望位置であって、単一核のみより結
晶成長するに充分小さい面積に、前記非核形成面(SN
DSs)を形成している材料(M s )と異なり、前
記非核形成面(SNDL)の核形成密度(N D s)
より大きい核形成密度(N D t)を有する核形成面
(SNDL)を形成する材料(ML)を付加して前記核
形成面(SNDL、)を形成し、次いで、前記基体に結
晶成長処理を施して、単一核を前記核形成面(SNDL
)に形成し該単一核より単結晶を成長させる事を特徴と
する結晶の形成方法を提供することである。
核形成面(S N、、)を有する基体の前記非核形成面
(S No5)の所望位置であって、単一核のみより結
晶成長するに充分小さい面積に、前記非核形成面(SN
DSs)を形成している材料(M s )と異なり、前
記非核形成面(SNDL)の核形成密度(N D s)
より大きい核形成密度(N D t)を有する核形成面
(SNDL)を形成する材料(ML)を付加して前記核
形成面(SNDL、)を形成し、次いで、前記基体に結
晶成長処理を施して、単一核を前記核形成面(SNDL
)に形成し該単一核より単結晶を成長させる事を特徴と
する結晶の形成方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、核形成密度差(△ND)が
充分大きい2種類の結晶形成面を有し、その中の核形成
密度の小さい方の結晶形成面(SNDL)L)は、単一
核のみより単結晶が成長するに充分微細な面積を有する
、基体に結晶形成処理を施して、前記結晶形成面(SN
DL)に安定した単一核を形成し、該単一核より単結晶
を成長させる事を特徴とする結晶の形成方法を提供する
ことである。
充分大きい2種類の結晶形成面を有し、その中の核形成
密度の小さい方の結晶形成面(SNDL)L)は、単一
核のみより単結晶が成長するに充分微細な面積を有する
、基体に結晶形成処理を施して、前記結晶形成面(SN
DL)に安定した単一核を形成し、該単一核より単結晶
を成長させる事を特徴とする結晶の形成方法を提供する
ことである。
本発明の更に別のもう1つの目的は核形成密度の小さい
非核形成面(S、、、s)と、該非核形成面(S 、、
、)に隣接して配され、単一核のみより結晶成長するに
充分小さい面積を有し、前記非核形成面(S +1ns
)の核形成密度(N D s)より大きい核形成密度(
N D L)を有する核形成面(SNo、、)とを有す
る基体と、前記単一核より成長して、前記核形成面(S
NDL)を過分に覆っている単結晶とを有する事を特徴
とする結晶部品を提供することである。
非核形成面(S、、、s)と、該非核形成面(S 、、
、)に隣接して配され、単一核のみより結晶成長するに
充分小さい面積を有し、前記非核形成面(S +1ns
)の核形成密度(N D s)より大きい核形成密度(
N D L)を有する核形成面(SNo、、)とを有す
る基体と、前記単一核より成長して、前記核形成面(S
NDL)を過分に覆っている単結晶とを有する事を特徴
とする結晶部品を提供することである。
本発明をより良く理解するためにまず、金属や半導体の
一般的な薄膜形成過程を説明する。
一般的な薄膜形成過程を説明する。
堆積面が飛来する原子と異なる種類の材料、特に非晶質
材料である場合、飛来する原子は基板表面を自由に拡散
し、又は再蒸発(脱離)する。そして原子同志の衝突の
末、核が形成され、その自由エネルギGが最大となるよ
うな核(臨界核)の大きさre(=−2σo/gv)以
上になると、Gは減少し、核は安定に三次元的に成長を
続け、島状となる。rcを越えた大きさの核を安定核と
」 呼び以降の本発明の詳細な説明に於いて、何等断わるこ
となしに「核」と記した場合は、この「安定核」を示す
ものとする。
材料である場合、飛来する原子は基板表面を自由に拡散
し、又は再蒸発(脱離)する。そして原子同志の衝突の
末、核が形成され、その自由エネルギGが最大となるよ
うな核(臨界核)の大きさre(=−2σo/gv)以
上になると、Gは減少し、核は安定に三次元的に成長を
続け、島状となる。rcを越えた大きさの核を安定核と
」 呼び以降の本発明の詳細な説明に於いて、何等断わるこ
となしに「核」と記した場合は、この「安定核」を示す
ものとする。
また、「安定核」の中rの小さいものを「初期核」と呼
31を形成することによって生ずる自由エネルギGは、 G=4πf(θ)(σ。r2+173・gv−r3)f
(θ) = 1/4 (2−3cosθ+cos2θ)
ただし、r:核の曲率半径 θ:核の接触角 gv:単位堆積当りの自由エネルギ σ。二核と真空間の表面エネルギ と表わされる。Gの変化の様子を第1図に示す。
31を形成することによって生ずる自由エネルギGは、 G=4πf(θ)(σ。r2+173・gv−r3)f
(θ) = 1/4 (2−3cosθ+cos2θ)
ただし、r:核の曲率半径 θ:核の接触角 gv:単位堆積当りの自由エネルギ σ。二核と真空間の表面エネルギ と表わされる。Gの変化の様子を第1図に示す。
同図において、Gが最大値であるときの安定核の曲率半
径がrcである。
径がrcである。
このように核が成長して島状になり、更に成長して島同
志の接触が進行し、場合によっては合体が起こ、す、網
目状構造を経て最後に連続膜となって基板表面を完全に
覆う。このような過程を経て基板上に薄膜が堆積する。
志の接触が進行し、場合によっては合体が起こ、す、網
目状構造を経て最後に連続膜となって基板表面を完全に
覆う。このような過程を経て基板上に薄膜が堆積する。
上述したような堆積過程において、基板表面の単位面積
当りに形成される核の密度、核の大きさ、核形成速度は
、堆積の系の状態で決定され、特に飛来原子と基板表面
物質との相互作用が重要な因子となる。また、堆積物質
と基板との界面の界面エネルギの結晶面に対する異方性
によっである特定の結晶方位が基板に平行に成長するが
、基板が非晶質である場合には、基板平面内での結晶方
位は一定ではない。このために、核あるいは島同志の衝
突により粒界が形成され、特にある程度の大きさ以上の
島同志の衝突であれば合体が起きと るキキそのまま粒界が形成される。形成された粒界は固
相では移動しにくいために、その時点で粒径が決定され
る。
当りに形成される核の密度、核の大きさ、核形成速度は
、堆積の系の状態で決定され、特に飛来原子と基板表面
物質との相互作用が重要な因子となる。また、堆積物質
と基板との界面の界面エネルギの結晶面に対する異方性
によっである特定の結晶方位が基板に平行に成長するが
、基板が非晶質である場合には、基板平面内での結晶方
位は一定ではない。このために、核あるいは島同志の衝
突により粒界が形成され、特にある程度の大きさ以上の
島同志の衝突であれば合体が起きと るキキそのまま粒界が形成される。形成された粒界は固
相では移動しにくいために、その時点で粒径が決定され
る。
次に、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積法
について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
第2図(A)および(B)は選択堆積法の説明図である
。まず同図(A)に示すように、基板1上に、基板1と
上記因子の異なる材料から成る薄膜2を所望部分に形成
する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料から
成る薄膜の堆積を行うと、薄膜3は薄膜2上にのみ成長
し、基板1上には成長しないという現象を生じさせるこ
とができる。この現象を利用することで、自己整合的に
成形された薄膜3を成長させることができ、従来のよう
なレジストを用いたりソゲラフイエ程の省略が可能とな
る。
。まず同図(A)に示すように、基板1上に、基板1と
上記因子の異なる材料から成る薄膜2を所望部分に形成
する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料から
成る薄膜の堆積を行うと、薄膜3は薄膜2上にのみ成長
し、基板1上には成長しないという現象を生じさせるこ
とができる。この現象を利用することで、自己整合的に
成形された薄膜3を成長させることができ、従来のよう
なレジストを用いたりソゲラフイエ程の省略が可能とな
る。
この様な選択形成法による堆積を行う事ができる材料と
しては例えば基板1として8102 、薄膜2としてS
i、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜3
としてS i、w、GaAs。
しては例えば基板1として8102 、薄膜2としてS
i、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜3
としてS i、w、GaAs。
InP等がある。
ある。
で飽和し、20分後でもその値はほとんど変化しない。
それに対して窒化シリコン(s is Ns )上では
、−4X10’ cm−”で一旦飽和し、それから10
分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。なお
、この測定例では、5iC14カスをH2ガスで稀釈し
、圧力175Torr、温度1000℃の条件下でCV
D法により堆積した場合を示している。他にS iH,
S iHz CI2゜S I HCIs 、 S t
Fa等を反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整
することで同様の作用を得ることができる。また、真空
蒸着でも可能である。
、−4X10’ cm−”で一旦飽和し、それから10
分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。なお
、この測定例では、5iC14カスをH2ガスで稀釈し
、圧力175Torr、温度1000℃の条件下でCV
D法により堆積した場合を示している。他にS iH,
S iHz CI2゜S I HCIs 、 S t
Fa等を反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整
することで同様の作用を得ることができる。また、真空
蒸着でも可能である。
この場合、5in2上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にHCIガスを添加することで、S
io 2上での核形成を更に抑制し、SiO□上でのS
iの堆積を皆無にすることができる。
いが、反応ガス中にHCIガスを添加することで、S
io 2上での核形成を更に抑制し、SiO□上でのS
iの堆積を皆無にすることができる。
この様な現象は、5102および窒化シリコンの材料表
面のSiに対する吸着係数、離脱係数、表面拡散係数等
の差によるところが大きいが、Si原子自身によって3
102が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成さ
れる事で5iO7自身がエツチングされ、他方窒化シリ
コン上ではこの様なエツチング現象は生じないというこ
とも選択堆積を生じさせる原因となっていると考えられ
る(T、 Yonehara、 S、 Yoshiok
a、 S、 MiyazawaJournal of
Applied Physics 53,6839.1
982)。
面のSiに対する吸着係数、離脱係数、表面拡散係数等
の差によるところが大きいが、Si原子自身によって3
102が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成さ
れる事で5iO7自身がエツチングされ、他方窒化シリ
コン上ではこの様なエツチング現象は生じないというこ
とも選択堆積を生じさせる原因となっていると考えられ
る(T、 Yonehara、 S、 Yoshiok
a、 S、 MiyazawaJournal of
Applied Physics 53,6839.1
982)。
このように堆積面の材料としてSio2および窒化シリ
コンを選択し、堆積材料としてシリコンでは堆積面の材
料としてS i O2が望ましいが。
コンを選択し、堆積材料としてシリコンでは堆積面の材
料としてS i O2が望ましいが。
これに限らずS iox (0<x<2)であっても充
分実用的な核形成密度差を得ることができる。
分実用的な核形成密度差を得ることができる。
勿論、これらの材料に限定されるものではな(、核形成
密度の差(△ND)が同グラフで示すように核の密度で
103倍以上であれば十分であり、後に例示するような
材料によっても堆積膜の十分な選択形成を行うことがで
きる。
密度の差(△ND)が同グラフで示すように核の密度で
103倍以上であれば十分であり、後に例示するような
材料によっても堆積膜の十分な選択形成を行うことがで
きる。
この核形成密度差(△ND)を得る他の方法としては、
5i02面に局所的にSiやN等をイオン注入して過剰
にSiやN等を有する領域を形成してもよい。
5i02面に局所的にSiやN等をイオン注入して過剰
にSiやN等を有する領域を形成してもよい。
本発明は、このような核形成密度差(△ND)に基く、
選択的堆積法を利用するものであって、堆積面の材料よ
り核形成密度の十分大きい異種材料から成る堆積面を単
一の核だけが成長するように十分微細に形成することに
よって、その微細ななお、単結晶の選択的成長は、堆積
面表面の電子状態、特にダングリングボンドの状態によ
って決定されるために、核形成密度の低い材料(たとえ
ばS ] 02 )はバルク材料である必要はな(、任
意の材料や基板等の表面のみに形成されて上記堆積面を
成していればよい。
選択的堆積法を利用するものであって、堆積面の材料よ
り核形成密度の十分大きい異種材料から成る堆積面を単
一の核だけが成長するように十分微細に形成することに
よって、その微細ななお、単結晶の選択的成長は、堆積
面表面の電子状態、特にダングリングボンドの状態によ
って決定されるために、核形成密度の低い材料(たとえ
ばS ] 02 )はバルク材料である必要はな(、任
意の材料や基板等の表面のみに形成されて上記堆積面を
成していればよい。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
第4図(A)〜(D)は、本発明による結晶の形成方法
の第1実施態様例を示す形成工程図であり、第5図(A
)および(B)は、第4図(A)および(D)における
基板の斜視図である。
の第1実施態様例を示す形成工程図であり、第5図(A
)および(B)は、第4図(A)および(D)における
基板の斜視図である。
る材料とは異種の材料を薄く堆積させ、リソグラぶ)6
を十分微細に形成する。ただし、基板4の大きさ、結晶
構造および組成は任意のものでよ(、通常の半導体技術
で作成した機能素子が形成された基板であってもよい。
を十分微細に形成する。ただし、基板4の大きさ、結晶
構造および組成は任意のものでよ(、通常の半導体技術
で作成した機能素子が形成された基板であってもよい。
また異種材料から成a叱べ
るイ拵面(SNDLlL)6とは、上述したように、S
iやN等を薄膜5にイオン注入して形成される過剰にS
iやN等を有する変質領域も含めるものとする。
iやN等を薄膜5にイオン注入して形成される過剰にS
iやN等を有する変質領域も含めるものとする。
の種類によって異なるが、数ミクロン以下であればよい
。更に核は単結晶構造を保ちながら成長し、第4図(B
)に示すように島状の単結晶粒7となる。島状の単結晶
粒7が形成されるためには、すでに述べたように、薄膜
5上で全く核形成が起こらないように条件を決めること
が望ましいものである。
。更に核は単結晶構造を保ちながら成長し、第4図(B
)に示すように島状の単結晶粒7となる。島状の単結晶
粒7が形成されるためには、すでに述べたように、薄膜
5上で全く核形成が起こらないように条件を決めること
が望ましいものである。
釉
overgrowth) 、同図(C)に示すように薄
膜5全体を覆うことが出来る(単結晶7A)。
膜5全体を覆うことが出来る(単結晶7A)。
続いて、必要に応じてエツチング又は研磨によって単結
晶7Aを平坦化し、第4図(D)および第5図(B)に
示すように、所望の素子を形成することができる単結晶
層8が薄膜5上に形成される。
晶7Aを平坦化し、第4図(D)および第5図(B)に
示すように、所望の素子を形成することができる単結晶
層8が薄膜5上に形成される。
このように非核形成面(SNDL)を形成する薄膜5が
基板4上に形成されているために、支持体となる基板4
は任意の材料を使用することができる。更にこの様な場
合には基板4に通常の半導体技術によって機能素子等が
形成されたものであっても、その上に容易に単結晶層8
を形成すること薄膜5で形成したが、勿論第6図に示す
ように、選択核形成を可能にする核形成密度゛(ND)
の小さい材料から成る基板をそのまま用いて、核形成面
(S +io+、)を所望に応じた任意位置に設けて、
単結晶層を同様に形成してもよい。
基板4上に形成されているために、支持体となる基板4
は任意の材料を使用することができる。更にこの様な場
合には基板4に通常の半導体技術によって機能素子等が
形成されたものであっても、その上に容易に単結晶層8
を形成すること薄膜5で形成したが、勿論第6図に示す
ように、選択核形成を可能にする核形成密度゛(ND)
の小さい材料から成る基板をそのまま用いて、核形成面
(S +io+、)を所望に応じた任意位置に設けて、
単結晶層を同様に形成してもよい。
第6図(A)〜(D)は、本発明の第二実施態様例をす
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、選択
核形成を可能にする核形成密度(ND)の小さい材料か
ら成る基板9上に、核形成密度(ND)の大きい材料か
ら成る核形成面きる。
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、選択
核形成を可能にする核形成密度(ND)の小さい材料か
ら成る基板9上に、核形成密度(ND)の大きい材料か
ら成る核形成面きる。
第7図(A)〜(D)は、本発明による結晶の形成方法
の第三実施態様例を示す形成工程図であり、第8図(A
)及び(B)は、第7図(A)および(D)における基
板の斜視図である。
の第三実施態様例を示す形成工程図であり、第8図(A
)及び(B)は、第7図(A)および(D)における基
板の斜視図である。
第7図(A)および第8図(A)に示すように、非晶質
絶縁物基板11上に、距離lを隔てて上記選択核形成を
可能とする基板11とは異種の材料で核形成面(SND
L)12−1.12−2を十分に小さく配置する。この
距離lは、たとえば半導体素子又は素子群を形成するた
めに必要とされる単結晶領域の大きさと同じか又はそれ
以上に設定される。
絶縁物基板11上に、距離lを隔てて上記選択核形成を
可能とする基板11とは異種の材料で核形成面(SND
L)12−1.12−2を十分に小さく配置する。この
距離lは、たとえば半導体素子又は素子群を形成するた
めに必要とされる単結晶領域の大きさと同じか又はそれ
以上に設定される。
次に、適当な結晶形成条件を選択することによって、核
形成面(SNDS)12−1.12−2だけに結晶形成
材料の核の唯一が形成される。即ち、核形成面12−1
.12−2は単一の核のみが形成される程度に十分微細
な大きさく面積)に形成する必要がある。核形成面(S
N1.L)12−1゜12−2の大きさは、材料の種類
によって異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に
、核は単結晶構造を保ちながら成長し、第7図(B)に
示すように島状の単結晶粒13−1.13−2となる。
形成面(SNDS)12−1.12−2だけに結晶形成
材料の核の唯一が形成される。即ち、核形成面12−1
.12−2は単一の核のみが形成される程度に十分微細
な大きさく面積)に形成する必要がある。核形成面(S
N1.L)12−1゜12−2の大きさは、材料の種類
によって異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に
、核は単結晶構造を保ちながら成長し、第7図(B)に
示すように島状の単結晶粒13−1.13−2となる。
島状の単結晶粒13−1.13−2が形成されるために
は、すでに述べたように、基板11上の核形成面(SN
DL)以外の表面で全く核の形成が起こらないように条
件を決めることが望ましいものである。
は、すでに述べたように、基板11上の核形成面(SN
DL)以外の表面で全く核の形成が起こらないように条
件を決めることが望ましいものである。
島状の単結晶粒13−1.13−2の基板11の法線方
向の結晶方位は、基板11の材料および核を形成する材
料の界面エネルギを最小にするように一定に決まる。な
ぜならば、表面あるいは界面エネルギは結晶面によって
異法性を有するからである。しかしながら、すでに述べ
たように、非晶質基板における基板面内の結晶方位は決
定されない。
向の結晶方位は、基板11の材料および核を形成する材
料の界面エネルギを最小にするように一定に決まる。な
ぜならば、表面あるいは界面エネルギは結晶面によって
異法性を有するからである。しかしながら、すでに述べ
たように、非晶質基板における基板面内の結晶方位は決
定されない。
島状の単結晶粒13−1.13−2はさらに成長して、
単結晶13A−1,13A−2となり、第7図(C)に
示す様に隣りの単結晶13A、−1゜13A−2が互い
に接触するが、基板面内の結晶方位は一定ではないため
に、核形成面(SNDS、)12−1と12−2の中間
位置に結晶粒界14が形成される。
単結晶13A−1,13A−2となり、第7図(C)に
示す様に隣りの単結晶13A、−1゜13A−2が互い
に接触するが、基板面内の結晶方位は一定ではないため
に、核形成面(SNDS、)12−1と12−2の中間
位置に結晶粒界14が形成される。
続いて、単結晶13A−1,13A−2は三次元的に成
長するが、成長速度の遅い結晶面がファセットとして現
われる。その為に、エツチング又は研磨によって単結晶
13A−1,13A−2の表面の平坦化を行い、更に粒
界14の部分を除去して、第7図(D)及び第8図(B
)に示すように粒界を含まない単結晶の薄膜15−1.
15−2.15を格子状に形成する。この単結晶薄膜1
5−1.15−2.15の大きさは、上述したように核
形成面(SNDL)12の間隔lによって決定される。
長するが、成長速度の遅い結晶面がファセットとして現
われる。その為に、エツチング又は研磨によって単結晶
13A−1,13A−2の表面の平坦化を行い、更に粒
界14の部分を除去して、第7図(D)及び第8図(B
)に示すように粒界を含まない単結晶の薄膜15−1.
15−2.15を格子状に形成する。この単結晶薄膜1
5−1.15−2.15の大きさは、上述したように核
形成面(SNDL)12の間隔lによって決定される。
すなわち、核形成面(SNDL)12の形成パターンを
適当に定めることによって、粒界の位置を制御すること
ができ、所望の大きさの単結晶を所望の配列で形成する
ことができる。
適当に定めることによって、粒界の位置を制御すること
ができ、所望の大きさの単結晶を所望の配列で形成する
ことができる。
第9図(A)〜(D)は、本発明の第四実施態様例を示
す結晶の形成工程図である。同図に示すように、第一実
施例と同様に所望の基板4上に、選択核形成を可能にす
る核形成密度(ND)の小さい材料から成る薄膜状の非
核形成面(S N、s) 5を形成し、その上に問題l
で核形成密度(ND)の大きい異種材料から成る核形成
面(S N、、、、) 12を形成し、上記第三実施態
様例と同様にして単結晶層15を形成することができる
。
す結晶の形成工程図である。同図に示すように、第一実
施例と同様に所望の基板4上に、選択核形成を可能にす
る核形成密度(ND)の小さい材料から成る薄膜状の非
核形成面(S N、s) 5を形成し、その上に問題l
で核形成密度(ND)の大きい異種材料から成る核形成
面(S N、、、、) 12を形成し、上記第三実施態
様例と同様にして単結晶層15を形成することができる
。
第10図(A)〜(C)は、本発明による結晶の形成方
法の第五実施態様例を示す形成工程図であり、第11図
(A)および(B)は、第10図(A)および(C)に
おける基板の斜視図である。
法の第五実施態様例を示す形成工程図であり、第11図
(A)および(B)は、第10図(A)および(C)に
おける基板の斜視図である。
まず、第10図(A)および第11図(A)に示すよう
に、非晶質絶縁物基板11に所望の大きさおよび形状の
凹部16を形成し、その中に単一核のみが形成され得る
に充分微小サイズの核形成面(S Nn、、) 12を
形成する。
に、非晶質絶縁物基板11に所望の大きさおよび形状の
凹部16を形成し、その中に単一核のみが形成され得る
に充分微小サイズの核形成面(S Nn、、) 12を
形成する。
続いて、第10図(B)に示すように、第一実施態様例
と同様にして島状の単結晶粒13を成長させる。
と同様にして島状の単結晶粒13を成長させる。
そして、第10図(C)および第11図(B)に示すよ
うに、単結晶粒13が凹部16を埋めるまで成長させ、
単結晶層17を形成する。
うに、単結晶粒13が凹部16を埋めるまで成長させ、
単結晶層17を形成する。
本実施例では、凹部16内に単結晶粒13が成長するた
めに、平坦化および粒界部分の除去工程が不要となる。
めに、平坦化および粒界部分の除去工程が不要となる。
第12図(A)〜(C)は、本発明の第六実施態様例を
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、第一
実施態様例と同様の任意の基板4上に、選択核形成を可
能にする核形成密度(ND)の小さい材料から成る薄膜
状の非核形成面(SNDL)18を形成し、そこに所望
の大きさおよび形状の凹部16を形成する。そして、そ
の中に非核形成面(S 、、、)を形成する材料とは、
異種材料であって、核形成密度(ND)の大きい材料か
ら成る核形成面(SNDL)12を微小に形成し、第五
実施態様例と同様にして単結晶層17を形成する。
示す結晶の形成工程図である。同図に示すように、第一
実施態様例と同様の任意の基板4上に、選択核形成を可
能にする核形成密度(ND)の小さい材料から成る薄膜
状の非核形成面(SNDL)18を形成し、そこに所望
の大きさおよび形状の凹部16を形成する。そして、そ
の中に非核形成面(S 、、、)を形成する材料とは、
異種材料であって、核形成密度(ND)の大きい材料か
ら成る核形成面(SNDL)12を微小に形成し、第五
実施態様例と同様にして単結晶層17を形成する。
第13図(A)〜(C)は、本発明の第七実施態様例を
示す結晶の形成工程図である。所望の基板19に凹部を
形成した後、選択核形成を可能にするに充分核形成密度
−#(ND)の小さい材料がら成る薄膜状の非核形成面
(S N、、)20を形成し、以下前記の例と同様にし
て単結晶層17を形成することができる。
示す結晶の形成工程図である。所望の基板19に凹部を
形成した後、選択核形成を可能にするに充分核形成密度
−#(ND)の小さい材料がら成る薄膜状の非核形成面
(S N、、)20を形成し、以下前記の例と同様にし
て単結晶層17を形成することができる。
第14図は、本発明の第一実施態様例を用いて製造され
た多層構造の半導体電子デバイスの一例を示す概略的断
面図である。
た多層構造の半導体電子デバイスの一例を示す概略的断
面図である。
同図において、Si又はGaAsの半導体基板1401
には、通常の製造プロセスによってトランジスタ140
2やその他の半導体素子又は光素子等が形成され、その
上にCVD法やスパッタ法によッテ、例エバ非核形a’
(S Nos ) 1404 ヲ有する8 102層
1403が形成されている。そして、既に述べたように
、単一核のみが形成され得るに十分微小な面積を有する
核形成面(sNnL)閃ど 1405を有する薄膜140を例えばS is N4で
形成し、該核形成面(SNDL)1405から単結晶を
成長させ、Si単結晶層1407を形成する。
には、通常の製造プロセスによってトランジスタ140
2やその他の半導体素子又は光素子等が形成され、その
上にCVD法やスパッタ法によッテ、例エバ非核形a’
(S Nos ) 1404 ヲ有する8 102層
1403が形成されている。そして、既に述べたように
、単一核のみが形成され得るに十分微小な面積を有する
核形成面(sNnL)閃ど 1405を有する薄膜140を例えばS is N4で
形成し、該核形成面(SNDL)1405から単結晶を
成長させ、Si単結晶層1407を形成する。
続いて、単結晶層1407にトランジスタ1408やそ
の他生導体素子又は光素子を形成し、SiO,層140
3を通シテ基板1401.!:Si単結晶層1047と
に夫々形成された素子を電気的に接続する。こうして、
たとえば第一層(基板1401)のトランジスタ14o
2と第二層(単結晶層1404)のトランジスタ140
8とを夫々M’OSトランジスタとして形成し、これ等
を接続してCMO8を形成すれば、相互作用の全(ない
CMO8を製造することができる。また、上記と同様の
技術によって発光素子と、その駆動回路を一体化して形
成することもでき、高集積化を達成することができる。
の他生導体素子又は光素子を形成し、SiO,層140
3を通シテ基板1401.!:Si単結晶層1047と
に夫々形成された素子を電気的に接続する。こうして、
たとえば第一層(基板1401)のトランジスタ14o
2と第二層(単結晶層1404)のトランジスタ140
8とを夫々M’OSトランジスタとして形成し、これ等
を接続してCMO8を形成すれば、相互作用の全(ない
CMO8を製造することができる。また、上記と同様の
技術によって発光素子と、その駆動回路を一体化して形
成することもでき、高集積化を達成することができる。
更に、本実施例を繰返すことで、SiO□層1403を
挟んで幾層にも単結晶層14o7を形成することができ
、容易に多層構造の半導体装置デバイスを形成すること
ができる。
挟んで幾層にも単結晶層14o7を形成することができ
、容易に多層構造の半導体装置デバイスを形成すること
ができる。
第15図(A)〜(D)は、本発明の第8実施態様例を
示す結晶の形成工程図である。
示す結晶の形成工程図である。
同図(A)〜(C)は第7図の(A)〜(C)と同じで
ある。すなわち、核形成面12を間隔lをおいて複数個
(図では2ケ)形成し、核形成面12上にovergr
owthさせた単結晶粒13を形成する。この単結晶粒
13を更に成長させて単結晶13Aを形成することによ
って核形成面(SNDL)12のほぼ中央に粒界14が
形成され、単結晶13Aの表面を平坦化することで第1
5図(D)に示すようキ粒径が略々lに揃った多結晶層
21を得ることができる。
ある。すなわち、核形成面12を間隔lをおいて複数個
(図では2ケ)形成し、核形成面12上にovergr
owthさせた単結晶粒13を形成する。この単結晶粒
13を更に成長させて単結晶13Aを形成することによ
って核形成面(SNDL)12のほぼ中央に粒界14が
形成され、単結晶13Aの表面を平坦化することで第1
5図(D)に示すようキ粒径が略々lに揃った多結晶層
21を得ることができる。
この多結晶層21の粒径は核形成面(SNDL)12の
間隔lによって決定されるために、多結晶の粒径制御が
可能となる。従来では、多結晶の粒径は形成方法や形成
温度等の複数の要因によって変化し、且つ大きい粒径の
多結晶を作成する場合可 には、竿成り幅をもった粒径分布を有するものでlあっ
たが、本発明によれば核形成面12の間隔lによって制
御性良く粒径及び粒径分布が決定される。
間隔lによって決定されるために、多結晶の粒径制御が
可能となる。従来では、多結晶の粒径は形成方法や形成
温度等の複数の要因によって変化し、且つ大きい粒径の
多結晶を作成する場合可 には、竿成り幅をもった粒径分布を有するものでlあっ
たが、本発明によれば核形成面12の間隔lによって制
御性良く粒径及び粒径分布が決定される。
勿論、第9図に示すように、所望基板4上に核形成密度
(ND)の小さい非核形成面(SNDS)5と核形成密
度(ND)の大きい核形成面(SNDL)12−1.
12−2を形成して、上記多結晶層21を形成しても
よい。この場合は、既に述べたように、基板材料や構造
等に制約されることなく、多結晶層21を粒径と粒径分
布を制御して形成することができる。
(ND)の小さい非核形成面(SNDS)5と核形成密
度(ND)の大きい核形成面(SNDL)12−1.
12−2を形成して、上記多結晶層21を形成しても
よい。この場合は、既に述べたように、基板材料や構造
等に制約されることなく、多結晶層21を粒径と粒径分
布を制御して形成することができる。
次に、上記各実施態様例における単結晶層の又は多結晶
層の具体的形成方法を第7図に示す第3実施態様例およ
び第15図に示す第8実施態様例を中心により具体的、
より詳細に説明するSi単結晶ウェハを熱酸化して表面
にSi02層を形成することで表面が非核形成面(S
5os)化された基板11とする。勿論、核形成密度(
ND)の小さい材料である石英基板を基板11として用
いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体。
層の具体的形成方法を第7図に示す第3実施態様例およ
び第15図に示す第8実施態様例を中心により具体的、
より詳細に説明するSi単結晶ウェハを熱酸化して表面
にSi02層を形成することで表面が非核形成面(S
5os)化された基板11とする。勿論、核形成密度(
ND)の小さい材料である石英基板を基板11として用
いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体。
絶縁体等の任意の下地基板表面上に、スパッタ法、CV
D法、真空蒸着法等を用いてS iO2層を形成して核
形成面(S N、、)を設けてもよい。また、非核形成
面(S、□)を形成する材料としてはSiO2が望まし
いが、S iOx (0<x<1)としてXの値を変化
させたものであってもよい。
D法、真空蒸着法等を用いてS iO2層を形成して核
形成面(S N、、)を設けてもよい。また、非核形成
面(S、□)を形成する材料としてはSiO2が望まし
いが、S iOx (0<x<1)としてXの値を変化
させたものであってもよい。
こうして形成されたSiH2層を表面に有する基板11
のSiO2層上に減圧気相成長法によって窒化シリコン
層(例えば5isNd層)又は多結晶シリコン層を堆積
させ、次いで通常のリングラフィ技術又はX線、電子線
若しくはイオン線を用いたりソグラフイ技術で窒化シリ
コン層又は多結晶シリコン層をパターニングし、好まし
くは10μ以下、より好ましくは数ミクロン以下、最適
には1μm以下の微小な面積を有する核形成面(SND
L)12を形成する。
のSiO2層上に減圧気相成長法によって窒化シリコン
層(例えば5isNd層)又は多結晶シリコン層を堆積
させ、次いで通常のリングラフィ技術又はX線、電子線
若しくはイオン線を用いたりソグラフイ技術で窒化シリ
コン層又は多結晶シリコン層をパターニングし、好まし
くは10μ以下、より好ましくは数ミクロン以下、最適
には1μm以下の微小な面積を有する核形成面(SND
L)12を形成する。
続いて、S I H2CI 2 、S iCI 41
S t HCl3.SiF4若しくはSiH4、或いは
これ等の混合ガスを必要に応じて、HCl、#、または
これ等の混合ガスと混合して用いて上記基板11上にS
i単結晶を選択的に成長させる。その際の基板温度、圧
力等は所望に応じて適宜決定されるが基板温度としては
、好ましくは700〜1100℃、圧力としては好まし
くは約100Torrとされるのが望ましい。
S t HCl3.SiF4若しくはSiH4、或いは
これ等の混合ガスを必要に応じて、HCl、#、または
これ等の混合ガスと混合して用いて上記基板11上にS
i単結晶を選択的に成長させる。その際の基板温度、圧
力等は所望に応じて適宜決定されるが基板温度としては
、好ましくは700〜1100℃、圧力としては好まし
くは約100Torrとされるのが望ましい。
数十分程度の時間で、5iOz層上の窒化シリコン層又
は多結晶シリコン層から成る核形成面(SN、4)12
を中心として最適の成長条件を選択することで単結晶の
Siの粒13が成長し、その大きさは数十μm以上に成
長する。
は多結晶シリコン層から成る核形成面(SN、4)12
を中心として最適の成長条件を選択することで単結晶の
Siの粒13が成長し、その大きさは数十μm以上に成
長する。
続いてSiとSiO2との間のエツチング速度差を利用
した反応性イオンエツチング(RI E)法によって、
Siのみを選択的にエツチングして単結晶13Aの表面
を平坦化することで、粒径が制御された多結晶シリコン
層21が形成される(第15図(D))。更に粒界部分
を除去して島状の単結晶シリコン層15が形成される(
第7図(D))。なお、単結晶粒13の表面の凹凸が大
きい場合は、機械的研摩を行った後にエツチングを行っ
ても良い。
した反応性イオンエツチング(RI E)法によって、
Siのみを選択的にエツチングして単結晶13Aの表面
を平坦化することで、粒径が制御された多結晶シリコン
層21が形成される(第15図(D))。更に粒界部分
を除去して島状の単結晶シリコン層15が形成される(
第7図(D))。なお、単結晶粒13の表面の凹凸が大
きい場合は、機械的研摩を行った後にエツチングを行っ
ても良い。
このようにして形成された大きさ数十μm以上で粒界を
含まない単結晶シリコン層15に、通常の半導体素子作
成技術によって電界効果トランジスタを形成すると、単
結晶シリコンウェハに形成したものに劣らない特性を示
す。
含まない単結晶シリコン層15に、通常の半導体素子作
成技術によって電界効果トランジスタを形成すると、単
結晶シリコンウェハに形成したものに劣らない特性を示
す。
また、隣接する単結晶シリコン層15同志は8102等
の電気的絶縁物によって電気的に分離しておけば、相補
型電界効果トランジスタ(C−MOS)を構成しても、
相互の干渉を防止することが出来る。また、形成する素
子の活性層の厚さが、Siウェハを用いた場合より薄い
ために、放射線を照射された時に発生する電荷による誤
動作がなくなる。更に、寄生容量が低下するために、素
子の高速化が図れる。また、任意の基板が使用できるた
めに、Siウェハを用いるよりも、大面積基板上に単結
晶層を低コストで形成することができる。更に、他の半
導体、圧電体、誘電体等の基板上にも単結晶層を形成で
きるためiこ、多機能の三次元集積回路を実現すること
ができる。
の電気的絶縁物によって電気的に分離しておけば、相補
型電界効果トランジスタ(C−MOS)を構成しても、
相互の干渉を防止することが出来る。また、形成する素
子の活性層の厚さが、Siウェハを用いた場合より薄い
ために、放射線を照射された時に発生する電荷による誤
動作がなくなる。更に、寄生容量が低下するために、素
子の高速化が図れる。また、任意の基板が使用できるた
めに、Siウェハを用いるよりも、大面積基板上に単結
晶層を低コストで形成することができる。更に、他の半
導体、圧電体、誘電体等の基板上にも単結晶層を形成で
きるためiこ、多機能の三次元集積回路を実現すること
ができる。
この様に本発明は数々の優れた効果を示す。
(窒化シリコンの組成)
これまで述べてきたような非核形成面(S N、、)核
形成密度差(△ND)を得るには、多結晶シリ成材料と
しては5isN4に限定されるものではな(、窒化シリ
コンでもその化学組成比を変化さ次の様にする。
形成密度差(△ND)を得るには、多結晶シリ成材料と
しては5isN4に限定されるものではな(、窒化シリ
コンでもその化学組成比を変化さ次の様にする。
RFプラズマ中でS iHaガスとNH3ガスと分解さ
せて低温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法
では、S i HaガスとNH,ガスとの流量比を変化
させることで、堆積する窒化シリコン膜のSiとNの組
成比を大幅に変化させることができる。
せて低温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法
では、S i HaガスとNH,ガスとの流量比を変化
させることで、堆積する窒化シリコン膜のSiとNの組
成比を大幅に変化させることができる。
第16図は、S iH4とNH,の流量比と形成された
窒化シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係の一
例を示したグラフである。
窒化シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係の一
例を示したグラフである。
この時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度38
0℃であり、SiH4ガス流量を300c c / m
i nに固定し、NH,ガスの流量を変化させた。同
グラフに示すようにNH3/SiH4のガス流量比を4
〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi/N比
は1.1〜1.58に変化することがオージェ電子分光
法によって明らかとなった。
0℃であり、SiH4ガス流量を300c c / m
i nに固定し、NH,ガスの流量を変化させた。同
グラフに示すようにNH3/SiH4のガス流量比を4
〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi/N比
は1.1〜1.58に変化することがオージェ電子分光
法によって明らかとなった。
また、減圧CVD法で5iHz CI2ガスとNH3
ガスとを導入し、0.3Torrの減圧下、温度約80
0℃の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、はぼ化
学量論比であるS is # 4(Si/N=0.75
)に近いものであった。
ガスとを導入し、0.3Torrの減圧下、温度約80
0℃の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、はぼ化
学量論比であるS is # 4(Si/N=0.75
)に近いものであった。
また、SiをアンモニアあるいはN2中で約1200℃
で熱処理すること(熱窒化法)で形成ψ される窒化シリコン膜、その形成方法が熱平衡下で行わ
れるために、更に化学量論比に近い組成を得ることがで
きる。
で熱処理すること(熱窒化法)で形成ψ される窒化シリコン膜、その形成方法が熱平衡下で行わ
れるために、更に化学量論比に近い組成を得ることがで
きる。
以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度が5iOaより高い核形成面(S N、L)
形成材料として用いて、上記Siの核を窒化シリコンか
らなる核形成面(SNDL)上に成長させると、窒化シ
リコンの化学組成比に応じた核形成密度差(△ND)に
基づいてSi単結晶が形成される。
核形成密度が5iOaより高い核形成面(S N、L)
形成材料として用いて、上記Siの核を窒化シリコンか
らなる核形成面(SNDL)上に成長させると、窒化シ
リコンの化学組成比に応じた核形成密度差(△ND)に
基づいてSi単結晶が形成される。
第17図は、Si/N組成比と核形成密度(呑ND)と
の関係を示すグラフである。同グラフに示すように、窒
化シリコン膜の、化学組成比を変化させることで、その
上に形成されるSi単結晶核の核形成密度は大幅に変化
する。第17図のグラフに於ける核形成条件は、S i
CI 4ガスを175TOrrに減圧し、1000°C
でH2と反応させてSi単結晶核を生成させた場合であ
る。
の関係を示すグラフである。同グラフに示すように、窒
化シリコン膜の、化学組成比を変化させることで、その
上に形成されるSi単結晶核の核形成密度は大幅に変化
する。第17図のグラフに於ける核形成条件は、S i
CI 4ガスを175TOrrに減圧し、1000°C
でH2と反応させてSi単結晶核を生成させた場合であ
る。
勿論、核形成条件例えばガス種、圧力、温度等を変化さ
せれば別のグラフが得られることは云うまでもない。
せれば別のグラフが得られることは云うまでもない。
この様に窒化シリコンの化学組成比によって核形成密度
が変化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微
細に形成される核形成面(SNDL)を形成する材料と
して窒化シリコンを用いる場合には、核形成面(SND
L)の大きさく面積)に影響を与える。すなわち、核形
成密度(ND)が太きい組成を有する窒化シリコンを用
いる場合には、核形成面(S 、、、)は、核形成密度
(ND)がそれよりも比較的小さい窒化シリコンの場合
よりも形 非常に微細に形成することによって、核標成面(SND
L)上に単一の核のみを形成することができる。
が変化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微
細に形成される核形成面(SNDL)を形成する材料と
して窒化シリコンを用いる場合には、核形成面(SND
L)の大きさく面積)に影響を与える。すなわち、核形
成密度(ND)が太きい組成を有する窒化シリコンを用
いる場合には、核形成面(S 、、、)は、核形成密度
(ND)がそれよりも比較的小さい窒化シリコンの場合
よりも形 非常に微細に形成することによって、核標成面(SND
L)上に単一の核のみを形成することができる。
この様な点は核形成面(SNDS、)を形成する他の材
料に就いても同様な傾向として適用することが出来る。
料に就いても同様な傾向として適用することが出来る。
従って、本発明に於いては、その目的を効果的に達成す
るには核形成密度(ND)と、単一の核のみが形成出来
るような窒化シリコン等で形成される核形成面(S N
、、)の大きさとを適宜所望に応じて選択することが望
ましい。たとえば〜10IlcrrV2の核形成密度(
ND)を得る核形成条件では、窒化シリコンからなる核
形成面(SNDSL)の大きさは約4μm以下であれば
単一の核のみを選択的に形成することができる。
るには核形成密度(ND)と、単一の核のみが形成出来
るような窒化シリコン等で形成される核形成面(S N
、、)の大きさとを適宜所望に応じて選択することが望
ましい。たとえば〜10IlcrrV2の核形成密度(
ND)を得る核形成条件では、窒化シリコンからなる核
形成面(SNDSL)の大きさは約4μm以下であれば
単一の核のみを選択的に形成することができる。
その場合のSi/N組成比は約0.5である。
(イオン注入による核形成面(SNDL)の形成)Si
単結晶核を形成する場合の核形成密計実現する他の方法
として、核形成密度の小さい非核形成面(S 、、、)
を形成する材料である5IO2*吟肯i− く刈−r(,5所ゎ1゜Si、N、P、B、F、Ar。
単結晶核を形成する場合の核形成密計実現する他の方法
として、核形成密度の小さい非核形成面(S 、、、)
を形成する材料である5IO2*吟肯i− く刈−r(,5所ゎ1゜Si、N、P、B、F、Ar。
He、C,As、Ga、Ge等をイオン注入して5i0
14面に所望の大きさの変質領域を形成し、この変質領
域を核形成密度(ND)の大きい核形成面(SNDL)
とすることも出来る。
14面に所望の大きさの変質領域を形成し、この変質領
域を核形成密度(ND)の大きい核形成面(SNDL)
とすることも出来る。
例えば、5iOa層表面をフォトレジスト層で覆い、所
望の個所を露光、現象、溶解させて5i02層表面を部
分的に表出させる。
望の個所を露光、現象、溶解させて5i02層表面を部
分的に表出させる。
続いて、S I F aガスをソースガスとして用い、
Siイオンを10keVで1×1016〜I X 10
”cm−2の密度で露出している5iOz層表面に打
込む。
Siイオンを10keVで1×1016〜I X 10
”cm−2の密度で露出している5iOz層表面に打
込む。
この場合投影飛程は114人であり、3i02層露出部
表面ではSi1度が〜10°cm−’に達する。5iO
z層はもともと非晶質であるために、Siイオンを注入
してSi過剰とした変質領域も非晶質である。
表面ではSi1度が〜10°cm−’に達する。5iO
z層はもともと非晶質であるために、Siイオンを注入
してSi過剰とした変質領域も非晶質である。
なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクとし
てイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビーム
技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られたS
iイオンビームを5i02層表面の所望位置に所望の面
積内に選択的に注入してもよい。
てイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビーム
技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られたS
iイオンビームを5i02層表面の所望位置に所望の面
積内に選択的に注入してもよい。
こうしてSiイオン注入を行った後、残部のレジストを
剥離することで、5iOz巷横層表1覧Siが過剰な変
質領域が所望位置に所望の大きさで形成される。このよ
うな変質領域が形成された5iO7層表ハト変質領域上
にSi単結晶を気相成長させる。
剥離することで、5iOz巷横層表1覧Siが過剰な変
質領域が所望位置に所望の大きさで形成される。このよ
うな変質領域が形成された5iO7層表ハト変質領域上
にSi単結晶を気相成長させる。
第18図は、Siイオンの注入量と核形成密度(ND)
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
同グラフに示すように、Si+注入量が多い程、核形成
密度(ND)が増大することがわかる。
密度(ND)が増大することがわかる。
したがって、この変質領域を十分微細に形成することで
、この変質領域を核形成面(SNDL)としてSiの単
一の核のみを成長させることができ、上述したように単
結晶を成長させることができる。
、この変質領域を核形成面(SNDL)としてSiの単
一の核のみを成長させることができ、上述したように単
結晶を成長させることができる。
なお、変質領域を単一の核のみが成長する程度に十分微
細に形成することは、レジストのパターニングや、集束
イオンビームのビームを絞ることによって容易に達成さ
れる。
細に形成することは、レジストのパターニングや、集束
イオンビームのビームを絞ることによって容易に達成さ
れる。
(CVD以外のSi単結晶核の形成方法)Siの選択核
形成によって単結晶を成長させるには、CVD法だけで
はなく、Siを真空中(< 10−’To r r)で
電子銃により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法
も用いられる。
形成によって単結晶を成長させるには、CVD法だけで
はなく、Siを真空中(< 10−’To r r)で
電子銃により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法
も用いられる。
特に、超高真空中(< 10−’To r r)で蒸着
を行うMBE(Molecular Beam体 Epitaxy)法では基婁温度900℃以上でSit
#I#と8102が反応を始め、5in2上でのSiの
核形成は皆無になる事が知られている(T、Yoneh
ara、S、Yoshiokaand S、Miya
zawa Jouranlof Applied
Physics 53゜10、 p6839.
1983) 。
を行うMBE(Molecular Beam体 Epitaxy)法では基婁温度900℃以上でSit
#I#と8102が反応を始め、5in2上でのSiの
核形成は皆無になる事が知られている(T、Yoneh
ara、S、Yoshiokaand S、Miya
zawa Jouranlof Applied
Physics 53゜10、 p6839.
1983) 。
この現象を利用してSiO2層上に点在させたiを成長
させることができる。この時の好適な例としての単結晶
成長条件は、例えば真空度1O−8Torr以下、Si
ビーム強度9.7X10−”イ岑 a t oms/cm” −s e c、墓参温度9
00°C〜1000°Cである。
させることができる。この時の好適な例としての単結晶
成長条件は、例えば真空度1O−8Torr以下、Si
ビーム強度9.7X10−”イ岑 a t oms/cm” −s e c、墓参温度9
00°C〜1000°Cである。
この場合、S i 02 + s買s 茜という反応に
より、SiOという蒸気圧の著しく高い反応生成物が形
成され、この蒸発によるSi○2自身のSiによるエツ
チングが生起している。
より、SiOという蒸気圧の著しく高い反応生成物が形
成され、この蒸発によるSi○2自身のSiによるエツ
チングが生起している。
これに対して、窒化シリコン上では上記エツチング現象
は起こらず、Si単結晶の核形成、そして単結晶の成長
が生じている。
は起こらず、Si単結晶の核形成、そして単結晶の成長
が生じている。
したがって、核形成面(SNDL)を形成する核形成密
度(ND)の高い材料としては、窒化シリコン以外に、
タンタル酸化物(Ta20g ) 、窒化シリコン酸化
物(SiON)等を使用しても同様の効果を得ることが
できる。すなわち、これらの材料を微小面積で形成して
上記核形成面(S N、L)とすることで、同様にSi
の単結晶を成長させることができる。
度(ND)の高い材料としては、窒化シリコン以外に、
タンタル酸化物(Ta20g ) 、窒化シリコン酸化
物(SiON)等を使用しても同様の効果を得ることが
できる。すなわち、これらの材料を微小面積で形成して
上記核形成面(S N、L)とすることで、同様にSi
の単結晶を成長させることができる。
(Si以外の材料の結晶成長)
(1)Si以外の結晶材料としてダイヤモンドの場合を
例示する。既に述べたように、ダイヤモンド薄膜を半導
体として電子素子へ応用することが望まれているが、従
来ではダイヤモンド基板以外の材料の上にダイヤモンド
単結晶を成長をさせることができなかった。
例示する。既に述べたように、ダイヤモンド薄膜を半導
体として電子素子へ応用することが望まれているが、従
来ではダイヤモンド基板以外の材料の上にダイヤモンド
単結晶を成長をさせることができなかった。
しかし、本発明による結晶成長方法によれば、ダイヤモ
ンド基板以外の材料上にダイモンド単結晶を容易に成長
させることができる。ここでは、ダイヤモンドの単結晶
核がFeやCOの金属表面上に成長しないことを利用し
て、ダイヤモンドの単結晶を形成する例を説明する。
ンド基板以外の材料上にダイモンド単結晶を容易に成長
させることができる。ここでは、ダイヤモンドの単結晶
核がFeやCOの金属表面上に成長しないことを利用し
て、ダイヤモンドの単結晶を形成する例を説明する。
まず、任意の下地基板上に真空蒸着法によってFeまた
はCOの金属層を形成する。このとき、金属層は多結晶
構造となる。この金属層が本明細書で云う核形成密度(
ND)の低い非核形成面(S ND、)を形成する。
はCOの金属層を形成する。このとき、金属層は多結晶
構造となる。この金属層が本明細書で云う核形成密度(
ND)の低い非核形成面(S ND、)を形成する。
続いて上記金属層上にCu、W、Ta、Mo。
Au、Ti、AI、Ni等の金属を真空蒸着法により、
またはS i、Ge、GaAs、I nap。
またはS i、Ge、GaAs、I nap。
SiC等の半導体材料をCVD法あるいは真空蒸着法に
より堆積させる。これらの金属および半導導体層を数μ
m以下の大きさにパターニングし、十分微細な面積の核
形成面(SNDL)とする。あるいは、上記金属又は半
導体材料から成る核形成面(S N、、)を先に挙げた
材料をイオン注入して形成しても良い。
より堆積させる。これらの金属および半導導体層を数μ
m以下の大きさにパターニングし、十分微細な面積の核
形成面(SNDL)とする。あるいは、上記金属又は半
導体材料から成る核形成面(S N、、)を先に挙げた
材料をイオン注入して形成しても良い。
こうして、次の条件によって核形成面(SNDL)の存
在する金属層上にダイヤモンドを晶析させる。
在する金属層上にダイヤモンドを晶析させる。
ダイヤモンドを晶析させる方法として11マイクロ波プ
ラズマCVD法、熱フイラメント法等によるCVD法を
挙げることが出来る。原料ガスは、例えばメタン(CH
4)と水素の混合ガス(1〜10%)、あるいはアルコ
ール系OH基を有する炭化水素、具体的には例えばメチ
ルアルコールCH30H,エチルアルコールC,H50
H,第3ブチルアルコール(CH,)、OH,イソプロ
ピルアルコール(CH3)、CHOH,ジエチルエーテ
ルC,H,QC,H5等の液体を水素ガスでバブリング
することによって用いる。
ラズマCVD法、熱フイラメント法等によるCVD法を
挙げることが出来る。原料ガスは、例えばメタン(CH
4)と水素の混合ガス(1〜10%)、あるいはアルコ
ール系OH基を有する炭化水素、具体的には例えばメチ
ルアルコールCH30H,エチルアルコールC,H50
H,第3ブチルアルコール(CH,)、OH,イソプロ
ピルアルコール(CH3)、CHOH,ジエチルエーテ
ルC,H,QC,H5等の液体を水素ガスでバブリング
することによって用いる。
プラズマCVD法の場合は、例えばマイクロ波出力が2
00〜350W、基板温度が500〜1000℃、圧力
が1〜400Torrの減圧下で行うことが出来る。
00〜350W、基板温度が500〜1000℃、圧力
が1〜400Torrの減圧下で行うことが出来る。
熱フイラメント法を用いたCVD法の場合は、例えばフ
ィラメント温度が約1500〜2000℃、フィラメン
ト−基板間距離が0.5〜10mmで行うことが出来る
。
ィラメント温度が約1500〜2000℃、フィラメン
ト−基板間距離が0.5〜10mmで行うことが出来る
。
この結果、Fe又はGoの金属層上には全くダイヤモン
ドの核形成が起こらず、その表面に微細に形成した核形
成密度(ND)の高い核形成面(SNDL)に単一のダ
イヤモンド単結晶核のみが生成し、その後、その単一の
ダイヤモンド核を中心に単結晶のダイヤモンド粒子が数
十μm〜数百イ μm大きさまで成長する。このMモンド粒子には、不対
電子の無い双晶粒界が内在することは結晶作成条件よっ
てはあるが、いわゆる多結晶構造にある様な多くの不対
電子を含む粒界は存在しない。これは、核形成密度の低
いFeやGo等の材料で形成される非核形成面(S 、
n、)上ではダイヤモンド核の生成がないために、核形
成面(SNDL)上に形成された単一の核からのダイヤ
モンド単結晶の成長が阻害されないためである。
ドの核形成が起こらず、その表面に微細に形成した核形
成密度(ND)の高い核形成面(SNDL)に単一のダ
イヤモンド単結晶核のみが生成し、その後、その単一の
ダイヤモンド核を中心に単結晶のダイヤモンド粒子が数
十μm〜数百イ μm大きさまで成長する。このMモンド粒子には、不対
電子の無い双晶粒界が内在することは結晶作成条件よっ
てはあるが、いわゆる多結晶構造にある様な多くの不対
電子を含む粒界は存在しない。これは、核形成密度の低
いFeやGo等の材料で形成される非核形成面(S 、
n、)上ではダイヤモンド核の生成がないために、核形
成面(SNDL)上に形成された単一の核からのダイヤ
モンド単結晶の成長が阻害されないためである。
第19図は、Fe、Co、Si、Mo表面上のダイヤモ
ンド核の形成密度の時間依存性を示すグラフである。
ンド核の形成密度の時間依存性を示すグラフである。
このグラフが示すように、Fe、’Coの金属表面上と
Si、Mo表面上とで、ダイヤモンドの核形成密度の差
を充分(103以上)とることが出来る。この点は第3
図に示す5isN<表面上と5102表面上とにおける
Siの核形成密度差様である。
Si、Mo表面上とで、ダイヤモンドの核形成密度の差
を充分(103以上)とることが出来る。この点は第3
図に示す5isN<表面上と5102表面上とにおける
Siの核形成密度差様である。
こうして、ダイヤモンド基板以外の任意の材料の下地基
板上に上記核形成密度(ND)の低い非核形成面(S
、、、)を形成する層を形成し、その上に核形成密度(
ND)の高い核形成面(S 、D、)を十分微細な面積
に形成することで、ダイヤモンド単結晶を容易に形成す
ることができる。勿論、すでに述べたように、微細な面
積を有する核形成面(SNDL)を所望間隔で配置して
粒径制御された多結晶構造のダイヤモンド薄膜を形成す
ることもできる。
板上に上記核形成密度(ND)の低い非核形成面(S
、、、)を形成する層を形成し、その上に核形成密度(
ND)の高い核形成面(S 、D、)を十分微細な面積
に形成することで、ダイヤモンド単結晶を容易に形成す
ることができる。勿論、すでに述べたように、微細な面
積を有する核形成面(SNDL)を所望間隔で配置して
粒径制御された多結晶構造のダイヤモンド薄膜を形成す
ることもできる。
また、本発明によれば、下地基板としては上記非核形成
面(S ND、)を形成できる材料の基板であればよく
、選択範囲が大幅に広がって、低コスト化、大面積化を
容易に達成できる。
面(S ND、)を形成できる材料の基板であればよく
、選択範囲が大幅に広がって、低コスト化、大面積化を
容易に達成できる。
(2)タングステン単結晶の成長
タングステンは、S l Ox層表面上では核形成を起
さず、Si、WSi2.PtSi、A1等の上では多結
晶膜となって堆積することが知られている。
さず、Si、WSi2.PtSi、A1等の上では多結
晶膜となって堆積することが知られている。
まず、S iOxを主成分とするガラス、石英、5in
2熱酸化膜(これ等は何れも非核形成面(S 、D、)
を形成する)等の基板上にSi、WSi、、PtSi、
又はAIを真空蒸着で堆積させ、フォトリソグラフィに
よって数μm以下の大きさにパターニングして、核形成
面(SNDL)を所望個数形成する。
2熱酸化膜(これ等は何れも非核形成面(S 、D、)
を形成する)等の基板上にSi、WSi、、PtSi、
又はAIを真空蒸着で堆積させ、フォトリソグラフィに
よって数μm以下の大きさにパターニングして、核形成
面(SNDL)を所望個数形成する。
続いて、上記基板を例えば250〜500℃に加熱され
た反応炉内に投首し、WF6ガス及び水素ガスの混合ガ
スを圧力約0.1〜10Torrの減圧下で、各々75
c c / m i nおよび10c c / m
i nの流量で流す。
た反応炉内に投首し、WF6ガス及び水素ガスの混合ガ
スを圧力約0.1〜10Torrの減圧下で、各々75
c c / m i nおよび10c c / m
i nの流量で流す。
これによって、WF、 +3H2→W + 6 HFと
いう反応式で表現されるようにタングステンが生成する
。この時、タングステンと5in2との反応性は極めて
低く、強固な結合が生じないために、S i o’;”
i面には核形成は起こらず、したがって堆積は生じない
。
いう反応式で表現されるようにタングステンが生成する
。この時、タングステンと5in2との反応性は極めて
低く、強固な結合が生じないために、S i o’;”
i面には核形成は起こらず、したがって堆積は生じない
。
これに対して、Si、WSiz、PtSi。
AI等から形成される前記核形成面(SNDL、L)上
にはタングステンの単結品積が核形成面(SNDS、)
がぎ備 微細に形成されているために、単 成される。
にはタングステンの単結品積が核形成面(SNDS、)
がぎ備 微細に形成されているために、単 成される。
そして、このタングステンの単一の核が成長を続け、S
iO2上にも横方向に単結晶のまま成長する。これは5
iOz上にはタングステンの核成長が起こらないために
、単結晶成長を阻害して多結晶となることがないためで
ある。
iO2上にも横方向に単結晶のまま成長する。これは5
iOz上にはタングステンの核成長が起こらないために
、単結晶成長を阻害して多結晶となることがないためで
ある。
なお、これまで述べた非核形成面(SNDS、)形成材
料、核形成面(SNDL)形成材料および結晶形成材料
の組合せは、上記各実施例に示したものだけではなく、
十分な核形成密度差を有する材料の組合せであればよい
ことは明らかである。したがって、選択核形成可能なG
aAsやInP等の化合物半導体の場合にも、本発明に
よって単結晶、単結晶群又は粒径及び粒径分布が制御さ
れた多結晶を形成することができる。
料、核形成面(SNDL)形成材料および結晶形成材料
の組合せは、上記各実施例に示したものだけではなく、
十分な核形成密度差を有する材料の組合せであればよい
ことは明らかである。したがって、選択核形成可能なG
aAsやInP等の化合物半導体の場合にも、本発明に
よって単結晶、単結晶群又は粒径及び粒径分布が制御さ
れた多結晶を形成することができる。
実施例1
5 i nchのSi単結晶ウェハを熱酸化処理して表
面に約2000人厚のSin、層を形成した(非核形成
面(SNDS)の形成)。
面に約2000人厚のSin、層を形成した(非核形成
面(SNDS)の形成)。
こうして得られた基体を減圧気相成長装置内にセットし
て、 圧力−0,3Torr 使用ガス・・・S iHz Cp2+NH3混合ガス流
量比・・・NH,/S i H2C112=6基体温度
・・・800°C の堆積条件で熱CVD法により前記5iOz層上にSi
3N4層を300人厚投影成した。
て、 圧力−0,3Torr 使用ガス・・・S iHz Cp2+NH3混合ガス流
量比・・・NH,/S i H2C112=6基体温度
・・・800°C の堆積条件で熱CVD法により前記5iOz層上にSi
3N4層を300人厚投影成した。
火中X線リングラフィ技術によって前記513150μ
mピッチで50X100のマトリックス配列状に核形成
面(SNDL)となるSi3N、微細領域を形成した。
mピッチで50X100のマトリックス配列状に核形成
面(SNDL)となるSi3N、微細領域を形成した。
この様にして、S i 02からなる非核形成面(S
N、、)と、Sl 3 N 4からなる50X100の
核形成面(S 、、L)とを表面に設けたSi単結晶つ
、7、l 4:Z 、 ii (D S i * P
n ffE 6 ’A V−! 6 熱CV D法によ
ってSi単結晶を作成した。
N、、)と、Sl 3 N 4からなる50X100の
核形成面(S 、、L)とを表面に設けたSi単結晶つ
、7、l 4:Z 、 ii (D S i * P
n ffE 6 ’A V−! 6 熱CV D法によ
ってSi単結晶を作成した。
圧力−150T o r r
使用ガス・・・5iHzCzz
流量−r、24!/min
温度・・・1030°C
結晶作成時間・・・40分
結晶作成処理を施したSi単結晶ウェハを装置より取り
出して、結晶の評価を電子顕微鏡による観察及びX線回
折によって行ったところ、粒径が80μmで粒径分布が
殆どない50xlOO個のSi単結晶が上記Si、N、
領域を中心にして形成されていた。
出して、結晶の評価を電子顕微鏡による観察及びX線回
折によって行ったところ、粒径が80μmで粒径分布が
殆どない50xlOO個のSi単結晶が上記Si、N、
領域を中心にして形成されていた。
又、これ等のSi単結晶はいずれも極めて良質の単結晶
性を有していることが示された。
性を有していることが示された。
実施例2
Si単結晶作成時間を充分とった以外は、実施例1と同
様の条件によって、第9図(C)に示す様な隣の34F
単結晶同志が接した状態から成るSiの多結晶層を形成
した。多結晶層の表面には通常半導体分野で行われてい
る選択エツチング法によって、平滑化処理を施した。
様の条件によって、第9図(C)に示す様な隣の34F
単結晶同志が接した状態から成るSiの多結晶層を形成
した。多結晶層の表面には通常半導体分野で行われてい
る選択エツチング法によって、平滑化処理を施した。
この様にして、表面が平滑化されたS@−多結晶層を用
いて通常半導体分野で用いられいる手法に従って、P−
MOSトランジスターを作成して動作特性を測定したと
ころ、従来法によって得られるSi多結晶層を用いて作
成されるP−MOSトランジスタの場合よりも、遥かに
優れたものであった。
いて通常半導体分野で用いられいる手法に従って、P−
MOSトランジスターを作成して動作特性を測定したと
ころ、従来法によって得られるSi多結晶層を用いて作
成されるP−MOSトランジスタの場合よりも、遥かに
優れたものであった。
実施例3
結晶形成用基体作成条件及び結晶作成条件を以下の様に
して第9図(D)に示す様なSi単結晶群を作成して、
実施例1と同様の評価を行ったと2500人厚に投げた
S1多結晶基板 圧力・ 0.4Torr 使用ガス・・・S 1H2Czz +NH3混合ガス流
量比・・・NH3/S 1H2C1,=7温度・・・8
50°C 窒化シリコン微細領域〔核形成面(SNDL)〕0.5
μm径、200μmピッチ 100X100’ マトリックス配列 〔結晶作成条件〕 圧力・・・ 使用ガス・・・S 1HCI2゜ 流量・ 1.517m1n 温度・・・1100℃ 結晶作成時間・・・60分 〔作成されたSi単単結晶 粒径170μm 粒径分布は殆どなし 実施例4 以下の様にして、ダイヤモンドの単結晶を作成した。石
英大地基板を用意して、これにCoの薄膜を1000人
厚に抵抗加熱による真空蒸着法によって形成した。
して第9図(D)に示す様なSi単結晶群を作成して、
実施例1と同様の評価を行ったと2500人厚に投げた
S1多結晶基板 圧力・ 0.4Torr 使用ガス・・・S 1H2Czz +NH3混合ガス流
量比・・・NH3/S 1H2C1,=7温度・・・8
50°C 窒化シリコン微細領域〔核形成面(SNDL)〕0.5
μm径、200μmピッチ 100X100’ マトリックス配列 〔結晶作成条件〕 圧力・・・ 使用ガス・・・S 1HCI2゜ 流量・ 1.517m1n 温度・・・1100℃ 結晶作成時間・・・60分 〔作成されたSi単単結晶 粒径170μm 粒径分布は殆どなし 実施例4 以下の様にして、ダイヤモンドの単結晶を作成した。石
英大地基板を用意して、これにCoの薄膜を1000人
厚に抵抗加熱による真空蒸着法によって形成した。
この様にして形成したCo薄膜上にスパッタリング法に
よって250人厚投影i薄膜を設け、次いでフォトリソ
グラフィー法によって、Si薄膜をバターニング処理し
て1μm径−#=100μmピッチで100X100マ
チリツクス状にSi薄膜微細領域から成る核形成面(S
N、、)を非核形成面(SNDS)であるCo薄膜上
に形成した(ダイヤモンド単結晶基体の作成)。
よって250人厚投影i薄膜を設け、次いでフォトリソ
グラフィー法によって、Si薄膜をバターニング処理し
て1μm径−#=100μmピッチで100X100マ
チリツクス状にSi薄膜微細領域から成る核形成面(S
N、、)を非核形成面(SNDS)であるCo薄膜上
に形成した(ダイヤモンド単結晶基体の作成)。
この様にして得られた単結晶作成用の基体を用いてマイ
フィロ被プラズマCVD法によって次の条件によって、
ダイヤモンドの単結晶を作成した。
フィロ被プラズマCVD法によって次の条件によって、
ダイヤモンドの単結晶を作成した。
マイクロ波出力・・・300W
基体温度・・・950°C
圧力−30T o r r
使用原料・・・CH,OH(H2バブリング)流量・
0.51!/min この様にして得られたダイヤモンド単結晶は粒径が60
μmで粒径分布は殆どなく、極めて電気的絶縁性が良好
で且つ、熱伝導性に優れたものであった。
0.51!/min この様にして得られたダイヤモンド単結晶は粒径が60
μmで粒径分布は殆どなく、極めて電気的絶縁性が良好
で且つ、熱伝導性に優れたものであった。
実施例5
次の様にして、ダンゲステンの単結晶を作成した。
Si単結晶ウェハを用意し、この上に実施例1と同様に
して2000人厚の3iOz層を形成した(非核形成面
(SNDS)の作成〕 このS iO2層上に真空蒸着法によって200人厚3
Af薄膜を設けた。このAj7i膜をフォトリソグラフ
ィーによって、5μm径、100μmピッチで、50X
50のマトリックス状にバターニングした(核形成面(
SNDL)の作成)。
して2000人厚の3iOz層を形成した(非核形成面
(SNDS)の作成〕 このS iO2層上に真空蒸着法によって200人厚3
Af薄膜を設けた。このAj7i膜をフォトリソグラフ
ィーによって、5μm径、100μmピッチで、50X
50のマトリックス状にバターニングした(核形成面(
SNDL)の作成)。
この様にして得たダンゲステン単結晶作成用基体に、熱
CVD法によって次の条件でタングステンの単結晶を作
成したところ粒径が70μmで、粒径分布は殆どなかっ
た。基体上に形成されたタングステン結晶はいずれも優
れた単結晶性を示した。
CVD法によって次の条件でタングステンの単結晶を作
成したところ粒径が70μmで、粒径分布は殆どなかっ
た。基体上に形成されたタングステン結晶はいずれも優
れた単結晶性を示した。
圧力・・・ITo r r
使用ガス・・・WF、+H2混合ガス
WF、流量−75c c / m i nH2流量−・
10 c c / m i n結晶作成時間・・・10
0分 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明による結晶およびそ
の形成方法は、非核形成面(S N、、)形成用の材料
より核形成密度(ND)の十分大きい材料で核形成面(
SNDL)を単一の核だけが成長するを選択的に成長さ
せるものであり、これによって必要な大きさの単結晶、
複数の島状の単結晶、粒径及び粒径分布が制御された多
結晶等の結晶を任意の材料の下地基板上に容易に形成す
ることができる。しかも、特別に新たな製造装置を必要
とせず、通常の半導体プロセスで使用される装置を用い
て形成することができる。
10 c c / m i n結晶作成時間・・・10
0分 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明による結晶およびそ
の形成方法は、非核形成面(S N、、)形成用の材料
より核形成密度(ND)の十分大きい材料で核形成面(
SNDL)を単一の核だけが成長するを選択的に成長さ
せるものであり、これによって必要な大きさの単結晶、
複数の島状の単結晶、粒径及び粒径分布が制御された多
結晶等の結晶を任意の材料の下地基板上に容易に形成す
ることができる。しかも、特別に新たな製造装置を必要
とせず、通常の半導体プロセスで使用される装置を用い
て形成することができる。
また、本発明による結晶は、従来のように下地基板の材
料に制約されることがないために、三次元集積化、大面
積化および低コスト化を容易に達成することができる。
料に制約されることがないために、三次元集積化、大面
積化および低コスト化を容易に達成することができる。
たとえば、半導体素子の主材料であるシリコンの単結晶
や多結晶を非晶質絶縁物上に容易に形成することができ
るために、電気的特性の優れた素子の多層化を達成でき
、従来にない多機能の集積回路を実現することができる
。具体的には、光素子、表面音響素子、圧電素子等と、
それらの各々との周辺回路IC等の集積、一体化が可能
となる。また、安価なガラスやセラミック等を下地材料
とすれば、駆動回路を一枚のガラス等の集積した大型フ
ラットパネルディスプレイ等に大面積電子装置への応用
が可能となる。
や多結晶を非晶質絶縁物上に容易に形成することができ
るために、電気的特性の優れた素子の多層化を達成でき
、従来にない多機能の集積回路を実現することができる
。具体的には、光素子、表面音響素子、圧電素子等と、
それらの各々との周辺回路IC等の集積、一体化が可能
となる。また、安価なガラスやセラミック等を下地材料
とすれば、駆動回路を一枚のガラス等の集積した大型フ
ラットパネルディスプレイ等に大面積電子装置への応用
が可能となる。
さらに、本発明は上記核形成面(SNDL)を非核形成
面(S N、、)に所望の大きさで所望の距離をおいて
形成することによって、必要な大きさの単結晶を複数の
箇所に形成することができ、レーザや電子線を照射して
単結晶を形成する溶融固化法に比べて、形成工程が大幅
に簡略化されまた形成時間が短縮される。
面(S N、、)に所望の大きさで所望の距離をおいて
形成することによって、必要な大きさの単結晶を複数の
箇所に形成することができ、レーザや電子線を照射して
単結晶を形成する溶融固化法に比べて、形成工程が大幅
に簡略化されまた形成時間が短縮される。
また、上記非核形成面(SNDS)に形成される核形成
面(SNDL)の間隔を調整することによって、その間
隔によって粒径が制御された多結晶を形成することがで
きる。この多結晶形成方法は、上記溶融固化法によって
大粒径の多結晶を形成する従来の方法に比べて、粒径及
び粒径分布の制御性が良く、また形成時間も大幅に短宿
される。
面(SNDL)の間隔を調整することによって、その間
隔によって粒径が制御された多結晶を形成することがで
きる。この多結晶形成方法は、上記溶融固化法によって
大粒径の多結晶を形成する従来の方法に比べて、粒径及
び粒径分布の制御性が良く、また形成時間も大幅に短宿
される。
第1図は薄膜形成過程に於ける核の大きさr。
と自由エネルギーGの関係を示す説明図、第2図(A)
及び(B)は選択堆積法の説明図、 第3図は5in2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度(ND)の経時変化を示すグラフ、 第4図は(A)〜(D)、本発明による結晶の形成方法
の第1実施態様例を示す形成工程図、第5図(A)およ
び(B)は、第4図(A)および(D)における基板の
斜視図、 第6図(A)〜(D)は、本発明の第2実施態様例を示
す結晶の形成工程図、 第7図は(A)〜(D)は、本発明による単結晶の形成
方法の第3実施態様例を示す形成工程図、 第8図(A)および(B、)は、第7図(A)および(
D)における基板の斜視図、 第9図(A)〜(D)は、本発明の第4実施態様例を示
す結晶の形成工程図、 第10図(A)〜(C)は、本発明による結晶の形成方
法の第5実施態様例を示す形成工程図であり、 第11図(A)及び(B)は、第10図(A)および(
C)における基板の斜視図、 第12図(A)〜(C)は、本発明の第6実施態様例を
示す結晶の形成工程図、 第13図(A)〜(C)は、本発明の第7実施態様例を
示す結晶の形成工程図、 第14図は、本発明の第1実施態様例を用いて製造され
た多層構造の一例を示す概略断面図、第15図(A)〜
(8)は、本発明の第8実施態様例を示す結晶の形成工
程図、 第16図はS iHaとNH3の流量比と形成された窒
化シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示し
たグラフ、 第17図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示
すグラフ、 第18図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係
を示すグラフ、 第19図は、Fe、Co、Si、Mo上のダイヤモンド
核の形成密度の時間依存性を示すグラ乙 4・・・所望基板、 5.18.20・・・核形成密度の小さい材料から成る
薄膜(非核形成面)、 6.12・・・核形成面、 8.15.17・・・単結晶、 9.11・・・非晶質絶縁物基板、 14・・・粒界、 21・・・多結晶層。
及び(B)は選択堆積法の説明図、 第3図は5in2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度(ND)の経時変化を示すグラフ、 第4図は(A)〜(D)、本発明による結晶の形成方法
の第1実施態様例を示す形成工程図、第5図(A)およ
び(B)は、第4図(A)および(D)における基板の
斜視図、 第6図(A)〜(D)は、本発明の第2実施態様例を示
す結晶の形成工程図、 第7図は(A)〜(D)は、本発明による単結晶の形成
方法の第3実施態様例を示す形成工程図、 第8図(A)および(B、)は、第7図(A)および(
D)における基板の斜視図、 第9図(A)〜(D)は、本発明の第4実施態様例を示
す結晶の形成工程図、 第10図(A)〜(C)は、本発明による結晶の形成方
法の第5実施態様例を示す形成工程図であり、 第11図(A)及び(B)は、第10図(A)および(
C)における基板の斜視図、 第12図(A)〜(C)は、本発明の第6実施態様例を
示す結晶の形成工程図、 第13図(A)〜(C)は、本発明の第7実施態様例を
示す結晶の形成工程図、 第14図は、本発明の第1実施態様例を用いて製造され
た多層構造の一例を示す概略断面図、第15図(A)〜
(8)は、本発明の第8実施態様例を示す結晶の形成工
程図、 第16図はS iHaとNH3の流量比と形成された窒
化シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示し
たグラフ、 第17図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示
すグラフ、 第18図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係
を示すグラフ、 第19図は、Fe、Co、Si、Mo上のダイヤモンド
核の形成密度の時間依存性を示すグラ乙 4・・・所望基板、 5.18.20・・・核形成密度の小さい材料から成る
薄膜(非核形成面)、 6.12・・・核形成面、 8.15.17・・・単結晶、 9.11・・・非晶質絶縁物基板、 14・・・粒界、 21・・・多結晶層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)核形成密度の小さい非核形成面(S_N_D_S
)と、単一核のみより結晶成長するに充分小さい面積を
有し、前記非核形成面(S_N_D_S)の核形成密度
(ND_S)より大きい核形成密度(ND_L)を有す
る核形成面(S_N_D_L)とを隣接して配された自
由表面を有する基体に、結晶形成処理を施して、前記単
一核より単結晶を成長させることを特徴とする結晶の形
成方法。 (2)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)内に区画化されて複数配されて
いる特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方法
。 (3)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)内に規則的に区画化されて配さ
れる特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方法
。 (4)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)内に不規則に区画化されて配さ
れる特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方法
。 (5)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)上に区画化されて複数配される
特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方法。 (6)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)上に規則的に区画化されて配さ
れる特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方法
。 (7)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)上に不規則的に区画化されて配
される特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方
法。 (8)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核形
成面(S_N_D_S)を形成する材料を変質した材料
で形成される特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の
形成方法。(9)前記核形成面(S_N_D_L)は、
前記非核形成面(S_N_D_S)を形成する材料と異
なる材料で形成される特許請求の範囲第(1)項に記載
の結晶の形成方法。 (10)前記結晶形成処理は、CVD法である特許請求
の範囲第(1)項に記載の結晶の形成方法。 (11)非核形成面(S_N_D_S)は、非晶質材料
で形成される特許請求の範囲第(1)項に記載の結晶の
形成方法。 (12)前記核形成面(S_N_D_L)を区画化して
複数設け、該核形成面(S_N_D_L)の夫々より、
単結晶を成長させる特許請求の範囲第(1)項に記載の
結晶の形成方法。 (13)前記夫々の核形成面(S_N_D_L)より成
長させる単結晶を該各核形成面(S_N_D_L)方向
に該核形成面(S_N_D_L)を越えて成長させる特
許請求の範囲第(12)項に記載の結晶の形成方法。 (14)各核形成面(S_N_D_L)より成長する単
結晶を、隣り合う核形成面(S_N_D_L)間で隣接
する大きさまで成長させる特許請求の範囲第(12)項
に記載の結晶の形成方法。 (15)前記核形成面(S_N_D_L)は、イオン打
ち込み法によって形成される特許請求の範囲第(1)項
に記載の結晶の形成方法。 (16)前記非核形成面(S_N_D_S)は、酸化シ
リコンで形成され、前記核形成面(S_N_D_L)は
、窒化シリコンで形成されている特許請求の範囲第(1
)項に記載の結晶の形成方法。 (17)核形成密度差(△ND)が充分大きい2種類の
結晶形成面を有し、その中の核形成密度の大きい方の結
晶形成面(S_N_D_L)は、単一核のみより単結晶
が成長するに充分微細な面積を有する、基体に結晶形成
処理を施して、前記結晶形成面(S_N_D_L)に安
定した単一核を形成し、該単一核より単結晶を成長させ
る事を特徴とする結晶の形成方法。 (18)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、他方の
結晶形成面(S_N_D_S)内に区画化されて複数配
されている特許請求の範囲第(17)項に記載の結晶の
形成方法。(19)前記結晶形成面(S_N_D_L)
は、前記結晶形成面(S_N_D_S)内に規則的に区
画化されて配される特許請求の範囲第(17)項に記載
の結晶の形成方法。 (20)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、前記結
晶形成面(S_N_D_S)内に不規則に区画化されて
配される特許請求の範囲第(17)項に記載の結晶の形
成方法。 (21)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、前記結
晶形成面(S_N_D_L)上に区画化されて複数配さ
れる特許請求の範囲第(17)項に記載の結晶の形成方
法。 (22)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、前記結
晶形成面(S_N_D_S)上に規則的に区画されて配
される特許請求の範囲第(17)項に記載の結晶の形成
方法。 (23)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、前記結
晶形成面(S_N_D_S)上に不規則的に区画化され
て配される特許請求の範囲第(17)項に記載の結晶の
形成方法。(24)前記結晶形成面(S_N_D_L)
は、前記結晶形成面(S_N_D_S)を形成する材料
を変質した材料で形成される特許請求の範囲第(17)
項に記載の結晶の形成方法。 (25)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、前記結
晶形成面(S_N_D_S)を形成する材料と異なる材
料で形成される特許請求の範囲第(17)項に記載の結
晶の形成方法。 (26)前記結晶形成処理は、CVD法である特許請求
の範囲第(17)項に記載の結晶の形成方法。 (27)他方の結晶形成面(S_N_D_S)は、非晶
質材料で形成される特許請求の範囲第(17)項に記載
の結晶の形成方法。 (28)前記結晶形成面(S_N_D_L)を区画化し
て複数設け、該結晶形成面(S_N_D_L)の夫々よ
り、単結晶を成長させる特許請求の範囲第(17)項に
記載の結晶の形成方法。 (29)前記夫々の結晶形成面(S_N_D_L)より
成長させる単結晶を該各結晶形成面(S_N_D_L)
方向に該結晶形成面(S_N_D_L)を越えて成長さ
せる特許請求の範囲第(28)項に記載の結晶の形成方
法。 (30)各結晶形成面(S_N_D_L)より成長する
単結晶を、隣り合う結晶形成面(S_N_D_L)間で
隣接する大きさまで成長させる特許請求の範囲第(28
) 項に記載の結晶の形成方法。 (31)前記結晶形成面(S_N_D_L)は、イオン
打ち込み法によって形成される特許請求の範囲第(17
)項に記載の結晶の形成方法。 (32)前記他方の結晶形成面(S_N_D_S)は、
酸化シリコンで形成され、前記結晶形成面(S_N_D
_L)は窒化シリコンで形成されている特許請求の範囲
第(17)項に記載の結晶の形成方法。 (33)核形成密度の小さい非核形成面(S_N_D_
S) を有する基体の前記非核形成面(S_N_D_S
)の所望位置であって、単一核のみより結晶成長するに
充分小さい面積に、前記非核形成面(S_N_D_S)
を形成している材料(M_S)と異なり、前記非核形成
面(S_N_D_S)の核形成密度(ND_S)より大
きい核形成密度(ND_L)を有する核形成面(S_N
_D_L)を形成する材料(M_L)を付加して前記核
形成面(S_N_D_L)を形成し、次いで、前記基体
に結晶形成処理を施して、単一核を前記核形成面(S_
N_D_L)に形成し、該単一核より単結晶を成長させ
る事を特徴とする結晶の形成方法。 (34)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)内に区画化されて複数配され
ている特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶の形成
方法。 (35)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)内に規則的に区画化されて配
される特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶の形成
方法。 (36)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)内に不規則に区画化されて配
される特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶の形成
方法。 (37)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)上に区画化されて複数配され
る特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶の形成方法
。 (38)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)上に規則的に区画化されて配
される特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶の形成
方法。 (39)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)上に不規則的に区画化されて
配される特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶の形
成方法。 (40)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)を形成する材料を変質した材
料で形成される特許請求の範囲第(33)項に記載の結
晶の形成方法。 (41)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)を形成する材料と異なる材料
で形成される特許請求の範囲第(33)項に記載の結晶
の形成方法。 (42)前記結晶成長処理はCVD法である特許請求の
範囲第(33)項に記載の結晶の形成方法。 (43)前記非核形成面(S_N_D_S)は、非晶質
材料で形成される特許請求の範囲第(33)項に記載の
結晶の形成方法。 (44)前記核形成面(S_N_D_L)を区画化して
複数設け、該核形成面(S_N_D_L)の夫々より、
単結晶を成長させる特許請求の範囲第(33)項に記載
の結晶の形成方法。 (45)前記夫々の核形成面(S_N_D_L)より成
長させる単結晶を該各核形成面(S_N_D_L)方向
に該核形成面(S_N_D_L)を越えて成長させる特
許請求の範囲第(44)項に記載の結晶の形成方法。 (46)各核形成面(S_N_D_L)より成長する単
結晶を、隣り合う核形成面(S_N_D_L)間で隣接
する大きさまで成長させる特許請求の範囲第(44)項
に記載の結晶の形成方法。 (47)前記核形成面(S_N_D_L)はイオン打ち
込み法によって形成される特許請求の範囲第(33)
項に記載の結晶の形成方法。 (48)前記非核形成面(S_N_D_S)は、酸化シ
リコンで形成され、前記核形成面(S_N_D_L)は
窒化シリコンで形成されている特許請求の範囲第(33
) 項に記載の結晶の形成方法。 (49)核形成密度の小さい非核形成面(S_N_D_
S)と、該非核形成面(S_N_D_S)に隣接して配
され、単一核のみより結晶成長するに充分小さい面積を
有し、前記非核形成面(S_N_D_S)の核形成密度
(ND_S)より大きい核形成密度(ND_L)を有す
る核形成面(S_N_D_L)とを有する基体と、前記
単一核より成長して、前記核形成面(S_N_D_L)
を越えて充分覆っている単結晶とを有する事を特徴とす
る結晶物品。 (50)前記核形成面(S_N_D_L)が複数配され
ている特許請求の範囲第(49)項に記載の結晶物(5
1)前記核形成面(S_N_D_L)は、区画されて複
数配されている特許請求の範囲第(49)項に記載の結
晶物品。 (52)前記核形成面(S_N_D_L)は、非核形成
面(S_N_D_S)内に規則的に区画化されて複数配
されている特許請求の範囲第(49)項に記載の結晶物
(53)前記核形成面(S_N_D_L)は、前記非核
形成面(S_N_D_S)内に不規則的に区画化されて
複数配されている特許請求の範囲第(49)項に記載の
結晶物品。 (54)前記核形成面(S_N_L_D)の夫々より成
長した単結晶が隣り合う核形成面(S_N_D_L)よ
り成長した単結晶と隣接している特許請求の範囲第(5
0)項に記載の結晶物品。 (55)前記核形成面(S_N_D_L)の夫々より成
長した単結晶が隣り合う核形成面(S_N_D_L)よ
り成長した単結晶と空間的に離れている特許請求の範囲
第(50)項に記載の結晶物品。 (56)結晶形成面に、該結晶形成面を形成する非晶質
材料より核形成密度(ND)が十分大きい材料で形成さ
れ、単一の核だけが成長する程度に十分微細な面積を有
する核形成面(S_N_D_L)が設けられ、該核形成
面(S_N_D_L)に単一的に成長した単結晶を有す
る事を特徴とする結晶物品。 (57)上記結晶形成面が所望形状の凹部を有し、該凹
部を埋めて島状に前記単結晶が形成されている特許請求
の範囲第(56)項 に記載の結晶物品。 (58)上記核形成面(S_N_D_L)所望間隔で複
数個設けられており、前記核形成面(S_N_D_L)
の間のほぼ中央に粒界を有する特許請 求の範囲第(56)項に記載の結晶物品。 (59)結晶形成面を形成する材料の種類による結晶形
成材料の核形成密度の差を利用して結晶を形成する方法
において、前記結晶形成面に、該結晶形成面を形成する
材料より核形成密度の十分大きい材料で、単一の核だけ
が成長するように十分微細な面積を有する核形成面(S
_N_D_L)を形成し、該核形成面(S_N_D_L
)に単一の核のみを形成し、該単一の核より単結晶を成
長させて結晶を形成することを特徴とする結晶の形成方
法。 (60)上記核形成面(S_N_D_L)は、上記結晶
形成面を形成する材料より核形成密度の十分大きい材料
を前記結晶形成面上に堆積させた後、十分微細にパター
ニングすることによって形成される特許請求の範囲第(
59)項記載の 結晶の形成方法。 (61)上記核形成面(S_N_D_L)は、上記結晶
形成面を形成する材料を、核材料より核形成密度の十分
大きい材料に変質させる材料を前記結晶形成面の充分微
細な領域にイオン注入することによって形成される特許
請求の範囲第(59)項に記載の結晶の形成方法。 (62)結晶形成面を形成する材料の種類による結晶形
成材料の核形成密度の差を利用して単結晶層を選択的に
形成する方法において、非晶質材料で形成された前記結
晶形成面を用意し、結晶形成面を形成する材料より核形
成密度の十分大きい材料で、単一の核だけが形成するよ
うに十分微細な面積を有し、かつ必要とされる前記単結
晶層の大きさと同じかまたはそれ以上の距離をおいて、
核形成面(S_N_D_L)を前記結晶形成面に設け、
次いで、該核形成面(S_N_D_L)に単一の核のみ
を形成し、該単一の核より単結晶を成長させて単結晶層
を選択的に形成することを特徴とする結晶の形成方法。 (63)上記核形成面(S_N_D_L)は、上記堆積
面に格子状に配列されている特許請求の範囲第(62)
項記載の結晶の形成方法。 (64)非晶質材料で形成された非核形成面(S_N_
D_S)と、前記非晶質材料とは異なる材料で形成され
、形成される結晶の形成材料に対して、前記非核形成面
(S_N_D_S)より核形成密度(ND)の大きい核
形成面(S_N_D_L)とを有する結晶形成用の基体
と、前記核形成面(S_N_D_L)上に、該核形成面
(S_N_D_L)と一対一に対応して形成された単結
晶とを有する事を特徴とする結晶物品。 (65)前記非晶質材料は、SiO_2である特許請求
の範囲第(64)項に記載 の結晶物品。 (66)前記単結晶は、半導体性単結晶である特許請求
の範囲第(64)項に記 載の結晶物品。 (67)前記単結晶は、金属性単結晶である特許請求の
範囲第(64)項に記載 の結晶物品。 (68)前記単結晶は、絶縁性単結晶である特許請求の
範囲第(64)項に記載 の結晶物品。
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